1.5 Описання процесів механічного буріння
1.5.1 Ударне буріння
Ударний спосіб вже майже 60 років практично не застосовується в нашій та зарубіжних країнах для буріння нафтових і газових свердловин. Проте у вугільній і гірничорудній промисловості, при інженерно-геологічних пошуках, бурінні свердловин на воду і для вибухових робіт ударне буріння ще знаходить застосування.
З усіх різновидностей ударного буріння в даний час застосовується тільки ударно-канатний спосіб (рисунок 1.2). Буровий снаряд, що складається з долота 1, ударної штанги 2, розсувної штанги-ножиць 3 і канатного замка 4, спускається в свердловину на інструментальному канаті 5, перекинутому через головний ролик 7 та амортизатор 8 щогли 9, обгинає стяжний 10 і направляючий 12 ролики балансирної рами 11. При загальмованому барабані інструментальної лебідки 13, на якому закріплений кінець каната, шатунно-кривошипним механізмом 14 і 15 балансирна рама приводиться в коливальний рух відносно осі направляючого ролика 12. Відтяжний ролик балансирної рами, опускаючись, натягує канат і піднімає снаряд над вибоєм. Піднімаючись вверх, ролик 10 звільнює канат, і снаряд під власною вагою падає на вибій, руйнуючи долотом породу.
У міру поглиблення свердловини, канат подовжують, змотуючи його з барабана 13. Циліндричність свердловини забезпечується поворотом долота в результаті розкручування каната під навантаженням (під час підйому бурового снаряда) і скручування його при знятті навантаження (під час удару долота об породу).
Рисунок 1.2 — Схема ударно-канатного буріння
Ефективність руйнування породи при ударно-канатному способі буріння прямо пропорціональна масі бурового снаряду, висоті його падіння, прискоренню падіння, кількості ударів долота об вибій за одиницю часу і обернено пропорціональна квадрату діаметра свердловини.
При всіх інших однакових факторах продуктивність буріння суттєво залежить від правильності вибору долота для даної породи (рисунок 1.3).
У процесі розбурювання тріщинуватих і в’язких порід можливе заклинювання долота. Для звільнення долота в буровому снаряді застосовують штангу-ножиці.
Процес буріння буде тим ефективніший, чим менший опір долоту бурового снаряда чинить накопичувана на вибої свердловини зруйнована порода. При відсутності або недостатньому припливі пластової рідини у свердловину із устя періодично доливають воду. Рівномірний розподіл частинок вибуреної породи у воді досягається періодичним розходженням (припідйомом і опусканням) бурового снаряду. У міру накопичення на вибої зруйнованої породи (шламу) виникає необхідність в очистці свердловини. Для цього з допомогою барабана піднімають буровий снаряд із свердловини і опускають у неї жолонку 17 на канаті 6, що змотується з барабана 16. У днищі жолонки є клапан. При зануренні жолонки в зашламовану рідину клапан відкривається і жолонка заповнюється цією сумішшю, а при підйомі жолонки клапан закривається. Підняту на поверхню зашламовану рідину виливають у збірну ємність. Для повного очищення свердловини необхідно спускати жолонку декілька разів підряд.
а-в м’яких породах і породах середньої твердості; б- в твердих
породах; в - в твердих тріщинуватих породах
1 – лезо; 2 – лопать; 3 – шийка; 4 – аварійна різьба; 5 – ніпель;
- кут загострення.
Рисунок 1.3 – Долота для ударного буріння
Після очищення вибою в свердловину опускають буровий снаряд і процес буріння продовжується.
При ударному бурінні свердловина, як правило, не заповнена рідиною. Тому з метою уникнення обвалювання породи зі стінок у свердловину спускають обсадну колону, яка складається з металевих обсадних труб, з’єднаних одна з одною з допомогою різьби або зварки. У міру поглиблення свердловини обсадну колону просувають до вибою і періодично подовжують її на одну трубу.
Із збільшенням довжини обсадної колони просування її до вибою затруднюється. Наступає такий момент, коли обсадну колону неможливо подати вниз навіть спеціальним забивним снарядом. У цьому випадку обсадну колону залишають у свердловині, а всередину її спускають другу обсадну колону, і свердловину поглиблюють долотом меншого діаметра. Знову наступає момент, коли і друга обсадна колона не проходить глибше, що створює необхідність спускати третю колону ще меншого діаметра, і т.д. до тих пір, поки не буде досягнута проектна глибина. Таким чином, у свердловину може бути спущено декілька концентрично розташованих обсадних колон, зібраних з труб різного діаметра.
Для ударно-канатного буріння випускають самохідні і стаціонарні станки, що дозволяють бурити свердловини глибиною до 500 м. Вони мають порівняно невелику масу (7-20 т), і тому їх можна легко перевозити з місця на місце, що дуже важливо для організації бурових робіт у важкодоступних і віддалених районах.