81

-

Базанов Л.Д. 2012 г.

Базанов А.Л.

Тунгусов А.А

Практикум

По бурению геологоразведочных скважин

на твердые полезные ископаемые (ТПИ).

Специалисты – горные инженеры по технике разведки – инженеры технологи по бурению разведочных скважин, должны изучать, знать и понимать технику и технологию бурения геологоразведочных скважин, в том числе при разведке твердых полезных ископаемых – ТПИ. Техника и технология две стороны курса «Бурение на ТПИ» – техника изучается на практических занятиях и на учебных и производственных буровых практиках, технология на лекциях, на учебной исследовательской буровой и на производственных практиках. Настоящий практикум является второй частью учебного пособия курса «Бурение на ТПИ» для студентов специальности РТБ в добавление к пособию «Курс лекций по бурению на ТПИ». Соответственно в курсе лекций рассматривается технология, в практикуме техника бурения на ТПИ.

Техника – технические средства, используемые при сооружении геологоразведочных скважин.

Технические средства для бурения это: буровое оборудование, включая транспортные средства, на которых оно смонтировано, и средства энергообеспечения, буровой и общетехнический инструмент, контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации и управления (КИП и САиУ)

Для более четкого восприятия курса вначале рассмотрим значение основных терминов, определяющих технические средства, используемые при бурении геологоразведочных скважин:

1 Буровое оборудование – комплекс механизмов, сооружений, и принадлежностей, предназначенных для сооружения буровых скважин.

2 Буровая установка – комплекс механизмов и сооружений для бурения скважин.

Буровые установки бывают единые и сборные. В единой буровой установке все механизмы и сооружения собраны на одном основании (чаще всего транспортном средстве) и представляют единое целое, т.е. здесь нет отдельно бурового станка . Обычно это самоходные буровые установки.

3 Буровой агрегат – комплект оборудования для бурения скважин, включающий буровой станок, буровой насос, иногда компрессор, с приводными двигателями.

4 Буровой станок – единица оборудования, включающая механизмы, обеспечивающие выполнение операций по бурению и оборудованию скважин

5 Буровой насос – насос, предназначенный для подачи на забой скважины промывочной жидкости или участвующий в создании и подачи на забой газожидкостных смесей (неверно – «грязевый насос», «промывочный насос»).

6 Буровая мачта или вышка – сооружение, входящее в состав буровой установки предназначенное для выполнения спуско-подъемных операций с буровым снарядом, обсадными трубами, и для других грузоподъемных работ, для направления движения подвижного вращателя.

7 Буровой инструмент - группы инструмента, участвующие в бурении и оборудовании скважин, применяющиеся для выполнения вспомогательных работ, связанных с бурением, а также специальных и аварийных работ в скважине. Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.

8. Технологический буровой инструмент – группа инструмента непосредственно участвующая в процессе бурения.

9. Вспомогательный буровой инструмент – инструмент, применяющийся для работы с технологическим инструментом (главным образом для спуско-подъемных операций).

10. Аварийный буровой инструмент – инструмент, предназначенный для ликвидации аварий в скважине.

11. Специальный буровой инструмент – инструмент для выполнения специальных работ в скважине (Закрепление стенок скважины, управление направлением оси скважины борьба с осложнениями в скважине).

Геологоразведочные скважины на твердые полезные ископаемые в абсолютном большинстве проходятся с помощью механического вращательного бурения с циркуляцией очистного агента. Геологоразведочные скважины на ТПИ с диаметрами ствола скважины от 46 мм. до151мм. ( диаметры скважин 26 и 36 применяются очень редко, только для очень маленьких скважин при поисково-съемочных работах), имеют глубины от первых десятков до 3000 м. (в нашей стране). Самая глубокая геологоразведочная скважина на ТПИ пробурена в Ю.А.Р. в 1986 году и имеет глубину 5442 м.!

Процесс бурения (углубки) скважины заключается в разрушении породы на забое скважины вращающимся породоразрушающим инструментом (ПРИ), вращение на которой при бурении на ТПИ передается от бурового станка с поверхности с помощью колонны бурильных труб, следовательно, ПРИ и бурильные трубы играют не менее ответственную роль, чем буровой станок.

Для лучшего понимания функционирования технических средств бурения геологоразведочных скважин, изучение их целесообразнее начинать с технологического бурового инструмента, с простых буровых снарядов, после чего более понятно устройство и функциональность бурового оборудования. Далее изучаются специальные буровые снаряды и забойные механизмы, применяющиеся в разновидностях геологоразведочного бурения , а также снаряды и средства для получения кондиционного керна и (в отдельном курсе) средства направленного бурения скважин.

1. Буровой инструмент.

Буровой инструмент – это совокупность технических средств, (кроме оборудования и сооружений), используемых в процессе бурения скважины, выполнении вспомогательных операций и специальных работ в скважине, а также для преодоления геологических осложнений и ликвидации аварий в скважине. В соответствии с назначением буровой инструмент делится на четыре группы: технологический, вспомогательный, специальный и аварийный.

1. Технологический буровой инструмент

Технологический инструмент – инструмент, непосредственно участвующий в процессе бурения скважины (то чем бурят). Технологический инструмент выполняет не менее важную роль, чем буровой станок. Он состоит их бурового снаряда (то, что работает в скважине), ведущей бурильной трубы и бурового сальника или сальника-вертлюга и обеспечивает передачу от бурового станка на породоразрушающий инструмент (кстати, входящий в буровой снаряд) вращательного движения, крутящего момента и осевой нагрузки, необходимые для разрушения породы на забое и углубки скважины. Он обеспечивает подачу на забой скважины потока очистного агента, а также связывает породоразрушающий инструмент с поверхностью (спуск и подъем). В технологический инструмент входят: буровой сальник или сальник-вертлюг, ведущая бурильная труба и буровой снаряд.

Буровой снаряд. Буровые снаряды могут быть простые, простые с дополнительными механизмами и устройствами и специальные. Буровой снаряд (для простых снарядов) состоит из колонны бурильных труб и колонкового набора или забойной компановки. (специальные буровые снаряды – ССК, КГК и снаряды с дополнительными механизмами будут рассматриваться далее в соответствующих разделах практикума). Состав технологического инструмента с простым буровым снарядом для колонкового и бескернового бурения приведен на рис. 1.

Рис. 1.

1 – буровой сальник, 2 – ведущая труба, 3 – колонна бурильных труб,

4 – колонковый набор, 5 – долото, 6 – утяжеленные бурильные трубы (УБТ)

1. Буровой сальник.

Буровой сальник, и его разновидность сальник-вертлюг, предназначен для передачи потока очистного агента под давлением от не вращающегося нагнетательного шланга бурового насоса во вращающуюся колонну бурильных труб. Буровой сальник закрепляется (обычно навинчивается на левой резьбе) на верхнем конце ведущей бурильной трубы при бурении шпиндельными станками скважин глубиной до 300 – 500 метров.

Сальник состоит из невращающегося корпуса, к которому присоединяется нагнетательный шланг, и вращающейся трубки, закрепленной в корпусе сальника на подшипниках с набором герметизирующих уплотнений. Рис 2.а.

При бурении шпиндельными станками более глубоких скважин, а также при бурении буровыми установками роторного типа применяется сальник-вертлюг. Сальник-вертлюг (Рис. 2.б) имеет дополнительно грузоподъемную серьгу, за которую закрепляется трос лебедки станка. Таким образом, сальник-вертлюг выполняет дополнительную функцию, позволяя, при необходимости, поднимать буровой снаряд, не останавливая его вращения, или за счет натяжения троса регулировать осевую нагрузку на ПРИ, что характерно для бурения роторными буровыми установками. В станках с подвижным непроходным вращателем буровой сальник монтируется в одном блоке с вращателем

а б

Рис. 2.

Обслуживание сальника заключается в периодической смазке подшипников и замене изношенных герметизирующих элементов.

Правила безопасности при работе с сальником особо важны. Их нарушение может привести к несчастным случаям:

1 Место крепления нагнетательного шланга к патрубку сальника должно с помощью цепного кольца скользяще соединяться с натянутым тросом или специальной штангой для предотвращения, (в случае заедания внутренней трубки сальника) от закручивания шланга. На тросе или штанге должен быть установлен ограничитель-хомут, удерживающий сальник в случае его самопроизвольного отвинчивания от падения на голову рабочего..

2 Все операции по навинчиванию и отвинчиванию сальника на высоте должны выполняться со специальной площадки

3 Запрещается удерживать нагнетательный шланг руками! от раскачивания и заматывания его вокруг ведущей трубы (может покалечить руку).