Колонковое бурение

Установки для колонкового бурения по транспортабельности разделяются на стационарные, передвижные, самоходные, переносные.

Стационарными называются такие  установки, у которых буровой агрегат и вышка монтируются в виде одного или нескольких блоков. Эти установки не имеют собственной транспортной базы. После окончания бурения установка разбирается на составные блоки, которые перевозятся на новое место бурения, где снова монтируются. Стационарные буровые установки используются при больших затратах времени на бурение скважин.

Передвижные буровые установки монтируются на одной или нескольких рамах, установленных на санях, колесных или гусеничных тележках. Такие установки применяют при небольших расстояниях между скважинами и перемещают буксировкой автомобилями или тракторами.

Самоходные установки монтируются на базе автомашин, тракторов.

Буровые станки служат для вращения колонны бурильных труб с колонковым набором, регулировки осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с подачей бурового снаряда по мере углубления скважины, а также для осуществления спуско-подъемных операций при бурении скважины, креплении ее обсадными трубами и специальных работах.

Основные узлы станка для колонкового бурения:

а) вращатель бурового снаряда;

б) многоступенчатая коробка передач для регулирования частот вращения и подъема;          

в) лебедка для осуществления  спуско-подъемных операций;

г) главный фрикцион для включения и отключения станка от двигателя;

д) механизм подачи бурового снаряда и регулятор нагрузки на породоразрушающий инструмент,

е) пульт управления с  контрольно-измерительной аппаратурой.

Конструктивная схема станка и установки в целом существенно определяется типом вращателя и механизмом подачи. Вращатели по своей конструкции подразделяются на шпиндельные, роторные и подвижные. Вращатель бурового станка является основным рабочим механизмом, выполняющим технологические операции при бурении.

Осевую нагрузку на забой скважины регулирует механизм подачи бурового станка. В зависимости от конструкции механизма подачи буровые станки бывают: с гидравлической подачей; винтовой дифференциальной подачей; рычажной подачей; комбинированной рычажно-дифференциальной подачей; подачей с барабана лебедки (роторные станки). Преимущественно применяют шпиндельные станки с гидравлической системой подачи, Вращение и подача бурильной колонны в этом случае осуществляется с помощью шпинделя.

Установки, оборудованные шпиндельным или подвижным вращателем с гидравлической подачей, обладают следующими преимуществами:

1) могут бурить вертикальные, наклонные и восстающие скважины;

2) обеспечивают возможность  регулирования осевого усилия  на забой (создание принудительного усилия или разгрузки забоя);

3) позволяют производить плавную подачу бурового снаряда с требуемой скоростью;

4) позволяют определять вес снаряда в скважине;

5) гидравлическая подача может быть использована как гидравлический домкрат при извлечении труб и ликвидации аварий.

Все эти преимущества предопределили распространенность шпиндельного и подвижного вращателя с гидравлической подачей на установках колонкового бурения, используемых при разведке твердых полезных ископаемых. В роторных установках ротор (вращатель) в отличие от шпинделя вращается лишь в горизонтальной плоскости и неподвижен относительно вертикальной оси, поэтому не может обеспечить дополнительную осевую нагрузку (разгрузку на буровой снаряд).

4.ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

В зависимости от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород

Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости пород. Общая нагрузка на коронку должна быть равна С= m*q

где m— число объемных (основных) резцов;

q — рекомендуемое давление  на 1 резец, Η.

Частота вращения коронки должно быть n=60V / η Dср где V – окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср – средний диаметр коронки, м

Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего потока Vn и диаметра скважины; Vπ = 0,25— 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vπ. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную

скорость и осевую нагрузку.

Промывка при алмазном бурении должна обеспечивать хорошее охлаждение алмазов, так как они при сильном нагреве они графитизируются. Скорость восходящего потока между бурильной колонной и стенками скважины должна быть в пределах 0,4— 0,8 м/с.

При наполнении колонковой трубы керном буровой инструмент поднимают на поверхность. Для этого над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы осторожно и последовательно извлекается, документируется и укладывается в керновые ящики.

4.1. Конструкция скважины

Конструкцией скважины называется схема её устройства, в которой указывается начальный, промежуточные и конечный диаметры применяемого породоразрушающего инструмента, диаметры и длина обсадных колонн, глубина скважины, места и способы тампонирования.

Конструкция скважины зависит  от:

-физико-механических свойств горных пород, слагающих геологический разрез;

-конечного диаметра и глубины скважины;

-цели и способа бурения.

Таким образом, при выборе конструкции скважины определяющими факторами служат геологические условия и номенклатура технических средств.

Диаметры скважины выбираются из условия обеспечения эффективного решения поставленной задачи (получение качественной пробы в необходимом количестве, проведение комплекса намеченных наблюдений, исследований и пр.). При разведке твёрдых полезных ископаемых минимальный диаметр керна обусловливается необходимостью обеспечения надежной массы пробы, которая устанавливается с учетом требований к опробованию в зависимости от типа месторождения и распределения в полезном ископаемом ценного компонента.

Разработано множество рекомендаций по минимальным диаметрам керна, обеспечивающим представительное опробование различных генетических типов месторождений руд. Однако при проектировании конструкции геологоразведочных скважин указанные рекомендации нельзя считать универсальными и стандартными для всех случаев опробования рудной зоны. В каждом конкретном случае, ориентируясь на рекомендации, необходимо учитывать специфику геологических условий месторождения, цели и задачи разведки, а также возможность использования имеющейся в наличии скважинной геофизической аппаратуры.

Необходимо учитывать, что возможность сохранения керна и получения  его в необходимом количестве в значительной мере зависит от вида полезного ископаемого, способа бурения и типа породоразрушающего инструмента.

Конечный диаметр гидрогеологической скважины определяется диаметром устанавливаемого в ней фильтра и габаритами водоподъемника, которые, в свою очередь, зависят от расчетной производительности скважины.

Разработку конструкции скважины начинают с конечного диаметра, причем стараются всегда выбрать наиболее простую, но вместе с тем надежную конструкцию, которая обеспечила бы бурение до проектной глубины без каких-либо осложнений. Одним из главных вопросов является определение минимально допустимого диаметра керна и скважины при перебуривании полезного ископаемого. В табл. 2 приведены величины минимально допустимых диаметров керна и скважины.

Приняв конечный диаметр, намечают участки скважины для закрепления обсадными трубами. После определения количества колонн обсадных труб становится ясным, какого диаметра должна быть скважина при забуривании. Обсадные трубы необходимы для:

-закрепления устья скважины, придания ей первоначального направления и отвода выходящей из нее промывочной жидкости в циркуляционную систему; 

 перекрытия неустойчивых и разрушенных  пород с целью предупреждения их обвалов;

-разобщения водоносных горизонтов, которое для большей надежности выполняется с тампонированием, т. е. заполнением затрубного пространства глиной или цементным раствором;

-предохранения полезного ископаемого на забое от загрязнения осыпающимися породами, залегающими выше;

-перекрытия трещиноватых пород, зон тектонических разломов, горных выработок, пустот с целью прекращения поглощения промывочной жидкости.

Колонны обсадных труб устанавливаются в скважине концентрично, и обычно каждая из них выводится на поверхность. Первая с поверхности, наибольшая по диаметру колонна, служит для закрепления устья скважины, предохранения его от размывания, а также для отвода промывочной жидкости из скважины.

В некоторых случаях для экономии обсадных труб при свободном спуске в скважину применяется их установка впотай, т. е. без вывода колонны до устья скважины. Достигается это путем отвинчивания или вырезки на определенной глубине и извлечения из скважины верхней части обсадной колонны.

 

 

 

 

 

Таблица 2.

                              Минимально допустимые диаметры керна и скважин

Основные генетические типы месторождений,                                       Диаметр, мм

 типы руд полезных ископаемых                                            скважины                      керна

                                                Магматические месторождения

Хромитовые                                                                                        36                             22

Титано-магнетитовые                                                                         46                            32

Медно-никелевые                                                                             46-59                       32-42

Редкометалльные                                                                              59-76                         32

                                                    Пегматитовые месторождения

Редкометалльные                                                                              59-76                       42-60

                        Контактово-метасоматические (скарновые) месторождения

Железные                                                                                              46                             32

Молибдено-вольфрамовые                                                              46-76                        32-60

Медные                                                                                                 46                             32

Руды других металлов (Au, Pb, Zn)                                                   46                             32

                                                      Гидротермальные месторождения

Меднопорфиритовые                                                                           59                             42

Колчеданные                                                                                        46                             32

Медистые песчаники                                                                            36                             22

Сидеритовые                                                                                          36                             22

Вольфрамо-молибденовые                                                                 46-76                      32-60

Оловянные                                                                                           46-59                      32-42

Свинцово-цинковые                                                                            46-59                      32-42

Сурьмяно-ртутные и мышьяковые                                                       76                           60

Золотые                                                                                                  36-46                       22-32