15.01.2021

Вращательное бурение шарошечными долотами с продувкой


В России ежегодно бурятся миллионы метров сейсмических скважин, как правило, глубиной до 50 и реже до 100 м. Диаметр скважин колеблется от 119 до 140 мм при бурении шарошечными долотами и в пределах 135—177 мм при шнековом бурении. Предпочтительнее скважины больших диаметром, поскольку в них может быть спущено несколько рядов стандартных тротиловых шашек (весом до 60 кг) для концентрации BB на ограниченном интервале скважины. Большие объемы сейсмического бурения выполняются в трудных географических, геологических и технических условиях, особенно в безводных районах, районах многолетней мерзлоты и при бурении в разрезах, сложенных поглощающими породами.

В этих условиях весьма эффективным и перспективным способом оказалось вращательное бурение шарошечными долотами с прямой продувкой скважины сжатым воздухом, а также промывкой аэрированной жидкостью. Наилучшие результаты при бурении с продувкой достигнуты в сухих разрезах, сложенных породами, не склонными к обрушению. В условиях сухих разрезов не возникают осложнения и при бурении глин, слабоцементированных песков и песчаников, мела, аргиллитов, которые при бурении с промывкой склонны к слипанию, набуханию или разрушению.

Исследованиями А.Т. Лактионова выявлено, что даже при бурении песков рыхлых песчаников и сильно разрушенных известняков без водопроявлений при ограниченной скорости восходящего потока 20—25 м/сек, стенки скважины оставались устойчивыми в течение 15 ч, в то время как при бурении с промывкой они обрушались.

Бурение с продувкой воздухом, эффективно и при проходке зон вечной мерзлоты. Необходимо только обеспечивать охлаждение нагнетаемого воздуха. Следует отметить, что в этом случае создаются условия для получения образцов пород в виде керна, сцементированных льдом в их естественном состоянии без нарушения структуры.

Таким образом, бурение с продувкой воздухом в породах, естественная структура которых нарушается от контакта с водным раствором, позволяет ликвидировать размыв стенок и образование обвалов. Однако в случае если при бурении с продувкой возникают водопроявления, особенно в разрезах с тектоническими нарушениями в несвязных породах, склонных к обрушениям, то обвалы наблюдаются в большей степени, чем при бурении с промывкой.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что пластичные липкие глины с влажностью более 15% бурить с продувкой сжатым воздухом практически невозможно из-за образования сальников. В этом случае для разжижения жидкой пульпы необходимо применять ПАВ.

Исследованиями в США установлено, что образование сальников возникает и в том случае, когда приток воды в скважину составляет 10—35% объема выбуренной породы.

Однако при бурении сейсмических скважин глубиной до 50 м наличие водопроявлений, как правило, не является серьезным препятствием, поскольку вода выдувается на поверхность компрессорами с давлением до 6—7 кГ/см2.

Бурение с продувкой невозможно п нецелесообразно, когда и разрезе встречаются плывуны мощностью более 0,5—1,0 м, так как плывун заполняет скважину немедленно. Опытные работы А.Т. Лактионова, проведенные на плато Усть-Урт при бурении сейсмических скважин диаметром 119 мм, позволили выявить необходимую производительность компрессора для эффективной проходки скважин. В табл. 58 приведено среднее значение времени чистого бурения скважины глубиной 26 м в зависимости от количества подаваемого воздуха.

Из приведенных в табл. 58 данных следует, что при расходе воздуха 12,5 м3/мин преимущества способа, зависимые от рабочего агента, оказываются использованными, и для дальнейшего увеличения показателей бурения необходимо увеличить нагрузку на долото или скорость вращения снаряда. В табл. 59 приведены значения механической скорости бурения при различных диаметрах бурильных труб, количестве нагнетаемого воздуха и скорости восходящего потока воздуха.

Из табл. 59 следует, что с увеличением расхода воздуха механическая скорость бурения в общем возрастает до определенного максимума, при котором, очевидно, на забое возникают хаотические вихри, не содействующие лучшей очистке забоя. Результаты опытного бурения показывают также, что при одном и том же расходе воздуха, но при различных диаметрах бурильных труб механическая скорость бурения различна и тем выше, чем больше диаметр бурильных труб.

Механическая скорость бурения зависит в одинаковой степени как от скорости восходящею потока воздуха в затрубном пространстве, так и от расхода его. Увеличение скорости восходящего потока определяет рост механической скорости бурения до тех пор, пока скорость потока становится достаточной для эффективного удаления шлама из призабойной зоны. При сохранении оптимального значения скорости восходящего потока воздуха механическая скорость бурения возрастет с увеличением расхода воздуха до определенною предела, зависящего от конкретных условий бурении в связи с более эффективным удалением шлама с поверхности забоя.

Таким образом, опытное бурение сейсмических скважин диаметром 119 мм показало, что для интенсивной очистки забоя от выбуренной породы расход воздуха должен лежать в пределах 12—16 м3/мин, а скорость восходящего потока в затрубном пространстве — в пределах 20—25 м/сек. При бурении, с продувкой обороты ротора следует снижать по сравнению с рекомендуемыми для бурения с промывкой, чтобы создать лучшие условия для объемного разрушения породы. При бурении шарошечными долотами диаметром 119 и 140 мм в твердых породах обороты ротора не должны превышать 100 об/мин, а осевая нагрузка 2—2,5 Т. При бурении в породах средней твердости рекомендуется скорость вращения 200 об/мин при нагрузке 1,5—2,0 Т. Наконец, при бурении мягких и сыпучих пород скорость вращения ротора можно увеличить до 300 об/мин при нагрузке на долото 1,5 Т.

Механическая скорость бурения и проходка на долото при бурении с продувкой резко возрастают по сравнению с бурением с промывкой. В табл. 60 приведены данные механических и цикловых скоростей бурения сейсмических скважин глубиной 26 м. Сверху в интервале 0—5 м залегают пески, в интервале 5—10 м крупнозернистый песок с ракушечником, в интервале 10—18 м — песчаник с включением мелкой гальки и в интервале 18—26 м — перемежающиеся пласты сухих суглинков и песчаников.





Яндекс.Метрика