title-icon
Яндекс.Метрика
» » Производство роторных буровых работ

Производство роторных буровых работ

Подготовительные работы. Расчищают и выравнивают площадку под буровую установку и оборудование. Размеры ее зависят от типа применяемой установки: для УРБ-3ЛМ, УРБ-2А— 10X20 м, 1БА15В — 15X20 м. Она должна находиться на расстоянии не менее 30 м от ближайших зданий, сооружений, линий электропередач, шоссейных дорог.
Для свободного подъезда автотранспорта к площадке прокладывают дорогу. На расстоянии 20...25 м от устья скважины располагают вагончик или будку для буровой бригады. В 30...40 м от буровой установки устраивают склад топливно-смазочных материалов. В непосредственной близости от буровой установки и насоса оборудуют циркуляционную систему. Для этого роют приемную емкость размером 2x2 или 2X3 м, глубиной 1,5 м, один или два отстойника размером 1x1 м и глубиной 1 м и соединяют их с устьем скбажины циркуляционными желобами (неглубокие траншеи шириной 40...60 см и глубиной 25...35 см) с небольшим уклоном. Иногда же-лобную систему собирают из деревянных или металлических желобов. Приемную емкость огораживают.
Если породы рыхлые, то на месте заложения скважины отрывают шурф размером 0,5х0,5 м или 1x1 м, глубиной 1,5...2 м. В него устанавливают направляющую трубу для закрепления скважины от обрушения. Центрируют трубу строго по отвесу, чтобы придать вертикальное направление стволу скважины. Пространство между стенками шурфа и направляющей трубой забрасывают битым камнем и заливают цементным раствором. Верхний конец направляющей трубы должен возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 5...10 см.
Монтаж буровой установки начинают с заземления ее оборудования. В качестве заземлителя используют квадратную металлическую пластинку размером 800х800 мм, к которой приварен отвод из полосовой стали. Пластинку укладывают на дно отстойника глинистого раствора и засыпают слоем грунта толщиной не менее 100 мм. Отвод присоединяют к проушинам, приваренным к раме установки гибким приводом.
Пока установка не заземлена, запуск генератора запрещается.
Перед началом бурения проверяют исправность всех узлов буровой установки, наличие необходимого оборудования, инструмента и материалов, проводят инструктаж членов бригады по правилам техники безопасности, знакомят их с геолого-техническим нарядом на скважину. Затем приступают к подъему мачты. Для буровых установок УРБ-3АМ и 1БА15В вначале мачту удлиняют: отводят верхние секции от нижней и объединяют их друг с другом в верхней части болтами. Поднимают мачту гидродомкратами плавно. Ноги ее соединяют с рамой буровой установки хомутами. Затем мачту раскрепляют четырьмя канатными растяжками за якоря (металлические штыри длиной не менее 1,2 м и диаметром 50...60 мм), забитые в грунт под углом 50...60° Натяжение растяжек должно быть равномерным. Его регулируют стяжными гайками.
Приводной шкив насоса с контрприводом буровой установки УРБ-3АМ соединяют клиноременной передачей. Привод глиномешалки осуществляют от электродвигателя, получающего питание от генератора установки.
Для большей устойчивости установки и во избежание вибрации под раму автомобиля ставят переносные домкраты.

Технология бурения. Скважину начинают бурить (рис. 35) при минимальной (первой) частоте вращения бурового снаряда, ограниченной осевой нагрузке на долото и расходе промывочной жидкости 1...1,5 л/с. Углубив скважину на 3...4 м, извлекают долото на поверхность и отсоединяют от ведущей трубы. Затем в пробуренный ствол опускают направляющую обсадную трубу и центрируют. Если неустойчивые мягкие породы залегают на глубине менее 8 м, скважину бурят до слоя плотных пород, углубляются в него на 0,5...1 м, а затем уже устанавливают направляющую трубу. Затрубное пространство заливают цементным раствором до устья скважины. Через 12 ч продолжают бурение.
Вначале в скважину опускают долото с одной или несколькими утяжеленными трубами, за ним — колонну бурильных труб. На верхнюю бурильную трубу навинчивают ведущую трубу с вертлюгом-сальником. Включают буровой насос и опускают вращающийся буровой снаряд на забой. Идет процесс разрушения породы в забое. После углубления скважины на длину рабочей части ведущей трубы буровой снаряд наращивают. Для этого выключают буровой насос, прекращают подачу в скважину промывочной жидкости, останавливают ротор и лебедкой приподнимают буровой снаряд до выхода из стола ротора резьбового соединения ведущей трубы с бурильной колонной. Отвинчивают ведущую трубу и отводят вместе с вертлюгом-сальником в сторону. Поднимают заранее приготовленную бурильную трубу и навинчивают на бурильную колонну, потом навинчивают ведущую трубу и включают буровой насос. Вращающийся буровой снаряд доводят до забоя, дают на него требуемую осевую нагрузку и продолжают бурение. Когда механическая скорость углубления скважины начнет резко уменьшаться, бурение прекращают. Забой и ствол скважины промывают от шлама. Для этого из отстойника буровым насосом забирают промывочную жидкость и подают по нагнетательному шлангу, вертлюгу-сальнику, ведущей трубе, колоннам бурильных и утяжеленных бурильных труб через отверстия в долоте на забой. Жидкость омывает забой и поднимается по затрубному пространству, лотку циркуляционной системы в отстойник, вынося с собой разрушенную породу. Шлам осаждается в отстойнике, а осветленную промывочную жидкость снова нагнетают в скважину. Таким образом обеспечивается замкнутый процесс циркуляции промывочной жидкости. В неустойчивых породах для крепления скважины в процессе бурения ее ствол заполняют промывочной жидкостью. Возникающее при этом гидростатическое давление столба жидкости предотвращает обрушение стенок и позволяет непрерывно бурить достаточно большой (сотни метров) слой породы без крепления ствола обсадными трубами. Обсадными трубами скважину крепят по окончании бурения. Буровой снаряд поднимают на поверхность и при необходимости (при износе) заменяют долото новым. Новый буровой снаряд опускают в забой и продолжают бурение.
Совокупность параметров, характеризующих работу породоразрушающего инструмента, называют технологическим режимом бурения.
К основным параметрам роторного бурения относят осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, частоту вращения бурового снаряда и расход очистного агента.
Различают оптимальный, рациональный и специальный режимы бурения. Выбирают режим бурения в зависимости от геологических условий и физико-механических свойств пород, в которых сооружают скважину, типа и диаметра породоразрушающего инструмента, состояния оборудования и инструмента, глубины скважины, цели бурения.
Оптимальный режим обеспечивает получение наилучших технико-экономических показателей бурения.
Рациональный режим назначают с учетом технических возможностей бурового оборудования и инструмента.
Специальный режим применяют для получения заданных показателей бурения или для решения специальных задач (бурение в зонах геологических осложнений, на контактах твердых и мягких пород в водоносных горизонтах).
Осевая нагрузка Pос определяет силу, приложенную по оси бурового снаряда к породоразрушающему инструменту. Наибольшей эффективности бурения достигают при
Рос ? Fкрш

где Fк — площадь контакта долота с породой, мм2; рш — твердость горных пород, кН.
Так как значение Fк в процессе бурения непрерывно возрастает из-за притупления режущих элементов долота и определить его сложно, осевую нагрузку на долото находят по удельной осевой нагрузке р(кН), приходящейся на 1 см диаметра долота,
Pсс = рD,

где D — диаметр долота, см.
Для лопастных долот режуще-скалывающего действия значение р принимают в пределах 1...3 кН, режуще-истирающего — 2...6; для шарошечных долот типа M и MC — 2...6, типа С — 3...8, типа CT и T — 5...10 кН в зависимости от физико-механических свойств буримых пород. При бурении крепких и очень крепких пород значение р назначают 10 кН и более. В трещиноватых и абразивных породах значение Рос необходимо снижать.
Осевую нагрузку на буровой снаряд создают колонной утяжеленных бурильных труб. Если требуется на долото передать только часть осевой нагрузки, бурение ведут с разгрузкой. При этом часть массы бурильной колонны воспринимают талевая система и лебедка буровой установки. Верхняя часть бурильной колонны растянута, а нижняя — сжата.
При бурении неглубоких скважин осевую нагрузку на долото создают всей массой колонны бурильных труб, го есть вся колонна должна быть сжата. Если обеспечить требуемую осевую нагрузку не удается (твердые породы, большой диаметр скважины), бурят при максимально возможной нагрузке на долото.
В процессе сооружения скважины осевую нагрузку измеряют гидравлическими индикаторами веса.
Длину колонны утяжеленных бурильных труб (УБТ) определяют по следующей формуле:

где Pос — осевая нагрузка на долото, Н; qУБТ — масса 1 м утяжеленных бурильных труб, кг; ?ж — плотность промывочной жидкости, кг/м3; ?м — плотность материала труб, кг/м3.
Диаметр утяжеленных бурильных труб подбирают исходя из условия
dУБТ = 0,75 D,

где D — диаметр долота, см.
Повышение осевой нагрузки на долото, как правило, способствует увеличению механической скорости бурения. Однако при увеличении нагрузки необходимо учитывать прочность бурильных труб, соотношение между диаметрами долота и бурильных труб, возможность искривления скважины и расход промывочной жидкости.
Осевую нагрузку на долото следует регулировать и в зависимости от степени его износа в процессе бурения. В начале бурения удельная осевая нагрузка для шарошечных долот должна быть не менее 2 кН, лопастных — не менее 0,5 кН. Чтобы обеспечить постоянную нагрузку на долото, по мере его износа осевую нагрузку увеличивают для шарошечных долот до 2,5...4 кН, лопастных — до 1...2 кH на 1 см диаметра долота.
До приработки опор новых шарошечных долот первые 5...10 мин бурить нужно с уменьшенной осевой нагрузкой.
Частота вращения бурового снаряда зависит от частоты вращения ротора буровой установки. Оптимальной считают частоту вращения бурового снаряда 3,3... 5 с-1.
Частоту вращения ротора снижают при увеличении диаметра долота, уменьшении диаметра бурильных труб, повышении абразивности пород, переходе из пласта меньшей твердости в пласт большей твердости, бурении чередующихся пластов небольшой мощности.
При бурении скважин на воду скорость восходящего потока промывочной жидкости (глинистого раствора) в затрубном пространстве скважины должна быть не менее 0,25 м/с. При меньшей скорости (вследствие недостаточной подачи бурового насоса) крупные частицы породы не выносятся на поверхность, а оседают на забой, зубья долота слабо внедряются в породу и в основном размалывают крупные частицы шлама до мелких фракций, что резко снижает механическую скорость бурения.
Подача (м3/с) бурового насоса, необходимая для нормальной циркуляции промывочной жидкости,
Q = vF,

где v — скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с; F — площадь кольцевого сечения скважины, м2,
F = 0,785 (D2 - dн2),

D — диаметр скважины, м; dн — наружный диаметр бурильных труб, м.
При недостаточной подаче бурового насоса, чтобы получить необходимую скорость восходящего потока промывочной жидкости, осевую нагрузку на долото уменьшают и периодически промывают забой в течение нескольких минут без углубления скважины (при холостом вращении бурового снаряда).
При бурении мягких пород расход промывочной жидкости должен быть больше, чем при бурении твердых.
Спуско-подъемные операции. Бурильные трубы в скважину опускают с помощью двух элеваторов (рис. 36). На верхнюю часть опускаемой трубы под ниппель бурильного замка надевают элеватор, двумя штропами к нему подсоединяют талевый блок, приподнимают лебедкой трубу над столом ротора и соединяют с бурильной колонной, подвешенной в скважине на столе ротора на втором элеваторе. После навинчивания трубы бурильную колонну приподнимают, вынимают нижний элеватор и опускают всю колонну в скважину до установки верхнего элеватора на стол ротора. Первый элеватор надевают на очередную бурильную трубу, подсоединяют к талевому блоку, поднимают и навинчивают на бурильную колонну. Спуск продолжают до тех пор, пока не будут опущены все бурильные трубы. После этого талевый блок, с которого предварительно сняты штропы, подсоединяют к вертлюгу-сальнику, соединенному с ведущей трубой. Поднимают и навинчивают ведущую трубу на бурильную колонну. Приподнимая буровой снаряд, снимают элеватор. При опускании ведущей трубы находящийся на ней малый вкладыш вставляют в большой вкладыш ротора. Включают буровой насос и ротор и приступают к бурению.

Из скважины буровой снаряд поднимают в последовательности обратной спуску. Сначала отвинчивают и отводят в сторону ведущую трубу с вертлюгом-сальником. Затем извлекают бурильную колонну.
Бурильную колонну можно опускать и поднимать отдельными трубами или свечами, состоящими из двухтрех труб. Отдельные трубы укладывают на специальный стеллаж около буровой установки, а свечи устанавливают вертикально у мачты. Утяжеленные бурильные трубы оттаскивают от скважины специальными тележками.
Свинчивают и развинчивают бурильные трубы при сооружении скважины шарнирными или цепными ключами вручную. Буровой агрегат 1БА15В имеет приспособление, позволяющее развинчивать резьбовые соединения на трубах ротором, а также гидрораскрепитель, развинчивающий сильно затянутые резьбовые соединения.
Если масса колонны бурильных или обсадных труб превышает грузоподъемность лебедки, буровые установки и агрегаты оснащают талевой системой, состоящей из неподвижного кронблока, подвижного талевого блока и талевого каната. Один конец талевого каната в определенной последовательности пропускают через ролики кронблока и талрвого блока п наматывают на барабан лебедки. Другой конец можно прикреплять к талевому блоку, кронблоку или к основанию мачты специальным зажимным устройством. В последнем случае нагрузка на мачту распределяется более равномерно, а на неподвижном конце каната можно установить датчик гидравлического индикатора веса. На установках УРБ-2А и УРБ-2,5А при бурении неглубоких скважин применяют однострунную талевую систему (рис. 37, а). Канат с барабана лебедки перебрасывают через ролик кронблока и крюком на нем подвешивают буровой снаряд или колонну обсадных труб. На установках УРБ-3АМ используют двухструнную (по числу подвижных струн каната) систему (рис. 37, б). Она состоит из однороликового талевого блока и двухроликового кронблока. Буровой агрегат 1БА15В оснащают четырехструнной талевой системой (рис. 37, в), включающей двухроликовый талевый блок и трехроликовый кронблок.
Во время эксплуатации талевый канат изнашивается неравномерно: наиболее интенсивно та часть каната, которая наматывается на барабан лебедки, и незначительно та часть, которая находится со стороны неподвижного конца. Использовать при спуско-подъемных операциях канат, у которого оборвана одна прядь или на длине шага свивки каната диаметром до 20 мм число оборванных проволок превышает 5% их общего числа, а диаметром более 20 мм — 10%, запрещено.
Число подвижных струн каната назначают в зависимости от значения наибольшей нагрузки на крюке Pкр (от массы бурильной или обсадной колонн) и грузоподъемности лебедки Pл (см. рис. 37):
m = Pкр/(Рл ?)

где ? — коэффициент полезного действия талевой системы, принимают ? = 0,8...0,9.

Крепление водозаборных скважин. Для крепления стенок водозаборных скважин используют трубы: стальные бесшовные муфтового соединения (ГОСТ 632—80), электросварные большого диаметра (ГОСТ 10704—76), полиэтиленовые диаметром 10...630 мм (ГОСТ 18599—73), асбестоцементные диаметром 100...500 мм (ГОСТ 539—80).
Полиэтиленовые трубы имеют хорошие санитарно-гигиенические качества, небольшую плотность (0,94... 0,96 г/см3), стойки к ударным нагрузкам, устойчивы против коррозии, легко поддаются механической обработке. Внутренняя их поверхность в отличие от стальных труб практически не зарастает различного рода отложениями, остается длительное время гладкой. Недостаток полиэтиленовых труб — резкое ослабление их прочности в местах надрезов, что исключает возможность применения резьбовых соединений для труб с толщиной стенок менее 10 мм. Соединяют их между собой в основном сваркой встык.
Асбестоцементные трубы намного легче стальных, не подвержены коррозии и отложениям минеральных солей и осадков, что особенно важно при эксплуатации скважин с агрессивными водами. Цементный раствор, закачиваемый в скважину при проведении затрубной цементации, легко схватывается с поверхностью асбестоцементных труб, что улучшает качество изоляции водоносных горизонтов. Недостаток их — хрупкость и сравнительно низкая прочность. Кроме того, вследствие большой толщины стенок асбестоцементных труб диаметр скважины приходится увеличивать на 75 мм и более по сравнению с диаметром скважин, закрепляемых стальными трубами такого же, что и асбестоцементные, внутреннего диаметра. Соединяют асбестоцементные трубы между собой асбестоцементными, стальными и пластмассовыми муфтами с соответствующей резьбой или асбестоцементными муфтами с резиновыми кольцами.
Перед спуском в скважину стальных обсадных труб ее ствол равномерно прорабатывают (со скоростью 25...30 м/ч) тем же буровым снарядом, которым бурили скважину. Затем ствол и забой промывают от шлама свежим глинистым раствором. Обсадные трубы тщательно промеряют, проверяют резьбовые соединения. На нижнюю трубу навинчивают толстостенный стальной башмак с направляющим насадком. Башмак облегчает спуск колонны труб в скважину и предохраняет нижний конец трубы от смятия в крепких породах. Для уменьшения нагрузки на талевую систему и мачту буровой установки в нижней части обсадной колонны устанавливают обратный клапан (рис. 38). Он препятствует поступлению глинистого раствора из скважины внутрь обсадной колонны. Опускают обсадные трубы в скважину плавно, без перерывов в работе. Одну трубу навинчивают на другую полностью.
Обсадную колонну не доводят до забоя на 0,5...1 м. Затем ее закрепляют под устьем хомутами или элеваторами. На верхний конец колонны навинчивают цементировочную головку. Еще раз промывают скважину. После этого цементируют затрубное пространство.

Колонной асбестоцементных труб крепят скважину так же, как и колонной стальных. Грубы, имеющие резьбу, свинчивают с помощью коротких деревянных воротков с петлями из пенькового каната. При спуске в скважину труб с безрезьбовыми муфтовыми соединениями в нижней их части устанавливают стальной несущий башмак с муфтой, у которой выполнена внутренняя левая резьба. Внутрь обсадной колонны вставляют бурильные трубы и соединяют их с муфтой. По достижении обсадной колонной требуемой глубины бурильные трубы вывинчивают, поворачивая вправо, из несущего башмака и поднимают на поверхность. Верхнюю часть колонны для предохранения от разрушения заканчивают металлической трубой длиной 2...3 м и внутренним диаметром, равным диаметру асбестоцементных труб. Затрубное пространство цементируют на всю длину колонны до устья.
Особенности бурения бесфильтровых скважин. Глубину залегания и мощность пород кровли, перекрывающей намеченные к эксплуатации водоносные горизонты, как правило, определяют при отборе керна и каротаже. Слаботрещиноватые скальные и полускальные породы можно не закреплять обсадной колонной труб. Достаточно заглубить в них на 2...3 м лишь ее башмак. Слой трещиноватых скальных пород весь перекрывают трубами. Заглубление труб в водоносный горизонт допускается не более чем на 0,5 м, чтобы не создавать глубокой воронки. Затрубное пространство цементируют тампонажным цементом, чтобы по нему в воронку вместе с водой не попадал обломочный материал из верхних слоев.

Затем с целью разрыхления и создания некоторой емкости водоносный горизонт бурят на глубину 3...6 м и буровым насосом или эрлифтом разрабатывают водоприемную полость (рис. 39). Одновременная работа насоса и эрлифта в начальный период разработки полости предотвращает образование песчаных пробок в стволе. Когда фильтрующая поверхность полости мала, значительно понижать уровень воды нельзя, иначе выходные скорости фильтрации могут увлечь в ствол скважины пульпу с большой концентрацией песка, которая закупорит трубы. В крупных песках выходную скорость фильтрации можно допустить более высокую, чем в мелких. Это позволит уменьшить водоприемную площадь и объем полости.
Если скважину крепят обсадными трубами малого диаметра, их можно использовать в качестве водоподъемных (рис, 40). При креплении стенок скважины трубами диаметром более 168 мм воду рекомендуется откачивать по дополнительной водоподъемной колонне (рис, 41).

Для ускорения разработки воронки водоподъемные трубы следует опускать по мере ее углубления почти до поверхности песка. Если в качестве водоподъемной служит обсадная колонна, то эта операция исключается.
Воду из скважины откачивают до тех пор, пока она не будет светлой и содержание песка в ней не уменьшится до нормы для погружных насосов (0,01% массы). Объем откачиваемой воды должен примерно в 1,5...2 раза превышать эксплуатационный дебит скважины. Это снизит вероятность ее пескования и позволит сформировать устойчивые откосы водоприемной полости.
Время, за которое сформируется водоприемная полость, определяют в зависимости от планируемого дебита скважины и способа разработки полости.
Соблюдение правил устройства бесфильтровых скважин с учетом естественных факторов обеспечивает их высокую производительность и длительный срок службы.

title-icon Подобные новости