- •Буровые станки и бурение скважин Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов геологических специальностей
- •Часть I твердосплавное бурение
- •Глава 1 понятие о скважине и ее конструкции
- •1.1. Понятия о скважине
- •1.2. Понятие о конструкции скважины
- •1.3 Выбор конструкции скважин
- •1.4 Способы бурения
- •1.5 Выбор способа бурения
- •Глава 2. Буровое оборудование
- •2.1. Отечественные буровые установки и буровые станки
- •Техническая характеристика сианков показана в табл. 2.1, 2.2.
- •2.2. Буровые насосы и компрессоры
- •2.4. Оборудование для приготовления и очистки промывочных жидкостей Установки для приготовления и очистки глинистых растворов.
- •Оборудование для транспортировки глинистого раствора.
- •Характеристика автоцистерны
- •Оборудование для очистки промывочных жидкостей
- •Глиностанции
- •Технические средства для приготовления и очистки полимерных промывочных жидкостей
- •Техническая характеристика установки ппр
- •Техническая характеристика установки опр
- •Техническая характеристика ультразвуковой установки для приготовления эмульсионных жидкостей
- •Техническая характеристика установки уэм-5
- •2.5. Оборудование для приготовления и нагнетания тампонажных растворов
- •2.5.1. Оборудование для приготовления тампонажных растворов
- •Растворосмесители и растворомешалки
- •Стационарные цементосмесительные установки
- •Самоходные цементосмесительные машины
- •2.5.2. Оборудование для нагнетания тампонажных растворов
- •Цементационные агрегаты
- •2.6. Современные и зарубежные буровые установки
- •Установки Christensen cs
- •Техническая характеристика установок roc
- •1. Бурение перфоратором
- •2. Бурение погружным пневмоударником
- •3. Система coprod ®
- •Глава 3. Технологический иструмент тведросплавного бурения
- •3.2. Забойный снаряд
- •3.2.1. Одинарный колонковый снаряд
- •3.2.2. Двойные колонковые снаряды
- •3.2.3. Буровой снаряд для бурения с гидротранспортом керна
- •3.2.4. Выбор буровых снарядов твердосплавного бурения
- •Глава 4. Аварии с буровым снарядом, их предупреждение и ликвидация
- •4.1. Способы предупреждения аварий, связанных с отказом инструмента
- •4.2. Способы предупреждения прихватов
- •4.3. Ликвидация аварий
- •4.4. Методы ликвидации прихватов
- •Глава 5. Физко-механические свойства пород
- •5.1 Технологические процессы. Прочность горных пород
- •5.2. Деформационные свойства пород
- •5.3. Оcновные технологические характеристики горных пород
- •Глава 6. Породоразрушающий инструмент
- •6.1 Твердые сплавы
- •6.2. Геометрические параметры резцов коронок
- •6.3. Износ резцов
- •6.4. Твердосплавные коронки
- •Глава 7. Технология твердосплавного бурения
- •7.1. Выбор промывочных жидкостей
- •7.2. Расчет технологических режимов бурения
- •7.3. Технология бурения снарядами с гидротранспортом керна
- •Часть II алмазное и другие способы бурния
- •Глава 8. Алмазное бурение
- •8.1. Одинарный колонковый снаряд
- •8.2. Породоразрушающий инструмент
- •8.3. Двойной колонковый снаряд алмазного бурения (дкс)
- •8.4. Снаряды со съемными керноприемниками
- •8.5. Выбор буровых снарядов алмазного бурения
- •8.6. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами
- •8.7. Технология бурения снарядами со съемными
- •Глава 9. Бескерновое бурение
- •9.1 Буровой снаряд бескернового бурения
- •9.2. Шарошечные долота бескернового бурения
- •9.3. Технология бурения
- •Глава 10. Бурние с продувкой воздухом
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Буровое оборудование и инструмент
- •Глава 11. Технология бурения установками atlas copco
- •11.1. Выбор буровых снарядов Atlas Copco
- •11.2. Выбор технологических режимов при бурении вращательным способом установками Atlas Copco Выбор очистных агентов
- •Выбор породоразрушающих инструментов и технологических режимов бурения.
- •Импрегнированные коронки.
- •11.3. Технология пневмоударного бурения с пневмотранспортом шлама (методом «обратная циркуляция») Буровые снаряды
- •Параметры технологических режимов бурения
- •Глава 12. Технология бурения станками boart longyear lf 90
- •12.1. Буровой снаряд
- •12.2. Выбор типа коронок и расширителей
- •12.3. Параметры режима бурения
- •12.4. Промывочные жидкости
- •Глава 13. Искривление скважин
- •13.1. Параметры искривленных скважин
- •13.2. Причины и закономерности естественного искривления скважин
- •13.3. Приборы для замера параметров искривления скважин
- •13.4. Искусственное искривление скважин
- •13.5. Многозабойное бурение. Кернометрия
- •Глава 14. Бурение неглубоких скважин
- •14.1 Медленно-вращательное бурение
- •14.2. Медленно-вращательное бурение скважин большого диаметра. Винтобурение
- •14.3. Шнековое бурение
- •14.4. Вибрационное бурение
- •14.5. Пенетрационное бурение
- •Глава 15. Ударно-канатное бескерновое
- •15.1 Оборудование. Буровой снаряд
- •15.2. Технология ударно-канатного бескернового бурения
- •15.3. Технология опробования продуктивных пластов
- •15.4. Предупреждение и ликвидация аварий при ударно-канатном бурении
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
1.4 Способы бурения
При бурении глубоких геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые применяют вращательный и ударно-вращательный способы.
Вращательный способ бурения заключается в разрушении горной породы под действием вращающегося породоразрушающего инструмента и осевой нагрузки.
Ударно-вращательный способ бурения - это вращательный способ, при котором на породоразрушающий инструмент дополнительно наносятся ударные нагрузки.
Вращение бурового снаряда осуществляют буровым станком, а ударные нагрузки - специальными механизмами (гидроударниками или пневмоударниками), включенными в буровой снаряд.
В зависимости от назначения вращательный способ делят на колонковый и бескерновый. Колонковый способ (от слова колонка - столбик керна) применяют при необходимости опробования скважины (получения пробы горных пород и полезных ископаемых). Бескерновый - при отсутствии такой необходимости.
Колонковый способ имеет ряд достоинств. Он дает возможность извлекать образцы пород, бурить скважины в любом направлении, осуществлять бурение многоствольных скважин, бурить скважины на значительную глубину с относительно невысоким расходом энергии.
К недостаткам колонкового бурения можно отнести возможность самоискривления скважин, ограниченную длину рейса, с которой связана низкая производительность и высокая себестоимость бурения. При бурении мягких пород этот недостаток компенсируется применением бурового снаряда с гидротранспортом керна, а при бурении твердых пород - применением снаряда со съемными керноприемниками.
Бескерновое бурение вследствие повышения длины рейса, снижения затрат времени, труда и средств на бурение выгодно отличается от колонкового большей производительностью и меньшей себестоимостью. Поэтому при проектировании буровых работ приоритет по возможности следует отдавать бескерновому способу.
В зависимости от породоразрушающего инструмента выделяют твердосплавный (твердосплавными коронками и долотами), алмазный (алмазными коронками и долотами), шарошечный (чаще всего шарошечными долотами) способы вращательного бурения.
Твердосплавный способ при бурении горных пород I-VII категории буримости является наиболее простым, дешевым и производительным. Для пород V-XII категории более эффективным, более производительным является алмазный способ.
Весьма производительным способом вращательного твердосплавного бурения для пород I-IV категорий с пропластками до VII категории скважин глубиной до 300 м является способ с гидротранспортом керна, а вращательного алмазного бурения для пород V-X категорий скважин глубиной свыше 300 м - способ бурения снарядами со съемными керноприемниками.
В обоих случаях качество опробования и производительность работ значительно возрастают вследствие извлечения керна без подъема бурового снаряда непосредственно в процессе бурения (в первом случае потоком промывочной жидкости, во втором - с помощью спускаемого на канате через бурильные трубы керноприемника).
Шарошечный способ применяют для бурения пород 1-XII категорий обычно при бескерновом бурении.
По виду очистного агента различают вращательное бурение с промывкой скважин буровыми растворами и бурение с продувкой скважины сжатым воздухом.
Более эффективным является способ с продувкой сжатым воздухом, производительность которого в 2-3 раза выше способа с промывкой скважин буровыми растворами. Однако использовать его можно только при бурении «сухих» скважин (при отсутствии подземных вод). Во влажных скважинах образуются шламовые пробки и дальнейшее бурение с продувкой становится невозможным.
В этом случае переходят на эрлифтный способ (местную циркуляцию за счет эрлифтных насосов).
При ударно-вращательном бурении глубоких скважин на твердые полезные ископаемые так же, как и при вращательном, применяют (по типу очистного агента) как бурение с промывкой (гидроударный способ) так и бурение с продувкой сжатым воздухом (пневмоударный способ). Как воду, так и воздух используют не только для очистки забоя от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента, но и для привода ударных механизмов (гидро- и пневмоударников).
Гидроударный способ принято делить на вращательно-ударный и ударно-вращательный. При вращательно-ударном бурении применяют высокочастотные гидроударники (с частотой ударов 800-3600 в мин), но с невысокой энергией ударов (3-15 Н м). Разрушение горной породы в этом случае осуществляется за счет ее истирания и микрорезания. Ударные нагрузки высокой частоты приводят к усталостному разрушению (растрескиванию) горной породы забоя и создают так называемую «зону предразрушения», снижающую прочность породы. Кроме того, периодические ударные нагрузки предупреждают подклинку керна трещиноватых пород в колонковом снаряде. Все это способствует повышению механической скорости бурения.
Выделяют твердосплавный, алмазный и шарошечный способы вращательно-ударного бурения (последний при бескерновом бурении). Наибольшая эффективность вращательно-ударного бурения достигается при алмазном способе бурения.
Нужно отметить, что особенно высокая эффективность вращательно-ударного бурения при алмазном способе достигается при относительно невысокой скорости вращения снаряда, с увеличением скорости темп повышения механической скорости бурения снижается. Так, при частоте вращения 300об/мин механическая скорость вращательно-ударного бурения выше механической скорости вращательного бурения в 1,5 - 2 раза, а при 1000 об/мин всего в 1,1 - 1,3 раза.
При ударно-вращательном способе применяют среднечастотные гидроударники с частотой ударов 1000-1400 в минуту, но с высокой энергией ударов до 80 Н м, в результате чего происходит более эффективное разрушение горной породы - скалывание и дробление. Механическая скорость бурения при этом может возрастать почти в 2 раза, а длина рейса даже по трещиноватым породам - достигать десятков метров.
В зависимости от вида породоразрушающего инструмента различают твердосплавный колонковый (твердосплавными коронками) и шарошечный (бескерновый, шарошечными долотами) способы ударно-вращательного бурения.
Гидроударное бурение - высокопроизводительный способ, однако он требует дополнительных затрат труда, средств, его применение связано с возможностью обеспечения эффективного использования гидроударников в сложных геолого-технических условиях скважины.
Наиболее эффективным из ударно-вращательных способов является пневмоударный, позволяющий увеличить производительность бурения в 2-3 раза (по сравнению с вращательным способом с промывкой).
Однако применение его ограничено теми же причинами, что и при вращательном бурении с продувкой сжатым воздухом.
При бурении неглубоких скважин кроме вращательного колонкового способа применяют следующие способы:
- медленно-вращательный способ (ручной, машинный, скважин большого диаметра);
- шнековый (подъем разрушенной породы при бурении с помощью специальных шнековых транспортеров);
- вибрационный (разрушение и уплотнение мягких пород под воздействием вибраций);
- канатно-ударный колонковый (путем забивания колонковой трубы в мягкую породу);
- канатно-ударный бескерновый (путем долбления породы за счет сбрасывания на забой тяжелого бурового снаряда, подвешенного на канате).