19.3. Технология бурения снарядами бескернового бурения.

Снаряды бескернового бурения применяют, как отмечено выше, при забуривании и бурении рыхлых, хорошо изученных горных пород, не представляющих геологического интереса. По мягким породам их применяют с целью форсирования перебуривания неустойчивых интервалов и снижения за счет этого размывания стенок скважин Перебуривание таких пород заканчивают постановкой направляющей трубы (направляющей колонны).

Забойный снаряд бескернового бурения весьма прост Для забуривания он представлен переходником с лопастными долотами типа М, а при бурении значительных интервалов до бавляют направляющую (шламовую) трубу.

При бурении мягких рыхлых пород, вследствие незначи­тельного времени воздействия потока жидкости на стенки сква жины, в качестве промывочной жидкости можно применять воду Бурение чистых песков (отсортированных без присутствия гли ны) значительных интервалов должно осуществляться с промыв­кой вязким глинистым раствором с плотностью, достаточной чтобы уравновесить пластовое давление.

Глинистые пески, супеси можно перебуривать с промывкой чистой водой.

Удельную осевую нагрузку на лопастное долото рекомен-дуется принимать для горных пород I—II категории по буримости 0,6-0,8 кН на 1 см диаметра долота, для горных пород III катего­рии 1,0-2,0 кН/см. Частоту вращения на долото (лопастное или шарошечное) рассчитывают, исходя из окружной скорости по горным породам I-II категории 0,8-1,2 м/с; III категории 1,2-1,6 кН.

Скорость восходящего потока промывочной жидкости сле-дует принимать с таким расчетом, чтобы вынесло весь шлам и не размыло стенки скважин. Она зависит от плотности промывочной жидкости и относительной устойчивости стенок скважин и должна быть не менее 0,4-0,5 м/с и не более 0,75-0,9 м/с.

Легкообваливающиеся горные породы значительных по мощности интервалов рекомендуется бурить с одновременным креплением скважин обсадными трубами.

19.4. Технология бурения одинарными колонковыми снарядами

Бурение одинарными колонковыми снарядами рыхлых горных пород связано с большими трудностями вследствие их легкой размываемости, сложностями получения качественного керна, неустойчивостью стенок скважин и поглощением промы­вочной жидкости.

Несмотря на относительно низкую механическую скорость целью получения высокого выхода керна и стабилизации стенок скважин в рыхлых породах при наличии тонкодисперсного материала, способного связывать более крупные частицы рыхлой породы, бурение чаще всего ведут без использования промывочной жидкости - "всухую".

В сухих весьма сыпучих мелкозернистых породах с размерами зерен менее 1 мм при отсутствии тонкодисперсных частиц бурение ведут с применением вязких глинистых растворов, способных связывать частицы рыхлой породы, кольматировать ее поры и "штукатурить" стенки скважины, что способствует повышению устойчивости керна и стенок скважин, а также ликвидации потерь промывочной жидкости. Глинистые, а иногда и силикатные растворы применяют при бурении рыхлых пород значительной мощности и с тонко­дисперсной фракцией с целью повышения механической скоро­сти бурения.

Следует отметить, что при использовании колонковых сна­рядов вследствие малых зазоров между стенками скважины и ко­лонковой трубой между колонковой трубой и керном возникает высокая скорость циркуляции промывочной жидкости, что при­водит к размыванию стенок скважин и керна. При этом керн под воздействием потока промывочной жидкости размывается не только в зазоре, но и сверху.

Поэтому забойный снаряд, предназначенный для бурения рыхлых пород с промывкой скважин, должен быть подобран в соответствии с указанными факторами.

Зазор между стенками скважины и колонковой трубой, между колонковой трубой и керном увеличивают за счет приме­нения ребристых коронок типа М-5 и М-6, у которых предусмот­рен значительный выход резцов (за счет ребер) не только по на­ружному (как у коронок типа М-1, М-2), но и внутреннему диа­метрам.

Для предохранения керна от размывания сверху применяют несложные предохранительные приспособления типа сфериче­ских или конусных колпачков, свободно устанавливаемых перед спуском снаряда в колонковую трубу перед навинчиванием ко­ронки. При бурении колпачок одевается на керн и направляет поток промывочной жидкости в зазор между керном и колонко­вой трубой.

Наибольший эффект повышения выхода керна дает ис­пользование колпачков с "чулком", т.е. цилиндрической поли­этиленовой пленкой, закрепленной одним концом к колпачку, другим - к коронке.

Особое внимание при бурении рыхлых пород значительной мощности, как отмечено, должно уделяться выбору промывочной жидкости.

В неустойчивых, слабосвязанных проницаемых (рыхлых и раздельно-зернистых) породах чаще всего применяют специаль­но обработанные глинистые растворы, способствующие "глини­зации" (штукатурке) стенок скважины, и силикатные растворы - для повышения устойчивости стенок, ликвидации потерь промы­вочной жидкости и повышения выхода керна. Силикатные рас­творы с течением времени способны затвердевать и повышать прочность стенок скважин.

При слабой обводненности горных пород главное требова­ние к раствору минимальная водоотдача (до 2-3 см ). Статиче­ское напряжение сдвигу и вязкость раствора должны быть повы­шены. При низком пластовом давлении плотность раствора должна быть минимальной, но достаточно высокой для повыше­ния гидростатического давления Р_г над пластовым:

Химический состав раствора при бурении несвязанных сы пучих пород роли не играет. При слабой цементации породы глинистым или известковым цементом раствор не должен быть щелочным во избежание разрушения цемента.

Технологические режимы. Осевую нагрузку на резец коронки рекомендуется принимать равной по породам I-II категории 0,4.....0,5 кН, по породам III категории - 0,5...0,6 кН, а окружную скорость 1,1... 1,45 м/с. Расход жидкости на 1 см диаметра скважины - 12-16 л/мин.

С целью повышения выхода керна и предупреждения размывания стенок скважин при бурении рыхлых и раздельнозернистых пород допускается снижать: 1) количество промывочной жидкости в два-четыре раза (если при этом скорость восходящего потока не обеспечит удаление шлама из забоя, то в состав забой­ного снаряда включают шламовую трубу); 2) длину рейса до 0,5-0,7 м; 3) параметры режима бурения.

Особенно трудным является бурение раздельнозернитсых горных пород, насыщенных напорными подземными водами (плывунов).

Устойчивость ствола скважины, как и устойчивость цирку­ляции, в этом случае определяется прежде всего равновесием между пластовым давлением и гидростатическим давлением промывочной жидкости.

Пластовое давление зависит от многих факторов, среди ко­торых определяющими являются степень минерализации подземных вод, пористость пород, наличие геологических структур, способствующих образованию напора подземных вод, положение статического уровня подземных вод и, наконец, горное давление, обусловленное весом вышележащих, особенно несцементиро­ванных,горных пород. Нужно отметить, что пластовое давление всегда меньше горного.

Для сбалансирования пластового давления необходимо увеличивать гидростатическое давление столба промывочной жидкости в скважине. Гидростатическое давление регулируют плотностью и вязкостью раствора, а также его расходом. Ориен­тировочно гидростатическое давление раствора можно определить по формуле (7.1).

Для эффективного перебуривания плывунов, кроме глинистых, могут успешно использоваться силикатные растворы с па­раметрами, выбранными в соответствии с пластовым давлением.

Бурение насыщенных водой раздельнозернистых пород можно производить также с замораживанием стенок скважины и керна переохлажденными промывочными жидкостями. При за­мораживании горной породы повышаются выход керна, устойчи­вость стенок скважины, а главное, - производительность бурения.

Сущность этого способа заключается в том, что за счет те­плообмена промывочной среды (холодоносителя) с влажными или обводненными слабосвязанными породами непосредственно в процессе бурения происходит их замораживание, опережающее забой. При этом на забое, в стенках скважины и на керне непре­рывно поддерживается прочная ледогрунтовая корка, устраняю­щая потери циркуляции, обеспечивающая устойчивость пород и способствующая повышению выхода керна. Важнейшими факто­рами, определяющими глубину замораживания забоя, являются свойства холодоносителя, его расход и начальная температура, а также механическая скорость бурения. В качестве холодоносите­ля могут быть использованы, как наиболее эффективные, охлаж денные до -20°С водные растворы NaCl, СаСl₂, а также керосин, охлажденный сухим льдом до температуры -30° 45°С.

В случае потерь промывочной жидкости и затруднениях с водоснабжением при бурении мягких рыхлых пород одинарными колонковыми снарядами можно использовать безнасосное буре ние.