Технологии бурения скважин

Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное:

Ударно-канатное бурение

Представляет собой циклическое разрушение породы специальным долотом. Буровой инструмент включает ударную штангу, канатный замок и забивной стакан или долото.

Технология:

Ударный снаряд подвешен на канате, который подаётся с инструментального барабана. Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается с помощью балансира - оттяжного механизма станка. При сбросе снаряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое. Пробурив некоторый интервал скважины, прекращают долбление и приступают к очистке забоя. Очистку выполняют желонкой, спускаемой в скважину на желоночном канате с желоночного барабана. После очистки скважины продолжают долбление или приступают к креплению скважины - неустойчивые интервалы закрепляют обсадными трубами.

Вращательное бурение

Вращательное бурение имеет несколько основных направлений: шнековое, колонковое, бурение с прямой и обратной промывкой, бурение с продувкой.

Технология.

При вращательном способе бурения крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Шнековое бурение.

При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер. Этот вид бурения — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Применяется для бурения взрывных скважин при сейсморазведке, инженерно-гидрогеологических скважин, геологической съемке и т.д. В некоторых случаях бурение может производиться без создания осевой нагрузки. Внедрение долота происходит под действием веса шнека, а также реактивного усилия, возникающего при транспортировке грунта. Наиболее существенный недостаток шнекового бурения – трудность определения глубины отбора пробы грунта.

Бурение кольцевым или сплошным забоем.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины.

Колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости или с промывкой ствола скважины глинистым раствором. Бурение кольцевым забоем с прямой промывкой осуществляется с помощью колонковых наборов с твердосплавными или алмазными коронками.

Алмазное бурение:

Наиболее эффективный способ проходки разведочных скважин. Алмаз является наиболее твердым минералом, поэтому его используют при бурении пород средней твердости и крепких различной абразивности. Для армирования алмазных коронок применяют технические алмазы небольших размеров и разнообразной формы. При бурении твердых, хрупких пород разрушение будет происходить за счет их скалывания, смятия и раздавливания, в пластичных породах – преобладают процессы резания.

Твердосплавное бурение:

При твердосплавном бурении резец буровой коронки под действием осевой нагрузки совершает поступательное движение вниз на некоторую глубину и приложении крутящего момента перемещается по кругу, производя скалывание или резание горной породы. Скорость бурения зависит от осевой нагрузки на коронку, скорости ее вращения. Коронка состоит из металлического цилиндрического корпуса, на одном конце которого выполнена наружная резьба для соединения с колонковой трубой, а на другом конце в пазах установлены твердосплавные пластины – резцы. Резцы могут располагаться вертикально или с наклоном.

Породоразрушающий инструмент:

Бурение скважин сплошным забоем - без отбора керна -производится при бурении эксплуатационных скважин, взрывных, сейсмических и других технических скважин. Бурение сплошным забоем производится лопастными или шарошечными долотами, тип которых подбирается исходя из категории буримой породы. Все буровые долота классифицируются на три типа: долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота); долота дробяще- скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота); долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота). Характер разрушения горных пород шарошечным долотом зависит от его конструктивных особенностей. Долото, вращаясь вокруг своей оси, вызывает перекатывание шарошки по забою. Разрушение горной породы происходит за счет дробящее-скалывающего действия зубьев шарошки по породе. Величина осевой нагрузки должна существенно превышать прочность горной породы.

Очистка забоя от шлама:

Промывка скважины раствором:

Из общего объема бурения скважин большинство выполняют вращательным способом с промывкой технической водой или глинистым раствором. При бурении вращательным способом используются два вида промывки: прямая и обратная. При прямой промывке промывочная жидкость подается к породоразрушающему инструменту по бурильным трубам и по кольцевому зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность вынося с собой кусочки разрушенной породы (шлама). При обратной промывке промывочная жидкость поступает в скважину через герметически закрытое устье по стволу скважины и поднимается по бурильным трубам на поверхность.

Продувка скважины воздухом:

При бурении с прямой продувкой процессы в общих чертах такие же как и при бурении с прямой промывкой. Только вместо раствора через сальник-вертлюг подается сжатый воздух. И разрушенная порода (шлам) выдувается на поверхность.

Бурение с продувкой забоя сжатым воздухом целесообразно при бурении в льдистых мерзлых породах, которые при промывке скважин могут оттаивать, при бурении в породах, которые впитывают воду и набухают, в устойчивых породах, где отсутствуют водопритоки или они незначительны.

Бурение может осуществляется погружными пневмоударниками, а так же шарошечными долотами или колонковыми снарядами с алмазными либо твердосплавными коронками. Подача воздуха производится от передвижного компрессора.

Бурильные трубы:

Бурильные трубы предназначены для передачи крутящего момента и осевой нагрузки от вращателя (ротора) на породоразрушающий инструмент. Также бурильные трубы предназначены для подачи бурового раствора на забой для охлаждения долота (коронки). Показатели качества бурильных труб характеризуются частотой вращения бурового снаряда, величиной осевой нагрузки, расходом промывочной жидкости. В зависимости от области применения существуют различные конструкции бурильных труб:

• ЛБТ – легкосплавные бурильные трубы применяются при алмазном бурении;
• УБТ – утяжеленные бурильные трубы применяются для создания дополнительной осевой нагрузки на долото;
• Ведущие бурильные трубы служат для передачи вращения от бурового станка колонне бурильных труб.

В последнее время широкое распространения получили бурильные стальные универсальные (ТБСУ) с приварными концами.

Буровой станок:

Технологической установкой, реализующей процесс бурения является буровой агрегат, состоящий из бурового станка, бурового промывочного насоса и привода. Установки, использующие для очистки забоя от шлама воздух оснащаются компрессором. Установки для бурения картировочных и геологосъемочных скважин представляют собой переносные и самоходные станки. Легкие передвижные установки монтируются на шасси легковых автомобилей. Самоходные и передвижные установки для бурения гидрогеологических скважин представляют собой особый ряд технологических комплексов, позволяющие бурить скважины диаметром до 900 мм в породах любых категорий как вращательным способом с промывкой или продувкой, так и без промывки – шнеками или ударно-забивным способом.

Буровой станок состоит из основных механизмов:

• Двигатель – машина для выработки механической энергии;
• Трансмиссия – обеспечивает трансформацию, регулировку, параметров и распределение механической энергии;
• Вращатель – передает вращение на бурильную колонну. В зависимости от области применения буровой комплекс может оснащаться роторным, шпиндельным или подвижным вращателем.
• Лебедка – служит в составе талевой оснастки, предназначена для выполнения спуско-подъемных операций.
• Гидравлическая система - в составе с маслонасосами, маслобаком и распределителями позволяет управлять исполнительными механизмами буровой установки.

Буровой насос:

Является одним и основных элементов буровой установки. Предназначен для нагнетания промывочной жидкости для очистки забоя скважин от шлама, охлаждения породоразрушающего инструмента. Иногда применяется в роли гидропривода забойных гидравлических машин. Расход промывочного насоса определяется необходимостью обеспечения рабочей скорости прямого и восходящего потока промывочной жидкости в бурильной колонне и затрубном пространстве. В большинстве случаев осуществляет перекачку водопесчаноглинистых смесей с абразивным действием. Принципиальное отличие – поршневой или плунжерный рабочих орган. Комплектуется всасывающим рукавом, приемным клапаном, напорной линией с манометром и сбросным клапаном, трехходовым краном и расширительным баком для компенсации скачков давления.

Аварии и осложнения:

Аварией в бурении называют отклонение от нормального процесса бурения, которое вызывает прекращение углубки скважины.

Основные аварии, которые могут происходить при бурении скважины

• обрыв труб или породоразрушающего инструмента;
• развинчивание резьбовых соединений труб или породоразрушающего инструмента;
• прихваты;
• падение бурового снаряда, труб или посторонних предметов в скважину.

Предупреждение аварий могут быть организационными и техническими мероприятиями, направленными на профилактику и поддержание в нормальном состоянии буровой техники и бурового оборудования.

• поглощение промывочной жидкости;
• нарушение устойчивости скважины;
• непредусмотренное искривление скважины;
• водо-, газо, нефтепроявления.

Предупреждение осложнений направлено на постоянный контроль за параметрами промывочной жидкости, поддержание свойств раствора в требуемом состоянии.

Ликвидационный тампонаж скважины:

После окончания бурения скважин проводят ликвидационный тампонаж, цель которого – устранить возможное проникновение поверхностных или грунтовых вод, предотвратить загрязнение водоносных горизонтов. Заключается в заполнении всего объема скважины тампонажной смесью.

Обращайтесь за консультациями по телефону (495) 587-90-67.