7.7.5. Технология бурения скважин с непрерывным транспортом выбуренной породы по двойной колонне бурильных труб

В общем виде технологический процесс бурения скважин с применением двойной колонны бурильных труб отличается от традиционного колонкового способа бурения отсутствием периодического подъема на поверхность забойного снаряда для извлечения из колонковой трубы керна. Снаряд поднимают лишь для замены пришедшего в негодность породоразрушающего инструмента или в аварийных ситуациях.

Эта особенность новой технологии предъявляет определенные требования к отработке породоразрушающего инструмента, особенно в разрезах с прослоями твердых абразивных пород. Так, при большом уменьшении наружного диаметра породоразрушающего инструмента возрастают время, затрачиваемое на разбуривание законушенного участка скважины, и опасность заклинивания и прихватов инструмента. Поэтому бурение с двойной колонной вращательным способом рекомендуется преимущественно в мягких породах I-IV категорий по буримости с небольшими по мощности прослоями пород средней твердости VII-VIII категорий.

Другая не менее важная особенность новой технологии – применение принципиально новой системы обратной промывки (продувки). При этом отсутствует прямой контакт потока очистного агента и выбуриваемой породы со стенками скважины, что предохраняет последние от размыва, образования сальников и других осложнений, а с учетом высокой скорости бурения обеспечивается предохранение ствола скважины от разрушения даже в слабых неустойчивых разрезах.

Отсутствие прямого контакта транспортируемого породного материала со стенками скважины позволяет с высокой достоверностью проводить также и шламовое опробование без опасности вторичного обогащения или разубоживания проб. Замкнутая в пределах инструмента система циркуляции очистного агента нового технологического метода обеспечивает экологическую чистоту бурового процесса, позволяет успешно избегать осложнений, связанных с прекращением циркуляции или интенсивными водопритоками. При этом сокращаются затраты времени и средств на тампонаж скважины или обсадку в наиболее сложных условиях.

Специфика новой технологии бурения сказывается на режимно-технологических параметрах процесса, а также на приемах ведения работы. С учетом этого можно отметить следующие рекомендации по технологии бурения.

Применение керноломов обеспечивает разделение керна на столбики, максимальная длина которых не должна превышать 150 мм. Дробление керна на столбики длиной, соизмеримой с внутренним диаметром трубы, приводит к подклиниванию керна в процессе транспортировки. В этой связи важную роль играет работоспособность кернолома. В процессе эксплуатации снарядов необходимо периодически их осматривать и в случае обнаружения поломок или повышенного износа деталей своевременно заменять их.

Расхаживание снаряда при бурении имеет своей целью предупредить зашламование центрального канала колонны и породоразрушающего инструмента. В момент расхаживания приостанавливается поступление в центральный канал новых порций выбуренного керна и шлама, тогда как промывочная жидкость от насоса поступает непрерывно, и в период расхаживания центральный канал колонны промывается.

При расхаживании отрывается породоразрушающий инструмент от забоя, появляются элементы динамики продольных колебаний, способствующие проталкиванию застрявших в коронке или снаряде кусков породы в центральный канал, усиливается эффективность промывки канала за счет эффекта поршневания.

Реверс потока промывочной жидкости обеспечивает изменение направлений потоков промывочной жидкости на обратное с целью выдавливания керношламовых пробок из центрального канала колонны, снаряда и коронки. Для этого в конструкциях комплексов КГК-100 и КГК-300 в системе нагнетательной и породоотводящей магистрали монтируется специальный кран. Применение этого технологического приема обычно сочетается с расхаживанием снаряда, периодическим включением и выключением вращения колонны, сбрасыванием колонны на забой с высоты 5-10 см.

Тип породоразрушающего инструмента и забойного снаряда выбирают в зависимости от геологического разреза и глубины скважины. При глубинах скважин до 50 м и наличии в разрезе твердых и трещиноватых пород следует применять коронку КГ-84. При глубинах скважины свыше 100 м и небольшом процентном содержании прослоев твердых пород (VII-VIII категории по буримости) предпочтение следует отдавать коронке ГК-2, обладающей большим ресурсом (до 400 м). Коронки КГ-93 рекомендуются для наиболее сложных условий бурения, при наличии в разрезе зон рыхлых пород и плывунов; при этом следует использовать специальные растворы - глинистые и безглинистые с добавкой полимеров.

Основным типом забойного снаряда, рекомендуемым к применению, является керноприемная труба БИ 109-395.000 с шаровым керноприемником. Она используется при всех глубинах скважин в породах, перемежающихся по твердости. При отсутствии прослоев твердых включений она может быть использована без кернолома с входящим в комплект съемным патрубком. Забойный снаряд с дополнительными шламоотводящими каналами рекомендуется для использования в породах, образующих большое количество шлама, что приводит к подклиниванию керна в снаряде.

Рекомендуемые режимы бурения с гидротранспортом в различных по твердости породах приведены в табл.

Когда часто происходят зашламование снаряда и коронки и подклинивание инструмента, рекомендуется уменьшать осевую нагрузку на инструмент и ограничивать механическую скорость бурения; при этом улучшается очистка забоя и обеспечивается более эффективная проработка ствола скважины. Минимальный расход промывочной жидкости для подъема керна любого типа (без учета потерь расхода на забое) составляет 120 л/мин.

Режимы промывки скважины и рациональный состав промывочных растворов при бурении с гидротранспортом

Конструкция комплексов КГК-100 и КГК-300 позволяет управлять режимом подачи промывочного раствора как в призабойную зону скважины для очистки забоя и транспортировки наверх породного материала, так и в затрубное пространство для поддержания устойчивости стенок скважины при бурении. Растворы в затрубное пространство можно подавать как с помощью перекидного крана через центральный канал колонны, так и заливкой через устье скважины.

Применяются четыре различных варианта схем промывки скважины в зависимости от глубины, разреза, устойчивости стенок скважины и водопроявлений в скважине. При этом состав промывочного раствора в колонне и в затрубном пространстве может быть различным (табл. ).

При бурении в мягких и средней твердости породах не требуется охлаждения твердосплавных резцов коронки, так как при высокой механической скорости бурения и эффективном удалении с забоя выбуренных частиц контакт резцов с породой, находящейся в естественном охлажденном состоянии, обеспечивает необходимые условия теплообмена. Аналогичное явление наблюдалось ранее при бурении шнеками. Отсутствие жидкой пленки раствора на контакте резца с породой в свою очередь повышает эффективность разрушения, способствует съему слоев породы большей толщины. При перебуривании твердых прослоев, где значительно меньше толщина «стружки» породы и больше путь пробега резцов на единицу проходки, охлаждение резцов необходимо, что обеспечивается конструктивным выполнением коронок с продольными каналами, а также за счет увеличения расхода очистного агента.