Урок 10: сверхглубокое бурение

План:

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЛУБОКОМ БУРЕНИИ

• СУЩНОСТЬ И РАЗНОВИДНОСТИГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ

• ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

2. БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЛУБОКОМ БУРЕНИИ

• СУЩНОСТЬ И РАЗНОВИДНОСТИ ГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ

Бурение глубоких скважин осуществляется исключительно вра­щательным способом и подразделяется на роторное, турбинное и бурение электробурами.

При роторном бурении вращение бурового снаряда произ­водится ротором, устанавливаемым, как и шпиндельный враща­тель в колонковом бурении, на поверхности земли над устьем скважины.

При турбинном бурении породоразрушающий инструмент вращается турбобуром, который опускается на забой скважины вместе с долотом на колонне бурильных труб. Турбобур пред­ставляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, ра­ботающую от потока промывочной жидкости. Колонна буриль­ных труб при этом не вращается, неподвижный ротор воспри­нимает реактивный момент.

При бурении электробуром породоразрушающий инструмент вращается маслонаполненным забойным электродвигателем пе­ременного тока, имеющим малый диаметр и значительную длину. Колонна бурильных труб при этом также не вращается. Благодаря этому резко сокращается вращающий момент на ко­лонне, исключается знакопеременный изгиб труб и почти пол­ностью снимаются динамические нагрузки. Бурильная колонна работает в более благоприятных условиях, в результате чего увеличивается стойкость труб. Электроэнергия к электродвига­телю подводится по вмонтированным в бурильные трубы отрез­кам кабеля, которые при свинчивании бурильных труб автома­тически соединяются. Промывочная жидкость подается на за­бой по зазору между внутренними стенками труб и кабелем.

Глубокое вращательное бурение в основном производится лопастными, шарошечными, алмазными и другими долотами без отбора керна.

При роторном и турбинном бурении, там, где необходимо уточнение геологического разреза, применяется бурение с отбо­ром керна колонковыми долотами или турбодолотами. Роторное бурение и бурение электробурами может вестись с промывкой или продувкой.

Глубины бурения вращательным способом достигают 10 км. Этим способом проектируется пробурить скважины глубиной 15 км. Диаметры скважин колеблются от 76 до 590 м.

При всех разновидностях глубокого вращательного бурения используются одни и те же буровые установки, общая мощ­ность которых достигает 4000 кВт, а масса— 1000 т.

На рис. 24.1 показан общий вид установки для роторного и турбинного бурения.

Породоразрушающий инструмент 1 с удлинителем или утя­желенными бурильными трубами 2, а иногда и с расширите­лем 4 на колонне бурильных труб 3 лебедкой 13 с помощью талевой системы, состоящей из талевого блока 9, кронблока 11 и канатов 10, опускается в скважину. При этом бурильные трубы, по нескольку штук заблаговременно соединенные между собой муфтами в свечи, свинчиваются замковыми соединениями в колонну.

При выполнении спуско-подъемных операций ведущая ветвь каната 12 навивается на барабан лебедки 13 или сматывается с него.

Опущенная в скважину колонна бурильных труб соеди­няется с ведущей бурильной трубой 5, которая в свою очередь подсоединена к вертлюгу 6. Вертлюг подвешен на крюке 8 к та­левому блоку 9. Ведущая труба, имеющая квадратное или шестигранное сечение, опускается в фигурное отверстие ро­тора 14. Благодаря этому вращение от ротора передается веду­щей трубе и буровому снаряду.

Для промывки скважины установка снабжена насосами 15. Через всасывающие шланги 16 насосы всасывают промывоч­ную жидкость из емкости 17 и по трубопроводу 18, стояку 19, нагнетательному шлангу 7 через вертлюг и бурильную колонну подают к долоту. Промывочная жидкость охлаждает долото, вымывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность через пространство между стенками скважины и бурильными трубами. Из устья скважины промывочная жидкость изли­вается в систему желобов 20 и по ним поступает в шламоочи- щающие устройства 21 (виброситы, гидроциклоны и т. п.), а за­тем снова в приемные емкости.

Привод механизмов установки осуществляется от двигате­лей внутреннего сгорания или электродвигателей. С помощью дизель-электрического привода 22 двигатели внутреннего сго­рания приводят в работу генераторы переменного тока и на­сосы. Остальные механизмы имеют электрический привод.

При турбинном способе бурения и бурении электробурами схема установки не изменяется, только в первом случае увели­чивается гидравлическая мощность насосов, а во втором — требуется установка дополнительного электрооборудования: силового трансформатора, станции управления и пульта управ­ления электробуром, кольцевого токоприемника, специальных труб с отрезками кабеля внутри и т. п. При турбинном способе бурения и бурении электробурами долоту передается в не­сколько раз большая мощность, поэтому и механическая ско­рость бурения этими способами в несколько раз выше, чем при роторном бурении.

При роторном способе бурения мощность, передаваемая на долото, ограничивается прочностью бурильной колонны.

• ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Вращательное бурение без отбора керна, являясь основным средством сооружения скважин при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, широко применяется при бурении водозаборных, взрывных, . гидротермальных и других скважин для различных инженерных целей, а также скважин большого диаметра и стволов шахт.

Вращательное бурение без отбора керна возможно в поро­дах любой твердости от I до XII категории по буримости при относительно высоких скоростях углубки скважин. В мягких породах механические скорости бурения могут достигать 100 м/ч, а коммерческие — 6—9 тыс. м/ст.-мес. В твердых поро­дах при больших глубинах механические скорости бурения уменьшаются до 1 м/ч, а коммерческие до 200—300 м/ст.-мес.