19.5. Безнасосное бурение.

Безнасосное бурение применяют при бурении не толь-ко рыхлых пород с отбором керна, но и трещиноватых невысокой и средней твердости при полном поглощении промывочной жид­кости. Оно позволяет получать 100%-й выход керна и надежно закреплять стенки скважин.

"Промывка" скважин (циркуляция жидкости) осуществля­ется за счет периодического расхаживания бурового снаряда с шаровым клапаном, создающего движение жидкости через ко­лонковую трубу вверх через отверстия шламопроводящей трубки в затрубное пространство.

Для эффективной работы столб заливаемой в скважину промывочной жидкости обязательно должен превышать длину забойного снаряда.

В качестве забойного снаряда используют обычный снаряд, чаще всего с закрытой шламовой трубой. Отличительной осо­бенностью забойного снаряда для безнасосного бурения является наличие шламопроводящей трубки с отверстиями для выхода циркулирующей при бурении жидкости и шарового клапана, по­зволяющего перекрывать центральный канал при подъеме снаря­да (для создания вакуума в колонковой трубе). Выше отверстия устанавливают ограничительный штифт.

В качестве породоразрушающего инструмента желательно применять коронки с большим выходом за боковую поверхность короночного кольца (например ребристые), что улучшает усло­вия для циркуляции жидкости.

Забойный снаряд с шаровым клапаном опускают в скважи­ну на бурильной колонне, включают шпиндель станка и при по­мощи лебедки периодически расхаживают снаряд над забоем. Во время его подъема шарик перекрывает центральный канал, про­исходит засасывание в колонковую трубу жидкости из затрубно-го пространства (за счет образовавшегося в ней вакуума). Вместе с жидкостью в колонковую трубу засасывается и шлам из-под коронки. При опускании снаряда клапан под давлением жидко­сти снизу поднимается до упорного штифта и часть жидкости изливается через отверстие шламопроводящей трубки в скважи­ну. Крупный шлам при движении жидкости вверх оседает на керне, более мелкий шлам - в шламовой трубе, а муть остается во взвешенном состоянии. За счет этой мути происходит в про­цессе вращения снаряда "штукатурка" стенок скважины и керна.

Основными параметрами режимов безнасосного бурения являются: 1) частота расходки бурового снаряда; 2) высота рас-ходки бурового снаряда; 3) осевая нагрузка; 4) скорость враще­ния бурового снаряда.

Частота расходки зависит от плотности и зернистости гор­ных пород и скорости углубки. Чем выше плотность и зерни­стость (раздельнозернистых пород), тем больше должна быть частота расходки.

Рекомендуется следующая частота расходки, в мин:

глинистые сланцы – 10-15;

глины, выветрелые известняки, доломиты, алевролиты – 15-20;

мягкие песчано-глинистые породы - 20-25;

руды тяжелые - 30-45;.

пески – 40-30.

Высота расходки не должна превышать 10 см. Чем больше частота расходки, тем меньше должна быть ее высота.

Осевую нагрузку в зависимости от диаметра коронки принимают в пределах 180-250 кг для мягких пород, 300-500 кг - для более твердых пород.

Частоту вращения бурового снаряда устанавливают с учетом глубины и диаметра скважины из расчета окружной скорости 0,6-0,8 м/сек, для более твердых пород окружную скорость мож­но несколько увеличивать.

Заклинивание керна производят путем затирки "всухую" без расходки при повышенной осевой нагрузке.

В заключение следует отметить, что процесс подготовки и само бурение рыхлых пород горных пород представляет сложный творческий процесс. Для успешной проводки скважин в рыхлых горных породах (особенно значительной мощности и на значительной глубине) требуется провести предварительное тщательное исследование геологических условий: пористости горных пород, коэффициента фильтрации, пластового давления подземных вод, наличие и количественную оценку водо-поглощений или водопритоко,в и на основании этих исследований определить потребность и качество промывочной жидкости, ее параметры, выбрать забойный снаряд, позволяющий получать максимально возможный выход керна, подобрать необходимые режимы бурения. При этом внимание должно быть уделено не только повышенному выходу керна, но и высокой производительности бурения.

При выборе безнасосного способа бурения следует пом­нить, что расхаживание снаряда - это весьма трудоемкая и утомительная операция, само безнасосное бурение имеет ряд недостатков, к которым можно отнести возникновение знакопеременных нагрузок в бурильных трубах и станке, приводящих к их преждевременному выходу из строя, поэтому прибегать к этому способу нужно только в крайнем случае, когда другие способы бурения не дают нужного эффекта.