Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Идея бурения с гидротранспортом керна возникла в результате развития технологии бурения с обрат ной промывкой, применяющейся для улучшения кернового опробования скважин в сложных геолого-технических усло виях. Последовавшая затем разработка способа и комплекса технических средств бурения с гидротранспортом керна и шлама в середине 70-х годов показала его чрезвычайно высо кую эффективность в мягких породах II-IV категорий по бу-римости с пропластками пород до VI-VII категорий при буре нии скважин глубиной 100-300 м. Производительность буре ния с гидротранспортом керна достигает 300 м/ч. При этом качество вещественного опробования при разведке рудных, редкометалльных и некоторых других типов месторождений значительно выше, чем при обычном колонковом бурении. Вещественную пробу в данном способе бурения составляет весь шлам и керн диаметром 32-38 мм.
Рассмотрим общую схему реализации способа бурения с гидротранспортом керна, представленную на рис. 14.1.
Главную особенность данного способа бурения и комплек са технических средств для его реализации составляет ис пользование специальной двойной концентрической колонны бурильных труб 2. В процессе бурения промывочная жид кость (техническая вода) нагнетается насосом б через специ альный сальник 4 в межтрубное пространство концентриче ской колонны и на расстоянии 20-30 мм от забоя скважины через коронку 1 поступает во внутреннюю трубу 3. Захватив керн и шлам промывочная жидкость по внутреннему каналу проходит через сальник 4, попадает в керноотводящий рукав 5 промывочной системы и изливается вместе с керном и шла мом в лотки керноприемника 7, установленного на передвиж ной емкости 8.
Бурение с гидротранспортом керна реализуется комплек-
сом КГК-100 (КГК-300), в состав которого входят: самоходная буровая установка УРБ-2А-2ГК, бурильная колонна, твердо сплавные коронки, промывочный сальник, грузоподъемные приспособления, система нагнетания и отвода промывочной жидкости, керноприемное устройство, передвижная емкость, стеллаж для труб.
Буровая установка УРБ-2А-2ГК отличается от установки УРБ-2А-2 увеличенным отверстием вращателя и промывочно го сальника, что связано с необходимостью прохождения че рез них керна. Кроме того, используемый в установке буро-
вой насос НБ4-320/63 обеспечивает строго дозированную подачу промывочной жидкости в скважину, а изменения в гидросистеме установки обеспечивают плавность подачи вращателя для улучшения условий свинчивания и развинчи вания бурильных труб. Изменена также и конструкция эле ватора.
Бурильная колонна комплекса КГК-100 (рис. 14.2, а) выпол нена из отдельных двойных секций, соединяемых между со бой замками 4 и 6 со слабоконической резьбой. Секции со стоят из наружных 5 и внутренних 2 труб. Наружные трубы передают крутящий момент и осевую нагрузку, внутренние являются только кернопроводящим каналом. Поскольку в про цессе серийного производства практически невозможно обес печить изготовление наружных и внутренних труб одинако вой длины, внутренние трубы в каждой из секций имеют воз можность осевого перемещения относительно наружных труб на 40 мм для компенсации несоответствия по длине. Наруж ная колонна выполняется из стальных труб, внутренняя - из легкосплавных. Соединение трубной резьбы наружной колон ны с замками смазывается канифолью. К концам внутренних труб из легкого сплава присоединены стальные втулки 3.
Вдоль образующей поверхности втулок имеются центри рующие ребра 1. Торцовые поверхности втулок выполнены в форме конуса и сферы. При свинчивании наружных труб в колонну внутренние трубы сопрягаются между собой по тор цовым поверхностям втулок.
Твердосплавные коронки (рис. 14.2, б) представляют собой толстостенный стальной корпус с тремя секторами криволи нейной спиралеобразной формы, которые при вращении обеспечивают перемещение шлама от периферии к центру, где шлам подхватывается потоком очистного агента и направ ляется во внутреннюю трубу. Секторы армированы призмати ческими резцами твердого сплава восьмигранной формы Г-53 из сплава ВК-8. Диаметр коронки по резцам может быть рав-
ным 76, 84 и 93 мм. На боковой поверхности коронок выпол нены пазы и лыски, облегчающие расхаживание и подъем ин струмента.
Поскольку поток промывочной жидкости поворачивает во внутреннюю колонну на расстоянии 20-30 мм от торца колон ки, охлаждение резцов происходит при периодическом расха-живании инструмента. В случае необходимости при наличии в разрезе пропластков твердых абразивных пород применя ются алмазные коронки аналогичной конфигурации наруж ным диаметром 82 мм и внутренним - 35 мм.
ОСОБЕННОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ С ГИДРОТРАНСПОРТОМ КЕРНА
Бурение с гидротранспортом керна характери зуется очень высокими механическими скоростями, что обес печивается оперативным удалением с забоя керно-шламового материала обратным потоком промывочной жидкости, а так же в результате того, что при разбуривании мягких пород уг-лубка скважины за один оборот снаряда происходит не толь ко за счет воздействия резцов коронки на породу, но и за счет вдавливания в забой короночного кольца (корпуса ко ронки).
В схеме подачи с дросселем в линии нагнетания регулиро вать механическую скорость невозможно: усилие подачи ос тается стабильным, а скорость подачи меняется в широких пределах в зависимости от реакции забоя. По мере роста ско рости подачи возрастает крутящий момент на вращателе Мвр. Поскольку давление в гидросистеме пропорционально крутя щему моменту, а давление в гидросистеме не может превы шать 8 МПа, то после достижения этого значения крутящий момент должен снижаться путем расхаживания снаряда. Та ким образом, утлубка скважины представляет собой последо вательность циклов, состоящих из бурения и расхаживания. Продолжительность одного цикла составляет 8-15 с в зависи мости от физико-механических свойств пород. На рис. 14.3 представлена диаграмма изменения давления в гидросистеме подачи рпод, механической скорости углубки vM, частоты вра щения снаряда л, давления в гидросистеме вращателя рвр и давления в нагнетательной линии бурового насоса рнас в раз личных фазах (I-IV) цикла углубки скважины.
В табл. 14.1 приведены значения загрузочных характери стик бурового оборудования комплекса бурения с гидротранс-
Таблица 14.1
Значения загрузочных характеристик (в МПа) комплекса бурения с гидротранспортом керна
|
Загрузоч- |
Глубина бурения, м |
|||||
|
ные харак теристики |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
В глинистых породах |
||||||
|
Рч> |
5,5-6,0 |
6,0-7,0 |
7,0-8,0 |
8,0-8,5 |
6,0-7,0 (расх) 2,8-3,2 3,0-3,2 |
7,0-7,5 (расх) 3,3-3,7 3,7-4,0 |
|
Рпод Рнас |
0,8-1,2 0,5-0,7 |
1,4-1,8 1,0-1,2 |
1,8-2,2 1,8-2,0 |
2,2-2,7 2,4-2,6 |
||
|
В глинисто-щебенистых |
отложениях |
|||||
|
Рвр Рпод Рнас |
3,6-4,0 0,7-0,9 0,5-0,7 |
4,0-4,5 0,5-0,7 0,9-1,1 |
4,5-5,0 0,2-0,4 1,7-2,0 |
5,0-5,5 0,1-0,3 2,4-2,6 |
5,5-6,0 0,4-0,6 3,0-3,2 |
6,0-6,5 0,7-0,9 3,7-4,0 |
портом керна для бурения в глинистых и глинисто-щебени стых отложениях.
Загрузочные характеристики - давление в гидросистемах вращателя рвр, подачи рПОд. в напорной магистрали бурового насоса рнас в комплексе для бурения с гидротранспортом кер на - играют роль технологических параметров режима буре ния, так как непосредственно зависящие от них частота вра щения, осевая нагрузка и расход промывочной жидкости не прерывно меняют свое значение и не поддаются непосредст венному регулированию.
Бурение с гидротранспортом керна имеет некоторые осо бенности в сложных условиях. К группе сложных относятся разрезы, представленные в основном породами, склонными к вспучиванию, песчаными и гравийно-галечниковыми отложе ниями мощностью до 40 м, пропластками (до 0,5 м) пород VI-VIII категорий по буримости и водонасыщенными горизонта ми песков, а также разрезы с наличием зон поглощения промывочной жидкости. К группе особо сложных относятся разрезы, сложенные теми же породами, но с абразивным об ломочным материалом, имеющие напорные водонасыщен-ные песчаные интервалы. Главной технологической задачей при бурении в сложных и особо сложных условиях являет ся снижение величины крутящего момента на вращателе Мвр, которое достигается следующими технологическими приемами:
расхаживанием бурильной колонны;
подрывом колонны;
прорабатыванием ствола скважины;
прямой промывкой скважины.
Расхаживание бурильной колонны заключается в ее перио дическом подъеме над забоем скважины через 0,1-1,5 м уг-лубки на высоту, равную или немного превышающую углуб-ку. Подрыв инструмента производится его периодическим подъемом на высоту 8-10 см после углубки скважины на 0,1-0,5 м. Прорабатывание ствола осуществляется после несколь ких расхаживаний инструмента или перед его очередным на ращиванием. При прорабатывании ствола инструмент подни мается над забоем на высоту, в 2-3 раза превышающую сум марную утлубку скважины после расхаживаний инструмента, или на длину хода подвижного вращателя. Прямая промывка производится через каждые 40-60 м проходки скважины для удаления из межтрубного и затрубного пространства естест венного глинистого раствора, образовавшегося там вследст вие распускания глинистых частиц шлама, керна и пород, ела-
Таблица 14.2
Технологические рекомендации по бурению с гидротранспортом керна в сложных условиях
|
Породы |
|||||
|
Параметры и технологи- |
Несвяз- |
||||
|
ческие приемы |
Песок |
Супесь |
Сугли нок |
Глина |
ные по- |
|
роды |
|||||
|
Интервал углубки между |
0,1-0,25 |
0,5-1,0 |
0,5-1,0 |
0,5-1,5 |
4 |
|
расхаживаниями, м |
|||||
|
Интервал подрывов инст- |
0,05-0,15 |
0,25-0,5 |
0,25-0,5 |
0,25-0,6 |
Нет |
|
румента в пределах углуб- |
|||||
|
ки, м |
|||||
|
Расхаживание инстру- |
Нет |
0,6-3,0 |
0,6-3,0 |
0,6-2,0 |
Нет |
|
мента после 2-3 подры- |
|||||
|
вов в интервале углуб- |
|||||
|
ки, м |
|||||
|
Прорабатывание ствола |
Нет |
1-2 |
1-2 |
1-2 |
Нет |
|
перед наращиванием |
|||||
|
Прямая промывка (через |
Нет |
50-70 |
40-60 |
30-50 |
Нет |
|
интервал), м |
|||||
|
Оптимальная частота |
3,7 |
5,4 |
5,4 |
5,4 |
3,7 |
|
вращения, с"1 |
|||||
|
Осевая нагрузка, кН |
10,0 |
15,0 |
20,0 |
25,0 |
10,0 |
|
Примечание. Расход промывочной |
жидкости составляет 180- |
||||
|
300 длг/мин по всему комплексу пород. |
гающих стенки скважины. Прямая промывка предотвращает сальникообразование.
Основным технологическим приемом является расхажива ние снаряда. Другие приемы применяются по мере необходи мости. В табл. 14.2 приведены параметры режима бурения и технологические приемы, применяемые в различных породах.
В особо сложных разрезах при перебуривании зон поглоще ния необходимо увеличить расход промывочной жидкости до 300-320 дм3/мин. В этих интервалах подрыв и расхаживание бурильной колонны не производится. Охлаждение коронки осуществляется периодическим подъемом инструмента над за боем скважины на высоту 3-5 см. После вскрытия подстилаю щего горизонта проводится прямая промывка скважины глини стым раствором на полимерной основе с высокой вязкостью.
В настоящее время ведутся опытные работы по созданию комплексов технических средств для бурения с гидротранс портом керна и шлама в твердых горных породах, а также средств для бурения с пневмотранспортом керна. Серийно до настоящего времени средства бурения с пневмотранспортом керна и аналогичные средства бурения твердых пород не про изводятся.