ПРАВИЛЬНЫЙ ВЫБОР ИНСТРУМЕНТА – КЛЮЧ К УСПЕШНОМУ БУРЕНИЮ СКВАЖИНЫ

Правильный выбор инструмента — ключ к успешному бурению скважины. В начале любого проекта необходимо тщательно разработать план его реализации. Разработка плана требует знания местности, состояния грунта и понимания того, какие инструменты будут лучше всего работать в конкретных условиях.

Некоторые виды грунта не сложны для работы. Иногда попадается достаточно специфичская и труднопроходимая пересеченная местность (тяжелый слежавшийся глинозем, галечник, скальные грунты) правильный выбор инструмента может стать границей между удачей и провалом. Чем больше подрядчик знает об условиях работы, тем выше шансы успешно пробурить скважину самым экономичным способом.

Основные типы буровых лопаток, используемых в ГНБ, являются:

1. Традиционные скошенные буровые лопатки.

2. Скошенные лопатки для скальных пород.

3. Головки для твердых скальных пород или головки для забойных двигателей.

Скошенные буровые лопатки

Традиционные скошенные буровые долота, также называемые лопатками, утконосами и модифицированными лопатками, обычно используются в грунтах, состоящих из глины мягкой и средней консистенции, в рыхлых и плотных песках. Эти лопатки могут быть оригинальной «плоской» конструкции, или более популярной сейчас «изогнутой» конструкции, создающей двухплоскостной скошенный торец для более агрессивного руления. Чтобы пробурить прямую скважину, буровой ствол вращается и одновременно толкается. Когда нужно внести поправку в руление с традиционной скошенной буровой лопаткой, ротацию останавливают и ориентируют скошенный торец головки бурового ствола в скважине в соответствии с надобностями. Затем буровая установка толкает весь буровой ствол вперед. Когда наклонный торец буровой головки вталкивается в грунт, весь агрегат искривляется в нужном направлении. После завершения поправки вращение возобновляется до тех пор, пока снова не понадобится новая поправка. Разные традиционные скошенные буровые головки показаны на Рис. 1 и Рис. 2.1.jpg1_2.jpg

Таблица 1. Типы буровых лопаток и руководство по их использованию

Если руление в слабом грунте неудовлетворительное, может быть необходимо сократить приток жидкости и толкать бур без вращения. Однако сокращение притока жидкости может вызвать недостаток циркуляции, которая может привести к застреванию буровой штанги, гидрозатвору и другим серьезным проблемам, таким образом сокращать подачу раствора надо с осторожностью. Если руление все еще остается неудовлетворительным, можно вывести буровой ствол из скважины и заменить изогнутую лопатку на более широкую или длинную. При неглубоком бурении можно использовать экскаватор обратного типа, чтобы разрыть грунт до буровой головки и использовать восходящее или нисходящее давление, чтобы поменять направление головки. Это действие может привести к избыточной нагрузке на буровой ствол и чрезмерному рулению, если оно не произведено осторожно. В плотном грунте поможет сокращение скорости проталкивания при поддерживании притока жидкости, чтобы облегчить прорезание желаемой траектории. Однако обычно руление не представляет собой проблемы в плотном грунте.

Скошенные головки для горных пород

Скошенные головки для горных пород применяются при твердом состоянии грунта и мягкой скальной породе (менее 3500 фунтов на квадратный дюйм при свободном сопротивление сжатию), которые не могут быть легко преодолены одним гидравлическим давлением. Поверхность инструмента обычно содержит одну или более форсунок, которые впрыскивают буровой раствор под давлением. При более твердых состояниях грунта руление осуществляется при помощи такой техники, как: частичное вращение и попускание, покачивание головки по и против часовой стрелки («рыбий хвост»), одновременно производя давление в желаемом направлении для руления, или при помощи более широкой дуги вращений по и против часовой стрелки, «вибрации» с обеих сторон желаемого направления для руления. Примеры этих головок показаны на Рис.3.

1_3.jpg

Головки для твердых скальных пород или головки для забойных двигателей

Головки для твердых пород используются при состояниях грунта от твердой почвы до твердой горной породы с сопротивлением сжатию до 275 Мега Паскалей (2800 кг/кв.см) или выше.

В скальной или твердой породе головку нельзя толкать без вращения. Напротив, используются агрессивные резцы и забойные двигатели. Головки для твердых пород или головки для забойных двигателей классифицируются как трехконусные головки с фрезерованными и вставными карбидвольфрамовыми зубьями, долото режущего типа и поликристаллические алмазные компактные (ПАК) долото режущего типа. При бурении скальной породы нагнетательный забойный двигатель, приводимый в движение подачей бурового насоса, создает крутящий момент и постоянное вращение буровой муфты в конце нагнетательного потока мотора без вращения бурового ствола. Головка толкается и вращается по направлению к буровой муфте. Ориентирующий контроль над забойным двигателем достигается небольшим изгибом (или кривым переводником) в двигателе или буровом кожухе сразу позади режущей головки, которая выполняет ту же самую функцию, как и скос на поверхности скошенной головки. Различные головки для забойных двигателей представлены на Рис.4 (трехконусные головки), Рис.5 (долото режущего типа) и Рис.6 (поликристаллические алмазные компактные долото режущего типа). Последние обычно не используются в индустрии ГНБ ввиду их большой стоимости и большой потенциальной хрупкости из-за ударной нагрузки в булыжнике, булыжном камне и сильно раздробленной породе.

1_4.jpg

1_5.jpg

1_6.jpg

Выбор головки для применения с забойными двигателями неимоверно важен для успеха. Слишком длинная головка неблагоприятно повлияет на отдачу от руления. Слишком маленькая головка не создаст необходимого кольцевого зазора для удаления шлама. Головка должна быть на 2-3,5 см. (от 0,75 до 1,25 дюйма) больше, чем диаметр кожуха забойного двигателя. Головка также должна соответствовать твердости породы, которую предстоит бурить.

Защита от неправильного размера, которой снабжены некоторые трехконусные головки, сокращает преждевременное изнашивание корпуса головки. Шарошечные долото с герметизированной опорой желательны для более долгого срока службы головки.

Забойный гидротурбинный двигатель (турбобур)

С введением более мощных насосов и установок ГНБ с большей производительностью подачи бурового раствора, турбобур часто выбирается в качестве инструмента для направленного бурения в горной породе. Объемы бурового раствора, необходимые для турбобура, гораздо больше, чем для перемешивания и выноса пульпы, однако, большая часть жидкости может быть переработана и использована снова. Турбобуры классифицируются по внешнему диаметру их кожухов и конфигурации их двигательных отсеков, но важными факторами для использования технологии ГНБ являются выходное вращение и требования к объему бурового раствора. Длина также важна, т.к. оборудование слежения размещено на буровом стволе, на расстоянии 8 метров позади буровой головки, и может быть сложно контролировать бурение с желаемой точностью.

Важные эксплуатационные параметры, такие, как расстояние от головки до руля, угол изгиба, объем раствора, давление выше забоя скважины, давление в забое, рабочее давление (около 7 атмосфер — меньше, чем давление в забое) и разность давлений (рабочее давление минус давление выше забоя скважины) также важны для максимальной точности слежения, скорости проникновения и срока службы инструментов. Нужно консультироваться у производителей, чтобы получить информацию по этим параметрам. Отчет об эксплуатационных испытаниях должен прилагаться к каждому турбобуру при поставке его от производителя, а таблицы параметров вращательного момента, расхода жидкости, степени набора также должны быть запрошены, чтобы определить оптимальные рабочие параметры турбобура. Важно знать нормы функционального расхода жидкости и давления при бурении с любыми инструментами, но это жизненно важно при работе с турбобурами.

Управляющий контроль при работе с турбобурами достигается путем использования максимального изгиба в 3 градуса (обычно меньше, чем 2 градуса) на 1,5 метра позади головки, что выполняет ту же самую функцию, что и скос на поверхности скошенных головок. Руление более агрессивное при более короткой дистанции от головки до изгиба и большем угле изгиба. Так же, как и при технике бурения со скосом, изгиб направлен по желаемой траектории, и весь агрегат толкается, чтобы добиться поправок при рулении, в то время как вращается только головка. Буровой ствол и головка вращаются и толкаются для прямого бурения. Есть одно существенное различие в бурении с помощью турбобура, буровой ствол должен вращаться медленнее, чем 50 оборотов в минуту (обычно примерно 30 оборотов в минуту), т.к. агрегат вибрирует в скважине во время вращения и может быть серьезно поврежден или изношен до срока, если его вращают со слишком большой скоростью. К тому же, вращение после руления должно начинаться медленно и осторожно. Это позволит оператору оценить любые ограничения, которые могут предотвратить свободное вращение коленчатого агрегата в скважине и таким образом предотвратить дорогостоящее повреждение турбобура и связанную с этим задержку.

Чтобы успешно бурить очень твердую горную породу, минимальными подходящими параметрами являются:

• установка с усилием подачи в 22 тонны;

• буровая штанга диаметром 2-7/8 дюймов (73 мм);

• пилотная скважина диаметром 4-3/4 дюймов (120мм), с использованием трехконусных шарошечных долото;

• турбобур диаметром 3-3/8 дюймов (85 мм);

• насос производительностью 500 литров в минуту.

Скорость проникновения будет медленной и затраты будут большими, если предел прочности при сжатии превышает 275 МПа. Можно бурить твердую породу, если она обследована и должным образом протестирована, позволяя выбрать правильный инструмент до начала монтажа. Горная порода может стать препятствием, если она не обследована и инструмент был выбран для обычного грунта, или если ожидалась горная порода, а на самом деле она оказалась гораздо тверже, чем предполагалось. В этих случаях головка может быть заменена другой, способной бурить более твердую породу. Могут также потребоваться турбобуры и насосы большей мощности. Эти модификации могут вызвать значительные затраты времени и денег.

Бурение по технологии «штанга в штанге»

Специальная буровая установка с главным двойным приводом для бурового ствола снабжает механической энергией управляемый скважинный вращающийся буровой снаряд. Скважинный снаряд очень похож на снаряд турбобура, но без его секции с гидравлическим приводом. Вращающаяся головка (обычно трехшарошечное долото) постоянно вращается внутренней частью бурового ствола. Внешняя часть бурового ствола используется для контроля над рулением, ориентируя кожух изгиба (а также опору для вращающейся головки и гнездо для зонда-излучателя локационной системы) в правильном направлении. Прямое бурение реализуется так же, как и с турбобуром, при медленном вращении внешней штанги. Передатчик слежения размещен сразу позади буровой головки, предоставляя более оперативные данные о результатах руления, чем это возможно при использо- вании большинства турбобуров. Наличие внутреннего мотора, однако, делает невозможным использование проводной локации.

Недостатки буровых насосов и скважинных забойных двигателей не относятся к этой системе с механическим приводом. Буровой головке может быть передано большее вращение, чем при использовании забойных двигателей сходного размера. Насосом нагнетается только нужное количество бурового раствора, чтобы вынести пульпу из скважины. Таким образом, требования к раствору значительно ниже и очистная система может быть гораздо меньше, и возможно ее замещение на вакуумную систему. Самоходные системы эффективны для бурения коротких скважин в мягкой и полутвердой породе, если ограниченная рабочая поверхность препятствует использованию большой установки и насоса, необходимых для управления забойным двигателем. Буровые комплексы, работающие по технологии «штанга в штанге» не такие результативные, как турбобур, при бурении длинных скважин с большим диаметром в твердой скальной породе.

Ударно-поворотный скважинный буровой снаряд

В последние годы появились в продаже ударно-поворотные скважинные буровые системы. Большинство из них — компрессионные аэродинамические системы, адаптированные на основе технологии вертикальных скважинных бурильных молотков. Небольшие изменения в обычной буровой установки адаптируют ее к воздушному компрессору вместо того, который нагнетает буровой раствор. Однако эта модификация требует наличия установки с потоком бурового раствора нужного объема и замков бурового ствола с внутренним диаметром подходящего размера в качестве отправных точек. В ином случае ограничения протока для воздуха, сжатого под большим давлением, вызовут потери давления, которые понизят скорость проникновения. Требования к усилию подачи низкие, так как вибрация и вращение разламывают породу. Излишняя подача может даже снизить скорость проникновения, а увеличенная трансмиссия ударов — повредить буровой ствол. Руление ударно-поворотными скважинными буровыми системами должно совершаться с использованием эксцентриковой буровой головки с плоским торцом со вставными карбид-вольфрамовыми зубьями.

Когда твердость породы возрастает, скорость проникновения при ударно-поворотном бурении превосходит скорость при бурении вращением. Таким образом, эти системы могут иметь преимущество над турбобурами в твердых породах. Однако они не подходят для бурения в широком спектре геологических формаций. Шлам извлекается из скважины с помощью потока воздуха большой скорости (до 1800 м в минуту). Шлам и пыль должны удерживаться и контролироваться на поверхности. Воздух под высоким давлением может выветривать пробуренную скважину или выдуть трещину или расщелину и разорвать грунт до поверхности в непрочных формациях. Небольшие объемы потока воды (5-10 литров в минуту) или воды, смешанной с буровой пеной, обычно должны впрыскиваться вместе с воздухом, чтобы охлаждать передатчик. Эта жидкость также помогает при очистке скважины от шлама (которого может быть значительно больше, чем при бурении вращением) и сдерживает мелкую пыль в отвале, который возвращается к входному отверстию.

Римеры-расширители

Расширители используются для значительного увеличения скважины, чтобы облегчить проклад
ку коммуникационного средства. Расширитель должен быть способен уплотнять исходный грунт или измельчать его до податливого шлама, смешивая этот шлам с буровым раствором, и готовить скважину для укладки. Расширители обычно делятся на бочкообразные или уплотняющие, смесительные и универсальные. В каждой категории существуют несколько типов расширителей. Правильный выбор базируется на состоянии грунта, размере скважины и мощности насоса. Инструкции по применению представлены в таблице 2.

Рекомендуется выбирать расширитель в 1,5 раза или на 300 мм. (12 дюймов) больше, чем диаметр коммуникационной трубы, чтобы создать кольцевой зазор для возврата бурового раствора и шлама, чтобы сократить трение при вытягивании и предусмотреть радиус изгиба для трубы. Можно посоветовать использовать диаметр расширения меньше 1,5 диаметров коммуникационного средства в обрушивающихся грунтовых формациях. Однако может понадобиться увеличить диаметр расширения на величину до 25%, если ожидается существенное набухание грунта. Рекомендуемые соотношения для диаметра расширения представлены в таблице 2. Разные расширители показаны на рисунках: рис.7, рис.8, рис.9.

1_7.jpg

1_8.jpg

1_9.jpg

Чем больше скважина, тем более важно смешивать шлам с буровым раствором в пульпу до и во время прокладки коммуникационного средства. Это дает гарантию того, что оставшийся в скважине шлам не ограничит вытеснение пульпы трубой коммуникации. Пульпа должна быть вытеснена из скважины в количествах, эквивалентных внешнему объему коммуникационной трубы. Если нет, то в скважине может создаться давление, которое застопорит операцию затягивания или вызовет поднятие поверхности.

Если происходит застревание или перекручивание расширителя, нужно использовать режущие расширители.

Режущие расширители, которые используют шарошки Рис.10, преимущественно используются для расширения или предрасширения скважины в горной породе, они выпускаются различного размера и конфигурации. Большинство режущих расширителей имеют превосходные проходные характеристики, режущую способность и низкий вращательный момент благодаря шарошкам. Выбор резцов зависит от встреченной формации, как показано в таблице 3.

1_10.jpg

Ударно-поворотные расширители являются другим средством для увеличения диаметра скважины в твердой породе. Эти системы используют специальные головки с вкраплениями карбида на по- верхности, оснащенные скважинным пневматическим молотком. Некоторые из них сконфигурированы для стандартного расширения при затягивании, когда (а) воздух подается через буровой ствол и расширяющую головку на молоток с обратной циркуляцией, или (б) воздух подается через протянутый шланг от точки выхода до обычного скважинного молотка, двигающего расширительную головку. Другая техника, подходящая для расширения скважины в прочной (смежной) горной породе, — это стандартный скважинный молоток с управляемой расширительной головкой. «Управляемый нос» головки ведет систему по пилотной скважине, в то время, как она расширяет скважину по ходу движения. Таким образом, буровой ствол должен выводиться из пилотной скважины, чтобы установить молоток и управляющую расширительную головку для расширения по ходу движения вперед. Риск выхода пилотируемого носа из существующей скважины сокращается при записывании типов горной породы, которые были встречены по всей длине скважины во время пилотного бурения, чтобы не использовать эту технику расширения в неблагоприятных условиях.

Советы по приобретению инструментальной оснастки

Решая вопрос приобретения инструментальной оснастки необходимо учитывать несколько факторов:

Первый и главный — это надежность. Очень важно иметь инструмент, на который можно положиться. Замена сломанного инструмента — дело дорогостоящее. К стоимости ремонта или замены инструмента добавляется очевид- ная стоимость остановки и простоя буровой установки. А если инструмент ломается в таком месте, из которого его невозможно извлечь — это очень большая проблема, не говоря уже о невозможности возобновить бурение в этом месте.

Ресурс инструмента зависит от качества исходных материалов и технологии его изготовления Огромное значение имеют различия в процессах изготовления. Качество твердого сплава также может быть различным, как и качество исходных материалов, использующихся для изготовления других компонентов оснастки, таких как режущие зубья и др.

Инструмент прочен настолько, насколько прочен материал, из которого этот инструмент изготовлен и насколько надежен процесс его изготовления.

Еще один важный фактор — конструкция. В общем случае, чем лучше отливка, тем прочнее инструмент, и чем лучше он спроектирован, тем дольше он служит.

Основной вклад в износ вносит трение, поэтому решающим фактором является точность позиционирования режущих зубьев. Даже мельчайшая неточность в позиционировании может стать причиной неэффективности резания и повышенного износа инструмента, тогда как точное расположение зубьев существенно увеличивает его ресурс.

Послесловие

Выбор соответствующих инструментов и предварительное планирование способствуют минимизации ошибок. Перед покупкой любых инструментов необходимо выполнить комплексный анализ эффективности затрат, с тем, чтобы не покупать инструменты сверх необходимости или, инструменты непригодные для выполнения работы.

Использованы материалы:
Практическое руководство по ГНБ разрабоки (Consortium, США;
МАС ГНБ, Россия)
www.borestore.com
www.hdd-bohrzubehoer.de
www2.vermeer.com

Print This Page Print This Page

Обучение

copr.jpg

Новый выпуск

NO-DIG обозрение

obl2014_1.jpg

Архив новостей

АСБТ в:


Одесский завод строительно-отделочных машин

Fatal error: Call to undefined function feed_subscribers() in /home/novtec12/no-dig.odessa.ua/www/wp-content/themes/fervens-a/ferevens-a/sidebar-2.php on line 72