12 Билет

1 вопрос) Все породоразрушающие инструменты по назна­чению делятся на три группы:

1) для бурения сплошным забоем — долота;

2) для бурения кольцевым забоем с отбором керна — бурильные головки; буровые коронки;

3) инструменты специального назначения.

Каждая группа породоразрушающих инструментов по принципу воздействия на забой делится на четыре под­группы:

1) режуще-скалывающего действия (PC) — вооружение выполняется в виде лопастей с режущей кромкой, которая во время бурения находится в постоянном контакте с разру­шаемой горной породой;

2) истирающе-режущего действия (ИР) — вооружение в виде резцов или элементов других форм размещено, как пра­вило, в несколько рядов на лопастях, секторах или шарошках и во время бурения находится в постоянном или длительном периодическом контакте с забоем;

3) дробяще-скалывающего действия (шарошечные) — воо­ружение в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков размещено на шарошках и во время бурения каждый элемент имеет кратковременный периодический контакт с забоем;

4) Дробящего действия, которые предназначены для удар­ного бурения.

Все породоразрушающие инструменты делятся на типы в соответствии с твердостью горных пород, для которых они предназначены, и на два класса в соответствии с абразивно-стью горных пород.

2Вопрос)

Импрегнированные алмазные коронки (рис. 8.6в) предназначены для бурения малоабразивных и абразивных пород монометрых и трещиноватых тонко и мелкозернистых пород X-XII категорий. Отличительной особенностью коронок является распределение объемных алмазов по всему объему матрицы. Подрезные алмазы укладываются вручную по определенной схеме. Зернистость объемных алмазов- 120-140 шт/карат, подрезных - 30-60 шт/карат.

3 Вопрос)

Ползучесть горных пород, окружающих скважину. Вязкостные (реологические) свойства горных пород, слага­ющих стенки скважины, с увеличением глубины бурения начи­нают приобретать все большее значение. При современных глу­бинах бурения реологические свойства в виде ползучести существенно проявляются у глинистых, галоидных и сернокислых подгрупп горных пород.

Ползучесть глинистых пород наблюдается практически при любом неравномерном напряженном состоянии. В случае напря­женного состояния, близкого к пределу текучести пород, сква­жина буквально «заплывала» на глазах.

13 Билет

1 Вопрос)

Условия устойчивости стенок скважины. Потеря устойчивости и разрушение стенок скважины могут произойти при снижении давления в скважине в результате до­стижения в горных породах предельного состояния. При этом пластическая деформация пород вызовет уменьшение диаметра скважины, а хрупкое разрушение — осыпи и обвалы стенок сква­жины, что нарушает нормальный процесс бурения.

Для того, чтобы не допустить потери устойчивости горных пород в стенках, необходимо соответственно подобрать давление в скважине.

Формула для расчета минимально допустимого давления в скважине равна:

; (3.6)

Где - длительная прочность породы, (первоначальная прочность)

3 вопрос ) Гидроразрыв пласта. Увеличивать бесконечно давление в скважине нельзя, так как может произойти гидравлический разрыв горных пород или рас­крытие существующих трещин. Внешне в процессе бурения гид­роразрыв пласта проявляется как рез­кое увеличение поглощения жидкости скважиной при превышении опреде­ленного давления. На рис. 3.3 приве­ден характерный график зависимости изменения давления в скважине р_с при проведении экспериментального раз­рыва пласта нагнетанием в скважину жидкости с постоянным расходом. Вна­чале давление монотонно растет до определенной критической величины р_Кр, а затем снижается и далее оста­ется постоянным, называемым давле­нием нагнетания р_н- Скачок давления Ркр—Рн обусловлен образованием на­чальной трещины.

Рис 3.3 График изменения давления в скважине при гидроразрыве

Промысловые наблюдения показывают, что скачок давления в большинстве случаев отсутствует. На основании этого делается вывод, что при гидроразрыве происходит в основном раскрытие естествен­ных нарушений сплошности горных пород.

В случае гидроразрыва на стенке скважины должны быть растягивающие напряжения. Основным фактором, препятству­ющим гидроразрыву, является горное давление.

С. А. Христиановичем была выдвинута другая гипотеза. В ре­зультате пластических деформаций наименее прочных пород (как правило, глинистых) может произойти разгрузка горного давления вокруг скважины. Тогда возможно раскрытие и гори­зонтальных трещин при давлении, меньшем горного.

2 вопрос) При взрывном бурении компоненты, образующие взрывчатую смесь, в капсулах доставляются на забой, где при ударе происходит их смешение. Они могут подаваться на забой и раздельно по трубопроводам; там они смешиваются и взрываются.

При электрогидравлическом бурении электрический разряд в жидкости образует кавитационные полости, при заполнении которых происходит гидравлический удар, или проходит непосредственно через породу благодаря заполнению скважины диэлектрической жидкостью.

При имплозионном бурении в скважину подают герметически закрытые капсулы, из которых предварительно удален воздух. В момент разбивания капсул о забой происходит интенсивное смыкание вакуумной полости. Жидкость, окружающая вакуумную полость, под воздействием гидростатического давления приобретает большую скорость, и порода разрушается под действием импульсов высоких давлений.

Гидромониторное и гидроэрозионное бурение. Энергия высоконапорных струй жидкости может использоваться для разрушения породы в комбинации с резцовыми или шарошечными долотами или самостоятельно. Добавление в рабочую жидкость абразивных частиц повышает эффективность разрушения породы при тех же давлениях. При соответствующей конструкции гидромониторных насадок можно получить эффект кавитации струи промывочной жидкости непосредственно на забое скважины.

Огнеструйное бурение – способ разрушения пород путем их нагрева посредством сжигания химического топлива (керосин, спирт, бензин, мазут, соляровое масло, природный газ) в среде окислителя (кислород, воздух, азотная кислота) в реактивной горелке. При этом на породу действует газовая струя, выходящая из сопла горелки со сверхзвуковой скоростью.

Термическое бурение применяется в промышленных масштабах при открытых работах. В качестве горючего используют керосин или соляровое масло, окислителем служит кислород. Горелка охлаждается водой. Ручные термобуры позволяют бурить шпуры глубиной до 1,5–2 м, а с помощью станков для термического бурения можно бурить скважины глубиной 8–50 м и диаметром 160–250 мм.

Плазменное бурение представляет собой нагрев пород с помощью плазменных генераторов. При этом получается очень высокая концентрация энергии на единицу объема породы. Плазма возникает в плазменных генераторах (плазмотронах) при прохождении электрического тока через газы (воздух, кислород, водород, аргон, гелий, неон, водяной пар, метан, пропан). При бурении используются температуры нагрева 2000–2500 °С.

При термодинамическом бурении в газовый поток добавляется твердая фаза (например кварцевый песок) через специальную насадку на срезе сопла Лаваля, что приводит к интенсификации теплообмена газового потока и породы.

Электродуговое бурение основано на локальном нагревании породы электрической дугой постоянного и переменного тока промышленной частоты за счет выделения тепла дуги и передачи его породе, а также за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через локальные участки породы. Электрическая дуга создает температуру от 5500 до 16 700 °С и при достаточной энергонапряженности способна расплавить любую породу.

При термодетонационном бурении горение топлива происходит с большими скоростями и сопровождается образованием детонационных волн. При этом давление фронта волны достигает очень высоких значений. Регулируя частоту импульсов, можно изменять соотношение между механической и тепловой энергией, затрачиваемой на разрушение пород. Импульсное воздействие факела на породу приводит к возникновению в ней знакопеременных нагрузок и к увеличению теплоотдачи от факела к забою.

ИЛИ

. Электромагнитные способы основаны в передаче энергии породе электрическим пробоем, воздействием электрического или магнитного поля.

3. Термические способы основаны на прямом или косвенном нагреве горной породы. К этой группе относятся: огнеструйный, плазменный, плазменноогнеструйный, электродуговой, электронагревательный, лазерный, электронно-лучевой и другие способы. Разрушение породы происходит от действия возникающих термических напряжений или в результате плавления.

4. Термомеханические способы разрушения основаны на передаче горной породе механической и тепловой энергии. Последняя чаще всего используется для предварительного снижения прочности породы, а окончательно разрушение последней осуществляется механическим воздействием породоразрушающего инструмента.

5. Химические способы основаны на растворении и выщелачивании горных пород и самостоятельно не применяются.

Таким образом, настоящее время при бурении в подавляющем большинстве применяются разновидности механического способа разрушения, основанные на воздействии породоразрушающего инструмента на горную породу. Механическая энергия передается забою за счет приложения внешних нагрузок непосредственно породоразрушающему инструменту, либо они передаются через промежуточное звено (например, через колонну бурильных труб).

Другие разновидности механических способов (гидромониторный, гидромониторно – вращательный, гидроэрозионный) применяются значительно реже.