Глава 3. Забойный снаряд твердосплавного бурения

Забойный снаряд для твердосплавного бурения представлен четырьмя компоновками:

- одинарный колонковый снаряд с прямой и обратной циркуляцией промывочной жидкости (ОКС, ОЭС) и его разновидности (снаряд безнасосного бурения; эрлифтный снаряд);

- двойной колонковый снаряд - ДКС;

- снаряд для бурения с гидротранспортом керна - СГК;

- снаряд бескернового бурения - СББ.

3.1. Одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляцией промывочной жидкости

Одинарные колонковые снаряды делят на снаряд с прямой и обратной циркуляцией промывчной жидкости.

Одинарный колонковый снаряд с прямой циркуляцией промывочной жидкости (рис. 2.1) предназначен для бурения ус­тойчивых горных пород с отбором керна. Он состоит (сверху вниз) из: бурильной колонны (8, 9, 10,11), трубного переходника (5), шламовой трубы (6), колонковой трубы (4) или нескольких труб, кернователя (3) и коронки (1). Часто в забойный снаряд включают, отсоединительные переходники.

Отсоединительным переходник называют потому, что он предназначен для отсоединения бурильной колонны от забойного снаряда, при его прихвате или прижоге коронки. Наиболее ши­рокое распространение получили отсоединители с правой резь­бой и ограничительными кулачками (замкового типа); отсоеди­нители с правой резьбой и бронзовым кольцом; отсоединители типа ПО (переходники-отсоединители).

Отсоединители с правой резьбой и ограничительными ку­лачками (рис. 2.2) состоят из ниппеля и муфты, которые соеди­няются между собой крупной ленточной резьбой. Ниппель и муфта имеют кулачки, не позволяющие, затягиваться в резьбе и поэтому в случае прихвата забойного снаряда резьба легко от­винчивается.

Отсоединители с правой резьбой и бронзовым кольцом аналогичны по конструкции, но не имеют ограничительных ку­лачков. Между ниппелем и муфтой устанавливают бронзовое кольцо, имеющее малый коэффициент трения, что резко снижает крутящий момент при отвинчивании. Кроме того, при бурении кольцо является надежным уплотнителем и способствует высо­кой герметизации соединения (чего не наблюдается в отсоединителях первого типа).

Аналогичны по конструкции и ограничительные переход­ники ПО. Герметизация соединения в последних достигается за счет резиновых колец. При использовании отсоединителей типа ПО трубные переходники не применяют, т.к. их непосредствен­но соединяют с колонковыми трубами.

Трубные переходники служат для соединения бурильной колонны с колонковыми и шламовыми трубами, их изготавлива­ют из стали марок 45 и 50.

Выпускают шесть типов переходников: ПО, П1, П2, ПЗ, П4, П5; ПО предназначены для соединения бурильных труб диаметром 33,5 и 42 мм с колонковыми трубами диаметром 34, 44, 57 мм; П1 - для соединения бурильных труб диаметром 42, 50 и 63,5 мм с колонковыми трубами диаметром 57 мм и более; П2 - для соединения бурильных труб диаметром 73 мм с колонковыми трубами 108 мм и более.

Переходники, имеющие в верхней части фрезерные зубья (по конусу переходника, рис. 2.3), служат для разрушения кусочков породы, обваливающихся сверху на переходники при подъе­ме снаряда. Такие переходники называют фрезерными.

Переходники типов ПЗ, П4, П5 применяют для соединения бурильных труб с колонковыми и шламовыми трубами.

Рис. 2.1 Одинарный буровой снаряд Рис.2.2 Отсоединитель с кулачками

Они имеют три резьбы: в верхней части - внутреннюю правую для соединения с бурильными тру­бами и наружную левую для со­единения со шламовыми труба­ми, в нижней части - наружную правую для соединения с колон­ковой трубой. Такие переходни­ки называют тройными. По раз­мерам соединяемых бурильных и колонковых труб переходники ПЗ, П4, П5 соответствуют пере­ходникам ПО, Ш и П2.

Диаметры переходников больше диаметров колонковых труб34, 44, 57 и 73 мм - на 1 мм, колонковых труб 89 и 108 мм - на 2 мм, колонковых труб 127 и 146 мм - на 3 мм.

Длина переходников диаметром 35 и 45 мм - ПО мм, диа­метром 57, 74 и 91 мм - 120 мм, диаметром ПО, 130, 149 мм -140 мм. Переходники с наплавкой релита называют - центрато­рами.

Шламовые трубы при твердосплавном бурении применяют редко, только для улавливания тяжелого и крупного шлама, ко­торый не может быть вынесен промывочной жидкостью на по­верхность. Шламовые трубы применяют также и при недоста­точном выходе керна для взятия дополнительной пробы горной породы. Длина шламовых труб 1,5-2 м. Резьба для соединения с тройным переходником - левая. При твердосплавном бурении применяются чаще открытые (сверху) шламовые трубы.

Принцип действия шламовой трубы следующий. Скорость движения восходящего потока жидкости в узком пространстве между стенками скважины и колонковой трубой велика, поэтому она выносит с забоя крупные и тяжелые частицы. Как только по­ток жидкости со шламом оказывается выше шламовой трубы, сечение потока увеличивается, а его скорость и напор падают, вследствие чего шлам выпадает в шламовую трубу.

Колонковые трубы предназначены для приема керна и направления ствола скважины в процессе бурения. Их изготавли­вают из цельнотянутого трубного проката стали групп прочности Д, К и Е, диаметром 34, 44, 57, 73, 89, 127, 146, 168 мм и длиной 1,5; 3,0; 4,5 и 6 м. Толщина стенки для труб большого диаметр! (73 мм и более) - 5 мм, труб диаметром 59 мм - 4,5 мм, диаметром 46 мм- 3,5 мм и диаметром 46 мм - 3 мм.

В кавернозных и сильнотрещиноватых скважинах применяют жесткие толстостенные колонковые трубы из ниппельных заготовок с толщиной стенок 6,5....7,5 мм.

Упрочнения труб производят с помощью тока высокой частоты (ТВЧ).

Соединение колонковых труб с переходником и коронкой (или кернорвателем) производят при помощи трапециевидной резьбы.

Иногда для увеличения длины рейса может использоваться набор из нескольких колонковых труб, соединенных ниппелями

Кернорватели предназначены для срыва керна и удержания его в колонковой трубе при подъеме снаряда. Для твердосплавного бурения применяют, кернорватели кольцевого типа К. Они состоят из полого цилиндрического корпуса с внутренней кони ческой расточкой, расширяющейся кверху, в которую помещаю рвательное коническое кольцо.

При бурении под давлением керна кольцо поднимается в широкую часть конусной расточки и под действием упругой силы расходится (увеличивается в диаметре), свободно пропуская керн внутрь колонковой трубы. При необходимости срыва керна кернорватель с конусной расточкой (вместе с колонковой трубой) поднимается вверх, сжимая рвательное кольцо на керне. При значительном осевом усилии керн срывается.