книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

При подаче воздуха компрессором 1 происходит обратная цирку­

в шламовую трубу 7, затем в очищенном виде движется по колонне 2

работ, позволяют бурить скважины с местной обратной промывкой до глубины 500 м при использовании для их привода компрессоров с давлением воздуха 6—8кгс/см2 (при расходе воздуха 0,75—3 м3/мин).

Установлено положительное влияние местной промывки на устой­ чивость стенок скважины и выход керна.

В породах, образующих налипающий шлам, при обратной цирку­ ляции процесс бурения часто нарушается.

Ю. А. Ватутиным разработаны схемы буровых эрлифтов, которые позволяют быстро переходить с обратной циркуляции на прямую.

При разбуривании вязких пород, а также при недостаточной подаче жидкости на забой нередко происходит нарушение нормаль­ ного процесса бурения из-за зашламования колонкового снаряда, что заметно по резкому снижению давления нагнетаемого воздуха. Для восстановления циркуляции требуется производить расхажи­ вание снаряда, пока давление воздуха не повысится до нормаль­ ного.

§ 14. П РО М Ы В К А С К В А Ж И Н ЭМ УЛЬСИ ЯМ И

Алмазное бурение наиболее эффективно при высоких скоростях вращения (500—1500 об/мин). Но при больших скоростях может возбуждаться сильная вибрация бурильной колонны, в результате чего снижаются стойкость алмазных коронок, проходка на рейс, выход керна.

Промывка скважин эмульсионными растворами способствует га­ шению вибраций. Хорошо зарекомендовали себя эмульсии, приго­ товленные на основе кожевенной эмульгирующей пасты (ГОСТ 5344—50), которая вводится в промывочную жидкость в количе­ стве 0,5—2%.

Если вода минерализована, то для снижения жесткости в нее вводят небольшие количества кальцинированной или каустической соды. Для стабилизации эмульсии в нее добавляют ^ 0,1 % неионо­ генных ПАВ (ОП-Ю, ОП-7). Применение для промывки скважин эмульсий снижает вибрацию инструмента, саморасклинки керна, затраты мощности на бурение и повышает механическую скорость бурения.

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

Набор инструмента для колонкового бурения представлен на рис. 40. Он состоит из коронки, колонковой трубы, переходника, шламовой трубы, колонны бурильных труб, соединяемых ниппель­ ными или муфтово-замковыми соединениями, и промывочного саль­ ника.

Для спуско-подъемных операций применяются различные ключи, элеваторы и подкладные вилки.

§ 1. К О Л О Н К О В Ы Е Н А БО РЫ

Короночные кольца изготовляются из трубных заготовок из стали с содержанием углерода 0,3—0,4%. Короночные кольца, армированные резцами, называют коронками. Верхняя часть коро­ ночного кольца имеет наружную правую трапецеидальную резьбу с шагом 4 мм, а ее внутренняя стенка расточена на конус.

Кернорватели. При бурении алмазными и твердосплавными коронками между коронкой и колонковой трубой целесообразно включить кернорватель. Он состоит из цилиндрического корпуса с внутренней конической расточкой, расширяющейся кверху, в кото­ рой помещается коническое пружинное кольцо с выступами, разре­ занное по образующей. Во время бурения пружина кернорвателя не препятствует вхождению керна в колонковую трубу. При подъеме колонкового снаряда пружина вследствие трения о поверхность керна входит в суженную часть конической расточки корпуса, крепко сжимает керн и срывает его.

Колонковые трубы изготовляются из заготовок, предназначенных

На обоих концах колонковой трубы нарезана внутренняя трапеце­ идальная резьба с шагом 4 мм, с углом при вершине 10°. Для изго­ товления колонковых труб применяется сталь с пределом прочности при растяжении 65 кгс/мм2 и пределом текучести не менее 38 кгс/мм2.

Колонковые трубы изготовляются длиной 1,5; 3; 4,5 и 6 м. В длин­ ный колонковый снаряд они могут соединяться с помощью нип-

пелей (рис. 41, s). Основные размеры короночных колец и колонко­ вых труб приведены в табл. 13.

Для гидроударного и дробового бурения часто применяются толстостенные колонковые трубы с ô =-■- 6—7 мм.

Рис. 40. Набор инструмента для колонкового бурения.

сальник; 10 — элеватор полуавтоматический; 11 — пробка (грибок) для подъема бурильных труб элеватором; 12 — простой элеватор; 13 — шарнирный ключ для бурильных труб; 14 — шарнирный хомут; 15— вилки подладкные; 16 — вилка ведущая; 17 — клещи короночные;

бросаемый после заклинки керна перед подъемом инструмента; 22 — корпус кернорвателя; 23 — рвательное пружинное кольцо.

Переходники служат для соединения колонковых труб с колон­ ной бурильных труб. Они изготавливаются из стали марки 45 или 50 и выпускаются двух видов — фрезерные и тройные.

Если производительность насоса не обеспечивает выноса шлама на поверхность, следует применять тройные переходники, имеющие дополнительную левую резьбу под шламовую трубу.

в

Шламовые трубы служат для улавливания крупных и тяжелых частиц шлама. Шламовые трубы изготовляются из тех же трубных

с тройным переходником; верхний конец ее открыт, срезан под углом и загнут внутрь для того, чтобы при подъеме шламовая труба не упиралась в башмак обсадных труб.

§ 2 Б У Р И Л Ь Н А Я КОЛОН НА

Бурильные трубы (штанги) свинчиваются в свечи при помощи муфт или простых ниппелей. Длина свечи определяется высотой вышки. Чем глубже скважина, тем длиннее свечи. Свечи свинчиваются в бурильную колонну при помощи бурильных замков.

Колонна бурильных труб передает на породоразрушающий инстру­ мент осевую нагрузку и крутящий момент. По бурильной колонне к забою подводится промывочная жидкость или сжатый воздух.

Тяжелые условия работы бурильной колонны вызывают необхо­ димость изготовлять ее из в высококачественных цельнотянутых труб.

Бурильные трубы для колонкового бурения изготовляются из стали марок Д и 36Г-2С с пределом текучести 38 и 50 кгс/мм2 соот­ ветственно. Кроме того, начали выпускаться бурильные трубы повы­ шенной прочности из сталей марок 40Х и ЗОХГС.

Для того чтобы трубы не были ослаблены в резьбовом соедине­ нии, концы их утолщаются высадкой внутрь при температуре на­ грева 1170—1230° С. Сами трубы подвергаются нормализации и за­ калке с высоким отпуском. Бурильные трубы в процессе бурения трутся о стенки скважины и подвергаются поверхностному износу. Для поверхностного упрочнения труб целесообразно производить поверхностную закалку труб токами высокой частоты.

Поверхность труб должна быть гладкой, без раковин, трещин, пленок и расслоений металла, без шлаковых и других включений.

Взависимости от способа соединений бурильные трубы выпуска­

ются:

1)с ниппельными соединениями (рис. 42, а), которые широко применяются при алмазном бурении;

2)с муфтово-замковыми соединениями, при которых трубы со­ единяются в свечи при помощи муфт, а свечи в колонну — при помощи замков (рис. 42, б).

3)с приваренными замками (рис. 42, в).

Втабл. 14 приведены основные размеры бурильных труб для колонкового бурения.

Несмотря на некоторое улучшение качества бурильных труб, обрывы бурильных труб происходят довольно часто при переходе на форсированные режимы бурения. Обычно трубы рвутся по резь­ бовому соединению по месту высадки.

Для снижения аварийности из-за обрыва бурильной колонны необходимо: а) уменьшать зазор между стенками скважины и колон­ ной труб; б) улучшать механические свойства материала труб; в) повышать прочность соединений труб; г) применять утяжеленные бурильные трубы.

Хорошие результаты показали замки повышенной прочности ЗПП-50 для бурильных труб диаметром 50 мм.

Эти замковые соединения (рис. 43) изготовляются из стали марки 40Х. Муфта и ниппель соединяются между собой замковой

применяются для увеличения веса и жесткости нижней части буриль­ ной колонны. Колонна бурильных труб с утяжеленным низом рабо­ тает более спокойно, возможность обрыва труб уменьшается, а сква­ жины менее искривляются. Утяжеленный низ включается между колонковым снарядом или долотом и колонной бурильных труб. Вес УВТ должен превосходить нагрузку на забой на 25—50%.

Легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ)

Для успешного развития разведочного бурения в труднодоступ­ ных районах необходимо снижать вес бурового оборудования, инструмента и, прежде всего, бурильных труб.

Снизить вес бурильной колонны легче всего путем изготовления труб из легких сплавов.

Бурильные трубы, изготовленные из легких сплавов, примерно в 2,5 раза легче, чем стальные трубы такого же размера.

Поэтому ныне установлен следующий ряд бурильных труб нип­ пельного соединения специально для алмазного бурения (табл. 15).

Кроме того, установлен следующий размерный ряд бурильных труб с муфтово-замковыми соединениями: 50, 63,5 и 73 мм. Толщина стенок этих труб 5,5 мм.

§ 3. РАБОТА БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ

Колонна бурильных труб представляет собой упругую систему, которая в процессе бурения воспринимает нагрузки, меняющиеся

где Q — вес колонны бурильных труб в скважине в кг; а — коэф­ фициент, учитывающий вес соединительных ниппелей или замков; F — сечение бурильной трубы в см2; L — длина всей колонны в см;

для осуществления необходимой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Тогда напряжение растяжения в верхнем конце будет

аР = ~ a (L— l) (Y —Y») кгс/см2, (37)

где С — осевая нагрузка на забой (реакция от забоя) в кгс; I — длина сжатой части колонны в см.

Если бурильные трубы в местах соединений ослаблены резьбой,

F

где F — сечение трубы в целом месте; F о — сечение трубы в месте, ослабленном резьбой.

Наибольшие растягивающие напряжения колонна бурильных труб испытывает в начале подъема в связи с появлением дополни­ тельных сил трения о стенки скважины, в особенности если забой скважины зашламован, а зазор между колонковой трубой и стенками скважины мал.

Сила трения инструмента о стенки скважины может быть принята равной <2т = 0,2 -f- 0,3Ç; кроме того, в начале подъема возникают силы инерции Qa. Полная растягивающая нагрузка в верхней части колонны в начале подъема

где g — ускорение силы тяжести; а — ускорение колонны в начале подъема.

Одновременно с максимальными напряжениями растяжения ко­ лонна бурильных труб в верхней части испытывает при нормальном ходе бурового процесса и максимальные напряжения кручения.

Крутящий момент в верхней части колонны во время бурения

где Ny — мощность, потребляемая забойным инструментом в л. с.; N 2 — мощность, затрачиваемая — на вращение колонны бурильных труб (бурильного вала).

Приближенно

лется в пределах от 0,08 до 0,15 л. с./см2 (в зависимости от осевой нагрузки, числа оборотов и скорости бурения); F3 — площадь забоя в см2.

Мощность на вращение бурильного вала приближенно может быть

бурильных труб в см; п — число оборотов труб в мин; уж — удельный вес промывочной жидкости.

Эта формула приемлема для скоростей вращения до 250 об/мин. Напряжение кручения в верхней части колонны будет

где W — момент сопротивления сечения при кручении в см3.

Если d и dу — наружный и внутренний диаметры труб в опасном