2 Основные рабочие операции при бурении скважин

Сооружение буровой скважины – сложный производственный процесс, состоящий из следующих основных рабочих операций:

2.1 Разрушение породы на забое (отделение частиц породы

от массива)

Основными в настоящее время являются механические способы бурения, при которых порода на забое скважины разрушается путем резания, скалывания или истирания. Наиболее распространенным является вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент получает вращения от ведущего механизма через колонну бурильных труб. Вращательное бурение может производиться с разрушением породы по всей площади забоя (сплошным забоем) или кольцевым забоем, когда в центре скважины оставляется колонка неразрушенной породы (керн). Такой способ бурения называется колонковым и широко применяется при поисках и разведке месторождений.

Колонковое бурение производится коронками кольцевой формы с применением в качестве породоистирающих материалов твердосплавных резцов, алмазных зерен и буровой дроби (чугунной, стальной).

2.2 Транспортирование разрушенной породы (бурового шлама) от забоя скважины на поверхность

Осуществляется следующими способами:

• извлечение в виде разжиженного шлама желонкой при ударном

бурении;

• путем подъема вращающейся колонной шнеков (при шнековом

бурении);

• путем выноса шлама струей промывочной жидкости, закачиваемой в

скважину насосами (или воздуха, подаваемого в скважину от компрессора).

Последний способ очистки скважин является основным для вращательного бурения, когда забойный инструмент опускается в скважину на колонне пустотелых бурильных труб.

2.3 Предупреждение обвалов стенок скважин от обрушения

достигается:

• созданием на них гидростатического давления промывочной

жидкости (вода, глинистый раствор), заполняющей скважину;

• образованием на них плотной глинистой корочки при промывке

скважины глинистым раствором;

• установкой в скважине колонны обсадных труб.

3 Классификация способов бурения скважин

Разрушение породы может осуществляться механическим воздействием породоразрушающими инструментами, а также использованием различных физических явлений (высокой температуры, энергии взрыва, ультразвука, электронных и лазерных лучей). Основными в настоящее время являются механические способы бурения, при которых порода на забое скважины разрушается путем резания, дробления, скалывания или истирания. К механическим способам бурения относятся ударное, вращательное, ударно-вращательное и вибрационное.

Ударное бурение применяется при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, а также для сооружения гидрогеологических и вспомогательных скважин. Сущность этого способа заключается в том, что тяжелый буровой снаряд с породоразрушающим инструментом (долотом) на нижнем конце периодически поднимается и сбрасывается на забой скважины, дробя и скалывая породу. Спускается в скважину долбежный снаряд на стальном канате или на колонне бурильных труб. Соответственно различают ударно-канатное и ударно-штанговое бурение. Преимущественное применение имеет первое.

Наиболее распространенным является вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент получает вращение от ведущего механизма через колонну бурильных труб или шнеков. Вращательное бурение может, производится с разрушением породы по всей площади забоя или по кольцу, когда в центре скважины оставляется колонка неразрушенной породы. Такой способ бурения, называемый колонковым, является основным при поисках и разведке месторождений твердых полезных ископаемых. Колонка неразрушенной породы (керн) извлекается на поверхность и используется для изучения структуры и вещественного состав породы. Колонковое бурение осуществляется породоразрушающими инструментами (коронками) кольцевой формы, заправленными резцами из твердых сплавов или алмазными зернами. Соответственно различают два основных вида колонкового бурения: твердосплавное и алмазное.

При ударно-вращательном бурении медленно вращающимся породоразрушающим инструментом наносятся частые удары по забою. В результате эффект разрушения пород средней и высокой твердости получается значительно выше, чем при вращательном бурении. Для бурения ударно-вращательным способом применяют специальные механизмы: гидроперфораторы и пневмоударники.

При вибрационном бурении для разрушения породы на забое скважины используются механические колебания большой частоты, передаваемые породоразрушающему инструменту от вибрационной машины или магнитостриктора. В зависимости от типа применяемого источника возбуждения вибрации различают вибрационное, виброударное и магнитострикционное бурение.

К физическим способам разрушения горных пород при бурении относятся термический (огневой и плазменный), взрывной, гидравлический и электроимпульсный. Практически в настоящее время применяется лишь огневое бурение. Остальные способы находятся в стадии лабораторных испытаний. При огневом бурении струя пламени температурой 2000-3000˚С из опущенной в скважину бензо-воздушной горелки направляется на забой и, омывая кристаллическую горную породу, вызывает интенсивное отделение ее частиц от массива.

Разрушенная в скважине порода транспортируется от забоя на поверхность следующими способами:

1. извлечением в виде разжиженного шлама желонкой при ударном

бурении;

2. транспортированием в измельченном состоянии вращающейся в

скважине колонной шнеков (при шнековом бурении);

3. путем выноса шлама струей промывочной жидкости,

закачиваемой в скважину насосами, или воздуха, подаваемого в скважину от компрессора. Последний способ очистки скважины является основным для вращательного бурения, когда породоразрушающий инструмент опускается в скважину на колонне пустотелых бурильных труб.

Предупреждение обрушения стенок скважины достигается:

1. созданием на них гидростатического давления промывочной

жидкости (вода, глинистый раствор и др.), заполняющей скважину;

2. образованием на них плотной глинистой корочки при промывке

скважины глинистым раствором;

3. установкой в скважины колонны обсадных труб;

4. методом электрохимического их закрепления.

Для привода в действие буровых механизмов используются двигатели электрические и внутреннего сгорания. Механизмы буровой установки размещаются на поверхности около устья скважины. Породоразрушающий инструмент приводится в движение с поверхности через колонну бурильных труб, шнеков (шнековое бурение) или стальной канат (ударно-канатное бурение). При этом значительная часть энергии расходуется непроизводительно – на преодоление сил трения вращающейся колонны бурильных труб о стенки скважины. Бурильные трубы несут большие нагрузки при работе в скважине, поэтому быстро изнашиваются, часто рвутся. Это приводит к потере времени, снижению производительности и удорожанию работ. Более прогрессивным является вращательное бурение с применением забойных двигателей: гидравлических (турбобур) и электрических (электробур), широко применяющихся в настоящее время при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Забойный двигатель опускается на трубах в скважину и помещается непосредственно над породоразрушающим инструментом. Колонна труб при этом не вращается, а мощность двигателя полностью передается забойному инструменту.