Глава 9. Бескерновое бурение

9.1 Буровой снаряд бескернового бурения

Одним из перспективных способов бурения является буре­ние шарошечными долотами. Этот способ широко используют как при разведке жидких и газообразных, так и твердых полезных ископаемых. В разведочном бурении на твердые полезные ископаемые он занимает третье место после твердосплавного и алмазного, составляет 25 % раз­ведочного механического бурения.

Шарошечные долота предназначены для бурения практически всех горных пород от I до XII категории по буримости.

В отличие от твердосплавного и алмазного бурения, которые применяют для бурения горных пород преимущественно с отбором кер­на, шарошечное бурение используют в основном для бурения горных пород бет отбора керна и в хорошо изученных разрезах, на участках, где нет необходимости отбирать керн, например, при детальной разведке ме­сторождений полезных ископаемых.

Широкому распространению шарошечного бурения способству­ют специфические особенности породоразрушающего инструмента, имеющего следующие преимущества:

1. Вследствие незначительного крутящего момента в процессе бурения, обусловленного малым трением в подшипниках при перекатывании шарошек, затраты мощности на бурение шарошечными долотами малы.

2. Количество зубков (или штабиков), одновременно участвую­щих в разрушении (дроблении) горной породы мало, что обеспечивает высокие удельные усилия на зубок и высокую механическую скорость бурения.

3. При перекатывании шарошек по забою возникают дополни­тельные ударные нагрузки, повышающие эффективность разрушения горной породы.

4. Большое количество зубков на периферийных конусах шаро­шек снижает износ долот и способствует хорошей калибровке скважины.

5. Большое количество поочередно действующих зубков шарошки, кратковременность их действия способствуют значительному повышению ресурса долота и длины рейса, а следовательно, и производительности бурения.

Буровой снаряд состоит из бурильной колонны и забойного снаряда.

Бурильную колонну собирают из бурильных труб тех же разме­ров, что и для твердосплавного бурения; ее можно применять как с муфтово-замковыми соединениями (для скважин большого диаметра - более 76 мм), так и с ниппельными соединениями (для скважин малого диаметра). В бурильную колонну для шарошечного бурения глубоких скважин необходимо включать утяжеленные бурильные трубы, значи­тельно снижающие искривление скважин.

Хорошие результаты показывает использование в качестве бу­рильной колонны шарошечного бурения бурильной колонны КССК-76. Опыт Норильской ГРЭ дает возможность оценить достоинства буриль­ной колонны КССК-76, которые заключаются в следующем:

- резко снижаются затраты энергии на трение снаряда;

- снижается вибрация снаряда;

- повышается скорость вращения снаряда;

- вследствие большой жесткости снаряда повышается осевая нагрузка на долото. Все это, в конечном счете, повышает производительность бурения.

Забойный снаряд бескернового бурения применяют при забуривании скважин по насосам, по породам, не представляющим геологического интереса, при детальной разведке.

Он состоит из переходника на бурильные трубы направляющей (шламовой) трубы, калибратора (расширителя) шарошечного, лопастного долота или пикобура (рис. 9.1). При бурении глубоких скважин в снаряд дополнительно включают отсоединительный переходник, при забуривании скважин – только переходник и долото.

Направляющая труба предназначена для направления ствола скважины и предупреждения ее искривления. Она представляет собой толстостенную трубу с внутренней упрочненной резьбой с двумя пере­ходниками: для соединения с колонной УБТ и соединения с расширите­лем (или долотом при отсутствии расширителя).

Рис. 9.1. Компоновка бурового снаряда с шарошечным ПРИ для бескернового бурения: 1 – долото; 2 – переходник; 3 – циркуляционный канал; 4 – закрытая шламоулавливающая труба; 5 – окно; 6 – переходник; 7 – УБТ; 8 – бурильная труба

Вместо направляющей трубы в компоновку снаряда можно включить шламовую трубу закрытого типа, конструктивно аналогич­ную направляющей трубе, отличающуюся тем, что внутри у нее дополни­тельно установлена водопроводящая трубка, соединенная резьбой с нижним и верхним переходниками. Кроме того, в верхней части трубы прорезаны щели для прохода шлама в трубу.

Для разведочного шарошечного бурения в настоящее время вы­пускают расширители кольцевого и секционного типов. Расширитель кольцевого типа (рис. 9.2) состоит из пустотелого корпуса, имеющего снизу крупную конусную резьбу для соединения с долотом и верхнюю цилиндрическую (ниппельную) резьбу для соединения с переходником. На корпус при помощи эксцентриковых втулок 2 устанавливают экс­центриковые кольцевые шарошки 3, максимальные радиусы эксцентри­ков развернуты друг относительно друга на 120°. Кольцевые шарошки имеют вооружение из твердосплавных цилиндрических зубков со сфе­рической рабочей поверхностью (расположенных в шахматном порядке).

Расширитель (РЗШС) секционного типа (рис. 9.3) состоит из трех сваренных друг с другом секций. Все секции имеют эксцентрично расположенные промывочные каналы, связанные друг с другом воронкообразными камерами. На каждой секции расположено по одной шарошке 3, которая цапфами вставлена в прорзи вкладыша, закрепленного в пазу секции штифтами.

Рис. 9.3 Расширитель секционного типа

Рис.9.2. Расширитель-калибратор Рис. 9.3. Расширитель секци-

кольцевого типа онного типа