5.7 Разработка нового способа бурения горизонтальных пионерных скважин.

На базе разработок КузГТУ разработаем новый способ бурения горизонтальных скважин серийным бурошнековым инструментом станков типа БГА, содержащим буровой став со шнековыми штангами в колонне обсадных труб с разрывами спиралей в местах сборки резьбовых замков. Сущность нового способа бурения поясняется чертежами на рис. 5.4, где изображен процесс бурения скважины и процесс очистки скважины от продуктов разрушения с устройством для реализации предложенного способа.

Устройство включает в себя забурник I, расширитель прямого хода 2, шнековую штангу 3, буровой замок 4 для соединения штанг между собой и с буровым станком. Соединенные между собой буровые шнековые штанги образуют буровой став, в котором участки шнековых спиралей длиной L_ш.с. чередуются последовательно с участками разрывов шнековых спиралей длиной L_p.

Соединенные между собой забурник I, расширитель прямого хода 2 и шнековый став буровых штанг 3 образуют буровой инструмент.

В процессе бурения элементам 1,2,3,4 бурового инструмента сообщают вращение и осевые колебательные движения с суммарным перемещением на забой, обеспечивающим заданную длину бурения L_с. При движении инструмента на забой по стрелке А расширитель прямого хода 2 и забурник 1 разрушают его, и продукты разрушения попадают в зону работы первой шнековой штанги с рабочей длиной L_шт и участка разрыва шнековой спирали L_шс и перемещаются буровым ставом до участка разрыва шнековой спирали L_р. При обратном движении инструмента от забоя по стрелке Б на величину меньшую, чем по стрелке А продукты разрушения перемещаются дальше к устью скважины. Затем буровой инструмент вновь подают на забой по стрелке А и порция продуктов разрушения захватывается и перемещается участком L_шс лопастей шнековой спирали второй от забоя шнековой штанги, а расширитель разрушает забой, и новая порция продуктов разрушения попадает в зону работы первого шнека. Многократное повторение указанных колебательных циклов приводит к бесперебойной выдаче продуктов бурения к устью скважины без накопления их в местах разрывов шнековой спирали L_р. Длина перемещения шнекового става в сторону транспортирования обеспечивается не меньше длины наибольшего разрыва шнековой спирали L_р, для предотвращения даже частичного накопления продуктов бурния в разрывах шнека. Скорость подачи в сторону противоположную транспортированию ограничивается величиной перенесения шнекового става на длину одного шага спирали за время одного его оборота, что предотвращает перемещение продуктов разрушения в сторону, противоположную направлению транспортирования.

Рис. 5.4 Способ бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин ( а.с. № 1701903).

Для полной очистки скважины целесообразно прекратить разрушение забоя, и путем циклического перемещения вращающегося шнекового става в направлении забоя и от него на величину, меньшую L_p, очищать скважину. При этом число циклов должно быть не менее числа разрывов спирали.

Указанные операции предлагаемого способа справедливы и при расширении пионерных скважин обратным ходом.

Режимные параметры способа бурения горизонтальных скважин могут быть определены по расчетным зависимостям, представленным на рис. 3.18.

Применение способа позволяет предотвратить образование штыбу-ющих пробок в местах разрывов шнековой спирали, полную очистку скважин от продуктов бурения и предотвращает заклинивание шнекового бурового става при обратном ходе бурового става и его порыв.

Рис. 5.5. Расчетные зависимости производительности разрушения: - - - П_р и транспортирования --- П_ш от скорости осевого движения бурового инструмента.

Однако, несмотря на применение новых способов бурения горизонтальных скважин серийным бурошнековым инструментом на базе станка типа БГА, содержащим буровой став со шнековыми штангами в колонне обсадных труб с разрывами спиралей в местах сборки резьбовых замков, вопрос о транспортирования горной массы из забоя скважины по-прежнему стоит остро. Так как при увеличении длины скважины L_скв, шнековая штанга вместе со шнековой спиралью по действием собственного веса и веса горной массы начинает прогибаться. Для устранения данных прогибов устанавливают специальные устройства – опорные фонари. Опорные фонари ставят примерно через каждые 7-10м бурового става.

Так как опорные фонари не оборудованы специальными устройствами для транспортирования горной массы в местах их установки, то при транспортировании происходит заштыбовывании опорных фонарей, в следствии чего весь процесс транспортирования и бурения прекращается. Для устранения причин заштыбовывания необходимо время, а в условиях горных работ это непозволительная роскошь.

Именно для уменьшения вероятности заштыбовки шнекового бурового става в местах установки опорных фонарей и была доработана конструкция бурошнековой машины с серийным бурошнековым инструментом на базе прототипа, разработанного в ГУ КузГТУ (а.с. 1701903).

Для устранения причин заштыбовывания шнекового става в местах установки опорных фонарей была разработана специальная конструкция колонна обсадных труб, а также разработана трехгранная призма, которая будет устанавливаться в подшипниковом узле опорного фонаря.

Рис. 5.6 Секция колонны обсадных труб с наваренной проволочной спиралью.

На рис. 5.6 представлена секция колонны обсадных труб с наваренной проволочной спиралью. Проволочная спираль изготавливается из Ст.20 в соответствии с ГОСТ 3282-74, диаметр проволоки может варьироваться в пределах 6-8мм. Шаг навивки проволочной спирали определяется таким образом, чтобы расстояние между витками было меньше ширины опорного фонаря на 10%. Данная взаимосвязь предусмотрена для того, чтобы опорный фонарь свободно и легко скользил по опорной проволоке (проворачивался) и не было заклинивания его в межвитковом пространстве.

Рис. 5.7 Опорный фонарь с трехгранной призмой.

На рис. 5.7 изображен опорный фонарь, в котором установлена трехгранная призма. Опорная система данного элемента состоит из трехгранных призм с двумя транспортирующими гранями общее ребро, которых обращено к устью буримой скважины, а со стороны забоя имеется полка конструктивной связи, за счет чего и образуется трехгранная связь.

Рис. 5.8 Секция бурошнекового инструмента с опорным фонарем и проволочной спиралью.

Работа бурового става с данными нововведениями осуществляется следующим образом. Вращательные и поступательные движения передаются забурнику и расширителю прямого хода через буровой вал и элементы бурового замка. В зависимости от направления вращения с породой контактируют разные грани трехгранной призмы. При этом благодаря шарнирно-поворотному соединению двугранный угол поворачивается на некоторый угол относительно оси, параллельной ребру. При изменении направлений вращения происходит разворот двугранного угла, и грани меняют свое положение относительно забоя скважины. При этом грунт передается движется в направлении к устью скважины независимо от направления вращения.