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
РОТОРНОЕ БУРЕНИЕ С ОБРАТНОЙ ВСАСЫВАЮЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При вращательном бурении с обратной циркуляцией промывочной жидкости разрушенная порода выносится с забоя к устью скважины потоком промывочной жидкости, поднимающейся на поверхность внутри колонны бурильных труб.
Обратное направление циркуляции является основной отличительной особенностью данного способа бурения и позволяет эффективно бурить водозаборные и дренажные скважины большого диаметра (600—1200 мм) в мягких и рыхлых породах.
Известно 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 бурильных труб. В этом случае устье скважины должно быть герметизировано;
2) путем непрерывного отсоса промывочной жидкости из колонны бурильных труб. В этом случае устье скважины открыто и соединяется каналом с отстойником, откуда промывочная жидкость (вода) самотеком поступает в скважину.
Сложность герметизации устья скважины при обеспечении вращательного и поступательного движений ведущей штанги предопределило распространенность второго способа создания обратной циркуляции, т. е. путем непрерывного отсоса промывочной жидкости из бурильной колонны. Поэтому данный метод называют «вращательным бурением с обратновсасывающей промывкой». В качестве возбудителя всасывающего эффекта используют: центробежный насос, эрлифт, водоструйный насос.
Наибольшее распространение получили первые два способа возбуждения движения обратного потока промывочной жидкости: центробежными насосами и эрлифтом. При морском неглубоком бурении, при разведке прибрежных россыпей нашел применение отсос с помощью струйного насоса.
Рис.1
При осуществлении обратной циркуляции грунтовым центробежным насосом в качестве возбудителя движения промывочной жидкости используется его всасывающая способность, для чего всасывающий канал насоса через шланг 6 присоединяется к вертлюгу 5, к которому присоединены ведущая (квадратная) и бурильные трубы 2 с долотом образующие пульпопроводный канал. Поток промывочной жидкости от забоя через всасывающие каналы в долоте, бурильную колонну и ведущую трубу, вертлюг-сальник и шланг устремляется к насосу, захватывая с забоя частицы разрушенной породы. Промывочная жидкость с частицами породы через выкид насоса сбрасывается в отстойник 9.
При выборе центробежного насоса должна быть соблюдена в качестве обязательного условия возможность пропуска через насос всех кусков породы, попавших в пульпопроводный канал, величина которых может достигать диаметра всасывающих окон в долоте.
От всасывающей способности насоса зависит глубина бурения скважины, а от подачи насоса и выбранного диаметра пульпопроводного канала (бурильные и ведущая трубы, шланги) — скорость движения восходящего потока, которая должна быть в пределах 1,5—3 м/с. Обычно высота всасывания центробежным насосом составляет не более 6—7 м.
Возможная глубина бурения при данном способе циркуляции зависит от суммы сопротивлений движению потока жидкости в долоте, бурильных и ведущей трубах, вертлюге и шлангах, а также от количества шлама, транспортируемого восходящим потоком, и ограничивается глубиной 100 м.
Запуск центробежного насоса может быть произведен лишь в том случае, если вся система (насос, гибкий шланг, вертлюг, ведущая и бурильные трубы) заполнена водой без разрыва. В качестве возбудителя используется вакуумная установка 12 (вакуумные насос и котел).
Основные недостатки схемы обратной циркуляции с помощью центробежного насоса заключаются в следующем:
1) жесткие требования по герметизации системы: насос, заряжающее устройство, пульпопроводы, вертлюг-сальник;
2) необходимость зарядки системы водой после каждого наращивания инструмента;
3) ограниченная глубина бурения (до 100 м);
4) невозможность использования обратной циркуляции при падении уровня жидкости в скважине на величину, превышающую всасывающую способность насоса.
Уменьшение удельного веса жидкости в трубах достигается путем аэрации ее сжатым воздухом, нагнетаемым в бурильную колонну через смеситель 10 по воздухопроводным каналам, связанным через вертлюг 5 и гибкий шланг 11 с компрессором. Смеситель, как правило, устанавливается непосредственно над долотом. Воздухопроводными каналами могут служить специальные трубы, расположенные внутри или снаружи бурильной колонны, или пространство между трубами в случае применения двойной бурильной колонны.
Начальная глубина погружения смесителя под уровень жидкости в скважине должна быть не менее высоты ее подъема в результате насыщения воздухом. С увеличением глубины погружения смесителя повышаются подача эрлифта и скорость движения восходящего потока, а следовательно, и подъемная способность эрлифта. Наибольшая глубина погружения смесителя определяется величиной максимального давления воздуха, сжимаемого компрессором.
Эрлифтный способ обратной циркуляции используется и для бурения скважин глубиной, значительно превышающей давление компрессора, выраженное в метрах водяного столба. В этом случае в процессе бурения в колонну бурильных труб по мере наращивания встраивается несколько смесителей. При компрессоре с давлением до 0,8 МПа смесители встраиваются в колонну бурильных труб примерно через каждые 60 м.
При использовании в качестве воздухопроводного канала специальных труб (часто полиэтиленовых), располагаемых внутри бурильной колонны, при достижении смесителем максимальной глубины погружения, определяемой давлением компрессора, величина воздухопроводного канала остается постоянной.
Основные преимущества эрлифтного способа обратной циркуляции заключаются в простоте ее организации, надежности в эксплуатации.
Схема вращательного бурения с обратно-всасывающей промывкой, возбуждаемой струйным насосом, применяется при разведке прибрежных подводных россыпей.
Исследования и опыт бурения с обратной промывкой показали, что и при промывке скважины технической водой, если нисходящий поток движется медленно и если столб воды в стволе скважины превышает статический уровень грунтовых вод не менее чем на 3 м, то стенки скважины, сложенные мягкими и рыхлыми отложениями, долго не обваливаются.
Благодаря этому роторное бурение с обратно-всасывающей промывкой технической водой получило большое распространение при сооружении водозаборных скважин.
Скважины, пробуренные этим способом и оборудованные гравийными фильтрами, дают значительно больший дебит, обеспечивают длительный срок службы, не требуют больших затрат времени на их освоение из-за отсутствия глинизации и кольматации прифильтровой зоны.
Наиболее эффективно роторное бурение с обратной циркуляцией в разрезах, сложенных рыхлыми отложениями: песками, глинами, суглинками, супесями, гравийно-галечниковыми слоями, при водоснабжении, обеспечивающем заполнение водой всего ствола скважины и емкостей, которые должны составлять 2,5—3 объема проектируемой скважины. В процессе бурения часто наблюдается фильтрация промывочной воды в стенки скважины; эти потери должны полностью восполняться. Величина поглощения зависит от напора водоносного горизонта и глубины его залегания (величины избыточного гидростатического давления). В обычных условиях потеря промывочной жидкости не должна превышать 150—200 л/мин.
БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ
В настоящее время имеется ряд установок для вращательного способа бурения с обратной циркуляцией. Указанные выше установки подверглись модернизации и оснащены соответствующим буровым инструментом.
Сущность модернизации — снижение скоростей ротора, приспособление ротора для работы с ведущей трубой большего диаметра, оснащение ударных станков типа УКС роторной приставкой с индивидуальным приводом.
В некоторых серийно выпускаемых буровых установках с подвижным вращателем (УШБ-16, ЛБУ-50, КБУ-15) одним из способов бурения предусмотрен вращательный с обратно-всасывающей промывкой.
Рис.2
Кроме того, в настоящее время широко используются установки румынского производства типа РА, в которых в качестве основного способа бурения предусмотрен вращательный с обратной циркуляцией промывочной жидкости.
БУРОВОЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Для бурения вращательным способом с обратной циркуляцией используется следующий буровой инструмент : вертлюг-сальник, ведущая квадратная труба, бурильные трубы, воздухопроводные трубы, смеситель, породоразрушающий инструмент, вспомогательный инструмент для осуществления спуско-подъемных операций.
Основное влияние на конструкцию бурового инструмента оказывает выбранный способ организации обратной промывки с помощью центробежного насоса или эрлифта. При этом должно соблюдаться одно из условий безаварийной работы — канал восходящего движения жидкости, несущей разбуренную породу, от забоя до поверхности (долото, колонна бурильных труб, ведущая труба, вертлюг, шланги) не должен иметь сужений, расширений и крутых поворотов.
При организаций промывки с помощью центробежного насоса конструкция бурового инструмента проще, так как не требуется подача сжатого воздуха в бурильную колонну.
Вертлюг-сальник обычно изготовляется универсальным, т. е. для работы с центробежным насосом и с помощью эрлифта. Отличительная особенность вертлюга — большое проходное отверстие шпинделя (ствола), равное проходному отверстию бурильных труб.
При подаче сжатого воздуха по автономному невращающемуся трубопроводу, расположенному во внутреннем канале ведущей и бурильных труб, используется вертлюг (рис. 189) с воздухоподводящей головкой, закрепленной в невращающейся части вертлюга, к которой непосредственно и подвешивается невращающийся трубопровод (полиэтиленовая труба).
При подаче сжатого воздуха по трубопроводу, расположенному на внешней стороне бурильных труб, используется вертлюг, обеспечивающий перепуск сжатого воздуха от невращающейся воздухоподводящей головки во вращающуюся часть, соединяемую с соответствующими воздухопроводными каналами ведущей трубы.
Рис.3
Ведущая бурильная труба. Через нее происходит излив промывочной жидкости и подают сжатый воздух к смесителю.
Квадратное сечение ведущей трубы формируется путем приварки к круглой трубе фигурного проката (уголков, швеллеров). Пространство между уголками и трубой используется как воздухопроводный канал. Верхняя и нижняя части ведущей трубы снабжаются резьбовым или фланцевым соединительным элементом.
Длина ведущей трубы принимается на 0,5—1,0 м больше длины бурильных труб.
Бурильные трубы обычно изготовляются из обсадных труб.
При бурении с эрлифтом и наружном расположении воздухопроводных труб применяются бурильные трубы фланцевого соединения; во всех других случаях — резьбового.
Длину бурильных труб определяет способ организации обратно-всасывающей промывки. При бурении с всасывающим центробежным насосом применяются бурильные трубы длиной 3 м, а при бурении с эрлифтом — бурильные трубы длиной до 6 м. При возбуждении обратной циркуляции эрлифтом применяются смесители различной конструкции. При подаче сжатого воздуха в скважину по центрально расположенным трубам смесителем является нижняя часть воздухопроводной трубы с отверстиями. При подаче сжатого воздуха по трубам, расположенным на наружной поверхности бурильных труб, в состав бурового инструмента входит специальная бурильная труба-смеситель. Бурильная труба-смеситель имеет по окружности отверстия диаметром 10 мм (150—200 отверстий), через которые воздух попадает во внутренний канал. Снаружи отверстия закрываются камерой, к которой по трубам подводится сжатый воздух. Для предотвращения попадания промывочной жидкости в воздухопроводные трубы при наращивании бурильных труб в конструкции смесителя предусматривается обратный клапан.
Долота. Поскольку бурение ведется в породах невысокой твердости, часто применяются двух-, трех- и четырехлопастные долота режущего типа. Лопасти долот оснащены режущими элементами, которые армируются твердым сплавом. Для большей долговечности в некоторых конструкциях долот предусмотрена возможность замены режущих элементов по мере их затупления. При бурении перемежающихся по крепости пород используются одношарошечные эксцентричные долота.
Для бурения в породах средней крепости применяются многошарошечные ступенчатые долота. Засасывающие окна в долоте располагаются в торце или сбоку. Конструкция окон должна исключать попадание в бурильные трубы кусков породы размером, превышающим минимальный диаметр пульпопроводного канала.
Рис.4 Рис.5
В качестве породоразрушающего инструмента при забурке используется инструмент медленновращательного бурения (ложковые буры, змеевики).
В зависимости от типа соединения бурильных труб (резьбовые или фланцевые) установка комплектуется и соответствующим вспомогательным инструментом. ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИН
Бурение скважин большого диаметра вращательным способом с обратно-всасывающей промывкой производится с целью сооружения водозаборных и водопонижающих скважин с гравийными фильтрами.
До монтажа оборудования на рабочей площадке производится сооружение отстойника глубиной 2,0 м для промывочной жидкости. Емкость его должна быть в 2—3 раза больше конечного объема скважины. Для предохранения водоподводящей к скважине канавки от размыва в нее укладывается металлический или деревянный желоб или труба. Производится установка и проверка станка. При помощи специальных гидравлический домкратов устанавливается мачта.
План расположения оборудования на рабочей площадке показан.
Забуривание скважины чаще всего осуществляется «всухую», без промывки или с прямой промывкой. Для забуривания всухую используют спиральные и тарельчатые буры, с прямой промывкой — то же долото, что и для бурения с обратно-всасывающей промывкой.
Глубина забуривания определяется минимально необходимой величиной загрузки смесителя эрлифта для начала его устойчивой работы и практически составляет 5 м. При бурении с центробежным насосом забуривание выполняется на 0,5—1 м только для формирования устья скважины.
При залегании с поверхности пород, не устойчивых от размыва и оползания, после забуривания устанавливается направляющая труба. Пространство между стенками скважины и трубой утрамбовывается глиной.
Забуривание скважины производится при минимальной частоте вращения (10—15 об/мин).
Бурение основного ствола слагается из следующих операций:
1) установка долота;
2) соединение бурильной и ведущей труб с долотом;
3) возбуждение циркуляции промывочной жидкости;
4) углубка скважины на длину бурильной трубы;
5) наращивание инструмента.
Далее чередуются третья, четвертая и пятая операции вплоть до достижения проектной глубины скважины. Затем производятся подъем инструмента и отсоединение долота.
Циркуляция промывочной жидкости при эрлифтном способе отсасывания пульпы осуществляется легко, если уплотнение воздухопроводных труб выполнено надежно. Возбуждение циркуляции при отсосе пульпы центробежным насосом занимает значительно больше времени. При этом предъявляются высокие требования к герметичности вертлюга-сальника и всех соединений всасывающей линии (колонны).
При бурении требуется достаточно точно регулировать скорость подачи инструмента, что при подаче с барабана лебедки тормозом осуществить затруднительно. Поэтому нередки случаи срыва циркуляции из-за излишне большого внедрения лезвий долота в породу и закупорки всасывающего отверстия в долоте. Для освобождения отверстия от пробки применяют расхаживание инструмента, после чего необходим повторный запуск грунтового центробежного насоса.
Рис.6
Часто затраты времени на бурение интервала, равного длине бурильной трубы, при существующих режимах бурения равны, а иногда и значительно меньше затрат времени на наращивание бурильной трубы. Эта операция производится вручную и занимает 20—40 мин в зависимости от типа соединения бурильных труб и Применяемой буровой установки.
Наибольших затрат времени требует выполнение следующих элементов наращивания: освобождение устья скважины от ведущей трубы и подведение ее к устью скважины, отсоединение и соединение ведущей и бурильной труб, подъем и укладка наращиваемой или отсоединяемой бурильной трубы. Наличие двух лебедок позволяет несколько сократить затраты времени на наращивание, поскольку манипуляции с ведущей и бурильной трубами производятся разными лебедками.
Таким образом, резервы повышения производительности данного способа бурения заключаются в отработке оптимальных режимов бурения и сокращения затрат времени на СПО и другие вспомогательные работы.