§ 4. Курение скважин с комбинированной циркуляцией промывочной жидкости

Комбинированная схема циркуляции жидкости может быть получена при нагнетании ее по бурильным трубам (прямая схема) и использованием потока для привода в действие погружного насоса того или иного типа, создающего обратную циркуляцию жидкости в призабойной части скважины. Часть этого потока, именуемого рабочим, после использования устремляется вверх по стволу скважины, вынося мелкие частицы шлама, а другая часть движется к забою, омывая который, удаляет продукты разрушения внутрь бурового снаряда, имеющего шламоулавливающую трубу. Такая схема может осуществляться с помощью различных средств и специальных снарядов: забойных насосов, приводимых в действие электричеством или потоком жидкости, насосов водоструйного (эжекторного) типа, а также снарядов с пакерным устройством.

В практике колонкового бурения нашли применение снаряды с эжекторным (водоструйным) погружным насосом (ЭКС), сущность работы которых заключается в том, что поток жидкости, нагнетаемой по колонне БТ, обладает достаточной энергией и вызывает движение жидкости в призабойной части за счет явления эжекции (подсасывания). Основной поток жидкости, нагнетаемой насосом с поверхности земли и возвращающийся по стволу скважины, называется рабочим, а второй поток — инжектируемым. Рабочий поток (рис. 13,3,я) подается по БТ 1, проходит через насадку (сопло) 2 и приемную камеру (диффузор) 3 с большой скоростью. В приемной камере формируется поток инжектируемой жидкости. Далее оба потока поступают в смеситель 4, где энергия потоков выравнивается, и в диффузор 5, где кинетическая энергия смешанного потока преобразуется в потенциальную энергию давления. Выходя из отводных каналов 6 в переходнике 7, поток разделяется на дна. Один из них движется к забою, омывая коронку 9, попадает в колонковый снаряд 8 и далее в приемную камеру 3, где за счет инжекции создается область пониженного давления, а второй

Pitc. 133. Схема и конструкция эжекторного колонкового снаряда:

в —схема циркуляции жидкости в снаряде; б-снаряд конструкции ЦНПГРН: / — коронка; 2 — колонковая труба; J — переходник; — шламоупавяивающа» труба; 5 — клапан; 6 — отражатель; 7 — переходник; 3 — диффузор; 9 — корпус насос- иоП камеры; 10 — смеситель; // — сопло; 12 — переходник

направляется вверх по стволу скважины. Очевидно успех бурения и условия формирования керна будут определяться режимом движения инжектируемого потока. Он должен быть таким, чтобы обеспечивался вынос шлама с забоя и не размывался керн.

Известно большое количество конструкций одинарных и двойных колонковых снарядов с эжекторным насосом: ОЭС и ДЭС конструкции ЦНИГРИ; ТДН-Э-ВИТРа; ЭКС-КазИМС; ОКС и КС-ТПИ; ЭКС и ДЭКС-ПГО «Центргеология»; ТЭД-ПГО ♦Уралгеология»; СЭ —ПГО «Востказгеология»; ЭШКОС —ПГО «Красноярскгеология» и др.

Параметры режимов и технология бурения эжекторными снарядами приводятся в инструкции по эксплуатации на каждый снаряд.

§ 5. Бурение скважин с обратной циркуляцией жидкости и гидротранспортом керна

Обратная схема циркуляции промывочной жидкости (ПЖ) при бурении с гидротранспортом керна обеспечивает непрерывный вынос керна на поверхность. При этом используется двойная колонна труб (см. рис. 5.12). Внутренняя труба служит для транспортирования керна потоком жидкости, а наружная выполняет роль бурильных труб.

Такой вид бурения позволяет повысить выход керна до 100% в мягких малоустойчивых породах, исключить осложнения, связанные с обрушением стенок скважины, вызываемое циркуляцией промывочной жидкости или ее поглощением, а также существенно повысить производительность труда за счет сокращения СПО и монтажно-демонтажных работ. В отдельных случаях скорость сооружения скважин достигает 18 тыс. м/ст.-мес и более.

Бурение с гидротранспортом керна осуществляется с помощью специальных комплексов КГК, в состав которых входит буровая установка УРБ-2А-2ГК на базе автомобиля высокой проходимости, циркуляционная система и емкость БП-149, керноприемная система БП-150, смонтированные на автоприцепе, и комплекты буровых инструментов КБИ-5М или КБИ-6. Применяют в практике два типа комплексов: КГК-100 и КГК-300, некоторые данные из характеристики которых приведены ниже.

Техническая характеристика КГК

Тип КГК-100 КГК-300

БУРЕНИЕ 1

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН 1

I 141

J 141

с 155

с 155

[] 252

G₀ = 0,1 253

1 51

rF%irirrnrsn^Sr^n 51

/_п = / - ft, (24.31) 393

Ш 405

Щк! 405

Такие комплексы успешно применяют при бурении геологопоисковых и разведочных скважин в мягких породах V —IV категории по буримости с включением пропластков пород VI —VIII категорий по буримости. Глубина скважин, пробуренных КГК-100 практически достигает 190 м. При бурении скважин используют твердосплавные коронки (ГК-2, КГ-84С; КГ-84МС; КГ-93МС), а также толстостенные коронки с алмазным вооружением типа В9П или В9С.

Параметры режима бурения зависят от геолого-технических условий — свойств пород, применяемых технических средств бурения и технологических схем.

При бурении твердосплавными коронками осевая нагрузка может изменяться от 4,5—5 до 15—18 кН, частота вращения — от 140—170 до 325 об/мин. Расход промывочной жидкости подбирают из расчета скорости восходящего потока не менее 0,6 м/с (табл. 13.3).

Тнилнца 13Л Параметры режима бурения с гидротранспортом керна на угольных месторождениях

Породы	Частота вращения снаряда, об/мин	Осевая нагрузка, кН	Расход промывоч ной	Параметры расхаживания снаряда, м
			жидкости, л/мин	Интервал углубки	Бысога подъема
Вязкие глины и суглинки	325	5-9	200-300	1-1,5	1-1,5
Сыпучие пески и супеси	325	4,5-9,0	125	2-2,5	0,5
Гравийно-галечные образования	140-170	6-10	180-260	0,3-1,0	0,2—0,5
Плотные устойчивые алевролиты и аргиллиты	225	7-12	180	0,3-0,5	*1 О Д о
Песчаники, известняки	225	8-16	1S0	О т о Ъ»	0,1-0,5
Окремнснные породы	225	15-18	180	0,05-0,1	0,05-0,1

При бурении алмазными коронками типа В9П или В9С диаметром 82 мм рекомендуются: частота вращения — 225—325 об/мин; осевая нагрузка —до 2 кН; расход промывочной жидкости — 180 л/мин.

В некоторых случаях бурение осуществляют без отбора керна, для чего по внутренней колонне труб на забой спускают дополнительный ПРИ, который устанавливается внутри коронки без подъема БС на поверхность. Осевая нагрузка при этом должна быть увеличена на 10—20%.

Технология бурения с гидротранспортом керна определяется спе

цификой способа бурения и геолого-техническими свойствами горных пород. Характерной чертой этого процесса является увеличение крутящего момента по мере углубки скважины в мягких породах глинистого состава. Это связано с образованием сальников на бурильных трубах из слипающихся частиц шлама попадающего в затрубное пространство с забоя. Во избежание осложнений технологией бурения предусматривается периодическое расхаживание снаряда. Интервалы между расхаживаниями и высота подъема снаряда зависят от характера разбуриваемых пород — чем они более липкие, тем короче интервалы.

При бурении с гидротранспортом керна используют несколько технологических схем циркуляции промывочной жидкости: обычная схема с обратной промывкой и комбинированная (рис. 13.4). В первом случае (рис. 13.4,а) промывочная жидкость поступает к забою по межтрубному зазору и, практически минуя рабочую часть коронки 1, поднимается по внутренней колонне труб 3. По второй и третьей схемам промывочная жидкость также подается по межтрубному зазору, а в призабойной части либо делится на два потока (рис. 13.4,6), либо проходит в затрубное пространство и, омывая забой и рабочую часть коронки, поступает во внутреннюю колонну труб (рис. 13.4,в). Для того, чтобы промывочная жидкость не поднималась по зазору между стенкой скважины и БТ 2, на трубах устанавливают пакерующее устройство 6 или этот зазор заполняют глинистым раствором повышенной плотности. В последнем случае раствор способствует закреплению стенок скважины при бурении по весьма неустойчивым породам.

Рис. 13.4. Схемы транспортирования керна потоком жидкости при обратной циркуляции

В качестве промывочной жидкости может быть использована техническая вода или глинистый раствор с целью предохранения керна от разрушающего действия потока, увеличения выносной и удерживающей способности жидкости (в момент прекращения циркуляции).

Для обеспечения процесса подъема керна 5, последний должен делиться на кусочки небольшой длины. С этой целью в керноприемной трубе устанавливаются керноломы в виде выступов- клиньев 4 или шариков. Кернолом отклоняет продвигающийся по колонковой трубе керн, который при этом сламывается и подхватывается восходящим потоком жидкости.

Серьезные трудности возникают при бурении с ГК по валун- но-галечниковым отложениям, толщам (более 15 м) сильно обводненных песков и при встрече пропластков или коренных пород большой твердости (свыше VIII —IX категорий по буримости).

Высокую эффективность бурения с ГК достигают при условии непрерывности процесса углубки скважины до проектной глубины. В случае перерывов в бурении буровой снаряд может находиться в скважине до 10—14 ч без осложнений. При извлечении снаряда стенки скважины в интервале неустойчивых пород могут обрушиться.

При вынужденных перерывах в бурении (при наращивании труб) необходимо осуществлять промывку скважины до полного удаления керна и шлама из скважины. В случае необходимости точной привязки керна к разрезу следует прерывать процесс углубки для выноса керна с забоя. Точность привязки при этом составляет ±0,1 м.

При бурении возникают осложнения, связанные с заклиниванием керна в коронке, в колонне труб, сальншче или сливном шланге. Это сопровождается повышением давления в нагнетательной линии насоса и снижением механической скорости бурения вплоть до полного прекращения углубки.

Заклинивание керна в коронке ликвидируют повышением усилия подачи бурового снаряда или его расхаживанием и гидравлическими ударами жидкости, возникающими при быстром перекрытии нагнетательной линии с помощью вентиля.

Заклинивание керна в колонне БТ может быть ликвидировано изменением направления циркуляции жидкости на прямую при поднятом снаряде на высоту 0,5—1 м. Иногда при этом используют деревянную пробку длиной 0,7—0,9 м и диаметром 38—40 мм, вставляемую в колонну труб. При подаче жидкости пробка, движущаяся вниз с определенной скоростью, наносит удары по керну и выбивает его из труб. Поднимается пробка обратным потоком жидкости.

При нормальном течении процесса бурения давление в нагнетательной линии возрастает равномерно от 0,5 до 2,5—3 МПа по мере увеличения глубины скважины (0—100 м).

Для получения ненарушенного керна прибегают к бурению задавливанием снаряда (без вращения) с одновременной промывкой. Для срыва керна при этом периодически включают вращение снаряда (через 0,15—0,3 м углубки).

Для выполнения работ в зимних условиях буровая установка УРБ-2А-2ГК Может быть смонтирована на санях в отапливаемом щитовом буровом здании.