Вращательное бурение
Характеризуется тем, что горная порода разрушается вращающимся долотом, на которое передается осевая нагрузка и крутящий момент.
Крутящий момент передается на долото или с поверхности от ротора через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового бура).
Осевая нагрузка создается весом утяжеленных бурильных труб (УБТ), забойным двигателем и т.д.
На долото диаметром 215,9 мм. крутящий момент в зависимости от типа долота и свойств породы может принимать значения от 1 до 3 кН*м.
Нагрузка может принимать значения от 100-250 кН (P=mg, m=P/g = 250*103/10 = 250*102 = 25 тонн).
Частота вращения долота при роторном бурении - 20-200 об/мин, при бурении винтовыми двигателями - 150-250 об/мин, при турбинном и электробур-м без редуктора – 250-800 об/мин, при бурении турбобурами и электробурами с редуктором - 200-300 об/мин.
Мощность буровых установок при бурении на глубину до 4500 м. составляет 1000, 1500 кВт. На долото передается только 200-50 кВт. Скорость проходки достигает 100 м в час при бурении пород средней твердости и мягких. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка скважины водой или специально приготовленной жидкостью в течение всего времени работы долота на забое.
Буровые насосы (один, два или три) нагнетают промывочную жидкость в стояк-трубу, далее в гибкий буровой шланг, вертлюг и в бурильную колонну. Доходит до долота и далее промывочная жидкость по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность к устью скважины. Здесь в желобной системе и др. установках очищается буровой раствор от шлама, затем поступает в приемные емкости насосов и вновь закачивается в скважину.
Схема установки для бурения глубоких скважин
1 –долото,
2 - УБТ (наддолотная утяжеленная бурильная труба),
3,8,11,12,16,23 – переводник,
4 – центратор,
5- муфтовый переводник,
6, 7 – УБТ (утяжеленные бурильные трубы),
9 – предохранительное кольцо,
10 – бурильные трубы,
13 – ведущая труба,
14 – редуктор,
15 – лебедка, 17 – крюк,
18 – кронблок,
19 – вышка,
20 – талевый блок,
21 – вертлюг,
22 – буровой шланг,
24 – стояк,
25 – ротор,
26 – шламоотделитель,
27 – буровой насос
По мере бурения скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе (кронблок, талевый блок, крюк, талевый канат), подается в скважину.
Как только ведущая труба войдет в ротор на всю длину, включается лебедка, и бурильную колонну поднимают на длину ведущей трубы и подвешивают с помощью элеватора или клиньев на столе ротора. Затем отвинчивается ведущая труба вместе с вертлюгом, и ее спускают в шурф с помощью талевой системы. Шурф представляет собой горную выработку (скважину) глубиной 18-25 м., пробуренную на расстоянии 1,5-2 м. от центра ротора наклонно в сторону правого угла для размещения ведущей трубы во время спуско-подъемных операций (СПО) или наращивания. После спуска ведущей трубы в шурф отсоединяют крюк от серьги вертлюга, на штропы подвешивают элеватор. Элеватор закрывают под муфтой замка верхней трубы. Включают лебедку, бурильщик поднимает подвешенную на элеваторе бурильную колонну на всю длину свечи так, чтобы после подвешивания бурильной колонны на клинья можно было ниже замкового соединения вновь установить элеватор.
Поднятую свечу с помощью пневмораскрепителей, пневматических или электрических ключей отвинчивают от бурильной колонны. Отвинченная свеча поднимается под действием пружины крюка, и ниппель замка сразу же выходит из муфты замка до включения лебедки.
Помощник бурильщика захватывает нижний конец свечи крючком, отводит и ставит ее на подсвечник. Второй помбур, который находится на площадке верхнего рабочего (верховой), на уровне верхнего конца свечи, освобождает свечу от элеватора и заводит ее верхний конец за специальную консольную балку – палец, закрепленную на вышке. Бурильщик захватывает порожним элеватором бурильную колонну и спуско-подъемная операция по подъему следующей свечи повторяется.
Бурильные трубы обычно изготавливают длиной не более 12 м. Для СПО (спуско-подъемных операций) инструмент расчленяют на части по 2-4 трубы, называемые свечами. Грузоподъемность вышки определяется массой бирильной колонны с запасом на возможные осложнения, затяжки и заклинивания инструмента в скважине. Вышки для бурения на 4500м. имеют грузоподъемность около 200 тонн. (P = ρgH = 1000*10*4500 = 45000 ÷ 000).
Ротор передает вращение бурильному инструменту, используется при СПО как опора для установки бурильной колонны, удерживаемой клиновыми захватами или элеватором, поворачивает бурильную колонну во время ориентированного спуска инструмента при наклонном бурении.