3.7. Технология бескернового бурения.

 

При бескерновом бурении геологоразведочных скважин буровой инструмент состоит из долота, колонны утяжеленных бурильных труб (УБТ) и бурильной колонны.

Технология бескернового бурения может быть реализована различными видами долот: шарошечными, дисковыми фрезерного типа, лопастными режущего действия и долотами специального назначения. При бурении геологоразведочных скважин наиболее широко используют шарошечные долота. При этом в абразивных породах необходимо калибровать стенки скважины по диаметру путем использования калибраторов шарошечного типа, обеспечивающих сохранность диаметра ствола с минимальным искривлением.

Диаметр долота выбирается в соответствии с запроектированной конструкцией скважины, а тип долота – в зависимости от физико-механических свойств горных пород. Области применения шарошечных и лопастных долот приведены в табл. 3. 43 и 3. 44.

Задачу выбора типа долота для разбуривания конкретной горной породы или пачки пород ВНИИБТ предлагает решить с учетом твердости и абразивности пород с помощью специальной классификационной таблицы (рис. 3. 41). В ней на основании обобщения опыта отработки долот в различных районах эталонными точками помечены сочетания категорий твердости (К_т) и абразивности (Ка) пород, для разрушения которых наиболее подходят существующие типы шарошечных долот.

 

 

Категория твердости пород

Рис. 3. 41. Классификационная таблица парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот.

 

Если требуется выбрать тип долота для разбуривания пород с различными механическими свойствами, то необходимо определить средневзвешенные значения категорий твердости и абразивности соответственно:

         (3. 24)

К_а=           (3. 25)

где К_т(i) и Ка_(i) – соответственно категории твердости и абразивности пород i-й разновидности; m_i – мощность i- го прослоя породы; М –мощность выделенного слоя породы.

Например, из рис. 3. 41 видно, что расчетная точка Д c координатами 6, 6 и 5, 4 наиболее близко расположена к эталонной точке, соответствующей долоту типа Т3, ТК3 ( для разбуривания твердых абразивных, твердых абразивных с пропластками крепких пород).

Диаметр УБТ принимается по рекомендациям, указанным ниже (табл. 3. 47).

 

Таблица 3. 47

Рекомендуемые диаметры УБТ

Диметр долта, мм	Рекомедуемый диаметр УБТ, мм	Диаметр долота, мм	Рекомендуемый диаметр УБТ, мм
93
112			127, 146
132

 

Длина колонны УБТ (в м) L_у определяется после вычисления осевой нагрузки на долото, по формуле:

L_у =                 (3. 26)

 

Где k= 1, 25 - коэффициент увеличения веса колонны УБТ относительно осевой нагрузки на долото Р_д ; q_y  - масса 1м УБТ; кг; ρ и ρ _м  - плотности соответственно очистного агента и материала труб; О – зенитный угол, градус.

Технологический режим бескернового бурения определяется следующими основными параметрами: осевой нагрузкой на долото, частотой его вращения и расходомпромывочной жидкости.

Осевую нагрузку желательно подбирать таким образом, чтобы разрушение горной породы осуществлялось в режиме объемного разрушения. Этот параметр для шарошечных и лопастных долот определяется по формуле

           Р_д = Р_уд · D, (3. 27)                                                                             

где Р_уд - удельная нагрузка на 1см диаметра долота, кН; D – диаметр долота, см

При бурении алмазными долотами Р_ад  определяется из выражения

Р_ад = Р_уд · S,                   (3. 28)

где Р_уд – удельная нагрузка, принимаемая для однослойных долот Р_уд = (0, 5 – 0, 7). 10⁴  кН/м²; для импегнированных Р_уд=(0, 75÷ 1, 2)·10⁴ кН/м².

На основании опыта бурения скважин и экспериментальных исследований значения удельных осевых нагрузок приведены в табл3. 48

 

 

Таблица 3. 48

Рекомендуемые значения параметров режима бурения

Д о л о т о	Параметры режима бурения
	Удельная нагрузка на 1см диаметра долота Руд, кН	Окружная скорость долота ω, м/с
Лопастные	0, 6-0, 9	0, 8 – 1, 6
Пикобуры	0, 45 – 0, 95	0, 6 – 1, 2
Трехшарошечные  М и ГМ С и СТ Т и ТК К (штыревые)	2, 0 2, 0 – 2, 4 2, 4 – 3, 0 3, 0 – 4, 0	0, 8 – 1, 2 1, 0 – 1, 2 0, 6 – 1, 0 0, 6 – 0, 8

Верхние пределы Р_уд следует выбирать для более твердых пород. При бурении трещиноватых, неоднородных по структуре и твердости, а также пластичных пород осевую нагрузку следует уменьшать на 25-30% по сравнению с бурением аналогичных монолитных пород.

С учетом твердости пород минимальная осевая нагрузка на долото, обеспечивающая объемное разрушение, определяется по формуле:

Р_д = к_заб ρ _ш S_к,                                               (3. 29)

где к_заб – коэффициент, учитывающий влияние факторов, действующих в реальных условиях бурения и изменяющийся от 0, 3 до 1, 6 (наиболее часто к_заб =0, 4-0, 7); ρ _ш – твердость породы, определенная при статическом вдавливании штампа в атмосферных условиях; S_к – площадь контакта зубьев долота с забоем, которую приближенно можно вычислить из выражения

S_к =1, 3 D k_nb,                                                  (3. 30)

где 1, 3– опытный коэффициент, учитывающий фактическую среднюю площадь контакта при нулевом погружении зубьев; k_n – коэффициент перекрытия забоя зубьями долота, для долот смногоконусными шарошками со смещенными осями k_n =0, 7-1, 2, с одноконусными без смещения k_n =1, 5-1, 9.

Формула (3. 29) позволяет получить лишь ориентировочное значение Р_д, поскольку не учитывает работоспособности опор и вооружения долот в зависимости от частоты вращения. если ρ _ш и к_заб  неизвестны, то Р_д для щарошечных долот D≥ 190 мм можно практически определить по удельной нагрузке Р_уд  (в кН/мм).

Рекомендуемые значения Р_уд  приведены в табл. 3. 49

Таблица 3. 49

Рекомендуемые значения Р_уд  для долот диаметром D≥ 190 мм

Горные породы	Руд кН/мм
Весьма мягкие	< 0, 2
Мягкие и среднемягкие, а также мягкие породы с прослойками пород средней твердости и твердых	0, 2-0, 5
Породы средней твердости с прослойками твердых	0, 5-1, 0
Твердые породы	1, 0-1, 5
Крепкие и очень крепкие породы	≥ 1, 5
Примечания: 1. С уменьшением D эти величины снижаются и для 140-мм долот они ниже примерно в 1, 5-2 раза. 2. Наибольшая Руд лимитируется прочностью вооружения долота и подшипников.

 

Частота вращения долота(в мин. ^-1) определяется по величине принятой окружной скорости долота ω

n=     (3. 31)

При выборе значений окружной скорости долота необходимо учитывать абразивность и трещиноватость пород. В трещиноватых и сильно абразивных породах, а также при значительных глубинах следует принимать нижние пределы ω (см. табл. 3. 48).

Частота вращения выбирается также с учетом мощности бурового оборудования и прочности бурильной колонны, чтобы обеспечивать интенсивное вращение долота при проходке вязких пород. При бурении вязких глин и глинистых сланцев, когда необходим большой крутящий момент частота вращения снижается до минимума, а при бурении сыпучих пород типа галечников – увеличивается. Частота вращения может быть максимальной при бурении песчаников, поскольку в этом случае сопротивление породы вращению долота будет незначительным.

Частота вращения алмазного долота определяется исходя из значений критической окружной скорости долота, которая для алмазных долот геологоразведочного стандарта составляет 1, 0 – 1, 6 м/с

Требуемый расход промывочной жидкости (при прямой циркуляции), определяется по формуле (в м³/с)

Q=                             (3. 32)

где D и d – соответственно диаметр скважины и наружный диаметр бурильных труб, м; V_в – скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с.

 Рекомендуются следующие рациональные пределы скоростей восходящего потока в зависимости от вида породоразрушающего инструмента (V_в, м/с):

 

лопастные долота, пикобуры          0, 6 – 0, 8

трехшарошечные долота:

М и МГ                                             0, 6 – 0, 8

С и СТ                                          0, 6 – 0, 8/0, 6-1, 0

Т и ТК                                           0, 4 – 0, 6/0, 6-0, 8

К                                                         0, 4 – 0, 6  

Вынос крупного шлама обеспечивается при промывке скважины глинистым раствором. Особенно осторожно следует вести бурение в липких вязких породах, когда происходит налипание породы на долото и начинают образовываться сальники. При этом необходимо увеличить расход промывочной жидкости, снизить до минимума осевую нагрузку и частоту вращения.

 При бескерновом бурении, основными признаками, указывающими на необходимость подъема долота являются:

- резкое снижение механической скорости бурения или полное прекращение углубки из-за заклинивания опор шарошек или полного износа долота;

- устойчивое снижение скорости бурения по однородным породам по причине износа вооружения шарошек.

Шарошечные долота снимаются с эксплуатации, если тавердосплавные зубки изношены более чем на 80% или зубья шарошек изношены на 2/3 их высоты, люфты шарошек достигают для долот диаметром 59 и 76мм – более 4мм, диаметром 93мм – более 5мм, диаметром 112 и 132мм – более 6мм и диаметром 151мм – более 7мм; вершины шарошек полностью изношены; износ по диаметру более 3мм.   

Критериями снятия с эксплуатации дисковых и лопастных долот являются предельные значения износа, вызывающие снижение механической скорости бурения (табл. 3. 50)

Таблица 3. 50

Значения износа дисковых и лопастных долот, вызывающих снижение механической скорости

Критерии износа	Дисковые долота	Лопастные долота
		геологоразведочные скважины	скважины другого назначения.
Наружный диаметр долот, мм	3, 0	3, 0	10, 0
Износ вооружения, %
Люфт опор, мм	2, 5	-	-

 

 

 

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: