БУРЕНИЕ СКВАЖИН Методические указания
Выбор технологического инструмента
К технологическому инструменту относятся буровой снаряд и буровой сальник. В состав бурового снаряда для бескернового бурения входит породоразрушающий инструмент, переходник, колонна бурильных труб и ведущая труба. В состав бурового снаряда для колонкового бурения входят: колонковый набор, колонна бурильных труб и ведущая труба.
Выбор породоразрушающего инструмента для бескернового бурения.
В качестве породоразрушающего инструмента при бескерновом бурении применяются различные типы долот – лопастные, шарошечные и алмазные. Выбор типа долота зависит от физико-механических свойств горных пород. Диаметр долот, применяющихся при геологоразведочном бурении, соответствует диаметру коронок, приведенному в табл.6, что позволяет чередовать колонковый и бескерновй способ при бурении скважины.
Лопастные долота применяют в мягких породах I-IV категорий по буримости. Лопастные долота (двух иди трехлопастные) выпускается диаметром 76 ¸ 151 мм.
Шарошечные долота (двух - и трехшарошечные) при бурении геологоразведочных скважин используют для проходки мягких, средней твердости, твердых и очень твердых пород. Наиболее широко применяют следующие типы шарошечных долот: М – по мягким породам I-IV категорий по буримости; С – по породам средней крепости IV-VII категорий по буримости; Т – по твердым породам VII-IX категорий по буримости; К и ОК (штыревые) – для бурения крепких и очень крепких пород IX-XI категорий.
Кроме перечисленных для бурения перемежающихся пород применяют следующие типы долот: КС – для бурения мягких пород с включением пород средней твердости IV-V категорий по буримости; СТ – для бурения пород средней твердости с включениями твердых пород VI-IX категорий по буримости; ТК – для бурения твердых пород с включениями очень твердых (крепких) пород IX-X категорий по буримости.
Алмазные долота предназначены для проходки небольших интервалов скважин без отбора керна при направленном и многоствольном бурении в твердых и очень твердых породах VIII-XI категорий по буримости. Они бывает однослойными 06А3, 09А3 и импрегнированными типа 08И3. Диаметры долот 46 - 76 мм.
Выбор породоразрушающего инструмента для колонкового бурения.
В качестве породоразрушающего инструмента для колонкового бурения применяют твердосплавные и алмазные коронки. Коронки входят в состав колонкового набора. Твердосплавные коронки используют для бурения мягких и средней твердости пород I-VIII и частично IX категорий по буримости (при отсутствии кварца). Алмазные коронки используются при бурении твердых и крепких пород VI – XII категории по буримости. Размеры стандартных коронок для одинарных колонковых наборов приведены в табл.6.
Таблица 6
|
Наружный диаметр коронок, мм |
Внутренний диаметр коронок, мм |
||
|
Твердосплавные коронки |
Алмазные коронки |
||
|
Типа М |
Типа СМ, СТ, СА |
||
|
46 |
– |
31 |
31 |
|
59 |
– |
44 |
42 |
|
76 |
– |
59 |
59 |
|
93 |
57 |
75 |
73 |
|
112 |
73 |
94 |
92* |
|
132 |
92 |
114 |
– |
|
151 |
112 |
133 |
– |
Для бурения мягких пород I-IV категорий по буримости применяют ребристые коронки типа М, изготовляемые в двух модификациях: М5 и М6. Коронки модификации М5 предназначены для бурения мягких однородных пород I-IV категорий по буримости; М6 – для бурения мягких неоднородных по строению пород, II-IV категорий по буримости, перемежающихся по твердости с включениями щебенчато-галечных отложений V-VI категорий.
Для бурения малоабразивных пород средней твердости IV-VII категорий по буримости применяются коронки типа СМ и СТ: СМ4 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород V-VI категорий и частично VII категории по буримости; СМ6 для бурения монолитных и трещиноватых горных пород VI-VII категорий по буримости; СТ2 для бурения малоабразивных трещиноватых и перемежающихся горных пород с твердыми включениями IV-VI категорий по буримости.
Для бурения абразивных пород средней твердости применяются твердосплавные коронки типа СА: СА4 для бурения монолитных и слаботрещиноватых горных пород VI-VIII и частично IX категорий по буримости; СА5 и СА6 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород VI-VIII и частично IX категорий.
Твердосплавные коронки для бурения гидроударными и пневмоударными машинами выпускаются серийно и отличаются от обычных твердосплавных коронок. Для гидроударного бурения выпускаются коронки типа КГ диаметром 59-115 мм, для пневмоударного бурения – коронки типа КП, КПД, КПС диаметром 96-153 мм.
Для бурения пород VIII-XII категорий по буримости целесообразно применять алмазные коронки. Их выпускает однослойными и импрегнированными. Однослойные коронки армирует наиболее крупными алмазами от 2-5 до 40-60 шт./кар. и используют для бурения пород VIII-X категорий. Импрегнированные коронки армированы объемными алмазами зернистостью 90-600 шт./кар. и подрезными зернистостью 30-60 шт./кар. Их используют для бурения пород IX-XII категорий.
Характеристика алмазной коронки отражена в маркировке, например, 01А3, 02И4, 16А3.
01 (0,2 ... и т. д.) – порядковый номер конструкции коронки, характеризует форму торца матрицы;
А (И) – тип коронки – однослойная (импрегнированная);
3 (4, 5) – твердость матрицы (3 – нормальная для бурения в плотных монолитных мало - и среднеабразивных породах; 4 – твердая для бурения в среднеабразивных и абразивных, плотных, монолитных, а также трещиноватых породах; 5 – очень твердая для бурения в очень твердых трещиноватых, весьма абразивных породах).
В практике геологоразведочного бурения наиболее широко приме-няются следующие типы алмазных коронок: однослойные – 01А3, 01А4, 04А3, 07А3, 14А3, 15А3, 16АЗ для бурения горных пород VII-XI категорий по буримости; импрегнированные – 02И3, 02И4, 03И5, которые используются для бурения соответственно малоабразивных, абразивных и сильно абразивных горных пород IX-XII категорий по буримости. Коронки 01А3СВ, 01А4СВ, 02И3СВ, 02И4СВ, 15А3СВ армируются синтетическими алмазами.
Выбор элементов колонкового набора.
Кроме породоразрушающего инструмента в состав колонкового набора входят: кернорватели, алмазные расширители, колонковые трубы, переходники.
Кернорватели предназначены для отрыва и удержания керна при подъеме колонкового набора из скважины и устанавливаются между коронкой и колонковой трубой. При алмазном бурении для калибровки стенок скважины, повышения износостойкости алмазных коронок и стабилизации работы бурового снаряда применяются алмазные расширители. Алмазный расширитель выполняет также роль кернорвателя.
Колонковые трубы, входящие в состав одинарных колонковых наборов, выпускается по тому же стандарту, что и обсадные трубы ниппельного соединения (см. табл.3). В табл.7 приведены диаметры колонковых труб в зависимости от диаметра и типа коронок.
Таблица 7
|
Наружный диаметр коронок |
Диаметр колонковых труб, мм |
|
|
Алмазные коронки, твердосплавные коронки типа СМ, СТ, СА |
Твердосплавные коронки типа М |
|
|
36 |
33,5 |
– |
|
46 |
44 |
– |
|
59 |
57 |
– |
|
76 |
73 |
– |
|
93 |
89 |
73 |
|
112 |
108 |
89 |
|
132 |
127 |
108 |
|
151 |
146 |
127 |
Переходник служит для соединения колонкового набора с колонной бурильных труб.
Состав колонкового набора выбирается для каждого интервала бурения скважины.
Для колонкового бурения в монолитных и слаботрещиноватых породах, где плановый выход керна достигается без использования специальных технических средств, применяются одинарные колонковые наборы. Одинарный колонковый набор состоит из породоразрушающего инструмента, кернорвателя, колонковой трубы, переходника, иногда в состав колонкового набора включается шламовая труба. При алмазном бурении в состав колонкового набора рекомендуют включать алмазный расширитель. Колонковые наборы для бурения в сложных геологических условиях рассмотрены в разд. 5.3.
Выбор бурильных труб.
При геологоразведочном бурении используются следующие типы бурильных труб (краткая характеристика их приведена в табл.8): стальные бурильные трубы с приваренными замками; легкосплавные бурильные трубы ТБЛ; утяжеленные бурильные трубы ТБУ (ГОСТ Р 515100).
Таблица 8
|
Обозначение трубы |
Наружный диаметр, мм |
Толщина стенки, мм |
Наружный диаметр замков или муфт, мм |
Длина одной трубы |
Масса 1 м трубы с соединениями, кг/м |
|
Стальные бурильные трубы с приваренными замками ТБСУ |
|||||
|
ТБСУ-43 |
43,0 |
4,5 |
43,5 |
1,7 – 4,7 |
15,0 |
|
ТБСУ-55 |
55,0 |
4,5 |
55,5 |
1,7 – 4,7 |
21,1 |
|
ТБСУ-63,5 |
63,5 |
4,5 |
64,0 |
1,7 – 6,2 |
25,5 |
|
ТБСУ-70 |
70,0 |
4,5 |
70,5 |
1,7 – 6,2 |
28,3 |
|
ТБСУ-85 |
85,0 |
4,5 |
85,5 |
1,7 – 6,2 |
37,6 |
|
Легкосплавные бурильные трубы ТБЛ |
|||||
|
ТБЛ-43 |
43,0 |
7,0 |
43,5 |
1,7 – 4,7 |
9,0 |
|
ТБЛ-55 |
55,0 |
9,0 |
55,5 |
1,7 – 4,7 |
15,0 |
|
ТБЛ -63,5 |
64,0 |
9,0 |
64,0 |
1,7 – 6,2 |
18,8 |
|
ТБЛ-70 |
70,0 |
9,0 |
70,5 |
1,7 – 6,2 |
21,2 |
|
ТБЛ-85 |
85,0 |
9,5 |
85,5 |
1,7 – 6,2 |
29,3 |
|
Утяжеленные бурильные трубы ТБУ |
|||||
|
ТБУ-57 |
57,0 |
12,0 |
57,5 |
1,7 – 6,2 |
13,4 |
|
ТБУ-73 |
73,0 |
19,0 |
73,5 |
1,7 – 6,2 |
25,0 |
|
ТБУ-89 |
89,0 |
22,0 |
89,5 |
1,7 – 6,2 |
36,0 |
|
ТБУ-108 |
108,0 |
26,0 |
108,5 |
1,7 – 6,2 |
52,0 |
Выбор бурильных труб зависит от конструкции скважины, конечного диаметра и способа бурения.
Ориентировочное значение диаметра бурильных труб можно определить из соотношения:
DБТ ≈ 0,9 DСКВ
Где: dБТ - диаметр бурильных труб; DСКВ – диаметр скважины.
При выборе бурильных труб необходимо учитывать, что легко-сплавные бурильные трубы ниппельного соединения нельзя использовать в скважинах, имеющих ступенчатую конструкцию.
Утяжеленные бурильные трубы, включаемые в нижнюю часть бурильной колонны, служат для создания необходимой осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, улучшения условий работы бурильной колонны, уменьшения искривления скважин. Применяется, в основном, при бескерновом бурении. Длина колонны УБТ определяется в зависимости от осевой нагрузки:
1,25 РОС
LУБТ = –––––––––––––––––––––––
QУБТ (1 – rж / rст ) Cos ΘСР
Где LУБТ – длина УБТ, м; РОС – осевая нагрузка, м; qУБТ - вес 1 м УБТ, н/м; rЖ - плотность очистного агента, кг/м3; rСТ - плотность материала труб, кг/м3; qСР - средний зенитный угол, град.
