1.3.1. Ударное бурение
Из всех разновидностей ударного бурения ударно-канатное получило большее развитие. При таком способе с помощью специального устройства долото поднимается и резко опускается на забой с постоянным проворачиванием после каждого удара, производя разрушение горных пород на забое в виде цилиндрического ствола. Буровой снаряд кроме долота, ударной штанги, каната и канатного замка включает раздвижную штангу, служащую для предохранения поломки штанг (при штанговом бурении) и облегчения выбивания заклиненного долота при бурении в трещиноватых и вязких породах, и расширитель, который обеспечивает увеличение диаметра скважины больше наружного диаметра уже спущенной обсадной колонны.
Рис.2. Схема ударно-канатного бурения
1 - долото, 2 – ударная штанга, 3 – раздвижная штанга, 4 – канатный замок, 5 –канат, 6 – блок, 7 – амортизатор, 8 – оттяжной ролик, 9 – балансирная рама, 10 – направляющий ролик, 11 – барабан, 12 – тормоз, 13 – желонка, 14 – кривошип, 15 – шатун, 16 – желоночный барабан, 17 – канат, 18 – мачта.
Процесс бурения тем эффективнее, чем качественней очистка забоя скважины от выбуренной породы. Для удержания шлама во взвешенном состоянии на забой подается вода. Очистка забоя от шлама производится с помощью цилиндрического сосуда который называют желонкой. Желонка представляет собой поршневую пару с обратным клапаном в нижней части. Поршень на забое спускается вниз на дно желонки под собственным весом. При подъеме желонки поршень начинает двигаться вверх. В это время клапан на поршне закрывается, а на дне желонки открывается, и шлам заполняет корпус желонки, перемещаясь вслед за поршнем, который, достигая верхней точки в корпусе желонки, начинает перемещаться со своим корпусом, заполненным шламом, на дневную поверхность. Нижний клапан при подъеме закрывается под собственным весом и весом шлама.
Частота ударов при таком способе бурения лежит в пределах от 10-20 до 100-150 ударов в минуту. Скорость проходки при ударном способе невелика, в пределах нескольких метров. Энергоемкость такого бурения не велика, способ дает хорошее качество вскрытия продуктивных пластов.
1.3.2. Вращательное бурение
При таком способе бурения горные породы на забое разрушаются вращающимся долотом, на которое подается осевая нагрузка и крутящий момент. По бурильным трубам на забой с помощью насосов подается буровой раствор, одной из функций которого является вынос шлама на дневную поверхность.
Крутящий момент на долото передается вращением бурильной колонны с помощью ротора (роторный способ) или от забойного двигателя (турбобур, винтовой бур, электробур), который устанавливается непосредственно над долотом.
Осевая нагрузка на долото создается весом нижней части бурильной колонны. Это УБТ и забойный двигатель. Нагрузка на долото зависит от проходимых пород, диаметра и конструкции долота (например, долото 215,9 мм - нагрузка в пределах 150-250 кН).
Частота вращения долота при роторном способе лежит в пределах 20-200 об/мин., при бурении винтовым двигателем 150-250 об/мин., при турбинном и электробурении без редуцирования от 250 до 800 об/мин., а с редуктором 200-300 об/мин.
При общей установленной мощности буровых установок более 2000 кВт для бурения на глубину до 5000 м на долото передается от 200 до 500 кВт. Проходка при таком способе бурения достигает 100 м/ч и более при бурении в мягких, средних породах (в условиях постоянной промывки).
Закачиваемый для очистки забоя скважины буровой раствор в процессе бурения постоянно циркулирует. Циркуляционная система включает в себя буровой насос, нагнетательную линию (манифольд), вертлюг, бурильную колонну, забойный двигатель, долото, а также элементы скважины - забой, кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины, устье скважины, желоба и другие очистные устройства от шлама и газа (вибросита, гидроциклоны, сепараторы); приемные емкости для очищенного раствора (отстойники), подпорный насос, всасывающую линию буровых насосов.
В качестве бурового раствора используется вода, естественные растворы, образуемые из шлама и закачиваемой с поверхности воды и пластовых вод, глинистый раствор, нефтеэмульсионный раствор, раствор на нефтяной основе, вода, смешанная с воздухом (аэрированная), воздух, природные газы и их смеси с отработанными газами ДВС, утяжеленные растворы (до 2400 кг/м3) и др.
Подача буровых насосов составляет порядка 20-30 л/с для долота диаметром 215,9 мм, давление на выкиде насосов 5-20 МПа, а установленная мощность на приводе 600-1180 кВт.
Буровой раствор кроме очистки забоя от выбуренной породы охлаждает долото, способствует более эффективному разрушению горной породы, создает противодавление на стенки скважины вследствие физико-химического взаимодействия с горной породой и пластовыми флюидами.
В процессе бурения происходит смена долота. Для этого поднимают бурильные трубы (колонну), отвинчивают сработанное долото, меняют его на новое и вновь спускают бурильную колонну в скважину до забоя.
Спуск и подъем бурильной колонны и спуск обсадных колонн производится с помощью специального оборудования, предназначенного для выполнения этих операций. Это: буровая вышка, талевая система, лебедка, подъемный крюк.
При спуско-подъемных операциях (СПО) используются различные приспособления для свинчивания и развинчивания труб и других элементов бурильной колонны, для удержания колонны на весу в процессе СПО, для захвата труб и подачи их к устью, где установлен ротор или от устья для установки их на подсвечник (стол с наклоном 1-30).