- •И. Р. Захария м. А. Бабец
- •Основы разведочного бурения
- •Курс лекций
- •Предисловие
- •Введение
- •История развития и области применения бурения скважин
- •Классификация буровых скважин по целевому назначению
- •Группа а: скважины, бурящиеся с целью изучения недр, поисков, разведки и добычи полезных ископаемых
- •Группа б: скважины, бурящиеся с инженерно-геологическими, инженерными и горнотехническими целями
- •Распределение буровых скважин в подгруппах
- •Стадии геологоразведочных работ
- •Горные породы и их разрушение при бурении
- •Способы разрушения горных пород
- •Основные свойства горных пород
- •Классификации горных пород по буримости и физико-механическим свойствам
- •Основные закономерности разрушения горных пород
- •Способы бурения. Бурение глубоких скважин
- •Классификация способов бурения
- •Классификация способов бурения скважин
- •Механическое вращательное бурение глубоких скважин
- •Буровое оборудование и инструмент
- •Буровые долота
- •Долота для сплошного бурения Лопастные долота
- •Шарошечные долота
- •Алмазные долота
- •Долота для колонкового бурения
- •Колонковые долота со съемной грунтоноской
- •К Рис. 3.9. Колонковое долото без съемной грунтоноски олонковые долота без съемной грунтоноски
- •Р а бис. 3.10. Кернодержатели Бурильные головки для колонкового бурения
- •Бурильная колонна
- •Забойные двигатели
- •Турбобуры
- •Электробуры
- •Промывка и продувка скважин
- •Промывочные растворы и их основные параметры
- •Глинистые растворы
- •Качество глинистого раствора
- •Приготовление глинистого раствора
- •Реагенты
- •Очистка глинистого раствора
- •Продувка скважин воздухом и аэрированные растворы
- •Эмульсионные глинистые растворы и растворы на нефтяной основе
- •Осложнения и аварии в бурении
- •Причины аварий и их предупреждение
- •Инструмент и методы ликвидации аварий
- •Борьба с осложнениями в бурении
- •Осложнения, вызывающие нарушение целостности ствола скважины
- •Предупреждение и борьба с поглощениями промывочной жидкости
- •Основные причины поглощения промывочной жидкости
- •Исследования зон поглощений
- •Методы предупреждения и ликвидации поглощений
- •Предупреждение газовых, нефтяных и водяных проявлений и борьба с ними Газо-, нефте- и водопроявления
- •Меры и мероприятия по предотвращению выбросов
- •Грифоны и межколонные проявления
- •Борьба с прихватами бурильной колонны
- •Искривление скважин и направленнОе бурение
- •Причины естественного искривления скважин
- •Борьба с искривлением скважин
- •Основные понятия об искривлении скважин
- •Измерение искривления скважин
- •Проектирование и бурение наклонных скважин
- •Искусственное отклонение скважин
- •Отклоняющие средства
- •Бурение наклонных скважин
- •Разобщение, вскрытие, опробование и испытание продуктивных горизонтов (пластов)
- •Разобщение пластов
- •Крепление скважины обсадными трубами
- •Цементирование обсадных колонн
- •Вскрытие продуктивных горизонтов (пластов)
- •Методы заканчивания скважин и вскрытия продуктивных горизонтов
- •Перфорация обсадной колонны
- •Опробование и испытание продуктивных горизонтов
- •Опробование и испытание продуктивных горизонтов (пластов) в процессе бурения
- •Опробование и испытание продуктивных горизонтов(пластов) после спуска и цементирования эксплуатационной колонны
- •Другие способы бурения
- •Колонковое бурение
- •Режущие и истирающие материалы Алмазы
- •Твердые сплавы
- •Дробь буровая
- •Буровой забойный инструмент
- •Буровые штанги (трубы)
- •Буровые станки
- •Конструкция скважин
- •Ударно-механическое бурение
- •Буровые станки
- •Буровой инструмент
- •Процесс бурения
- •Шнековое и вибрационное бурение
- •Бурение скважин на воду
- •Особенности бурения скважин на воду
- •Вращательное бурениескважин на воду
- •Способы крепления стенок скважин
- •Методы разглинизации стенок скважин
- •Фильтры и насосы
- •Оборудование скважин фильтрами Типы фильтров
- •Конструкция скважин
- •Оборудование устья скважины
- •Геологическое обслуживание бурящихся скважин
- •Отбор керна и шлама в скважинах. Требования к керну
- •Факторы, влияющие на выход керна
- •Технические средства для отбора керна
- •Отбор ориентированного керна
- •Отбор проб шлама
- •Хранение керна
- •Геологическое обслуживание буровых
- •Геофизические и другие исследования в скважине
- •Проектно-сметная документация на строительство скважин
- •Первичная документация в бурении
- •Проект на строительство скважин
- •Смета на строительство скважин
- •Цикл строительства скважин
- •Охрана труда и окружающей среды
- •Техника безопасности при проведении работ по сооружению скважин
- •Охрана недр
- •Об актуальности проблемы охраны недр
- •Охрана недр и окружающей среды при сооружении гидрогеологических скважин
- •Охрана недр и окружающей среды при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений
- •Ликвидация скважин
- •Мероприятия по охране недр в процессе разработки месторождений
- •Источники нефтяного и химического загрязнения при бурении скважин
- •Рекультивация земель
- •Литература Основная
- •Дополнительная и рекомендуемая
- •Содержание
- •Основы разведочного бурения
- •220050, Минск, проспект Франциска Скорины, 4.
- •220___, Минск, .
Буровые штанги (трубы)
Буровые штанги являются самым ответственным звеном в оборудовании. Штанги передают вращение коронке; они передают нагрузку на забой, подводят промывочную жидкость к забою. Поэтому штанги изготавливаются из стали высокого качества с высоким пределом прочности (от 60 до 80 кг/мм2).
Диаметры штанг для колонкового бурения 33,5; 42; 50; 63,5; 73 мм; толщина стенок труб для штанг 4,5–6,5 мм; длина штанг 1,5; 3,0; 4,5; 6 м.
Концы труб, из которых изготовляются штанги, перед нарезкой высаживаются обычно внутрь, чтобы не было ослабления в резьбе. Соединяются штанги ниппелями или муфтами. Свечи муфтовых штанг соединяются штанговыми замками, а ниппельных штанг – двухпрорезными ниппелями и замками. Преимущества замкового соединения штанг заключается в следующем:
1) Удлиняется срок службы резьбовых соединений штанг, т. к. при спуско-подъемных операциях резьбы штанг не участвуют в свинчивании и развинчивании.
2) Сокращается время на спуско-подъемные операции за счет более легкого и быстрого свинчивания конусной резьбы замка; при этом соединении достаточно сделать 2–3 оборота, чтобы резьба стала на место, тогда как при цилиндрической ленточной резьбе нужно сделать столько оборотов, сколько ниток в резьбе. Ускоряется свинчивание и развинчивание за счет применения простых и безотказных в работе ключей (крюкообразных), элеватора и подкладной вилки.
3) Удлиняется срок службы штанг, т. к. они замками и муфтами защищаются от истирания о стенки скважины.
4) Обеспечивается применение насосов с большей производительностью за счет большего проходного отверстия в замках по сравнению с ниппельным соединением, что способствует ускорению проходки скважин в мягких породах.
Указанные причины объясняют широкое внедрение муфтово-замковых соединений штанг в практику. В частности, замковое соединение ускоряет спуско-подъемные операции на 25–30 % по сравнению с ниппельными.
Буровые станки
Каждый буровой станок колонкового бурения выполняет следующие функции: 1) вращает колонну штанг с колонковым буровым снарядом внизу, 2) создает необходимую нагрузку на забой и 3) обеспечивает спуско-подъемные операции.
В соответствии с этими функциями в каждом станке имеются следующие узлы (см. рис. 8.1): 1) вращательный механизм; 2) механизм для регулирования давления на забой или подачи инструмента; 3) подъемный механизм или лебедка; 4) станина или рама, на которой монтируются первые три узла. Основные детали вращателя-шестерни (конические) – горизонтальный и вертикальный валы. Вертикальный вал пустотелый, называется шпинделем, через него проходят бурильные трубы. Поэтому станки колонкового бурения иногда называют шпиндельными станками.
В конструкцию каждого бурового колонкового станка, кроме основных узлов входит следующее: 1) коробка передач, 2) фрикцион включения и выключения узлов бурового станка, 3) гидросистема. Последняя состоит из: 1) масляного насоса, 2) масляного бака, 3) гидроцилиндров, 4) прибора гидроуправления, 5) соединительных трубопроводов, а также контрольно-измерительной аппаратуры в виде манометра и указателя давления.
Все эти узлы монтируются на нижней и верхней станинах, установленных на раме станка.
Основой для создания типоразмерного ряда буровых станков взяты глубина и диаметр скважины.
По транспортабельности станки разделяются на стационарные, передвижные и самоходные. Станки последнего типа применяются главным образом при бурении неглубоких скважин в некрепких породах. Такие скважины бурятся быстро, поэтому, чтобы сократить время на переброску установки с одной точки на другую, рациональнее применять самоходные установки.
Конструкций буровых станков для колонкового бурения много, но все станки классифицируются по системе подачи. Различают станки: 1) с рычажной, 2) с гидравлической, 3) с дифференциальной подачей, 4) бесшпиндельные роторные буровые станки с ведущей трубой и нажимным приспособлением или без него. Шпиндельные станки могут быть использованы для бурения с ведущей трубой при замене зажимных плашек ведущими.
В станках роторного типа роль шпинделя выполняет ведущая труба, с помощью которой вращение от ротора передается забойному буровому инструменту через колонну бурильных труб.
Шпиндельными буровыми станками практически можно бурить скважины под любым углом к горизонту; роторными – вертикальные или с наклоном до 4°. Отмеченное преимущество шпиндельных станков является особенно важным при бурении из подземных выработок, из которых проводятся скважины наклонные, горизонтальные и восстающие. Малые размеры и легкая разборка на небольшие узлы являются постоянными требованиями, предъявляемыми к буровым станкам, используемым в геологоразведочной практике и особенно при бурении в подземных горных выработках.
Первыми механическими буровыми колонковыми станками были станки с рычажной подачей (типа КА2М-300 и КАМ-500). Потом их заменили более совершенные – станки с гидравлической подачей.
Представителем станков с рычажной подачей является станок КА-2М-300. Этот станок рассчитан для бурения скважин глубиной 300 м при начальном диаметре скважины 130 мм; число оборотов шпинделя 130–140 в минуту; грузоподъемность лебедки 1,5 т; вес станка 750 кг.
Станки с гидравлической подачей являются самыми распространенными и в настоящее время при разведке главным образом твердых полезных ископаемых. Широкое их распространение обусловлено тем, что станки с гидравлической подачей: 1) облегчают труд бурового персонала в процессе работы; 2) обеспечивают точное регулирование нагрузки на забой; 3) позволяют буровому персоналу по показаниям регистрирующих приборов отмечать переходы коронки из одной породы в другую, что повышает качество геологической документации разведочного бурения; 4) устраняют возможность падения бурового инструмента при встрече каверн и пустот на забое, т. к. под поршнями гидравлических цилиндров всегда находится жидкость; 5) дают возможность с помощью гидросистемы достаточно точно определить фактический вес забойного инструмента в скважине; 6) позволяют использовать гидроцилиндры как гидравлические домкраты при ликвидации аварий с буровым снарядом и при извлечении обсадных труб из скважин.
Станки с гидравлической подачей имеют устройства для механического свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб, приборы для контроля режимных параметров бурения, автоматические перехваты для перестановки шпинделя при подаче бурильных труб в процессе углубления забоя скважины.
Буровые станки типа ЗИФ – достаточно широко применяемые в практике ГРР в Беларуси станки с гидравлической подачей. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 300–1200 м: ЗИФ-650А и ЗИФ-1200А. Цифровые индексы обозначают проектные глубины бурения, марка ЗИФ обозначает завод им. Фрунзе, где впервые было начало производство этих станков. Модификация станка ЗИФ-1200МР позволяет бурить скважины глубиной до 1500 м при конечном диаметре скважины 93 мм и до 2000 м – при диаметре 59 мм.
В состав буровой установки ЗИФ-1200МР входят: буровой станок с электроприводом, два насосных агрегата (насос с электромотором), магнитная станция и резервная передвижная бензоэлектростанция для аварийного привода. Станок имеет шесть скоростей.
Перечисленные станки были рассчитаны на бурение твердыми сплавами и дробью, поэтому скорость вращения шпинделя не превышает 480 об/мин. По конструкции станки ЗИФ близки друг другу.
Но при алмазном бурении требуются высокооборотные установки: число оборотов при бурении в нормальных условиях составляет 300–700 об/мин., при бурении мелкоалмазной коронкой число оборотов может быть увеличено до 1500–3000 об/мин. Только при этих условиях четко проявляется преимущество алмазного бурения.
Поэтому были разработаны специальные быстровращательные буровые станки с гидравлической подачей для бурения алмазными коронками.
К станкам с повышенными числами оборотов шпинделя относятся станки УКБ-4П, УКБ-5П, УКБ-7П, УКБ-8П, УКБ-200/300С и др. Эти станки рассчитаны на бурение алмазами и твердосплавными коронками как вертикальных, так и наклонных скважин. От станков типа ЗИФ они отличаются тем, что в их конструкции заложены элементы механизации и частично автоматизации вспомогательных процессов. Станки имеют вращатели с двумя гидропатронами и систему электрогидроавтоматики, позволяющие производить перестановку шпинделя автоматически (автоматический перехват), в том числе без остановки вращения бурового снаряда. Станки оснащены контрольно-измерительной аппаратурой: указатель давления на забой, вольтметр и киловаттметр, контрольные манометры. Станки с двигателями внутреннего сгорания имеют дополнительно указатель числа оборотов.