Основи роторного буріння та буріння вибійними двигунами

Буріння розвідувальних та експлуатаційних свердловин на нафту й газ установками обертального буріння виконується за двома способами:

– роторним, за якого ротор, встановлений над устям свердловини, обертає колону бурильних труб із долотом на нижньому кінці;

– з допомогою вибійних двигунів, коли колона бурильних труб не обертається, а долото приводиться в рух від валу вибійного двигуна. Вибійні двигуни поділяються на гідравлічні (турбобур) та електричні (електробур).

При бурінні на нафту й газ свердловини досягають глибини 3-5 км (і більше) діаметром 140-400 мм (і більше). Роторне буріння використовуються також для буріння свердловин на воду, розсоли, мінеральні води.

Роторні бурові установки поділяються на стаціонарні та пересувні. Перші використовують в основному для буріння експлуатаційних свердловин значної глибини та діаметром до 500 мм; другі – для розвідки родовищ газу й нафти, а також для буріння структурно-пошукових свердловин завглибшки до 1500 м й діаметром 150-200 мм.

Використовують два види вибійних бурових агрегатів: гідротурбіна з долотом – турбобур та електродвигун із долотом – електробур.

Турбобур – багатоступенева турбіна осьового типу, принцип дії якої полягає в перетворенні гідравлічної енергії потоку рідини в механічну енергію обертання вала. Робоча рідина (вода або глинистий розчин) через бурильні труби подається під тиском до турбобура. З бурильних труб рідина потрапляє в напрямні канали статора першого ступеня турбобура, звідки потік спрямовується під певним кутом на лопаті ротора, надаючи йому обертання. Потік рідини проходить послідовно всі ступені турбіни, потім крізь отвір у валу направляється в долото.

Турбобур складається з двох систем: нерухомої та обертальної. До обертальної, зв’язаної з долотом, входить вал робочих коліс турбіни (роторів), деталі верхньої, нижньої та середніх опор. Корпус турбобура верхнім кінцем через перехідник приєднується до колони бурильних труб.

При глибокому бурінні та проходженні в’язких порід ефективніше працюють секційні турбобури, два або три з яких з’єднують послідовно в один агрегат.

Для надглибокого буріння перспективним стає впровадження турбінного буріння без підйому бурильної колони. Для цього повинні використовуватися вставні (розсувні) шарошкові долота та зйомні ротори спеціальних турбобурів. Основа методу полягає в тому, що спускання й піднімання долота здійснюється на канаті всередині бурильних труб, з дещо більшим діаметром. Долото переміщується разом із ротором турбіни, статор якої приєднаний до нижньої частини колони, яка не витягується зі свердловини при бурінні.

Долото в транспортному стані вільно проходить усередині бурильної колони, а в робочому – розсувається для буріння свердловини необхідного діаметра.

При бурінні використовується три види електробурів: електробур на трубах (найчастіше), на шлангокабелі, на кабель-канаті.

Електробур – це електродвигун, який встановлюється у верхній частині довгогогерметичного циліндра, заповненого маслом. Живлення електроенергією здійснюється через кабель, прокладений усередині бурильних труб.

Завдяки вибійним машинам у багато разів збільшується вибійна потужність унаслідок того, що майже вся потужність двигуна передається безпосередньо породороздрібнювальному інструментові.

Проте турбінне буріння має суттєвий недолік – низький загальний ККД установки (0,2-0,3).

Перевагами електробуріння є: скорочення в 2-3 рази спрацювання бурильних труб; електробур діє з меншими витратами промивальної рідини та за меншого тиску насосів (порівняно з турбобуром); зниження на 30 % витрат електроенергії; продування стисненим повітрям; можливість контролювати основні параметри режиму буріння безпосередньо на вибої, а також у процесі буріння контролювати зенітний та азимутний кути осі свердловини.

Питання для самоперевірки:

1 Які розвідувальні свердловини відносяться до неглибоких?

2 Яке призначення неглибоких свердловин?

3 Дайте характеристику ударно-канатного способу буріння стаканами і ґрунтоносами.

4 Опишіть обертальне буріння з транспортуванням зруйнованої породи на поверхню шнековою колоною.

5 Схарактеризуйте вібраційне (віброударне) буріння.

6 Що таке колонкове буріння?

7 Перелічіть позитивні аспекти використання колонкового буріння при геологорозвідувальних роботах.

8 Розкрийте суть колонкового буріння алмазними і твердосплавними долотами.

9 Розкрийте суть буріння дробом.

10 Розкрийте суть буріння шарошковими долотами.

11 Схарактеризуйте основні принципи роторного буріння.

12 Що таке турбобур?

13 Розкрийте суть роторного буріння.

14 Які способи роторного буріння Вам відомі?

15 Що таке вибійні обертальні машини?

16 Які види вибійних обертальних машин Ви знаєте?

17 Що таке турбобур?

18 Дайте характеристику турбобура.

19 Що таке електробур?

20 Дайте характеристику електробура.

21 Наведіть основні преваги та недоліки вибійних обертальних машин.