2.4. Выбор буровых вышек или мачт

Основными параметрами вышки (мачты), по которым определяют пригод­ность для данных условий бурения, являются высота и грузоподъемность. Необ­ходимо учитывать также угол наклона скважины. Для скважин с углом наклона 85° и более могут быть применены вертикальные вышки или мачты.

Выбор типа вышки или мачты обычно проводят путем определения ее вы­соты, учитывая при этом угол наклона скважины

Высота вышки Н определяется в зависимости от длины свечи по следующей формуле:

H = kL, (1)

где L - длина свечи, м;

к - коэффициент, учитывающий высоту переподъема, а также высоту подъ­емных механизмов (элеваторов, труборазворотов, талевых блоков и др.). Обычно принимают к =1,3 - 1,5. С увеличением высоты вышки и скоростей подъема к тоже увеличивается.

Длина бурильной свечи для различных буровых установок приведена в табл.4.

Выбрав буровую вышку или мачту необходимо привести их краткую техниче­скую характеристику. В дальнейшем следует определить фактическую нагрузку на кронблочную раму и тем самым проверить по грузоподъемности правильность произведенного выбора.

3. Выбор технологического и вспомогательного инструмента 3.1. Технологический буровой инструмент

Технологический буровой инструмент при колонковом бурении состоит из колонкового набора (буровой коронки, кернорвательного кольца, колонковой трубы, трубного переходника, шламовой трубы) и бурильной колонны (буриль­ных труб и их соединений).

Для каждого диаметра скважины проектного разреза составляется опреде­ленный колонковый набор Для каждого размера колонковой трубы стандартами предусмотрено взаимно унифицированное сочетание элементов колонкового на­бора.

Вспомогательный инструмент служит, главным образом, для выполнения спускоподъемных операций бурильных, обсадных.и колонковых труб, их свинчи­вания - развинчивания и замены изношенных труб.

Вспомогательный инструмент представлен полуавтоматическим элеватором с пробкой (грибком), элеватором, шарнирным ключом для бурильных труб, шар­нирным хомутом, подкладной и ведущей вилками, ключом короночным и шар­нирными ключами для колонковых и обсадных труб.

На рис.2 представлены технологический и вспомогательный буровой инст­румент.

Колонковый набор - это часть бурового снаряда, предназначенная для раз­рушения горной породы, приема и сохранения керна. В зависимости от вида по-родоразрушающего инструмента различают колонковые наборы для твердосплав­ного и алмазного бурения. Колонковый набор любого типа включает в себя ко­ронку, колонковую трубу и переходник.

При твердосплавном бурении в мягких породах на переходник накручива­ется шламовая труба. При алмазном бурении устанавливается один или два ал­мазных расширителя.

Для увеличения величины углубки за рейс в монолитных породах в состав колонковых наборов включаются по две и более колонковых трубыроединяемых ниппелями.

На рис.3 показаны колонковые наборы для твердосплавного и алмазного бурения.

Рис. 2. Технологический и вспомогательный буровой инструмент: 1 - буровая коронка; 2 - колонковая труба; 3 - трубный переходник; 4 -шламовая труба; 5 - бурильные трубы; 6, 7, - ниппели для соединения бурильных труб (6 - ниппель типа Б; 7 - ниппель типа А); 8 - переходник для соединения бурового сальника с бурильной колонной; 9 - буровой сальник; 10 - полуавтома­тический элеватор; 11 - пробка; 12 - элеватор; 13 - шарнирный ключ для буриль­ных труб; 14 - шарнирный хомут; 15 - вилка подкладная; 16 - вилка ведущая; 17

• клещи короночные; 18 - шарнирный ключ для колонковых и обсадных труб; 19

• шланг нагнетательный; 20 - хомутики для крепления шланга к сальнику; 21 - шарик; 22 -корпус кернователя; 23 - кернорвательное кольцо

Рис. 3. Колонковые наборы:

а - твердосплавного бурения : 1 -твердосплавная коронка; 2 -- корпус кер­нователя; 3 -рвательное кольцо; 4 - колонковая труба; 5 - переходник; 6 - замко­вый ниппель; 7-£урильная труба; б - алмазного бурения: 1 - алмазная коронка, 2 -корпус кернователя; 3 - рвательное кольцо; 4 - алмазный расширитель; 5 - ко­лонковая труба; 6 - переходник; 7 - ниппель; 8 - бурильная труба

if.

17

типп

Тип I

3.1.1. Выбор твердосплавных коронок

93

Рис. 4. Ребристая коронка М5

Ребристые коронки предназначены для бурения мягких горных пород, от­лагающихся неустойчивостью и склонностью к выщелачиванию, I—IV категории по буримости. В соответствии с отмеченными свойствами горных пород коронки имеют рёбра, обеспечивающие большие зазоры (рис: 4).

Рис. 5. Резцовые твердосплавные коронки: а - СМ4; б - СМ5; в - СМ6; г - СТ2; 1 - корпус; 2 и 4 - резцы; 3 - вкладыш

Рис. 6. Самозатачивающиеся твердосплавные коронки: а - СА1: 1 - опорная пластина, 2 - подрезной резец, 3 - корпус; б - вставка коронки СА1: 1 - тонкая пластина (основной резец), 2 - оберточная пластина, 3 -подрезной резец, 4 - опорная стальная пластина; в - СА5: I - вставка типа I, II -вставка типа II; г - СА4: 1 - корпус, 2 - основной резец, 3 - подрезной резец; д -вставка типа I коронки СА5 (СА6); е - вставка типа II коронки СА5 (СА6): 1 -опорная пластина, 2 - оберточная пластина, 3 - установочная пластина, 4 - под­резной резец, 5 - основной резец

Резцовые и самозатачивающиеся коронки типов СМ, СТ, СА предназначе­ны для бурения горных пород V-IX категории по буримости и показаны на рис. 5 и рис 6.

Условия применения этих коронок, их размеры, число резцов и параметры режимов бурения приведены в табл. 6.

Таблица 6

	■ Катего-			Диаметр,		Число ■		Осевая	Окруж-
Ко­ронка	рия пород по буримо­сти	Характе­ристика пород	Типичные представи­тели пород	мм		резцов		нагруз­ка на 1 основ­ной резец, Н	ная ско­рость корон­ки, м/с
				Наружный	Внутренний	Основных	Подрезных
Ml	I III	Мягкие	Суглинки,	151	112	8	-
		одно-	глины,	132	92	8	-	500-600	1,0-
		родные	торф, мел	112	73	8	-		1,5
				93	57	8	-
М2	II-IV	Мягкие с	Глины,	151	113	14	-
		твердыми	слабо сце-
		прослой-	ментиро-	132	93	14	-	600-800	1,0-
		ками	ванные						1,5
			песчаники,	112	74	12	-
			глинистые
			алевроли-	93	58	12	-
			ты, мерге-
			ли, не-
			плотные
			известняки
М5	11 - IV	Мягкие	"лины, сла-	151	107	24	6
		одно-	5о сцемен-					300-600	1,0-1,5
		родные	тированные	132	88	24	6
			песчаники,
			ангидриты,	112	68	16	4
			глинистые
			гланцы	93	53	16	4
СМЗ	IV-VI	Мало-	Аргиллиты,	151	133	12	9
		абра-	алевролиты,	132	114	12	9	600-	1,0-
		зивные	глинистые	112	94	8	6	1000	1,6
		моно-	сланцы,	93	75	8	6
		литные	доломиты,	76	59	6	3
			гипсы, из-	59	44	6	3
			вестняки	46	31	6	-

							Продолжение табл. 6
СМ4	V - VI,	Иалоаб-	Алевролиты,	15. !	132	12	4
	частично	эазивные	аргиллиты,	132 !	ИЗ	12	4	500-800	0,8-
	VII	монолит-	глинистые и	112	93	9	3		1,5
		ные и	песчанистые	93	74	9
		переме-	сланцы,	76	58	9	3
		жающиеся	известняки,
		по твер-	базальты,
		дости	дуниты
СМ5	VI-VII	Малоаб-	Доломиты,	151	132	24	8
		эазивные	известняки,	132	114	24	8	500-700	1,0-1,6
		монолит-	серпентини-	112	94	18	6
		ные и	ты, перидо-	93	75	18	6
		трещино-	титы	76	59	12	4
		ватые		59	44	12	4
				46	31	12	2
СТ2	IV-VI	У1алоаб-	Известняки,	151	133	12	6
		зазивные	частично	132	114	12	6	500-800	0,6-1,2
		трещи-	окремнен-	112	94	10	5
		новатые,	ные доломи-	93	75	8	4
		переме-	ты, сланцы с	76	59	6	3
		жаю-	твердыми	59	44	6	3
		щиеся	включения-	46	31	6	3
			ми
СА1	VI-VIII	Абразив-	Песчани-	132	113	20	20
		ные мо-	ки, грубые	112	93	16	16	500-800	0,8-1,5
		нолитные,	алевроли-	93	75	16	16
		плотные,	ты, габбро,	76	59	12	12
		гонко- и	порфири-	59	44	8	8
		мелкозер-	ты, песча-	46	31	8	8
		нистые	ные слан-	36	21	6	6
			цы
СА5	VI-VIII	Абра-	Песчаники,	76	59	20	12
		зивные	алевролиты,					500-600	0,6-1,5
		моно-	диориты,	59	44	15	9
		литные	габбро, пор-
		и пере-	фириты,	36	21	10	6
		межаю-	экварцован-
		щиеся	ные извест-
			няки

20

21

I		^и
						^1 ',

3 нормальная матрица 20 - 25 HRC,

4. - твёрдая матрица 30 - 35 HRC,

5. - очень твёрдая матрица 50 - 55 HRC,

А-А

Профиль зуба

/75 ^е

Продолжение табл 6

СА6	V1-V1I1	Абра-	Песчани-	132	114	36	12
	частично	зивные	ки, алев-					400-500	0,6-1,5
	IX	моно-	ролиты,	112	94	30	10
		литные	диориты,
		и пере-	габбро,	93	75	30	10
		межаю-	порфири-
		щиеся	ты, оквар-
			цованные
			известняки
СА4	VI-IX	Абра-	Пироксени-	112	94	20	5
		зивные	гы, базаль-	93	75	20	5	500-600	0,6-1,5
		моно-	ты, габбро,	76	59	16	4
		литные	гкарны	59	44	12	3
		и тре-		46	31	12	3
		щинова-
		тые	_J

3.1.2. Выбор алмазных коронок

Алмазные коронки применяются в породах VI -XII категорий по буримо-

сти.

В настоящее время в зависимости от расположения объемных алмазов вы­пускают следующие коронки:

• однослойные - с расположением объемных алмазов в один слой;

• импрегнированные - объемные алмазы расположены без определенного порядка по всему рабочему объему матрицы,

• зубчатые - режущая кромка зуба армируется по поверхности крупными полированными алмазами, кроме того, вершина каждого зуба армирована по все­ му объему импрегнированными алмазами с зернистостью 120 - 200 шт/кар.

Конструкция алмазных коронок показана на рис.7. Каждая коронка на кор­пусе имеет индекс.

Индекс коронки состоит из трех частей.

I часть обозначает тип коронки. Первые две цифры от 01 до 99 показывают порядковый номер конструкции коронки. Конструкция определяется формой тор­ца и промывочной системой коронки. После первых цифр стоит буква, показы­вающая расположение объемных алмазов в коронке:

А - однослойные;

И - по всему рабочему объему матрицы (импрегнированные коронки).

После буквы, показывающей расположение объемных алмазов, стоит циф­ра, которая указывает твердость матрицы:

Рис. 7. Алмазные коронки:

а - однослойные; б - импрегнированные: 1 - объемные алмазы; 2 - подрез­ные алмазы; 3 - матрица; 4 - корпус; 5 - промывочный канал; в - зубчатые: 1 -корпус; 2 - матрица; 3 - подрезные алмазы; 4 - объемные мелкие алмазы; 5 - объ­емные крупные алмазы

II часть индекса характеризует качество и зернистость алмазов в коронке Буквой индекса указывается сорт объёмных алмазов, затем цифрой - минималь­ ное число алмазных зёрен данной фракции, буквой - сорт подрезных алмазов и цифрой - их зернистость.

III часть индекса составляет заводской номер коронки, товарный знак заво­ да-изготовителя; цифры 1, 2, 3, 4 указывают квартал изготовления коронки.

Пример обозначения стандартной коронки: 01 A3 Д60К40 № 71083 АИ 3 -конструкция коронки 01, однослойная с нормальной матрицей. Объёмные алмазы - дробленные зернистостью 60-90 шт кар, подрезные алмазы - овализированные

зернистостью 40 - 60 шт/кар. Заводской номер 71083, изготовлен на Кабардино-Балкарском заводе алмазного института (КБЗАИ) в третьем квартале

Пример обозначения специализированной коронки: КДТ - 4А (И) - коронка двойной трубы, четвёртого типа, однослойная, импрегнированная.

Крупность алмазов.

Величина алмазов в коронке определяет производительность бурения и ра­ботоспособность коронки. В бурении величину алмазов - зернистость - принято оценивать в штуках, приходящихся на один карат.

В породах средней твёрдости (IV - VII категорий по буримоети) наилучшие результаты показывают зубчатые коронки (рис. % в), армированные алмазами зернистостью от 2 - 5 до 10 - 20 шт/кар; в твёрдых породах (VII - IX категорий по буримоети) целесообразно использовать однослойные коронки (рис. 7, а), арми­рованные алмазами зернистостью от 20 - 30 до 60 - 90 шт/кар; в очень твёрдых породах (X - XII категорий по буримоети) - импрегнированные коронки (рис. 7, б) с алмазами зернистостью от 120 до 400 шт/кар. Импрегнированные коронки относятся к самозатачивающемуся породоразрушающему инструменту, так как при изнашивании одного слоя алмазов в работу вступают алмазы следующего слоя.

Износостойкость матрицы коронки.

Матрица служит для закрепления в ней алмазов, отвода тепла, возникающе­го в процессе бурения, а также для обеспечения своевременного обнажения ре­жущих элементов (алмазов) при бурении. В процессе бурения частицы шлама разбуриваемой породы истирают материал матрицы, в результате чего алмазы об­нажаются.

В твердых абразивных породах частицы шлама интенсивно истирают мате­риал матрицы и излишне обнажают алмазы, что может привести к растрескива­нию, скалыванию и выпадению алмазов из матрицы. В малоабразивных породах частицы шлама почти не истирают материал твердой матрицы и не обнажают ал­мазы. При недостаточном обнажении алмазы не внедряются в породу и не разру­шают ее.

Необходимая степень обнажения алмазов достигается применением матриц различной твердости. Для бурения в твердых монолитных породах малой абра-зивности используют матрицы 3 (с нормальной твердостью); для бурения в плот­ных монолитных, а также трещиноватых породах средней абразивности и абра­зивных - твердые матрицы 4; для бурения в весьма абразивных горных породах, разрушенных и трещиноватых - очень твердые матрицы 5.

В табл. 7 приведены типы алмазных коронок для пород различной катего­рии и степени трещиноватое™ в зависимости от типа колонковой трубы.

Таблица 7

Алмазные коронки и колонковые трубы для бурения горных пород различной буримоети

Группа горных пород потре-щннова-тости	Степень трещи-новато-сти гор­ных пород	Удель­ная кус-кова-тость керна, шт/м	Категория пород по буримоети				Тол-шина матри­цы корон­ки, мм	Рекомен­дуемый тип колонко­вой трубы
			VI-VII	VIII-IX	IX-X	XI-XII
I	Моно­литные и сла-ботре-щино-ватые	0-10	Зуб­чатые 15 A3, 16АЗ	Тонкостенные
				АКС	АКС и ИКС	икс	8,5-10	Одинарная 1
				Стандартные				d
				01АЗ, 01А4, 04 A3, 07АЗ, А4ДП	02ИЗ, 02И4, А4ДП	02ИЗ, 02И4, 03И5, И4ДП	7,5-10	Одинарная илиТДН (В)-1
				Специализированные стандартные
				КУТ, КУТВ, 18 A3	КУТ, КУТИ, 19ИЗГ	КУТИ, 19ИЗГ	7,5-9	Двойная типа УТ
II	Средне-трещи­новатые	11-30		Стандартные
					И4ДП |И4ДП		7,5-10	Одинарная
				Толстостенные
				14 A3	14АЗ		10,5-12	Одинарная
				Специализированные стандартные
				10 A3	10АЗ, НИЗ	НИЗ	9,0-12	Двойная ТДН (В)- 2
III	Силь-нотре-щино-ватые	>30		Специализированные толстостенные
				КТД-4А	КТД-4А, КТД-4И	ктд- 4И	12,5-15	Двойная ТДН-4
				КТДО	КТДО		10-15	Двойная типа ТДНО
				ДЭА	ДЭА, ДЭИ	ДЭИ	14,5-17	Двойная эжекторная

3.2, Колонковые, обсадные, шламовые трубы н их соединения

Колонковые, обсадные и шламовые трубы имеют один нормальный ряд размеров, однако имеют разное назначение. Колонковые трубы служат для прие­ма и сохранения керна. Обсадные трубы применяются для закрепления неустой­чивых участков скважины. Шламовые трубы устанавливаются на трехстороннем переходнике над колонковой трубой и служат для сбора крупных частиц шлама в мягких породах.

Таблица 8

Наружный диаметр
трубы, мм:
колонковой	33,5	44	57	73	89	108	127	146
шламовой	-	-	-	73	89	108	127	146
обсадной	33,5	44	57	73	|89_	108	127	146
Наружный диаметр	36	46	59	76	93	112	132	151
коронки, мм

В табл. 8 приведены размеры колонковых, обсадных, шламовых труб и со­ответствующие им размеры коронок.

Колонковые и обсадные трубы поставляются длиной 1,5; 3; 4 и 6 м. Обсад­ные и колонковые трубы соединяются между собой ниппелями, причём трубы имеют с двух сторон внутреннею резьбу, а ниппеля наружную резьбу.

Переходники (рис. 8) предназначены для соединения бурильных труб; l) с колонковыми трубами (типов ПО, Ш и П2);2)с колонковыми и шламовыми труба­ми (типов ПЗ, П4 и П5). Все типы переходников в нижней части имеют наружную резьбу под колонковые трубы. Переходники типа ПО вверху имеют внутреннею резьбу под ниппель бурильных труб. Верхняя часть переходника слегка скошена, без насечки.

Фрезерные переходники типов Ш П2 вверху имеют внутреннюю замковую резьбу. Верхняя конусная часть этих переходников профрезерована и закалена, что позволяет выбуриваться вверх при зашламовании выше колонкового набора и предотвращает возможность задевания на башмак обсадной колонны.

Тройные переходники типов ПЗ, П4 и П5 имеют в верхней части внутрен­нюю резьбу под бурильные трубы и наружную левую резьбу под шламовые тру­бы.

Рис. 8. Переходники: а-П0;б-Ш;в-ГОиП4

Обозначение переходников, например, П1 - 50/89 фрезерный переходник с бурильной трубы диаметром 50 мм на колонковую трубу диаметром 89 мм.

3.3. Бурильные трубы и их соединения

При вращательном бурении скважин малого диаметра выбирается вид со­единения бурильных труб (ниппельные, труба в трубу, муфто-замковое) в зависи­мости от наименьшего основного вида породоразрушающего бурового инстру­мента (алмазное бурение, бурение коронками, армированными твердыми сплава­ми, бескерновое бурение (лопастными, шарошечными долотами и т.д.).

Ниппельное соединение рекомендуется при диаметрах скважин до 76 мм и высокооборотных способах бурения, муфтово-замковое - при проектируемых больших осевых нагрузках и частотах вращения до 400 об/мин, а также при пода­че в скважину большого количества промывочной жидкости.

Примерное соотношение наружного диаметра бурильных труб (d-r) муфто-во-замкового соединения и основного диаметра скважины (Dckb.) принимается равным

d_T / Dckb = 0,6, а при ниппельном соединении

^dT / Dckb = 0,9.

При соединении труба в трубу (снаряды ССК и КССК) это соотношение еще больше.

Рекомендации по выбору бурильных труб в зависимости от основного диа­метра скважины, ее глубины и типа породоразрушающего инструмента приведе­ны в табл. 9.

26

27

А. Трубы ниппельного соединения, <				:тальны<
Наружный диаметр бурильной трубы dH, мм	33,5	42	50	42	54	68
Толщина стенки, 5, мм	4,75	5	5	4,5	4,5	4,5
Диаметр резьбы, dp, мм наружный внутренний	28	33	41,5	33 .	42	57
	24,5	29,5	37,5	30	38	52,5
Масса 1м трубы, т„ Кг/м	3,7	5,15	6,81	4,43	5,9	7,6

Тип бурильных труб

Примечание: С - стальные; Л - легкосплавные; Б -- бурильные; Т - трубы; Н -ниппельного соединения; М - муфтово-замкового соединения; 33,5 * 68 - наруж­ный диаметр трубы, мм; ССК - снаряд со съемным керноприемником.

Параметры бурильных труб различных типов приведены в табл.10.

Таблица 10

Диа­метр скважи­ны, мм

36

46

59

76

93-11

132-15

Глубина