Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

Для турбобуров характерны следующие закономерности:

1)скорость вращения турбобура изменяется пропорционально количеству подаваемой жидкости;

2)перепад давления в турбобуре пропорционален квадрату коли­

чества прокачиваемой через него жидкости; 3) мощность турбобура изменяется пропорционально кубу коли­

чества прокачиваемой жидкости.

Следовательно, при уменьшении расхода прокачиваемой жид­ кости в 1,5 раза мощность турбобура уменьшится в 3,4 раз. При

глубоком бурении и при проходке вязких пород более эффективно' работают секционные турбобуры, при этом два или три турбобура соединяются последовательно в единый агрегат.

Для сверхглубокого бурения весьма перспективно развитие турбинного бурения без подъема бурильной колонны. При этом дол­ жны применяться вставные (раздвижные) шарошечные долота и съем­ ные роторы специальных турбобуров.

Сущность способа заключается в том, что спуск и подъем долота осуществляется на канате внутри колонны бурильных труб, которые имеют несколько больший внутренний диаметр и не имеют сужений: в соединениях.

Долото перемещается вместе с ротором радиально-аксиальной турбины, статор которой присоединен к нижней части колонны, которая не извлекается из скважины в процессе бурения скважины.

Долото в транспортном положении беспрепятственно проходиг внутри бурильной колонны (рис. 127), а в рабочем положении разд­ вигается для бурения скважины требуемого диаметра.

При таком способе бурения резко сокращается время на СПО. Ныне турбинное бурение не применяется при разведке твердых

полезных ископаемых.

Внедрение малогабаритных безредукторных турбобуров должно внести большие изменения как в технику, так и в технологию буре­ ния геологоразведочных скважин.

Потребуется создание насосов высокого давления и сравнительно высокой производительности. Для снижения гидравлических потерь бурильные трубы должны быть гладкими внутри. Шланги и вертлюги должны быть рассчитаны на высокое давление. Необходимо разра­ ботать колонковые снаряды, рассчитанные на бурение при высоких скоростях вращения.

Освоение малогабаритных турбобуров на разведочных работах позволит более эффективно применять алмазное бурение, дающее высокие показатели на больших скоростях вращения. Также зна­ чительно упростится методика направленного и многозабойного бурения, так как бурильная колонна не вращается при турбинном бурении.

Перспективы внедрения электробуров

Электробур, применяющийся в практике бурения, имеет три вида: электробур на трубах, на шланго-кабеле, на кабель-канате. Ныне в основном применяются электробуры на трубах.

Турбинное бурение, при всех своих достоинствах, имеет недо­ статок, заключающийся в том, что общий к. и. д. установки довольно низок и при глубоком бурении не превышает 0,2—0,3. Основные потери мощности вызываются значительными гидравлическими сопро­ тивлениями на пути движения потока жидкости от насоса к турбо­ буру; значительные потери мощности имеются и в самом турбобуре.

Электробур представляет собой погружной электродвигатель, установленный в верхней части длинного герметичного цилиндра, наполненного маслом. Питание электроэнергией осуществляется посредством отрезков кабеля, проложенных внутри бурильных труб (рис. 128). Концы кабеля заделаны в замковые соединения так, что при свинчивании бурильных труб в колонну они автоматически соединяются.

Подвод тока к бурильным трубам на поверхности производится посредством контактных колец и щеток, смонтированных на спе­ циальном переводнике, помещенном между вертлюгом и рабочей трубой (электровертлюг).

Электробур имеет ряд положительных качеств:

1)дает возможность в 2—3 раза сократить износ бурильных труб;

2)работает при меньших расходах промывочной жидкости и мень­ шем давлении насосов (по сравнению с турбобуром);

3)позволяет снизить на 30% расход электроэнергии;

4)позволяет осуществлять бурение скважин с продувкой сжатым газом;

э л е к т р о б у р а , б у р о в о г о н а с о с а , р е г у л я т о р а п о д а ч и ; 19 — р е г у л я т о р с к о р о с т и п о д а ч и д о л о т а ; 20 — р е г у л я т о р з а г р у з к и э л е к т р о б у р а ; 21 — п е р е к л ю ч а т е л ь д л я с т у п е н ч а т о г о и з м е н е н и я

с к о р о с т и п о д а ч и д о л о т а ; 22 — а м п е р м е т р ; 23 — в а т т м е т р ; 24 — в о л ь т м е т р .

§ 5. РЕЖИМ РОТОРНОГО И ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ

При проходке картировочных, поисковых и гидрогеологических скважин широко используется роторное бурение.

При бурении в мягких породах применяются долота режущего типа РХ, трехперые (см. рис. 124). Последние часто оснащаются

гидромониторной насадкой, что способствует увеличению скорости бурения.

Наиболее распространенными породоразрушающими инструмен­ тами являются трехшаротечные долота, тип которых выбирается в соответствии с физико-механическими свойствами буримых пород.

Бурение производится при следующих режимах.

Осевая нагрузка на долото подбирается в соответствии с физико­ механическими свойствами пород, типом и диаметром долота.

При проходке различных пород принимают нагрузку на 1 см диаметра долота: 0,4—0,5 тс в аргиллитах, песчаниках, известня­ ках; 0,5—0,6 тс в ангидритах и 1 тс в крепких породах.

Скорости вращения долота принимаются от 100 до 300 об/мин. Чем крепче и абразивнее порода, тем меньше скорость вращения. Скорость вращения бурильной колонны уменьшают также с увели­ чением глубины скважины. При турбинном бурении долото вращается со скоростью 300—700 об/мин. При этом скорость вращения вала турбобура и долота изменяется в зависимости от момента сопротивле­ ния, приложенного к валу турбобура, который увеличивается с повы­ шением осевой нагрузки и уменьшением твердости пород.

Расход промывочной жидкости рассчитывается исходя из ско­ рости восходящего потока 0,6—0,8 м/с. При турбинном бурении расход жидкости определяется также технической характеристикой турбобура.

При бурении шарошечными долотами глубоких скважин на нефть и газ на больших глубинах наблюдается уменьшение механических скоростей и, особенно, величин рейсовых проходок.

Одним из надежных способов повышения эффективности бурения нижних интервалов глубоких скважин является применение алмаз­ ных долот вместо шарошечных.

Эффективность применения алмазных долот обусловливается высокой проходкой на долото и значительным снижением затрат времени на спуско-подъемные и вспомогательные операции. При проходке алмазными долотами нижних интервалов глубоких скважин механическая скорость бурения обычно снижается на 50%, рейсовая скорость возрастает в 2,3—2,6 раза по сравнению с соответствующими показателями бурения шарошечными долотами.

Чем больше глубина скважины, тем эффективнее бурение алмаз­ ными долотами.

Алмазные долота вместо шарошечных целесообразно применять при бурении на глубинах более 2500—3000 м.

Скорость вращения алмазного долота при турбинном бурении зависит от величины крутящего момента на долоте и колеблется в пределах от 300 до 600 об/мин, в среднем 400—500 об/мин.

Осевая нагрузка на алмазное долото имеет очень большое зна­ чение. Недостаточная нагрузка влечет за собой снижение скорости бурения и зашлифовку алмазного долота.

Чрезмерная нагрузка резко снижает проходку на долото.

ВНИИБТ рекомендует следующие нагрузки на алмазные долота:

Перегрузки долот, хотя и повышают сперва механическую ско­ рость бурения, но резко снижают проходку на долото.

На механическую скорость алмазного бурения значительно вли­ яет вязкость промывочного раствора. При повышении вязкости глинистого раствора с 40 до 65 с механическая скорость алмазного бурения снижалась на 20—25%.

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

1. Алмазный буровой инструмент является эффективным породо­ разрушающим инструментом при бурении глубоких скважин на нефть и газ в нижних интервалах (глубже 2,5—3 км).

2. Экономический эффект от алмазного бурения можно получить только при рациональном выборе интервала глубин, правильном выборе типа алмазного долота в соответствии с физико-механиче­ скими свойствами пород и при тщательном соблюдении технологии алмазного бурения.

За рубежом —15% всех скважин на нефть и газ (особенно глу­ боких) проходятся алмазными долотами. При этом для армирования долот предпочитают высококачественные довольно крупные и доро­ гие алмазы.

В СССР с алмазными долотами успешно конкурируют долота, армированные сверхтвердым материалом славучич. Эти долота вы­ пускает Институт сверхтвердых материалов в Киеве.

Испытания показали, что славучич значительно прочнее и износо­ устойчивее природных отечественных алмазов. Долота, вооруженные славучичем, показали:

а) среднюю проходку на долото 300—350 м; б) среднюю механическую скорость бурения 1,2—1,5 м/ч.

Долота из славучича выдерживают осевые нагрузки, в несколько раз большие, чем алмазные долота.

§6. РОТОРНОЕ БУРЕНИЕ]

СОБРАТНОЙ ВСАСЫВАЮЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

При вращательном бурении с обратной циркуляцией промывоч­ ной жидкости разрушенная порода выносится с забоя к устью скважины потоком промывочной жидкости, поднимающейся на по­ верхность внутри колонны бурильных труб.

Обратное направление циркуляции является основной отличи­ тельной особенностью данного способа бурения и позволяет эф­ фективно бурить водозаборные и дренажные скважины большого диаметра (600—1200 мм) в мягких и рыхлых породах.

Известны два основных способа создания обратной циркуляции жидкости в скважине:

1) путем принудительного нагнетания промывочной жидкости буровым насосом в ствол скважины и подъема ее по колонне буриль­ ных труб (см. рис. 28, б). В этом случае устье скважины должно быть герметизировано;

Рис. 129. Схема вращательного бурения с обратной промывкой.

бурильных труб. В этом случае устье скважины открыто и соеди­ няется каналом с отстойником, откуда промывочная жидкость (вода) самотеком поступает в скважину.

Сложность герметизации устья скважины при обеспечении вра­ щательного и поступательного движения ведущей штанги предопре­ делило распространенность второго способа создания обратной циркуляции, т. е. путем непрерывного отсоса ее из бурильной ко­ лонны. Поэтому данный метод называют «вращательным бурением

возбуждения движения обратного потока промывочной жидкости; центробежными насосами и эрлифтом. При морском неглубоком буре­ нии, при разведке прибрежных россыпей нашел применение отсос с помощью струйного насоса.