- •Глава I понятие о сважине и ее конструкции
- •1.1 Понятие о скважине
- •1.2 Понятие о конструкции скважины
- •1.3 Выбор конструкции скважины
- •1.4 Способы бурения
- •1.6 Выбор способа бурения
- •Глава 2. Технологический инструмент
- •2.1 Общие сведения о твердосплавном бурении
- •2.2. Типы компоновок бурильной колонны для твердосплавного бурения
- •2.3. Выбор бурильной колонны
- •2.4. Способы повышения надежности и стойкости бурильной колонны
- •2. 5. Эксплуатация бурильной колонны
- •Глава 3. Забойный снаряд твердосплавного бурения
- •3.1. Одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляцией промывочной жидкости
- •3. 2. Одинарный эжекторный снаряд с обратной циркуляцией
- •3. 3. Забойный снаряд безнасосного бурения
- •3.4. Эрлифтные снаряды
- •3. 5. Двойные колонковые снаряды (дкс)
- •3. 6. Буровой снаряд для бурения с гидротранспортом керна
- •3.7. Выбор буровых снарядов твердосплавного бурения
- •Глава 4. Аварии с буровым снарядом.
- •4.1. Способы предупреждения аврий, связанных с отказом технологического инструмента.
- •4.2. Способы предупреждения прихватов
- •4.3. Ликвидация аварий
- •4.4. Схема ликвидации (обрывов) технологического инструмента
- •4.5. Ликвидация прихватов.
- •4.6. Схема ликвидации обрыва с прихватом забойного снаряда
- •Глава 5. Геолого-технические условия бурения
- •5.1. Технологические процессы. Прочность минералов .
- •5.2. Прочностные свойства горных пород
- •5.3. Деформационные свойства горных пород
- •Глава 6. Породоразрушающий инструмент
- •6.1. Твердые сплавы
- •6.2. Геометрические параметры коронок
- •6.3. Износ резцов
- •6.4. Твердосплавные коронки
- •Глава 7. Технология твердосплавного бурения
- •7.1. Технологические режимы бурения
- •7.2. Разработка технологии твердосплавного бурения
- •7.3. Технология бурения снарядами с гидротранспортом керна
- •7.4. Регулирование параметров режимов бурения
- •7.5. Отработка коронок и долот
- •7.6. Оптимальные режимы твердосплавного бурения
- •7.7. Критерий оптимальности
- •7.8. Поиск оптимальных параметрова режимов бурения
- •7.9. Оптимальная длина рейса
- •Глава 8 алмазное бурение
- •8.1. Одинарный колонковый
- •8.2. Породоразрушающий инструмент
- •8.3 Двойной колонковый снаряд алмазного бурения
- •8.4 Снаряды со съемными керноприемниками
- •8.5. Выбор буровых снарядов алмазного бурения
- •Глава 9. Технология алмазного бурения
- •9.1. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
- •9.2. Технология бурения трещиноватых пород одинарными колонковыми снарядами
- •9.3. Технология бурения дкс
- •9.4. Технология бурения сск
- •9.5. Технология бурения алмазными долотами
- •9. 6. Отработка алмазных коронок
- •Глава 10 технология бурения установками atlas copco
- •10.1 Выбор конструкции скважины
- •10.2 Способы бурения
- •10.3 Буровые снаряды atlas copco
- •11. Технология бурения
- •11.1 Выбор очистных агентов
- •Выбор породоразрушающих инструментов и технологических режимов бурения.
- •Импрегнированные коронки.
- •Однослойные алмазные коронки.
- •Технология пневмоударного бурения с пневмотранспортом шлама (методом «обратная циркуляция») Буровые снаряды.
- •Параметры технологических режимов бурения.
- •Глава 12 технология бурения установками Boart Longyear lf 90
- •12.1 Промывочные жидкости
- •12.2 Выбор алмазных коронок
- •12.3 Параметры режимов бурения
- •Глава 13. Бескерновое бурение шарошечными долотами
- •13.1. Буровой снаряд. Буровые долота
- •13.2. Технология бурения
- •14.1. Бурение скважин с продувкой сжатым воздухом
- •14.2. Бурение скважин с применением газожидкостных смесей
- •Раздел IV ударно-вращательное бурение
- •Глава 15. Высокочастотное гидроударное бурение
- •15.1. Буровой снаряд
- •15.2. Технология бурения
- •Глава 16. Среднечастотное гидроударное бурение
- •16.1. Буровой снаряд
- •16.2. Технология бурения
- •16.3. Отработка коронок
- •17.1. Оборудование. Буровой снаряд.
- •17.2. Технология бурения
- •17.3 Технология бурения с пневмотранспортом выбуренной породы
- •1 7.4Технология бурения пневмоударниками с пневмотранспортом керна с очисткой забоя пеной
- •17.5. От работка коронок
- •Глава 18 бурение горизонтальных и восстающих скважин из подземных горных выработок
- •18. 1. Оборудование. Буровой снаряд.
- •18.2. Технология бурения.
- •Раздел V
- •Глава 19. Бурение мягких рыхлых горных пород
- •19.1. Осложнения при бурении.
- •19.2 Выбор способа бурения.
- •19.3. Технология бурения снарядами бескернового бурения.
- •19.4. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
- •19.5. Безнасосное бурение.
- •Глава 20. Бурение глинистых пород
- •20. 1. Глины и глиносодержащие горные породы
- •20. 2. Осложнения при бурении глинистых пород.
- •20.3. Мероприятия по встрече неустойчивых глинисмтых пород.
- •20.4. Технолдогия бурения глинистых пород
- •20.5. Технологические режимы бурения
- •Глава 21. Бурение микротрещиноватых глинистых пород
- •21.1. Микротрещиноватые горные породы. Осложнения
- •21.2. Технология твердых микротрещиноватых глинистых пород
- •21.3.Особенности перебуривания микротрещиноватых порд.
- •Глава 22. Особенности бурения соленосных отложений и полезных ископаемых
- •22.1.Соленосные горные породы. Осложнения
- •22.2. Технология бурения
- •22.3.Особенности бурения мягких полезных ископаемых
- •Глава 23. Бурение мерзлых пород
- •23.1.Мерзлые горные породы. Осложнения
- •23.2. Технология бурения
- •23.3. Оборудование устья скважин
- •24.1. Виды осложнений
- •24.2. Выбор конструкции скважины и способа бурения
- •24.3. Экономическая оценка выбора прогрессивных способов бурения
- •24.4. Очсистные агенты
- •24.5 Выбор специальной прмывочной жидкости
- •Раздел v1
- •26.1. Медленновращательное бурение
- •26.2. Медленновращательное бурение скважин большого диаметра. Винтобурение
- •Глава 27. Шнековое бурение
- •27.1. Оборудование. Буровой снаряд
- •27.2.Технология бурения
- •27.3 Опробование горных пород
- •Глава 28.Вибрационное бурение
- •28.1. Оборудование. Буровой снаряд
- •28.2 Выбор бурового снаряда и технологических режимов бурения
- •Глава 29. Ударно-канатное колонковое бурение бурение скважин методом задавливания
- •29.1 Оборудование. Буровой снаряд
- •29.2 Технология ударно-канатного бурения
- •29.3. Бурение скважин методом задавливания бурового снаряда
- •Глава 30. Ударно-канатное бескерновое бурение
- •30.1 Оборудование. Буровой снаряд
- •30.2 Технология ударно-канатного бескернового бурения
- •30.3 Определение естественного объема проб
- •30.4 Технология комбинированного ударно-канатного и
- •Библиографический список
- •Содержание
Глава 9. Технология алмазного бурения
9.1. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
Эффективность алмазного бурения зависит в первую очередь от умелой организации технологии бурения, правильного выбора коронок, промывочной жидкости, параметров технологических режимов бурения. Для этого на буровой необходима исправная аппаратура и КИП: измерители алмазных коронок, штангенциркуль, калибры, приборы для замера параметров промывочных жидкостей, контрольно-измерительная аппаратура для контроля за параметрами режимов бурения МКН-1, МКН-2, МИД, ОМ-40, ЭМР-2, приборы по замеру механической скорости бурения и т.д.
На буровой должен быть вывешен тщательно продуманный, обоснованный геолого-технический наряд - основа поисков оптимальных параметров режимов бурения бурильщиком.
Для составления такого наряда необходимо тщательно изучить (на основании материалов перебуреннных ранее скважин) свойства горных пород разреза и в соответствии с этим провести выбор коронок и параметров режимов бурения.
Ниже рассмотрим порядок составления геолого-технического наряда.
М
Выбор
коронок
(9.1)
где - прочность горной породы на истирание, Па:
(9.2)
где - коэффициент пропорциональности; К - категория горных пород; р - удельная нагрузка, Н/см ; - частота вращения коронки; m - количество алмазов в коронке; - количество алмазов в ряду по ширине коронки.
Удельную нагрузку на коронку можно выразить уравнением
(9.3)
где - осевая нагрузка на коронку, Н; S - сечение одного алмаза, см. Тогда формула (10.1) примет вид
(9.4)
т.е. механическая скорость бурения не зависит от общего количества алмазов в коронке, а зависит от количества алмазов в ряду по ширине коронки (от ширины коронки).
При к S алмаз не будет царапать (истирать) горную породу. При к S интенсивность истирания будет зависеть от осевой нагрузки, коэффициента влияния матрицы, количества алмазов в ряду и их сечения.
При значительном выходе алмазов из матрицы коэффициент влияния матрицы равен единице. С уменьшением выхода уменьшается зазор между забоем и торцом коронки, коэффициент растет, при отсутствии зазора он резко возрастает. В этом случае коэффициент зависит от твердости матрицы.
Наиболее эффективными являются коронки зубчатые и резцовые, когда внедрение резца не ограничивается матрицей ( = 1).
При бурении более твердых, а следовательно, более жестких пород, осевая нагрузка возрастает, возрастают контактные и динамические нагрузки, что ведет к выкрашиванию алмазов, поэтому количество алмазов в коронках необходимо увеличивать, а величину их сечения S уменьшать.
Чем прочнее порода, тем меньше должно быть алмазов и меньше выход из матрицы.
При бурении крепких пород X-XII категории по буримости с целью предохранения алмазов от динамического воздействия их помещают внутри матрицы без выпуска (импрегнированные коронки). Динамические нагрузки в этих коронках воспринимаются матрицей. Но при этом ухудшаются условия истирания горной породы. Большое количество энергии в этом случае затрачивается на истирание матрицы. Чем тверже матрица, тем больше энергии затрачивается на истирание матрицы, тем выше коэффициент и ниже механическая скорость бурения.
Но при бурении крупно- и среднезернистых горных пород с минеральными зернами, имеющими прочные химические связи в кристаллических решетках (кварц, калиевые шпаты, кислые плагиоклазы), зерна породы быстро изнашивают матрицу, что ведет к обнажению и выпадению алмазов.
То же самое может наблюдаться и при бурении трещиноватых высокопрочных пород (кварцитов, роговиков), которые способны образовывать крупный абразивный шлам.
При бурении абразивных горных пород требуется использовать коронки с твердой матрицей.
Таким образом, выбор коронок необходимо начинать с тщательного изучения свойств горных пород: прочности (категории буримости), зернистости (абразивности) и трещиноватости (табл. 9.1).
Таблица 9.1
Категория по |
Трещиноватость |
Зерни- |
Абразив- |
Коронки |
буримости |
|
стость |
ность |
|
Зубчатые коронки |
||||
V-VI |
Монолитные |
м/з, с/з, к/з |
м/а |
16АЗСВ |
VI-VII |
Монолитные |
м/з, с/з, к/з |
м/а |
15АЗСВ |
|
перемежающиеся |
|
|
|
Резцовые коронки |
||||
V-VIII (IX) |
Монолитные |
м/з, с/з, к/з |
м/а, с/а, а |
КС (КСК) |
|
перемежающиеся |
|
|
|
|
Коронки с заданным выпуском |
алмазов |
|
|
VII-IX |
Монолитные |
м/з, с/з, к,з |
м/а |
04АЗ |
VII-IX |
Монолитные |
м/з, с/з, |
м/а |
07 A3 |
VIII-X |
Монолитные, |
с/з, к/з |
с/а, а |
А4ДП |
|
слаботрещиноватые |
|
|
|
Коронки без заданного выпуска алмазов |
||||
VIII-IX |
Монолитные |
м/з, с/з |
м/а |
01 A3 (01АЗСВ) |
VIII-IX |
Монолитные, |
с/з |
а |
01А4(01А4СВ) |
|
трещиноватые |
|
|
|
VIII-IX |
Трещиноватые |
с/з, м/з |
м/а |
14АЗ |
IX-XI |
Монолитные |
м/з, с/з . |
м/а, а |
02ИЗГ |
IX-XII |
Трещиноватые |
м/з, с/з |
а |
02И4 (02И4Г) |
IX-XII |
Слаботрещиноватые, |
м/з, с/з, к/з |
а |
И4ДП |
|
трещиноватые, пере- |
|
|
|
|
межающиеся |
|
|
|
Тип коронки, характеризуемый величиной и качеством алмазов, выбирают в соответствии с прочностью, а твердость матрицы - в соответствии с абразивностью и трещиноватостью горных пород.
П
Выбор
промывочной жидкости
В качестве промывочной жидкости в практике бурения чаще всего применяют воду, полимерные, полимерглинистые и глинистые растворы. Но наиболее эффективной промывочной жидкостью при бурении устойчивых горных пород следует считать эмульсии, резко снижающие трение и износ коронки, вибрацию и энергоемкость бурового снаряда.
Эмульсии представляют собой гетерогенную дисперсную систему тонкораспыленных глобул масла в воде. Для стабилизации масла в воду добавляют поверхностноактивное вещество (ПАВ).
Совокупность масла, ПАВ и небольшого количества воды, предназначенная для приготовления эмульсий, носит название эмульсола или концентрата.
Для приготовления эмульсий, применяющихся при алмазном бурении, используют различные эмульсолы:
1. Кожевенная паста, имеющая следующий состав: масло веретенное 3 или ЗВ - 25-30%; натровые мыла,окисленные истролатумом - 35-40%; неомыленный остаток окисленного петролатума - 15%; вода - 20% (для приготовления эмульсий берется 0,5...2,0% пасты).
2. Омыленная смесь гудронов (ОСГ) со следующим составом: смесь жирных кислот - 52-64%; мыла - 15-20%; вода -20% (концентрация ОСГ в эмульсии - 2%).
3. Мылонафт следующего состава: натровые мыла нафгеновых кислот; минеральное масло; вода (концентрация мылонафта в эмульсии 0,25... 1,5%).
4. Эмульсол лесохимический ЭЛ-4, состоящий из натрового масла - 20%; нигрола - 60%; ОП-7 - 10%; воды - 10%.
5. Эмульсол нефтехимический ЭН-4 со следующим составом: смесь жирных и смоляных кислот; индустриальное масло; ионогенное ПАВ.
6. Концентрат солестойкий Ленол-10, состоящий из индустриального и талового масла и смеси неиногенных ПАВ.
7. Концентрат солестойкий Ленол-32, со следующим составом: индустриальное масло; смесь жирных кислот; смесь высших спиртов, неионогенных ПАВ.
8. Концентрат морозостойкий Морозол-2, состоящий из минерального масла; смеси неионогенных ПАВ; серосодержащей присадки; ингибиторов коррозии.
Хорошие технико-экономические показатели при алмазном бурении специальными коронками дает продувка сжатым воздухом.
Д
Выбор
технологических
режимов
Осевую нагрузку рассчитывают по формуле
где - удельная нагрузка (Н) на 1 см2 торца коронки; S -площадь торца коронки, см2.
Механическая скорость бурения (истирания) горных пород средней и выше средней твердости V-IX категории (аргиллит, алевролит, карбонаты) с увеличением осевой нагрузки до некоторого предела растет почти прямо пропорционально. При превышении критического значения осевой нагрузки происходит спрессовывание (адгезия) тонкоизмельченного шлама, ухудшение циркуляции промывочной жидкости и, как следствие, снижение механической скорости бурения.
При бурении крепких пород при малой осевой нагрузке происходит поверхностное скольжение алмаза по горной породе и шлифовка (полировка) коронки. Механическая скорость бурения незначительна. При дальнейшем увеличении осевой нагрузки до некоторого предела механическая скорость бурения растет пропорционально нагрузке. При увеличении осевой нагрузки выше удельной, особенно при бурении абразивных пород и применении вязких растворов, повышаются сила трения и температура до критической, кобальт твердосплавной матрицы размягчается и интенсивно разрушается, алмазы обнажаются, и механическая скорость быстро возрастает. Образуется крупный шлам, который еще больше увеличивает температуру на забое, еще больше изнашивает матрицу. Удельная нагрузка на обнаженные алмазы резко возрастает, что ведет к их разрушению и выпаданию из тела матрицы. После чего механическая скорость резко понижается.
Таким образом, для каждой породы существуют свои пределы осевых нагрузок, ниже которых разрушение породы практически не происходит и свыше которых происходит интенсивный износ коронок и резкое понижение механической скорости бурения.
В табл. 8.2 приведены значения удельных нагрузок для различных пород, рекомендуемые ВИТРом.
Частоту вращения коронки определяют по формуле
(9.5)
где V— окружная скорость коронки.
Окружную скорость бурения выбирают также в зависимости от свойств горной породы и промывочной жидкости. С одной стороны, при наличии абразивных пород, пород, образующих абразивный шлам, при использовании вязкой промывочной жидкости, при значительной окружной скорости вращения коронки происходит ее интенсивный износ, кроме того, появляются достаточно сильные вибрации снаряда.
С другой стороны, повышение скорости вращения коронки при бурении горных пород до IX категории ведет к росту механической скорости бурения. Поэтому необходимо при возможности (в монолитных, малоабразивных породах, при применении ЛБТН, при промывке эмульсией, уменьшающей трение, нагревание и износ матрицы, снижающей вибрацию снаряда) использовать повышенные окружные скорости, исчисляемые тысячами оборотов в минуту.
Ниже приведены ориентировочные значения окружной скорости и удельной нагрузки, рекомендуемые ВИТРом для бурения скважин в благоприятных условиях с применением эмульсий (табл. 9.2).
Таблица 9.2
Названия параметров бурения |
Значения параметров для пород различных категорий |
|||
VIII-IX |
X |
XI |
XII |
|
Окружная скорость, V, м/с Удельная нагрузка, кН/см |
4,0 -4,5 0,8-1,0 |
3,0-3,5 0,95-1,0 |
2,4 - 2,8 1,0-1,20 |
1,6 1,2-1,25 |
Расход промывочной жидкости рассчитывают по формулам
, л/мин, (9.6)
или
, л/мин, (9.7)
где q - удельный расход жидкости на 1 см диаметра скважины, л/мин на 1см; D и d - диаметры скважины и бурильных труб, м; - скорость восходящего потока промывочной жидкости, применяемой в зависимости от свойств горной породы и промывочной жидкости, в пределах 0,35 - 0,6 м/с.
В соответствии с этим составлена таблица расхода промывочной жидкости (9.3).
Таблица 9.3
Абразивность породы |
Категории |
Расход жидкости, л/мин, при диаметре коронки, мм |
|||
46 |
59 |
76 |
93 |
||
Малоабразивные Малоабразивные Абразивные Абразивные |
VI-VIII IX-XII VI-VIII IX-XII |
15-25 10-20 30-40 20-30 |
20-30 15-25 40-50 25-35 |
25-45 20-35 40-70 35-45 |
45-70 35-40 60-90 45-60 |
С увеличением плотности, количества шлама и малой вязкости промывочной жидкости при бурении абразивных пород и наличии абразивного шлама скорость восходящего потока принимают по максимуму, и наоборот, при малой плотности шлама, большой вязкости раствора, при бурении малоабразивных пород принимают минимальное значение скорости восходящего потока.
Судить о правильности выбора расхода промывочной жидкости можно по извлеченной коронке. Если коронка заполирована, то промывочной жидкости - в избытке, если алмазы в коронке обнажены - расход жидкости недостаточный (избыток шлама на забое).
Поиск оптимальных режимов бурения с позиций алмазосберегающих технологий проводят в следующем порядке.
Определяют ориентировочное значение осевой нагрузки:
(9.8)
где к - коэффициент, учитывающий условия отработки коронок (в период приработки коронки к = 0,65, в период бурения к = 1); р - удельная нагрузка на 1 см2 торца коронки (табл. 8.2); S -площадь торца коронки, см2.
При этой нагрузке бурят скважину на различных скоростях станка и на каждой скорости определяют механическую скорость бурения. Если темп роста механической скорости ( ) опережает темп роста частоты вращения снаряда, то осевую нагрузку и окружную скорость снижают, иначе возможны осложнения. Если темп роста механической скорости бурения резко отстает от темпа увеличения частоты вращения снаряда, происходит заполирование коронки, осевую нагрузку нужно увеличивать. При одинаковом темпе повышения и скорости вращения снаряда принимают осевую нагрузку максимальной.
При возникновении вибрации принимают меры по ее устранению.
Интенсивное повышение температуры на забое происходит в результате слабого охлаждения коронки, когда между ее торцом и забоем оказывается малый зазор, т.е. когда большая величина углубки резцов за один оборот:
(9.9)
В табл. 8.4 приведены расчетные данные допустимых величин углубки коронки за один оборот, по которым можно расчитать допустимую механическую скорость бурения:
, (9.10)
При механической скорости бурения выше этой величины окружную скорость бурения необходимо снижать.
Таблица 9.4
Категория |
Зернистость |
Допустимая максимальная углубка коронки |
|
пород |
алмазов |
за один оборот , мм |
|
|
|
4-секторная коронка |
6- секторная коронка |
XII |
200-400 |
0,07 |
0,06 |
XI |
120-150 |
0,08 |
0,08 |
X |
80-120 |
0,09 |
0,09 |
IX |
40-60 |
0,29 |
0,27 |
|
30-50 |
0,33 |
0,30 |
VIII |
20-60 |
0,42 |
0,34 |
VII |
12-20 |
0,42 |
0,39 |