Назначение и классификация буровых станков

Общая схема для механического колонкового бурения с применением буровой установки приведена на рис. 1. В вышке на фундаментах устанавливаются буровой станок 7, буровой насос (компрессор) 18, двигатели 19 для привода станка и насоса. При наличии электроэнергии станок и насос приводятся электродвигателями, а при её отсутствии - от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). После проверки и наладки буровой установки производится забуривание скважины в нужном направлении, после чего устье скважины закрепляется направляющей обсадной трубой 6. Одновременно оборудуется система для очистки промывочной жидкости от выбуренной породы (шлама).

Бурение скважины производится в следующей последовательности. При помощи лебёдки 16 в скважину спускается буровой снаряд, собираемый из следующих частей: породоразрушающего инструмента (коронки) 1, колонковой трубы 3, переходника 4. колонны бурильных труб 5, длина которой увеличивается по мере углубления скважины. Все детали бурового снаряда соединяются друг с другом при помощи герметичных и прочных резьбовых соединений.

Верхняя ведущая труба пропускается сквозь шпиндель вращателя 8 бурового станка и зажимается в патронах 9. На верх её навинчивается вертлюг-сальник 10, соединённый нагнетательным шлангом /7с буровым насосом 18. С вращением и промывкой доводят буровой снаряд до забоя и начинают процесс бурения.

Рис. 1. Общая схема установки для колонкового бурения: 1 - породоразрушающий инструмент; 2 - керн; 3 - колонковая труба; 4 - переходник с колонковой на бурильную трубу; 5 - колонна бурильных труб; 6 - направляющая обсадная труба; 7 — буровой станок; 8'- вращатель; 9 - зажимные патроны; 10 — вертлюг-сальник; 11 -талевой блок; 12 -талевой канат; 13 - крон-блок; 14 - ноги буровой вышки; 15 - буровое здание; 16 - лебедка станка; 17 - нагнетательный шланг; 18 - буровой насос; 19 -двигатели для привода станка и насоса; 20 - отстойник; 21 - желоба для очистки промывочной жидкости от шлама; 22 -приемная ёмкость; 23 - всасывающий рукав; 24 - индикатор массы бурового снаряда, включенный в неподвижный (мертвый) конец каната; 25 - шланг для сброса части промывочной жидкости.

В зависимости от физико-механических свойств проходимых пород, диаметра и типа породоразрушающего наконечника, шпинделю, а следовательно, и буровому инструменту, сообщают ту или иную частоту вращения и при помощи регулятора подачи создают необходимую осевую нагрузку, которая не должна зависеть от массы бурильной колонны. Частота вращения инструмента подбирается в зависимости от типа породоразрушающего инструмента, его диаметра и глубины скважины. Регулятор подачи позволяет создавать необходимую нагрузку на коронку и забой скважины независимо от массы колонны бурильных труб (глубины скважины). Вращаясь и внедряясь в породу, коронка выбуривает кольцевой забой, формируя керн 2. По мере углубления скважины керн заполняет колонковую трубу.

Для охлаждения коронки, очистки забоя от разрушенной породы и выноса её на поверхность применяют различные очистные агенты. Промывочная жидкость при промывке скважины через всасывающий шланг 23 подаётся насосом из приёмной ёмкости 22 и нагнетается к забою скважины через нагнетательный шланг 17, буровой вертлюг-сальник 10 и колонну бурильных труб 5.

Промывочная жидкость омывает забой, охлаждая резцы коронки, и транспортирует выбуренные частицы пород - шлам - с забоя на поверхность по стволу скважины. Из скважины жидкость направляется в отстойник и желоба 20, где частицы пород осаждаются, либо в специальный очистительный прибор, и очищенная жидкость попадает в приемную ёмкость 22, откуда вновь нагнетается в скважину. В процессе бурения происходит та или иная потеря промывочной жидкости. Эти потери должны своевременно восполняться.

Если бурение ведется по устойчивым породам, то для промывки скважины применяется вода. При бурении в недостаточно устойчивых породах очистку забоя скважины ведут глинистым или другим раствором, газожидкостными смесями и др., которые укрепляют малоустойчивые стенки скважины. При бурении в относительно безводных скважинах, а также в мерзлых породах с успехом может применяться продувка забоя сжатым воздухом или газом.

После того как колонковая труба наполнится керном, приступают к подъему инструмента на поверхность. При бурении в твёрдых и абразивных породах иногда приходится прекращать бурение и приступать к подъему инструмента из-за значительного снижения механической скорости бурения вследствие затупления резцов коронки. При бурении в трещиноватых породах часто производят подъём инструмента вследствие самозакаливания керна в колонковом снаряде, а также снижения скорости бурения. Перед началом подъёма керн должен быть надёжно заклинен в нижней части колонкового снаряда и отделен от массива горной породы. После заклинивания керна насос выключают и буровой снаряд при помощи лебёдки 16, талевого каната 12, кронблока 13, талевого блока 11с крюком и элеватором поднимают на поверхность, развинчивая колонну бурильных труб на отдельные свечи. Длина свечей определяется высотой буровой вышки и глубиной скважины. Свеча свинчивается из двух или трёх, а иногда и из четырёх бурильных труб. Длина свечи обычно на 3-6 м меньше высоты вышки. Свечи устанавливаются на подсвечник. Массу поднимаемой колонны можно определять с помощью индикатора 24.

После подъёма колонкового набора на поверхность коронку отвинчивают, керн осторожно извлекают из колонковой трубы, инструмент вновь собирают, опускают в скважину, и бурение продолжается. При каждом подъёме коронку осматривают и в случае её износа заменяют исправной.

Керн промывают, очищают от глинистой корки, замеряют его длину и укладывают в последовательном порядке в керновые ящики, отмечая глубину скважины, с которой он поднят, и процент его извлечения.

Если скважина пересекает неустойчивые породы, которые обваливаются или выпучиваются даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважины породоразрушающим инструментом меньшего размера. Через 50-100 м углубления измеряют угол наклона и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечёт полезное ископаемое и войдёт в пустые породы, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают. В скважине производят геофизические исследования, измеряют кривизну, температуру, глубину скважины, после чего производят её ликвидационное тампонирование или консервацию.

Основным оборудованием, участвующим в сооружении скважины, являются буровые станки, агрегаты и установки.

С целью сокращения номенклатуры, упорядочения проектирования и эксплуатации буровых станков и установок их типоразмеры и основные параметры в основном определены соответствующими государственными стандартами.

В настоящее время стандартизированы типы и основные параметры станков и установок с лебёдочным подъёмом для бурения на твёрдые полезные ископаемые (ГОСТ 29233-91) и для бурения гидрогеологических скважин (ГОСТ 2445-80).

Станки и установки для бурения на твёрдые полезные ископаемые выпускаются в стационарном, передвижном, самоходном и переносном варианте.

Установки для бурения гидрогеологических скважин - в передвижном и преимущественно в самоходном варианте.