КУРСОВЕ ТА ДИПЛОМНЕ ПРОЕКТУВАННЯ БУРОВИХ РОБІТ

промивальної рідини на вибої свердловини, також переходять на промивання водою з подачею не менше 50 л/хвил.

Склад, параметри і область застосування очисних агентів наведені в табл. 17.18, в яких очисні агенти рекомендуються в залежності від ступеня стійкості порід. Потрібно користуватися також даними табл. 4 і 60 і технічною літературою [12,13].

При виборі очисних агентів для гідрогеологічних свердловин необхідно мати на увазі, що токсичні компоненти тут взагалі не допускаються, а кольматуючі властивості промивальних рідини повинні бути мінімальні. Допомогти в правильному виборі промивальної рідини для розтинання і перебурювання водоносних горизонтів можуть дані табл. 21. Доцільність використання таких рідин по всьому геологічному розрізу залежить від конкретних умов і повинна мати обгрунтування.

При виборі очисного агента в умовах переміжаємості порід з різко відрізняючимися властивостями необхідно мати на увазі наступне.

Очисний агент вибирається поінтервально. Але перехід з однієї промивальної рідини на іншу є трудомісткою операцією, зв'язаною часто з кріпленням свердловини, вивезенням рідини, що замінюється, приготуванням і завозом нового агента, стійким промиванням свердловини і іншими операціями. Тому потрібно прагнути використати при бурінні свердловини один-два, максимум три типу промивальної рідини. Якщо кріплення нестійких (або поглинаючих) інтервалів не передбачається, вибирається рідина, яка забезпечує буріння свердловин в найбільш складних умовах.

Якщо нестійкі інтервали після перебурювання обсаджуються, то після цього можливий перехід на іншу промивальну рідину (доцільність визначається конкретними умовами).

Після вибору промивальної рідини і реагентів визначається потрібна кількість матеріалів (в кг) на приготування і обробку 1 м3 очисного агента.

Для глинястих розчинів на 1 м3 розчину заданої густини вимагається маса сухий глини в кг

де ρ, ρг, ρв— відповідно густини розчину, глини і води;

n — вологість глини, що приймається для практичних розрахунків рівною 0,05—0,1.

Для визначення кількості матеріалів, необхідних для зміни густини і якості розчинів слід користуватися залежностями, наведеними в [12].

В процесі буріння якість промивальної рідини погіршується, що вимагає вчасного реагування. Особливо це актуально для дисперсних систем і в першу чергу для глинястих розчинів. Тому якість промивальної рідини повинно регулярно контролюватися. Частота контролю і контрольовані властивості визначаються конкретними умовами. В першу чергу контролюються нормуємі (визначальні) параметри. Допустимі відхилення диктуються швидкістю зміни властивостей очисного агента. Занадто частий вплив недоцільний як з технологічної, так і економічної точок зору. Потрібно вирішувати задачу вибору величини допустимого відхилення, а останнє визначить частоту впливу. Звичайно вхідними матеріалами тут є дані практики. Прийняті рішення повинні бути обов'язково обгрунтовані.

Наприклад, в якості основного контрольованого параметру прийнята водовіддача, рекомендовані значення якої 10 см3 / 30 хвилин. В процесі буріння відбувається зростання водовіддачі. Практика показала, що припустиме збільшення водовіддачі складає 5 см3, відбувається воно за 3—4 доби. Отже, необхідно проектувати заходи по зменшенню водовіддачі до контрольного значення (10 см3) через 3 або 4 доби.

Частота контролю приймається виходячи з геологічного розрізу і досвіду робіт. Чим складніше розріз, тим частіше слід передбачати контроль якості промивальної рідини. В складних умовах рекомендується вимірювати параметри 1 раз в зміну, при простих розрізах 1 раз в добу.

Зі способів впливу на промивальну рідину найбільше розповсюдження отримали гідравлічні, гідравлико-механічні та хімічні способи (хімічна обробка).

20

Перші застосовуються, коли необхідно відновити або підвищити структурно-меха-нічні властивості. В усіх інших випадках застосовуються хімічні способи. Застосовуються хімічні способи і для підвищення (відновлення) структурно-механічних властивостей очисних агентів, але тут необхідно мати на увазі, що в своїй більшості реагенти, які вико-ристовуються для цієї мети, погіршують стабільність дисперсних систем. Область застосу-вання реагентів для регулювання властивостей промивальних рідин наведена в табл. 20.

Для гідравлічної і гидравлико-механічної обробки необхідно передбачати відповідні прилади [12], які повинні бути вказані на схемі розташування обладнання.

При виборі хімічної обробки необхідно передбачити тип реагенту (реагентів), його кількість (обсяг) з розрахунку на 1 м3 і на весь обсяг циркулюючого очисного агента є, спосіб і послідовність введення в розчин [13].

Виробляється хімічна обробка тільки в процесі циркуляції промивальної рідини в свердловині. Якщо дозволяють геологічні умови, первинна обробка виконується водночас з бурінням. Наступні обробки виробляються тільки в процесі буріння. Реагенти вводяться в жолобну систему в місці, що забезпечує їх перемішування з очисним агентом. Швидкість введення реагенту проектується з таким розрахунком, щоб очисний агент, особливо дисперсна система, не вийшов з ладу, не коагулював.

Найчастіше реагент вводиться зі спеціальної ємності з краном в нижній частині, що встановлюється над жолобною системою. В ємність заливається або реагент, або його розчин. В останньому випадку потрібно вибрати концентрацію реагенту і підрахувати кількість рідини, в якій буде розчинятися реагент. Якщо передбачається використати розчин реагенту, необхідно передбачити приготування кінцевого продукту.

Необхідно також розрахувати видаток реагенту в жолобну систему з крану ємності. На практиці передбачена кількість реагенту вводиться за 1—2 циклу циркуляції промивальної рідини в свердловині і жолобній системі.

Якщо передбачається розведення промивальної рідини, що втратила чутливість до хімічної обробки, необхідно визначити, через який час, в якій кількості і як вводиться розбавляюча рідина. Необхідно також визначити чи буде і як часто вироблятися заміна промивальної рідини.

4.2. Вибір способів очистки промивальної рідини від шламу

Слід оцінити доцільність очистки промивальної рідини від вибуреної поріди. Особливо ця задача актуальна в породах пухкого комплексу, які містять пісок, де висока механічна швидкість і значне надходження твердої фази в очисний агент.

Підставою для рішення про необхідність очистки промивальної рідини від вибуреної поріди є матеріали практики, а саме: ступінь насичення очисного агента “піском” і абразивність останнього. Допустима концентрація “піску” в промивальній рідині — 4%.

Необхідно звернути увагу на фактичний стан справ з очисткою промивальної рідини в експедиції, де відбувалась практика. Нажаль, на практиці очистці промивальної рідини від “піску” і при приготуванні очисного агента, і при його використанні приділяється недостатньо уваги. Це негативно відбивається на механічній швидкості буріння, на стійкості породоруйнувального інструменту і бурильних труб, на стійкості і надійності гідравлічного вузла бурових насосів.

При виборі способу очистки слід максимально використати можливості жолобної системи. Загальна конфігурація (перетин, кількість відстійників і приймальних ємностей) жолобної системи і її довжина залежить від глибини свердловини, вигляду очисного агента, геологічного розрізу, способу буріння. Найбільш тяжко очищується від вибуренної поріди глинястий розчин, з якого в жолобній системі випадають найбільш великі частки шламу. Їх величину можна оцінити з формули:

γп − γж

де m — коефіцієнт, що враховує форму часток і умови їх осадження (m=2... 3);

γп,γж, — відповідно питомі ваги перебурюємої поріди (“піску”) і промивальної рідини; θ— статична напруга зрушення.

Звідси же, прийнявши розмір часток шламу, який слід осадити, можна визначити величину θ при виборі параметрів розчину. Фактичні розміри часток визначаються на підставі дослідження

21

гранулометричного складу шламу. Тому що такі вхідні дані рідкі, можна вважати, що в жолобній системі з глинястого розчину осаджується до 50% вибуреної поріди.

Знаючи механічну швидкість буріння, можна оцінити швидкість насичення промивальної рідини більш дрібними частками і доцільність інших комбінованих способів очистки.

Довжина жолобів приймається від 5 — 7 м при бурінні свердловин глибиною до 500 м в твердих тривких породах до 30 — 35 м при бурінні свердловин глибиною до 2000 м в м'яких нестійких породах, які містять пісок.

В склад жолобної (циркуляційної) системи повинні входити відстійник і приймальні ємності, кількість і обсяги яких зумовлені глибиною свердловини, геологічним розрізом і прийнятою системою очистки. Зразкові рекомендації по розмірам жолобів і кількості відстійників і приймальних ємностей при очистці промивальної рідини наведені в табл. 22 і в [39]. При комбінованій системі очистки будуть додаватися додаткові відстійники для забезпечення роботи гідроциклонів.

Прийнята схема жолобної системи повинна бути зображена на окремому листі або на малюнку розташування бурового обладнання.

Гідроциклонна очистка застосовується головним чином для очистки від дрібних часток (менш 0,5 мм) і може бути рекомендована як в якості єдиного способу, так і в комбінації з іншими. В якості єдиного способу гідроциклони рекомендуються в тому випадку, коли шлам складений частками тільки невеликих розмірів, наприклад при алмазному або твердосплавному бурінні в міцних породах, коли по умовам розрізу необхідно застосовувати для промивання свердловини глинястий розчин або інші глейко-пластичні системи.

Відомості про гідроциклонні установки дані в літературі [12].

При виборі гідроциклонів необхідно мати на увазі, що установки типу ОПР вимагають герметизації устя, призначені в основному для алмазного буріння і практично виключають необхідність в очисній жолобної системі.

При проектуванні спорудження глибоких свердловин установками для буріння на нафту і газ, необхідно передбачити гідроциклони відповідних типорозмірів. В залежності від очікуваних розмірів часток вибираються пісковідділювачи (частки розміром 2... 3 мм і менш) або муловідділювачи (частки розміром 1...2 мм і менш). Якщо є інформація, що розміри часток вибуреної поріди будуть більш 3 мм, слід передбачити вібросито або сито-гідроциклонні комбіновані установки [12].

В найважких умовах, коли перебурюємий геологічний розріз складений значними товщами порід піщано-глинястого комплексу з включенням пісків, слід передбачати трьох-ступінчасту очистку: жолобна система — вібросито — гідроциклон.

При використанні гідроциклонів необхідно в циркуляційній системі передбачити додаткові ємності (відстійники) для збору збагаченого шламом розчину, бо густина згущеної пульпи, що вихо-

дить з насадка гідроциклону, перевищує густину вхідного бурового розчину всього на 0,35—0,5 г/см3.

Втрати розчину при очистці необхідно компенсувати. Обсяги, що компенсуються, будуть залежати від чистоти очистки жолобної системи і обсягу втрат розчину в гідроциклонах. Чистота очистки залежить від швидкості насичення розчину “піском” і проектується по даним виробничої практики і технічної літератури.

Якщо основна маса “піску” складена частками менш 0.1 мм, слід передбачати використання флокулянтів. Найбільш ефективні поліакрілат гуанідина (0,001—0,01%) поліакріламід АМФ (0,001— 0,05%). Флокуляція дозволяє осадити не тільки “пісок”, але і активну тверду фазу. Вводяться флокулянти в вигляді водного розчину 3—5%-ної концентрації безпосередньо в жолобну систему в процесі циркуляції. Частота введення визначається дослідним шляхом. При недостатній вхідній інформації вона не повинна бути частіше 1 разу в 5 — 6 діб.

Необхідно в проекті передбачити способи і місця зберігання шламу з урахуванням того, що він може містити токсичні та шкідливі для навколишньої середи речовини. Слід попередити розповсюдження шламу за межі відведених площ.

Необхідно визначити доцільність повної заміни промивальної рідини в циркуляційній системі, бо в силу явища звикання з течією часу вона втрачає чутливість до хімічних реагентів. Вхідною інформацією є матеріали виробничої практики.

Питання організації робіт по заміні і утилізації рідини викладені в главі 7.

22

4.3. Породоруйнувальний інструмент і режими твердосплавного буріння

Для твердосплавного буріння розроблено 13 типів твердосплавних коронок, характеристика яких дана в додатку (табл. 37 і 38). З них в нинішній час випускається 9 типів коронок: М5 і М6 для м'яких порід, СМ4, СМ6 для порід середньої твердості малоабразивних; СТ2 для порід середньої міцності тріщинуватих, СА2, СА4, СА5 і СА6 для порід середньої міцності абразивних [4].

Вибір коронок здійснюється по трьом признаках: категорія порід по буримості (м'які І—ІV категорії, середньої міцності (V—VІІІ категорії); абразивність порід (1—2 групи — малоабразивні, 3—4 групи — абразивні); тріщинуватість порід (1—2 групи монолітні і слаботріщинуваті, 3—5 групи

— тріщинуваті).

Область застосування випускаємих коронок дана в табл. 39. З наведених даних видно, що при виборі коронки типу М визначальним є переміжаємість порід і наявність прошарків V — VІ категорій. При альтернативному виборі коронок СМ4 і СМ6 треба звернути увагу на переміжаємість порід і тріщинуватість. Коронка СТ2 застосовується тільки в тріщинуватих малоабразивних породах, СА4 — в тріщинуватих абразивних. В абразивних слаботріщинуватих породах застосовується одна з коронок СА2, СА5, СА6, так як вони випускаються різних діаметрів: СА2 —46, 36 мм, СА5 — 76, 59 мм, СА6 — 132, 112 і 93 мм. На цих рекомендаціях повинно базуватися і обгрунтування вибору коронок.

Наприклад, “для поріди VІ категорії застосовані коронки СМ4, СМ6 і СТ2. Так як порода однорідна і тріщинувата, то вибрана коронка СМ6”; або “вибрана коронка СА5, бо порода абразивна, але слаботріщинувата, а діаметр свердловини 76 мм”.

Вибір режимів твердосплавного буріння проводиться на підставі розрахунків.

Осьове навантаження на твердосплавну коронку визначають, виходячи з рекомендованих навантажень на 1 основній різець, що забезпечують обсягове руйнування поріди, шляхом розрахунку по формулі

де P — осьове навантаження на коронку;

p0 — рекомендоване навантаження на 1 різець (табл. 41); n — число основних різців в коронці (табл. 38).

Розрахунок слід виконати двічі для верхньої і нижньої меж. В отриманих розрахункових межах необхідно вибрати остаточне значення для геолого-технічного проекту, округляючи прийняте значення до 1 кН. Осьове навантаження знижується в тріщинуватих і абразивних породах.

При конкретизації осьового навантаження необхідно врахувати досвід, отриманий на практиці, або скористуватися рекомендаціями додатку (табл. 42).

Частота обертання розраховується по формулі

де n — частота обертання в об/хвил.;

V — рекомендована окружна швидкість руху різця по колу середнього діаметру (табл. 41); Dн, Dв — відповідно зовнішній і внутрішній діаметр коронки (табл. 38).

Далі необхідно подивитися, які частоти обертання по характеристиці верстату влучають в розрахункові межі і вибрати для ГТП оптимальне значення. Частота обертання знижується в абразивних і тріщинуватих породах (табл. 42).

Необхідно також мати на увазі, що частота обертання твердосплавних коронок не повинна перевищувати допустимих значень ( табл. 40).

При бурінні верстатом СКБ-7 для ГТП приймаються значення частоти обертання з урахуванням ціни ділення приладу, тому вони повинні округлятися до 10 об/хвил. при частоті 0—750 об/хвил. і до 20 об/хвил. при частоті більш 750 об/хвил..

Необхідна кількість промивальної рідини для очистки привибійної зони свердловини орієнтовно визначається з вираження

де Q0 — рекомендуємі питомі витрати промивальної рідини на 1 см діаметру коронки (табл. 41). Методика детального визначення подачі рідини наведена в параграфі 6.7. Далі при промиванні водою і використанні насосів з коробкою передач слід прийняти значення подачі промивальної

23

рідини по характеристиці насосу найближче до максимальної розрахункової межі в слаботріщинуватих і малоабразивних породах і знизити подачу в тріщинуватих і абразивних породах (табл. 42). При промиванні глинястим розчином слід приймати подачу, найближчу до нижньої межі.

Якщо застосовується насос НБ-32 з регулюванням подачі зливним краном, то прийняте значення округляється до 10 л/хвил. Регулювати подачу шляхом злива на насосах з коробкою передач не рекомендується.

В насосах з коробками передач регулювання подачі може здійснюватися переключенням швидкості або заміною плунжерних вузлів або поршнів з циліндрами. Регулювання останнім способом зв'язане з розборкою гідравлічної частини насосу (особливо тривалої у насосу АНБ-22). До нього можна прибігти два-три рази під час буріння свердловини, наприклад, при переході з одного способу буріння на інший. Глибини свердловини, на яких передбачена така заміна, слід вказати в проекті. В зв'язку з означеним допускається приймати для ГТП подачі з відхиленням від розрахункових до 10 л/хвил., так як це знаходиться в межах паспортних похибок існуючих витратомірів.

Для підвищення ефективності буріння в пружно-пластичних породах V— VІІ категорій типу піщано-глинястих сланців і вапняків можна запроектувати використання обертально-ударного способу буріння з застосуванням гідроударників Г76В і Г59В в комплекті з відбивачем гідроударних хвиль ОГ76 (ОГ59). Рекомендуємі типи коронок і режими буріння наведені в табл. 53.

Приклад вибору режимів твердосплавного буріння. Проектується буріння в аргілітах V категорії, малоабразивних (1 група), слаботріщинуватих (2 група), діаметр буріння 93 мм і в кварцових піщаниках VІІ категорії надто абразивних (5 група), слаботріщинуватих (2 група) діаметром 76 мм. Частина піщаника знаходиться в зоні дробіння і є сильнотріщинуватою породою (4 група). Буріння ведеться установкою УКБ-4П (верстат СКБ-4, насос НБ3-120/40). Промивальна рідина - глинястий розчин.

Результати розрахунку і вибору режиму буріння зручно оформити в вигляді наведеної нижче таблиці.

Обгрунтування до вибору коронок і режиму буріння. Для буріння в малоабразивних і слаботріщинуватих породах V категорії підходить тільки коронка СМ4, в кварцових піщаниках високоабразивних при діаметрі 76 мм може бути застосована тільки коронка СА5, на інтервалі зони дробіння — коронка СА4

Зразок оформлення таблиці розрахунку та вибору режиму буріння

В аргілітах застосовані максимальні значення частоти обертання і подачі промивальної рідини, що влучають в розрахунковий інтервал по характеристикам верстату і насосу, так як порода малоабразивна і слаботріщинувата. В пісковиках через високу абразивність осьове навантаження знижено на 2 кН проти максимальної, а частота обертання знижена на один східець до 279 замість 349 об/хвил. Подача промивки прийнята 70 л/хвил., так як це єдине значення, що влучає в розрахунковий інтервал. В зоні дробіння осьове навантаження прийняте мінімальне, частота обертання знижена ще на одну ступінь. Подача промивання збережена незмінною. Довжина рейсу при бурінні не обмежується.

24

4.4. Породоруйнувальний інструмент і режими алмазного буріння

Областю застосування в нинішній час алмазного породоруйнувального інструменту, що випускається, є поріди з V по XІІ категорії по буримості.

Для буріння випускаються коронки з природними і синтетичними алмазами, одношарові з заданим випуском алмазів і без заданого випуску, імпрегновані (табл. 43).

Позначки типів коронок в нинішній час не мають єдиного підходу. Найбільш розповсюджена типова позначка, де перші дві цифри позначають порядковий номер конструкції коронки, далі літера А або И (одношарові і імпрегновані коронки) і цифра, що характеризує твердість матриці (3 — нормальна матриця, 4 — тверда матриця). Так позначаються, наприклад, коронки 01А3, 14А3, 04А3, 02И4, 07А3.

Поряд з цим є позначки типу, де будуть відсутні номер конструкції, але збережені інші позначки, наприклад коронки А4ДП і И4ДП або, навпаки, збережений тільки номер конструкції (коронки 01КС і 02КС, де КС — коронки секторні). Нарешті є нетипові позначки коронок: КСК, АКС, КИТ, ИКС, БС-03 і ін.

Використання синтетичних алмазів в типових конструкціях коронок позначається доданням до типу літер СВ (наприклад, 01А4СВ), в спеціальних конструкціях будь-якою літерою не позначаються.

Частина типів коронок має різні марки, що залежать від крупності і якості алмазів. Марки позначають шифром. Наприклад, у коронці 01А3Д30К20 до позначки типу коронки додаються позначки Д — дроблені алмази, К — овализовані алмази, крупністю 30 і 20 шт/карат відповідно для об'ємних і підрізних алмазів.

Вибір алмазної коронки залежить від категорії поріди по буримості, групи по абразивності і тріщинуватості. При виборі коронки потрібно враховувати означену область застосування коронки, наприклад VІІ — X категорії, не означає, що коронка однаково ефективно працює в цих межах, а лише те, що вона може бути застосована, якщо немає більш ефективно працюючої коронки. Краще не проектувати застосування коронки в крайніх значеннях категорій, якщо діапазон надто великий. Потрібно прагнути до дотримання правила: чим твердіша порода, тим менші повинні бути в ній алмази. Звідси, якщо немає конкретного досвіду застосування коронок, для порід V — ІХ категорії раціонально вибирати одношарові коронки, для порід XІ — XІІ — імпрегновані. В абсолютно монолитних порідах X категорії можна застосовувати одношарові коронки, в інших — імпрегновані. Коронки з великими синтетичними різцями слід застосовувати в породах V — VІІ категорії.

Всильно тріщинуватих породах (4 — 5 груп) VІІІ — ІX категорій слід використовува-ти коронку з потовщеною матрицею 14А3, в сильно тріщинуватих породах X — XІ категорій треба застосовувати подвійні колонкові труби з відповідними коронками (табл. 46).

Абразивність порід враховується при виборі матриці. Для порід 1 — 3 груп абразивності потрібно проектувати застосування матриці 3, в породах 4 — 6 груп — матриці 4.

Частина коронок (табл. 45) випускається різних марок, що відрізняються по крупності зерен алмазів. Марку слід вибирати, виходячи з твердості поріди (категорії по буримості) і з урахуванням області застосування коронки. Наприклад, область застосування коронки 01А3 VІІІ—ІX категорії по буримості. Отже для порід VІІІ категорії потрібно вибрати марку з діапазону 01А3Д20К10 — 01А3Д30К20, а для ІX категорії — 01А3Д30К40 — 01А3Д40К40.

Для вибору коронки можна використати також рекомендації табл. 49 [27].

Втексті проекту вибір потрібно обгрунтувати. Типовою помилкою проектування є прагнення вибрати таку коронку, що задовольняла б всій свердловині або значній її частини. Потрібно пам'я- тати, що довжина рейсу при бурінні алмазними коронками з-за самозаклинювання керна невелика і в декілька разів менш загального ресурсу коронки. Тому раціональне чергування коронок в залежності від властивостей перетинаємих порід є доцільним.

Вибір режиму буріння здійснюється на підставі рекомендацій, наведених в табл. 47 в залежності від діаметру буріння, категорії порід по буримості і групи порід по тріщинуватості. В означених межах значення частоти обертання і подачі промивальної рідини уточнюється по характеристиці верстату і насосу. Після цього слід конкретизувати режим з урахуванням рекомендацій табл. 48.

Прийняті частоти обертання не завжди можуть бути отримані для конкретної потужності двигуна із-за великої глибини свердловини або непридатної бурильної колони. Тому треба звірити їх

зданими номограми (додаток 5).

25

Детально повинен бути обгрунтований вигляд промивальної рідини, що застосовується. Найкращою рідиною є вода, а також емульсійні і полімерні розчини.

Застосування глинястих розчинів слід уникати, тому що це призводить до зниження механічної швидкості на 10—15% і зменшенню ресурсу коронки. Їх використання може бути допущено тільки в нестійких, поглинаючих (пористих), обвалюючихся і вивітрілих породах.

Якщо умови дозволяють здійснювати високообертальне буріння більш 1000 об/хвил., а поріди тривкі і не сильно тріщинуваті, рекомендується використати подвійні колонкові набори типу ТДНУТ. Коронки для цих наборів мають нормальну або зменшену ширину матриці, а в конструкції застосовані тонкостінні труби. Застосування труб ТДН-УТ і спеціальних коронок до них дозволяють зменшити витрати алмазів при високообертальному бурінні. Режим буріння подвійними колонковими наборами всіх виглядів наданий в табл. 50.

Повинні бути запроектировані міри по забезпеченню високообертального буріння, в тому числі застосування антивібраційного мастила снаряду або емульсії [37, 42].

Буріння комплексами ССК потрібно проектувати, якщо свердловина має безступінчасту конструкцію. Рекомендації по вибору алмазних коронок для буріння снарядами зі знімними керноприймальниками, породоруйнувальний інструмент і режими буріння надані в табл. 51, 52.

Для детального вивчення питань застосування знімного бурового інструменту треба використати технічну літературу [10.24].

Для підвищення ефективності алмазного буріння в дуже міцних і викликаючих заполірування породах (яшми, кварцити, роговики) першої і другій груп по тріщинуватості можна застосувати обертально-ударний спосіб буріння з застосуванням уніфікованих гідроударних машин Г76В і Г59В, в комплекті з дільниками потоку ДЛ-76 і ЗР-59. Типи коронок, що використовуються і режим буріння дані в табл. 53 і довідковій літературі [37].

Впроекті слід передбачити конкретні міри по раціональній експлуатації алмазного інструменту. Вони повинні включати порядок підбору коронок на обсяг буріння, рішення питання про доцільність застосування розширювачів, порядок приробітки коронки, порядок зняття коронки з експлуатації [37,42].

Вякості однієї з найбільш ефективних мір по збільшенню швидкості буріння і зниженню витрат алмазів рекомендується проектувати застосування способу регулювання режиму осьового навантаження по заглибленню за один оборот. Зміст способу полягає в постійній підтримці величини заглиблення за оборот біля заданого значення, відповідного величині випуску алмазів з торця коронки.

У коронок з заданим випуском алмазів величина випуску складає 25% від розміру зерна, у коронок без заданого випуску і імпрегнованих — 5—10%. Випуск алмазів у коронок з заданим випуском не корегується, а у коронок без заданого випуску він задається в залежності від властивостей порід шляхом електрохімічної заточки (табл. 55).

Ефективність способу видна з простого розрахунку. Наприклад, при заданій величині заглиблення 0,1 мм, що відповідає породам XІ—XІІ категорій, і при частоті обертання 700 об/хвил. механічна швидкість складе 4,2 м/годину.

Впроцесі буріння через рівні інтервали часу t ведуть підрахунок фактичного заглиблення δ за один оборот по формулі:

де H — заглиблення, мм; t — час буріння, хвил.;

n — частота обертання, об/хвил.

Далі осьове навантаження корегують по формулі:

де p — осьове навантаження, що визначається, кН ;

p0 — початкове осьове навантаження, при якій забезпечувалося задане значення заглиблення

δ0, мм/об.

До числа інших заходів по підвищенню ефективності алмазного буріння слід віднести обо- в'язкове використання приладів ОМ-40 і самопишучого ватметру Н-395. По першому треба стежити,

26

щоб величина обертального моменту була в безпосередній близькості від заданого значення сигналізації, а по діаграмі другого можна судити про характер процесу буріння [36, 42].

4.5. Породоруйнувальний інструмент і режими безкернового буріння

Застосування безкернового буріння забезпечує зростання швидкості заглиблення за рахунок збільшення навантаження на вибій, динамічного впливу на породу і скорочення часу на СПО.

Для безкернового буріння використовуються шарошечні і лопатеві долота. Цей же інструмент успішно використовують для розширення свердловин в м'яких і середньої міцності породах під обсадні труби.

Позначка шарошечних доліт по ГОСТ 2692-75 містить римську цифру — число шарошок; цифру діаметру долота в мм; літери, які визначають властивості порід, для яких передвизначене долото: М (м'які), МЗ (м'які абразивні), (м'які з прошарками середньої міцності), С (середньої міцності), СЗ (середньої міцності абразивні), СТ (середньої міцності з прошарками твердих), Т (тверді), ТЗ (тверді абразивні), ТКЗ (тверді абразивні з прошарками міцних), К (міцні), ОК (дуже міцні). Після цього через тире дані літери, які визначають розташування промивних каналів (Ц—центральний, Г— боковий, П—з продуванням) та вигляд підшипникових систем (В — тіло кочення, А — два та більш підшипників ковзання, Н — на одному підшипнику ковзання, інші — кочення, У — з герметизованими масло-заповненими опорами). Літера З в позначці долот, призначених для абразивних порід, означає, що в озброєнні долота використані твердосплавні вставні зубки, котрі можуть мати клиновидну або сферичну голівку.

Для геологорозвідувальних робіт серійно випускаються долота М, МС, С, СТ, Т, ТК, К та опитному порядку СЗ, ТЗ, ТКЗ, ОК (табл. 56).

Буровий снаряд для безкернового буріння складається з долота, перехідника, ОБТ, перехідника, від'єднувального перехідника і колони бурильних труб. Оскільки безкернове буріння вимагає високих осьових навантажень, застосування в складі снаряду ОБТ є більш прийнятним. Для діаметру долота 76 мм і 93 мм використовуються геологорозвідувальні УБТ-Р-73, для 112 — УБТ-РПУ-89, а для діаметрів 132 і 151 відповідно УБТ С1-120, УБТ С1-133 нафтового сортаменту (табл. 31).

Ввипадку відсутності ОБТ для центрування снаряду слід над долотом встановити через перехідник колонкову трубу.

Потрібно пам'ятати, що приєднувальні різьби геологорозвідувальних стандартів мають тільки долота діаметром 46, 59 мм (ніпельні різьби) і 76 мм (різьба 3-42). Інші долота мають різьби нафтового сортаменту 3-66 і 3-88. Отже, в снаряді треба застосовувати спеціальні перехідники.

Лопатеві долота ріжучого типу випускаються типів М і МС діаметрами 93, 112, 132 і 151 мм. Різновидом лопатевих доліт є пікобури, що виробляються безпосередньо в геологорозвідувальних організаціях.

При виборі типу шарошечних доліт враховується категорія порід по буримості, наявність переміжаємості (прошарків) порід і їх абразивність (табл. 56).

Вм'яких породах І—ІV категорій шарошечні долота слід застосовувати тільки для буріння крихких порід, глейкі породи з глинястим матеріалом треба бурити лопатевими долотами і пікобурами. Для них вимагається менша подача рідини і до них менш наліплюється разбурюєма порода. В міцних породах ІX—XІІ категорій на інтервалах, де буріння ведеться алмазними коронками малих діаметрів, застосування шарошечних доліт не дасть переваги перед високошвидкісним алмазним бурінням. Тому в цих випадках треба застосовувати колонкове буріння, але без подання будь-яких вимог до виходу керна.

Режим безкернового буріння визначається розрахунком: осьове навантаження

27

де D — діаметр долота, см;

p0 — питоме осьове навантаження, кН/см; V — окружна швидкість обертання, м/с;

Q0— питомі витрати промивальної рідини, л /хвил./см.

Значення величин для розрахунків дані в табл. 57 і 58. Після визначення осьового навантаження слід перевірити, чи не перевищує воно граничні для долота припустимі значення (табл. 58). Після розрахунку і прийняття витрат рідини треба перевірити по формулі (4.13) чи достатня швидкість висхідного потоку, яка в породах середньої твердості повинна бути не менше 0,5—0,8 м/с.

Q = π4 (D 2 −d 2 )V , (4.13)

де D — внутрішній діаметр обсадної колони, м; d — діаметр бурильних труб, м.

Розрахункові значення ув'язуються з характеристиками верстату і насосу. В сильнотріщинуватих і абразивних породах значення осьового навантаження і частоти обертання синхронно зменшуються. Рекомендації по конкретизації режимів безкернового буріння дані в табл. 59.

В зв'язки з необхідністю винесення великої кількості шламу і для вчасної очистки опор долота при безкерновому бурінні передбачають великі витрати рідини. Розрахункові величини часто перевищують можливості подачі тих насосів, що входять в комплект прийнятої буровий установки. В цьому випадку слід підрахувати по формулі (4.13), яка подача забезпечує мінімальну необхідну швидкість висхідного потоку. Якщо і ця подача виходить за межі характеристики насосу, то при бурінні під кондуктор треба обумовити, що воно буде вестися при максимальній подачі насосу, а для відвертання ускладнень із-за зашламування будуть прийняті певні міри: застосування глейких розчинів, періодична чистка свердловин від шламу шляхом промивання без заглиблення, застосування шламових труб. Така ситуація виникає тільки на період до посадки кондуктора. На заміну насосу більш потужним або на застосування двох насосів, підключених на паралельну подачу, можна піти тільки при дуже великій товщині порід, в яких недостатня подача рідини (більш ста метрів). Заміна повинна бути тимчасовою, щоб не розукомплектовувати бурову установку.

При забурюванні свердловини і бурінні під направляючу трубу режим буріння по осьовому навантаженню і подачі промивальної рідини повинен бути понижений в два-три рази відносно розрахункового максимуму для запобігання розмиву порід і скривлення свердловини.

Режим розширення свердловин шарошечними долотами під обсадні труби рекомендується по осьовому навантаженню і частоті обертання приймати на 20—30% менш, ніж для буріння. Це зв'я- зано з необхідністю обмеження швидкості подачі для гарного пророблення ствола свердловини.

4.6. Ударно-обертальне гідроударне і пневмоударне буріння. Буріння з гідровиносом керна

Ударно-обертальне буріння гідроударниками Г76У зі спеціальними коронками рекомендується проектувати для підвищення ефективності буріння в монолітних крихких твердих і міцних породах VІІ — ІX категорії по буримості. Гідроударник завдає удари з частотою 20 — 25 Гц при енергії одиничного удару 60 — 80 Дж [36].

В комплекті з гідроударною машиною Г76У повинен використовуватися спеціальний колонковий набір ОК-81, в що входять коронка КГ3-76-4, труба товстостінна діаметром 70 мм зі спеціальними різьбами, цанговий кернорвач КЦ76МВ, встановлюваний в проточки труби. Корисно в склад снаряду над гідроударником встановити жорсткий відбивач гідроударних хвиль ПО-76.

Пневмоударне буріння в дипломному проекті слід проектувати для безводних геологічних розрізів тільки на основі досвіду переддипломної практики. З урахуванням означеного досвіду і рекомендацій технічної літератури [19, 21, 36] в проекті необхідно відбити наступне: тип компресора; схема розташування обладнання і обв'язки; тип пневмо-ударника з урахуванням конструкції свердловини; тип комплекту інструменту (РП або КПР); технологічний режим буріння; особливості буріння за наявністю водопритоків; необхідність і технологія застосування ПАР.

Буріння з гідровиносом керну слід проектувати здебільшого для буріння неглибоких (до 100

— 200 м) свердловин в пухкому комплексі порід. Для буріння слід використати установки КГК-100 або КГК-300 з буровим снарядом для КГК-300. В проекті повинні бути надані характеристика уста-

28

новки, що застосовується, колонковий набір, типи керноломів, коронки, схеми промивання і умови їх застосування, технологічний режим буріння, в тому числі порядок розходжування, нарощування, очікуваний вихід керна. Потрібно розглянути питання відбору керна докорінних порід, які перетинаються свердловиною [36, 37, 39].

4.7. Буріння по корисній копалині

Відбір якісної проби корисної копалини залежить від вчасного і правильного використання технологічних і технічних засобів.

Для цього в першу чергу треба знати властивості корисної копалини, вміщуючих і інших порід, де вимагається високий вихід керна, фактичний вихід керна при бурінні звичайними колонковими наборами, плановий вихід керна.

Вкурсових і дипломних проектах рекомендується незалежно від вигляду і фізикомеханічних властивостей корисної копалини використати для його перебурювання спеці-альні колонкові снаряди.

Для вибору снаряду корисну копалину треба віднести до однієї з п'яти груп по класифікації

(табл. 5).

Вмонолітних і слаботріщинуватих породах VІІ — XІІ категорій по буримості (перша група по складності відбору керна) можна застосовувати одинарні колонкові труби, але краще ТДН-У (діаметр 59) і ТДН-УТ (діаметри 46, 59, 76). Ці подвійні труби захищають керн від впливу обертання труби і від тривалого впливу потоку рідини, що омиває керн тільки в привибійній зоні. При цьому ширина матриці коронок не відрізняється від стандартної, тобто діаметр керна не зменшується. Означені ДКТ можуть застосовуватися при бурінні з промиванням водою і емульсійними розчинами.

Взв'язних стійких породах ІV—VІІ категорій застосовують звичайні колонкові набори і декілька понижений режим буріння.

Впородах другої групи застосовують снаряди зі зворотною привибійною циркуляцією рідини. Вони не захищають керн від розмивання і розчинення потоком рідини, але виключають самозаклинювання і самостирання керна при попаданні часток поріди в конусну частину коронки. Сюди входять одинарні (ОЭС) і подвійні ( ДЭС) ежекторні снаряди, а також снаряди з примусовою зміною напрямку потоку ТДН-2/0.

Одинарні ежекторні снаряди застосовуються при бурінні свердловин діаметром 59 і 76 мм. Їх перевагою є використання звичайних коронок. ОЭС потрібно застосовувати тільки в комплексі з гідроударником Г59В і самопишучим ватметром Н-395. Вібрації сприяють збільшенню довжини рейсу, а контроль по Н-395 дозволяє відвернути прижогову ситуацію.

Подвійні ежекторні снаряди застосовують в свердловинах діаметром 76 і 93 мм. Вони використовують спеціальні коронки ДЭА-76, 93 і ДЭИ-76 (відповідно одношарові і імпрегновані).

Буріння зі зворотньою привибійною циркуляцією забезпечується і при використанні снарядів ТДН-2/0 з відкритим вихідним каналом з керноприймальної труби, який при прямому промиванні перекритий пробкою.

Всильнотріщинуватих породах може застосуються також комплекс ССК-59ЭВ.

Впородах 3-ї групи VІІ—XІІ категорій рекомендується застосовувати ТДН-2 і ТДН-2/0 з прямим потоком рідини. Ці труби мають потовщені коронки типів 10А3, 11И3 (діаметри 46, 59, 76) і КДТО-93 і вихід промивальної рідини нижче кернорвача. Добре зарекомендували себе подвійні труби ТДН-ССК, що по породоруйнувальному інструменту, трубам і керноприймальникам повністю уніфіковані з комплексами ССК. Очевидно, що, коли буріння ведеться комплексами ССК, застосовувати інші труби немає необхідності. Режими алмазного буріння подвійними трубами дані в табл. 46.

Впородах V—VІІ категорій можна використати будь-які подвійні колонкові труби з твердосплавними коронками.

Ввугільних пластах (4-а група) застосовують подвійні снаряди зі штампом. Для однорідного вугілля слід застосовувати ДТА-2 (труба Алексеєнко) або ДКС ДНИЛ-1. В вугіллях з твердими прошарками рекомендується застосування снарядів ДНИЛ-3 і ДКС-ІМР. Останній снаряд є достатньо універсальним — тверді прошарки пробурюються за допомогою рухомих поворотних різців, що охоплюють штамп до розміру по внутрішньому діаметру. Всі ДКС для буріння по вугіллю мають спеціальні твердосплавні коронки.

29