§ 1. Способы и средства повышения представительности керна при колонковом бурении скважин
Повышение качества образцов пород или проб полезных ископаемых, получаемых при колонковом способе бурения, возможно различными путями в зависимости от геолого-технических условий бурения: применением рациональной технологии, устранением или .уменьшением отрицательного действия ряда причин, ухудшающих условия формирования керна, и, наконец, применением специальных буровых снарядов.
В соответствии с классификацией (см. табл. 16.3) к средствам получения керна в процессе бурения скважин с удалением продуктов разрушения очистными агентами относятся по конструктивному признаку колонковые снаряды двух типов: с одной колонковой трубой (ОКС) и с двумя (ДКС). В последнем случае вторая (внутренняя) труба играет роль керноприемника (Кп).
При бурении обычными (одинарными) колонковыми снарядами основным средством повышения представительности керна является, прежде всего, улучшение качества используемых буровых снарядов и устранение факторов технологического и организационного характера, отрицательно влияющих на получение керна.
Колонковые снаряды не должны иметь дефектов (погнутость, вмятины, разная толщина стенок и др.), а их элементы должны соединяться строго соосно. Породоразрушающий инструмент, параметры режимов бурения, качество очистного агента должны соответствовать условиям получения представительного керна.
Особое значение в решении этой главной при бурении геологоразведочных скважин задачи имеют качество очистного агента и схема его циркуляции. При бурении легко размываемых неустойчивых пород или полезных ископаемых рекомендуется использовать в качестве очистного агента глинистый раствор, отвечающий определенным требованиям (низкая водоотдача, плотная тонкая глинистая корка, нормальные плотность и вязкость) или специальные жидкости. В некоторых случаях эффективным является применение сжатого воздуха.
Во избежание потери керна при подъеме БС в связи с действием гидростатического давления столба промывочной жидкости на керн, а также излива жидкости из бурильных труб при подъеме снаряда применяют сливные переходники или шаровой клапан, сбрасываемый по БТ в БС перед его подъемом (рис. 17.1, а). При этом переходник 1 должен иметь сливные отверстия 2, перекрываемые
Рис. 17.1. Схемы устройств для получения представительного керна:
^в
^6
Г\}г\
втулкой 3, которая фиксируется штифтом 4. После сбрасывания шарика 5 (перед подъемом снаряда) в колонне БТ поднимается давление жидкости, нагнетаемой насосом, под действием которого срезается штифт 4, и втулка опускается в нижнее крайнее положение, открывая сливные отверстия 2, через которые полость БТ сообщается с полостью скважины. В случае необходимости (при прихвате снаряда выше переходника) можно осуществлять промывку скважины в процессе подъема снаряда. Выдавливание керна 6 из колонковой трубы при этом исключается за счет перекрытия циркуляционного канала шариком 5.
Отрицательное действие скоростного напора потока очистного агента можно уменьшать снижением скорости его движения (циркуляции) в колонковом снаряде без снижения интенсивности очистки скважины от продуктов разрушения. Если при этом скорость восходящего потока не будет обеспечивать удаление шлама из призабойной зоны, то в состав бурового снаряда необходимо включить шламоулавливающую трубу. Извлекаемый при этом шлам может служить дополнительным материалом для изучения геологического разреза.
Для предохранения керна от разрушения струей очистного агента, выходящей с большой скоростью из переходника ОКС, применяются несложные предохранительные приспособления 7 и S (рис. 17.1, б, в), изменяющие направление движения потока жидкости. Наиболее эффективным является переход на обратную схему циркуляции очистного агента. При восходящем потоке жидкости в колонковом снаряде керн не только не подвергается действию скоростного напора, а наоборот, приподнимается или даже поднимается вверх, вплоть до полного удаления из колонкового снаряда, что используется с целью транспортирования
Рис.
17.2.
Схемы
обратной циркуляции промывочной
жидкости: а
—
полная схема циркуляции с герметизирующим
устройством на устье скважины; б —схема
призабойной циркуляции с пакерным
устройством: 1
— переходник; 2
—
пэкер, 3
—
колонковая труба; 4
— коронка; в —схема с дросселированием
потока: 1,
3 —
переходники; 2
—
дросселирующий патрубок; 4
—
колонковая труба; S
—
коронка;
г
—с
помощью водоструйного насоса: / —
переходник; 2
—
конусная насадка; 3 — смеситель; с
помощью погружного насоса: / — переходник;
2—турбина; 3
—
центробежный насос; 4
—
шламоулавливающая труба
его на поверхность при бурении с гидро- или пневмотранспортом керна.
Схема обратной циркуляции жидкости может быть полной по всему стволу скважины (рис. 17.2, а), осуществляемой при подаче очистного агента через устье скважины, которое оборудовано герметизирующим устройством, или только в призабойной части ствола и в буровом снаряде (рис. 17.2, б, в). Такая схема реализуется либо разделением прямого потока нагнетаемой насосом по бурильным трубам жидкости в переходнике снаряда за счет создания повышенных гидравлических потерь в затрубном зазоре с помощью пакера (см. рис. 17.2, б) или увеличения длины циркуляционного канала между снарядом и стенками скважины выше переходника (см. рис. 17.2, в), либо с помощью погружного насоса—водоструйного (рис. 17.2, г), центробежного (рис. 17.2, д) или поршневого типа с гидро- или пневмодвигателем.
Призабойная циркуляция жидкости с обратным потоком может быть получена и путем расхаживания снаряда с клапаном или поршнем при так называемом «безнасосном» способе бурения или с помощью эрлифта, работа которых была рассмотрена ранее (см. рис. 13.1).
Однако перечисленные способы повышения представительности керна не всегда дают должный эффект, а использование некоторых из них приводит к снижению производительности труда. Более радикальным способом решения задачи в таких случаях является применение специальных колонковых снарядов или специальных способов бурения скважин (с гидротранспортом керна, с извлекаемой на поверхность керноприемной трубой и др.), также рассмотренных ранее.