Раздел IV ударно-вращательное бурение

Ударно-вращательное бурение можно разделить на гидроударное и пневмоударное.

Гадроударное бурение является разновидностью вращательного бурения, при котором более высокая эффективность разрушения горной породы достигается за счет наложения на вращательный процесс ударных импульсов, создаваемых специальными забойными машинами - гидроударниками.

Гидроударное бурение считается прогрессивным способом буре­ния. По данным исследователей производительность гидроударного бурения значительно выше вращательного алмазного и твердосплавного бурения. При гидроударном способе достигается высокая механическая скорость бурения, этот способ позволяет снижать интенсивность искривления скважин и самозаклинивание керна, вследствие снижения абразивного износа коронок повышается их ресурс и длина рейса.

К недостаткам гидроударного бурения следует отнести использо­вание несовершенных машин и инструментов; повышенные затраты средств на приобретение, эксплуатацию и ремонт дополнительного оборудования и инструмента; повышенные требования к технологии бурения. Отмеченные недостатки сдерживают широкое внедрение этого способа.

Выделяют две разновидности гидроударного бурения: вращаельно-ударное (высокочастотное) и ударно-вращательное (среднечастотное).

Глава 15. Высокочастотное гидроударное бурение

Высокочастотное гидроударное (вращательно-ударное) бурение - это разновидность вращательного бурения, при котором на­ряду с вращением снаряда и осевой нагрузкой с помощью гидроударника на забойный снаряд создаются ударные импульсы.

При вращательно-ударном способе энергия удара невелика и составляет менее 15 Нм, зато высока частота ударов (до 3 600 уд/мин).

Высокая частота ударов вызывает усталостные напряжения в горной породе забоя, которые завершаются образованием густой сети микротрещин, способствующих более эффективному разрушению (резанию, истиранию) пород под воздействием вращающего инструмента.

Энергия и частота ударов зависят от расхода промывочной жидкости почти линейно. С увеличением энергии удара растет механическая скорость бурения. Таким образом, с увеличением расхода промывочной жидкости прямо пропорционально растет механическая скорость бурения. Но одновременно с ростом механической скорости бурения растет и перепад давления в гидроударнике.

Исследованиями Л.Э. Графа [22] установлено, что с увеличением энергии удара по параболическому закону повышается проходка за рейс, а по гиперболическому - снижается декремент затухания механи­ческой скорости бурения в течение рейса.

Глубина бурения вращательно-ударным способом ограничена возможностями насосного оборудования. При работе на воде она может составлять от 1 000 до 2 200 м, на глинистом растворе - от 800 до 1 000 м. Наиболее высокие технико-экономические показатели вращательно-ударного бурения (высокочастотными гидроударниками) могут быть получены в следующих условиях:

на разрезах, сложенных твердыми трещиноватыми породами, где при вращательном бурении рекомендуется снижать частоту вращения

осевую нагрузку;

на разрезах, сложенных очень крепкими породами, где увеличение осевой нагрузки или частоты вращения вызывает повышенный из нос алмазных коронок без заметного приращения механической скорости бурения;

при бурении глубоких интервалов или направленных скважин где отсутствует техническая возможность вращения коронки с высокой частотой;

при наличии в разрезе мощных толщ малоабразивных пород XI XII категории, различной степени трещиноватости, поскольку ударными импульсы способствуют лучшему обнажению алмазов в матрице;

при значительной кавернозности разреза, обуславливающей целесообразность применения 50 мм бурильной колонны с муфтово - замковым соединениями;

при комбинированном колонковом и бескерновом бурении в связи с идентичностью требований к бурильной колонне и насосном агрегату.

В геологических разрезах, сложенных монолитными и слабо трещиноватыми породами относительная эффективность бурения этим методом уменьшается по сравнению с вращательным способом.

Совместное повышение механической скорости и проходки за пейс ппи высокооборотном гидроударном бурении позволяет добиться заметного роста механической скорости бурения как твердосплавными, так и алмазными коронками.

С другой стороны, применение высокочастотных гидроударников приводит к росту основных статей затрат. Поэтому эффективность вра­щательно-ударного способа возможна лишь при превышении механиче­ской скорости бурения, (табл. 15.1) относительно механической скорости вращательного на некоторую величину.

Таблица 15.1

Глубина скважины, м	Рост скорости, обеспечивающий равенство стоимости 1 м, %*
	VI-VII категории (твердосплавное бурение)	X-XI категории (алмазное бурение)
100	47,5	75,0
300	24,0	42,0
500	17,0	23,0
700	10,0	16,0
1 000	6,5	8.5

* По расчетам ВИТР;

Необходимый рост скорости высокочастотного гидроударного бурения при различном уровне скоростей может получен из графиков и таблиц, приведенных в «Справочнике инженера по бурению геолого­разведочных скважин» [6].