Производительность различных методов бурения


Бурение в породах I группы


При бурении в абсолютно неустойчивых породах I группы, представленных обильно водонасыщенными и совершенно сухими песками, а также несцементированным крупнообломочным материалом диаметр скважины определяется диаметром обсадной колонны. Бурение по этим породам, как правило, вне зависимости от метода (кроме шнекового и вращательного с промывкой) осуществляется желонками, либо зондами с клапанами. Говорить об ударно-канатном бурении с отрывом и без отрыва от забоя в этих условиях можно только условно, имея в виду под первым бурение без балансира, путем сбрасывания снаряда непосредственно с лебедки, и под вторым — бурение с балансиром.

Однако для сопоставления различных методов во всех породах терминологию, справедливую для ударно-канаткого бурения в II, III и IV группах пород, целесообразно сохранить и в породах I группы.

Из сопоставления приведенных в табл. 81 коэффициентов v0 и В для скважин диаметром 127 мм следует; что величина коэффициента v0 для различных видов ударно-канатного бурения отличается мало, а эффективность ударно-канатного бурения с отрывом и без отрыва от забоя с учетом влияния механизации обсадки определяется в основном величиной коэффициента В.

Вибрационное бурение имеет более низкие начальные скорости v0. Декремент затуханий В для этого метода бурения значительно выше, чем для ударно-канатного с ударным механизмом и вращением обсадных труб и ниже, чем при ударно-канатном бурении с отрывом и без отрыва от забоя без механизации обсадки.

Наиболее перспективным в данных условиях является ударно-канатное бурение «без отрыва от забоя» с механизацией вращения обсадных труб.

Преимущество этого метода объясняется в основном эффективностью сочетания вращения обсадной колонны при проходке плывунов и других абсолютно неустойчивых пород с одновременной работой желонкой. Данные по бурению скважин диаметром 168 мм комбинированным методом, вибрационным и ручным способами полностью подтверждают выводы, сделанные для диаметра 127 мм.

Графики зависимости средних рейсовых скоростей (рис. 45) от глубины при бурении скважин диаметром 127 мм различными методами позволяют более определенно судить об эффективности того или иного метода в породах I группы.
Производительность различных методов бурения

В нашем распоряжении отсутствуют данные по бурению скважин диаметром 127 мм в породах I группы ударно-канатным методом без отрыва от забоя с механизацией вращения обсадных труб. Однако данные по бурению этим методом скважин диаметром 152 мм свидетельствуют о его несомненных преимуществах. Есть основание полагать, что при диаметре 127 мм скорость бурения этим способом будет даже выше, чем при ударно-канатном бурении с балансиром и вибрационной посадкой труб.

При ударно-канатном бурении с балансиром и вибрационной посадкой труб достигнуты довольно высокие средние скорости 1,2—13,4 м/ч.

При ударно-канатном бурении желонкой без балансира без механизации обсадки средние рейсовые скорости ниже, чем при бурении с балансиром, и изменяются с глубиной более интенсивно, так что разрыв достигает 10 раз. Однако в интервале от 0 до 10 м они нее же превышают средине скорости вибрационного бурения.

При бурении скважин глубиной до 25—30 м сохраняется более высокая эффективность ударно-канатного бурения без отрыва от забоя с механизацией обсадки скважины трубами. Бурение с отрывом стакана от забоя и связи с высокими величинами коэффициента В становится менее производительным, чем вибрационное.

При бурении скважин глубиной до 50 м эффективность ударно-канатного бурения с отрывом от забоя еще более снижается.

Для оценки эффективности использования установленной мощности рассмотрим величины приведенных скоростей, характерных для различных методов бурения в породах I группы (табл. 82).

Анализируя данные в табл. 82 и график (рис. 46), можно сделать вывод, что при сопоставимых диаметрах скважин в породах I группы, по-видимому, с наибольшей эффективностью мощность используется при ударно-канатном бурении с балансиром и особенно с механизацией вращения обсадных труб.

Бурение в породах II группы


Как видно из табл. 83, при диаметрах бурения порядка 145—150 мм наиболее высокие начальные скорости v0 в слабоустойчивых породах имеет вибрационное бурение. Однако этому методу присущи и наиболее высокие коэффициенты B, характеризующие падение рейсовой скорости с глубиной, в связи с тем, что эффект вибрации резко снижается с увеличением длины бурильной колонны, а спуско-подъемные операции при этом методе производятся медленно и затраты времени на них интенсивно увеличиваются с глубиной.

Шнековое бурение с подъемом образцов породы съемным грунтоносом характеризуется достаточно высокими начальными скоростями v0 и самыми низкими коэффициентами В.

Это объясняется тем, что механическая скорость шнекового бурения в меньшей степени зависит от глубины скважины, а вместо подъема и спуска всей колонны шпеков производится только подъем грунтоноса на канате.

Начальные скорости v0 при ударно-забивном бурении без отрыва стакана от забоя и шнековом бурении сопоставимы по величине. Однако коэффициент В при ударно-забивном бурении в 4—6 раз выше, чем при шнековом, в связи с короткими рейсами и большим объемом спуско-подъемных операций. Наименее удовлетворительные результаты в данных условиях дает вращательное рейсовое бурение, которое характеризуется самыми низкими коэффициентами начальных скоростей. Объясняется это в значительной степени тем, что в породах II группы бурение производилось ложками, которые характеризуются небольшой длиной рейса и низкой механической скоростью.

Имеющиеся данные по бурению скважин диаметром 127—131 мм и породах II группы вибрационным, ударно-забивным без отрыва от забоя и колонковым способами в целом подтверждают выводы, сделанные дли диаметров 145—150 мм.

Дли того чтобы более точно оценить целесообразную область применения того или иного метода, были определены для скважин глубиной 5, 10, 15, 25 и 50 м средние рейсовые скорости при бурении в однородных породах (рис. 47).

При диаметре бурения 108 мм в интервале 0—12 м наиболее производительно ударно-канатное бурение с отрывом стакана от забоя. При более глубоких скважинах этот метод менее эффективен, чем шнековое бурение. При диаметре бурения 145—150 мм в породах II группы наибольшие средние скорости на всем диапазоне глубин имеет шнековое бурение с отбором керна съемным грунтоносом.

Эффективность бурения другими методами в значительной степени зависит от глубины скважины.

При глубине скважин до 10—12 м после шнекового бурения наибольшие скорости обеспечивает вибрационное бурение, затем ударно-забивное без отрыва от забоя, колонковое бурение с промывкой и, наконец, вращательное рейсовое бурение.

При глубине скважин свыше 10—12 м наибольшие средние скорости бывают при шнековом бурении, затем при ударно-забивном бурении, вибрационном и вращательно-рейсовом бурении. Таким образом, шнековое бурение сохраняет свои преимущества по всей глубине скважины, а скорость вращательного, рейсового бурения остается наименьшей.

Эффективность использования установленной мощности при проходке скважин в породах II группы характеризуется данными, приведенными в табл. 84 и на графиках (рис. 48).


Как показывают эти данные, с наибольшим эффектом используется установленная мощность в станках, основанных на ударно-забивном бурении с отрывом и без отрыва снаряда от забоя.

Колонковое бурение с промывкой при использовании станков предназначенных для проходки скважин на глубину до 100 м, вращательное рейсовое бурение, вибрационный и шнековый методы имеют низкие приведенные скорости. Причем эффективность использовании мощности при шнековом и колонковом бурении с промывкой более высока, чем при двух других методах (вращательном рейсовом бурении и виброметоде), особенно при проходке скважин глубиной более 10—15 м.

Метод вращательного рейсового бурения уступает вибрационному при глубинах до 20—25 м, а затем в значительной степени превосходит его по всем показателям.

Бурение в породах III группы


Из данных, приведенных в табл. 85 и характеризующих различные методы при бурении скважин в связных небольшой плотности породах III группы, следует, что наибольшие начальные скорости v0 характерны для вибрационного и ударно-забивного бурения с отрывом от забои. Несколько ниже скорость шнекового бурении с подъемом керна съемным грунтоносом.

Вращательное рейсовое и колонковое бурение имеют самые низкие начальные скорости (v0=2—7) при сопоставимых диаметрах бурения.

Характеризуя декремент затухания рейсовой скорости с глубиной В, следует отметить, что самые низкие его значения присущи шнековому способу, а самые высокие вибрационному.

Ударно-забивное бурение имеет сравнительно невысокие значения, что обеспечивает возможность использования его в породах III группы на значительную глубину. Причем при большей глубине метод бурения без отрыва стакана от забоя имеет некоторое преимущество.

График на рис. 49 наглядно иллюстрирует, как изменяется эффективность различных методов с глубиной.

Вибрационное бурение, самое производительное при небольшой глубине (5—25 м), затем уступает по производительности ударно-забивному методу с отрывом от забоя; последний на глубине примерно 30—35 м имеет меньшую производительность, чем шнековое бурение с отбором керна съемным грунтоносом.

Ударео-забивное бурение без отрыва стакана от забоя, колонковое с промывкой, а также вращательное рейсовое бурение, обладая сравнительно невысокой производительностью, обеспечивают все же бурение скважин на глубину до 50 м. Колонковое бурение с промывкой уступает в пределах 50 м ударно-забивному методу и превосходит лишь вращательное бурение всего и 1,5—2 раза.

Однако метод вращательного рейсового бурения все-таки наиболее перспективен для бурения в породах третьей группы скважин больших диаметров (более 300 мм) на глубины до 50 м.

Из сопоставления приведенных в табл. 86 данных, характеризующих эффективность использования мощности и анализа соответствующих графиков (рис. 50), следует, что самые высокие приведенные скорости характерны для ударно-забивного бурения с отрывом снаряда от забоя.

Самые низкие приведенные скорости характерны для колонкового бурения с промывкой.

Приведенные скорости при этом методе в сопоставимых условиях в 10—20 раз ниже, чем при ударно-забивном без отрыва от забоя.

Величина приведенной скорости для ударно-забивного бурения без отрыва стакана от забоя в 2—4 раза меньше, чем при работе с отрывом снаряда от забоя.

Вращательное рейсовое бурение характеризуется приведенными скоростями в 4—5 раз меньшими, чем при ударно-забивном методе. Однако при увеличении глубины скважины до 50 м разница в этих показателях существенно уменьшается (2—2,5 раза против 3—4 раза).

Колонковое, шнековое и вибрационное бурение является методами с высокой энергоемкостью. Приведенная скорость для этих методов значительно ниже, чем для ударно-канатного и вращательного рейсового.

Следует отметить, что из последних трех методов наиболее экономично в данных условиях шнековое бурение с подъемом образцов породы съемным грунтоносом.

Таким образом, в породах III группы наиболее экономично ударно-забивное бурение с отрывом от забоя, которое лишь по скорости уступает виброметоду на малых глубинах. Колонковое бурение практически по всем показателям уступает остальным методам. Шнековое бурение занимает промежуточное положение как по скорости, так и по энергозатратам.

Бурение в породах IV группы


Сопоставление различных методов при бурении в породах IV группы скважин приведено в табл. 87.

Таблица 87 показывает, что наибольшие начальные скорости характерны для вибрационного бурения, наименьшие для вращательного рейсового метода. При небольшой глубине скважин вибрационный метод может обеспечить и в этих породах самую высокую скорость бурения. Однако в связи с тем, что для этого метода декремент затухания рейсовой скорости (коэффициент В) в 5 раз выше, чем при других методах, наибольшие перспективы в этой группе пород при бурении скважин глубиной более 20 м имеют шнековое и ударно-забивное бурение, особенно с отрывом снаряда от забоя, если речь идет о скважинах диаметром до 127 мм.

При диаметре скважин 73—127 мм в породах IV группы для ударно-забивного бурения с отрывом снаряда от забоя коэффициенты v0=18—20 и В=0,038—0,05.

Сравнение средних рейсовых скоростей (рис. 51) при бурении скважин диаметром 146—150 мм различной глубины показывает, что в породах IV группы рейсовые скорости вибробурения на малых глубинах превышают другие методы до 10 раз.

Однако на глубине около 20 м виброметод уступает шнековому и ударно-забивному бурению с отрывом от забоя, а на 30—40 м и другим методам, кроме вращательного рейсового бурения.

Рассматривая графики приведенных скоростей (рис. 52), можно видеть, что в этой группе пород, как и в предыдущей, наиболее высокую приведенную скорость имеет ударно-забивной метод, вращательное рейсовое бурение, а также виброметод при глубине скважин до 10—15 м.

Приведенные скорости двух последних методов мало отличаются друг от друга и в 7—8 раз ниже, чем при ударно-забивном бурении (табл. 88).

Мало отличаются друг от друга также показатели колонкового и шнекового бурения. Виброметод при глубине скважин до 10 м превосходит вращательное рейсовое бурение по скорости, а на глубине 50 м уступает ему примерно в 20 раз.

Колонковое и шнековое бурение, а также виброметод при глубине скважин более 10—15 м характеризуется весьма низкими приведенными скоростями.

По мере увеличения глубины эффективность вращательного метода становится все более сопоставимом с ударно-забивным бурением.





Яндекс.Метрика