§ 6. Технологические процессы, выполняемые

при бурении алмазным породоразрушающим инструментом

Подготовка забоя скважины к бурению алмазным ПРИ. Успех отработки алмазного ПРИ зависит в значительной степени от состояния забоя скважины, который в нормальном случае должен быть чистым — без шлама, кусочков породы (керна) и посторонних предметов (обломков твердого сплава, зерен алмазов и др.). В связи с этим в конце предыдущего рейса забой тщательно промывают для удаления шлама. Кусочки породы или оставшийся столбик керна должны быть извлечены или измельчены твердосплавным или шарошечным ПРИ с удалением шлама. Металлические предметы (зубья шарошечных долот, обломки твердосплавных резцов или других элементов бурового снаряда), которые могут попасть на забой, должны быть удалены с помощью специальных снарядов (ловушек, пауков), магнитными ловушками (J1M-59, ЛМ-76, ЛМ-93) или измельчены твердосплавной фрезой с удалением продуктов разрушения интенсивной промывкой.

Бурение ствола при смене диаметра лучше начинать импрег- нированной алмазной коронкой, бывшей в работе, применяя буровой снаряд специальной конструкции, состоящий из колонковых труб двух диаметров, соединяемых ступенчатым переходником (колонковые наборы НК-59/46, НК-76/59, НК-93/76). Такой снаряд хорошо центрируется в скважине, а коническим переходником, армированным резцами, расфрезеровывают образующийся при смене диаметра уступ. Бурение ведут на пониженных режимах (я = 100-5-150 об/мин. 6’₀ = 400+800 даН) при интенсивной промывке Q до 60—90 л/мин. После каждого рейса длину колонковой трубы меньшего диаметра увеличивают. После углубления ствола на 3—4 м переходят на работу нормальным колонковым набором.

Спуск бурового снаряда в скважину. Приготовленный к спуску снаряд тщательно осматривают, измеряют, а результаты замеров записывают в журнал. Спуск снаряда с алмазным ПРИ необходимо производить осторожно, без ударов, особенно при установке его на забой. Если в конце предыдущего рейса произошло сужение ствола скважины, продвижение к забою должно осуществляться с вращением снаряда, интенсивной промывкой и со скоростью бурения в 2—3 раза меньшей, чем скорость бурения в нормальных условиях во избежание заклинивания керна или быстрого выхода ПРИ из строя.

Процесс бурения скважин. При бурении скважин алмазным ПРИ необходимо, прежде всего, установить заданный режим, используя контрольно-измерительную аппаратуру, а по мере изменения условий бурения корректировать его.

Снижение механической скорости бурения может происходить вследствие затупления или зашлифования алмазных резцов, а также при переходе в более твердые породы или при подклинивании керна (рис. 9.7). В этих случаях следует плавно повышать осевую нагрузку до предельного значения. Если это дает небольшой эффект, можно уменьшить интенсивность промывки и восстановить работоспособность зашлифовавшейся коронки шламом, который скапливается на забое. Снижение механической скорости может произойти при переходе из твердых в мягкие породы и при бурении

1000

1200

1200

П.М/МИИ

460

т

ш

<?,л/мми

40

40

i/o

3.0 г 1 2,5 г ". 2>° ** 1,5 HS

/

1

t

/

Г

\/

г

3 ...yv....

У

Г

У

/

\

1 I

л

1 }

V

V

\ А

J

\ 4

V

Ч-

А

1

f

\

V »

1

о 10 го зо w so so w so go m no 120 m m iso m 170 wo i_p, ш

Рис. 0.7. График изменения механической скорости бурения v_M в гранитах X категории по буримости алмазной коронкой:

1, 2 — интервалы подклннивания керна; J — интервал износа коронки

с повышенной нагрузкой. При этом произойдет повышение давления на манометре насоса. В этом случае следует снизить осевую нагрузку, а иногда и частоту вращения и увеличить интенсивность промывки забоя скважины. В противном случае может возникнуть прижог коронки.

Важным показателем условий работы алмазного ПРИ является режим промывки скважины. При этом могут происходить колебания давления и расхода жидкости или прекращение выхода жидкости из устья скважины. Повышение давления в циркуляционной системе может возникать вследствие износа коронки, зашлифования алмазов, разрушения алмазных зерен и образования кольцевых канавок по торцу матрицы, закупорки промывочных каналов.

С повышением давления жидкости может быть связан прижог коронки. В этом случае рекомендуется, прежде всего, приподнять снаряд и снова поставить на забой. Если при этом давление сперва уменьшилось, а потом опять возросло, то бурение прекращают и снаряд поднимают на поверхность.

Давление промывочной жидкости может увеличиваться при подклинивании керна в колонковом снаряде и частичной закупорке промывочных каналов. В этом случае рекомендуется приподнять снаряд несколько раз над забоем на высоту 4—5 см и снова опустить. Если давление не снизится, следует прекратить бурение и поднять буровой снаряд на поверхность.

Давление промывочной жидкости в циркуляционной системе может резко увеличиться с одновременным уменьшением или прекращением выхода ее на поверхность при завале снаряда породой или шламом, скопившимся в скважине, а также при прижоге коронки. Это сопровождается повышением крутящего момента и нередко обрывом бурильных труб. В такой ситуации необходимо приостановить вращение снаряда и, не выключая промывки, принять меры по ликвидации аварии.

Уменьшение давления промывочной жидкости может быть связано с большими ее утечками через неплотные соединения бурового снаряда при износе или ослаблении резьбовых соединений, а также при поглощении промывочной жидкости или обрыве колонных бурильных труб. Последнее сопровождается снижением крутящего момента даже при уменьшении количества подаваемой в скважину жидкости, плавным вращением снаряда и замедленной остановкой его после выключения вращателя, уменьшением веса снаряда, фиксируемым прибором. В первых двух случаях при временном снижении количества подаваемой в скважину жидкости крутящий момент начнет возрастать, с чем будет связано увеличение мощности на вращение снаряда. Для продолжения бурения в таких условиях необходимо повысить количество жидкости нагнетаемой в скважину, а после извлечения снаряда на поверхность принять меры по уплотнению резьбовых соединений (затянуть ослабленные резьбы, использовать пеньковую подмотку, заменить изношенные элементы соединений).

Наконец, в процессе бурения может происходить резкое изменение давления промывочной жидкости в циркуляционной системе, сопровождаемое неравномерным вращением снаряда с резкими ударами (стуком), колебаниями величины крутящего момента и снижением механической скорости бурения. Это может быть связано с самозаклиниванием керна, разрушением его в коронке и колонковой трубе и закупоркой циркуляционных каналов разрушенным керновым материалом. При таком осложнении рекомендуется снизить осевую нагрузку до 100—150 даН на 10—15 мин, после чего плавно повысить ее до нормального уровня. Если это не помогает, бурение прекращают и снаряд поднимают на поверхность.

В случае появления вибраций бурового снаряда необходимо их устранить изменением частоты вращения, более точным центрированием ведущей штанги в шпинделе станка, подтягиванием всех креплений станка, заменой погнутых и дефектных труб в снаряде и применением специальных средств борьбы с вибрацией снаряда.

Продолжительность рейса и величина углубки скважины за рей с. Критериями рационального времени отработки ПРИ служат: снижение механической скорости бурения; характер и степень износа ПРИ, устанавливаемые при визуальном осмотре и с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (дефектоскопии); расчетная величина углубки на коронку; нормируемая величина расхода алмазов; технико-экономические показатели работы ПРИ.

Использование этих критериев позволяет определить момент снятия ПРИ с работы до его катастрофического износа. Порядок решения этого вопроса определяется соответствующими инструкциями и методическими указаниями по эксплуатации алмазного ПРИ. При использовании же обычных колонковых снарядов продолжительность рейса и величина углубки за рейс ограничиваются различного рода причинами, имеющими организационно- методический, технический, технологический или случайный характер.

Прежде всего, продолжительность рейса при бурении с отбором керна ограничивается необходимостью сохранить керн, так как он разрушается при длительном воздействии на него вращающегося колонкового снаряда. В случае избирательного разрушения керна резко снижается его представительность. В связи с этим углубка за рейс нормируется, и обычно величина ее ограничивается. Этим же показателем регламентируется и продолжительность рейса.

Прекращение рейса может быть вынужденным и по ряду других причин: ограниченная длина колонковой трубы (до 70% случаев); преждевременный выход из строя ПРИ (до 25%); самозаклинивание керна в коронке или колонковом снаряде (20—70%); аварийная ситуация (до 6%). Во всех этих случаях, как правило, снижается механическая скорость бурения и рейс прерывается. Поэтому для повышения производительности труда необходимо принимать меры, устраняющие причины преждевременного прекращения рейса. Практика показывает, что с помощью ряда мер углубку за рейс при бурении с получением керна можно довести до 8—10 м, тогда как в обычных условиях она не превышает 6 м, а в среднем составляет порядка 2 м. При отработке алмазных долот ограничения, связанные с получением керна, исключаются. Поэтому в нормальных условиях углубка за рейс алмазным долотом может быть равной его износостойкости.

Для определения рациональной продолжительности рейса или точнее времени работы алмазного ПРИ без подъема его на поверхность, как показано ранее, пользуются различными критериями. Это —максимальная рейсовая скорость бурения, условно допустимое минимальное значение механической скорости бурения, минимальная стоимость метра углубки скважины, уровень потребляемой долотом мощности или максимальные значения произведения мгновенной механической скорости бурения и времени бурения с начала рейса, величины углубки на долото и средней механической скорости бурения.

Окончание рейса. При окончании рейса перед подъемом бурового снаряда производят очистку скважины от шлама интенсивной промывкой, заклинивание и срыв керна, если бурение ведется колонковым снарядом. Это делается кернор- вателем после промывки скважины, для чего резко приподнимают снаряд над забоем на высоту 5—8 см с одновременным вращением.

БУРЕНИЕ СКВАЖИН ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ ШАРОШЕЧНОГО ТИПА