Бурение геологоразведочных скважин на стадии разведки

Расположение промывочных каналов зависит от назначения и размеров долота. При недостаточной интенсивности очистки забоя разбуренная порода дополнительно перемалывается зубьями шарошек, т. е. размельчается уже разрушенная порода. При этом увеличивается энергия, затрачиваемая на разрушение единицы объема породы, затупляются зубья шарошек, снижаются механическая скорость проходки и ресурс долота. Наилучшие показатели достигаются, когда выбуренная порода своевременно удаляется с забоя. При переходе в процессе бурения с промывки промывочной жидкостью на промывку утяжеленными глинистыми растворами механическая скорость бурения снижается в 1,5--2 раза; при использовании воздуха или газа для продувки забоя скважины механическая скорость возрастает в кратное число раз по сравнению с промывкой жидкостью.

Для обеспечения интенсивной очистки забоя от разбуренной породы и разрушения поверхности забоя применяются гидромониторные насадки различных типов.

Лопастные долота режущего типа, предназначенные для бурения геологоразведочных скважин в мягких породах, в том числе с прослойками пород средней твердости, разрушают забой в режиме резания с очисткой забоя промывочным агентом или шнековым способом. Как правило, бурение в мягких породах ведется с использованием легкого бурового оборудования, поэтому применяются небольшие осевые нагрузки на долото и малые крутящие моменты.

Наиболее эффективно лопастными долотами типа М разбуриваются ленточные и пластичные глины средней плотности, суглинки, супеси, рыхлые мергели, гипсы, тальковые разрушенные сланцы многих разновидностей, глинистые бокситы и другие породы с аналогичными физико-механическими свойствами. Лопасти долот глубоко внедряются в забой и создают срез породы большой толщины. Поэтому за каждый оборот долота разрушается большой объем породы. Для выноса этого объема необходимо увеличить циркуляцию потока промывочной жидкости.

Удельная осевая нагрузка на долото типа М составляет 150--500 даН на каждый сантиметр диаметра долота: она увеличивается в зависимости от роста твердости буримых пород; при бурении мягких вязких пород осевую нагрузку следует уменьшать, чтобы предотвратить заклинивание долота на забое. Частота вращения лопастных долот типа М меняется в широких пределах и практически составляет 50--400 мин-1 в зависимости от мощности буровой установки.

Долота типа МС применяют при бурении скважин в породах IV категории по буримости с пропластками пород средней твердости V и VI категорий. Наиболее эффективно этими долотами разбуриваются плотные песчаники, плотные глины с пропластками галечника и щебенки, алевролиты, сланцы, валунно-галечные отложения. Эффективная работа достигается за счет увеличения осевой нагрузки, частоты вращения бурового вала и интенсивности очистки забоя от шлама. Поэтому при бурении скважины должен обеспечиваться оптимальный режим для каждого размера долота. В зависимости от диаметра долота осевая нагрузка может колебаться в пределах от 200 до 600 даН на каждый сантиметр диаметра долота с изменением твердости проходимых пород и глубины скважины.

Частота вращения обычно выбирается с учетом мощности бурового оборудования и прочности бурового вала, чтобы обеспечивать интенсивное вращение долота при проходке самых вязких пород. Обычно при бурении вязких глин и глинистых сланцев, когда необходим большой крутящий момент, частота вращения снижается до минимума; при бурении сыпучих пород типа галечников и щебенки частота вращения увеличивается. При бурении песчаников частота вращения может быть максимальной, так как в этом случае сопротивление породы вращению долота будет незначительным.

Особенно осторожно следует вести бурение при проходке липких вязких пород, когда происходит налипание породы на долото и начинают образовываться сальники. При этом необходимо снизить до минимума осевую нагрузку и частоту вращения и увеличить циркуляцию промывочной жидкости. Если при этом сальник породы не размывается, то следует поднять бурильную колонну на высоту 5--6 м и провести расходку снаряда.

Рекомендуемые соотношения параметров режима для различных типоразмеров долот бескернового бурения приведены в табл. 9 и 10.



Таблица 9

Рекомендации по удельным значениям параметров режима бурения

Тип долота	Категории пород по буримости
	I - II	III	IV - V	VI - VII	VIII - IX (X - XI)
1. Удельные нагрузки на 1 см диаметра долота, кН
2-лопастные	0,6 - 0,7	0,60 - 0,75	-	-	-
3-лопастные	0,7 - 0,8	0,80 - 0,90	0,75 - 0,95	-	-
Истирающие и крупного скола	-	-	1,0 - 1,15	1,15 - 1,30	-
2- и 3-шарошечные типа: М	2,0	2,0	-	-	-
C	-	-	2,0 - 2,1	2,1 - 2,3	-
CT	-	-	-	2,3 - 2,4	-
T	-	-	-	2,4 - 2,5	2,50 - 2,75
TK	-	-	-	-	2,75 - 3,00
K	-	-	-	-	3,0 - 3,5 (3,5 - 4,0)
2. Окружные скорости вращения долота, мин-1
2-лопастные	0,8 - 1,2	1,0 - 2,0	-	-	-
3-лопастные	0,8 - 1,2	1,0 - 1,6	0,6 - 1,2	-	-
Истирающе-режущие и крупного скола	-	0,8 - 1,4	0,6 - 1,2	0,5 - 1,0	-
Трехшарошечные типа: М	0,8 - 1,2	1,2 - 1,4	1,0 - 1,4	0,8 - 1,2	-
С и СТ	-	-	1,0 - 1,4	0,8 - 1,2	-
Т и ТК	-	-	-	-	0,6 - 1,0
К	-	-	-	-	0,6 - 0,8 (0,6 - 0,8)

Таблица 10

Рекомендуемые значения расхода промывочной жидкости, л/мин

Примечания. 1. Скорость потока в затрубном пространстве для пород I--VII категории должна составлять 0,6 м/с (глинистый раствор); для пород VIII--XII категории -- 0,4 м/с (техническая вода):

2. Тип соединения бурильных труб: ниппельные или замковые 3-42 для долот диаметром 59 мм; замковые для остальных диаметров.

Общие закономерности зависимости результатов бурения от параметров режима выглядят следующим образом. С ростом осевой нагрузки до определенного значения увеличиваются проходка на долото и механическая скорость. Частота вращения долота влияет в основном на механическую скорость и почти не влияет на ресурс всех типов долот, если нагрузка на них поддерживается в требуемых пределах.

При бурении мягких и средней твердости пород механическая скорость пропорциональна расходу жидкости, подаваемой на забой скважины в пределах 100--300 л/мин. Это связано с тем, что размеры частиц шлама достигают 8--10 мм (породы VI категории по буримости), а объем выбуренной породы по сравнению с колонковым способом (при одинаковых диаметрах бурения) увеличивается. Так, при бурении долотом диаметром 92 мм в породах V категории объем выбуренной породы возрастает в 5 раз, а в породах VII категории -- в 3,7 раза.

Вынос крупного шлама эффективнее обеспечивается при промывке скважины глинистым раствором.

Рекомендуемые режимы бурения шарошечными долотами геолого-разведочных скважин приведены в табл. 11. Минимальные осевые нагрузки и максимальные частоты вращения, указанные в таблице, следует применять при бурении менее твердых пород, максимальные нагрузки и минимальные частоты вращения -- для более твердых пород. При бурении сильнотрещиноватых пород рекомендуется применять минимальную частоту вращения снаряда и снижать осевую нагрузку на долото на 30--40% по сравнению с бурением аналогичных монолитных пород.

В абразивных породах следует применять более низкие частоты вращения, чем в малоабразивных, при бурении абразивных пород окружная скорость не должна превышать 1 м/с; в малоабразивных принимается в пределах 1--2 м/с.

Для эффективной очистки скважины скорость восходящего потока промывочной жидкости должна быть в твердых породах не менее 0,4 и в мягких -- 0,8 м/с. Уменьшение расхода жидкости приводит к повышенному износу долот и снижению скорости бурения.

Для создания оптимальных нагрузок при шарошечном бурении рекомендуется применять бурильные трубы максимально возможного диаметра.

При увеличении кривизны скважины более 5° на 100 м необходимо уменьшать осевую нагрузку на 30--50% от нормальной до прекращения искривления.

Забуривание скважины долотами проводится при осевой нагрузке 10--20% от рекомендуемой, а разбуривание ствола -- при нагрузке не более чем 30% от рекомендуемой и при частоте не выше 150 мин

Каждое новое долото должно быть приработано на забое в течение 10-- 15 мин при минимальной частоте вращения и осевой нагрузке, составляющей 10--20% от оптимальной; долото при этом должно углубиться не менее, чем на 0,5 его диаметра. После приработки осевая нагрузка быстро, но плавно доводится до оптимальной при обязательном вращении долота [8].

Критерии отработки долот. Основные признаки, указывающие на необходимость подъема долота.

1) резкое снижение механической скорости бурения или полное прекращение углубки; причина: заклинивание опор шарошек или полный износ долота;

2) устойчивое снижение скорости бурения по однородным породам; причина: износ вооружения шарошек.



Таблица 11

Рекомендуемые режимы бурения шарошечными долотами геологоразведочных скважин (по В.С. Травкину и др.)

Критерии снятия шарошечных долот с эксплуатации: 1) износ твердосплавных зубков более чем на 80%; 2) износ зубьев шарошек на 2/3 их высоты; 3) скол и выпадение более 10--20% твердосплавных зубков; 4) люфт шарошек достигает для долот: 59 и 76 мм -- более 4 мм, 0 93 мм -- более 5 мм, 0 112 и 132 мм -- более 6 мм, 0 151 мм -- более 7 мм; 5) полный износ вершин шарошек; 6) износ долота по диаметру более 3 мм.

Критериями снятия с эксплуатации дисковых и лопастных долот являются предельные значения износа, влияющие на снижение механической скорости бурения (табл. 12).

При бурении шарошечными долотами может наблюдаться повышенное искривление скважин, возрастающее с ростом осевой нагрузки и диаметра долота. Основным средством уменьшения искривления является применение жестких буровых компоновок, включающих: 1) утяжеленные бурильные трубы весом на 20--30% больше осевой нагрузки; 2) центрирующие фонари диаметром, равным диаметру колонковой трубы для конкретного типоразмера породоразрушающего инструмента; 3) трубы из ниппельной заготовки и направляющие фонари (для долот диаметром 59 и 76 мм); 4) направляющий снаряд из труб прежнего и последующего диаметра (при переходе на меньший диаметр бурения).

Наиболее характерным видом аварий, связанных с применением шарошечных долот, является оставление на забое скважины частей и осколков поломанных шарошек. Извлечение крупных частиц проводится накрытием их и забуриванием в забой на 30--50 см колонковым снарядом с твердосплавной коронкой; расколотые шарошки, шарики подшипников, твердосплавные зубки и штыри поднимаются в этом случае вместе с керном. Мелкие металлические частицы извлекают с помощью магнитной ловушки типа Л СМ (ВИТР) [8].

Таблица 12

Значения износа дисковых и лопастных долот, вызывающие снижение механической скорости

11.1 Породоразрушающий инструмент для бескернового бурения

Породоразрушающий инструмент для бескернового бурения геологоразведочных скважин по характеру воздействия на породу разделяется на:

-- долота ударно-дробящего действия;

-- долота дробяще-скалывающего действия;

-- долота режуще-истирающего действия.

К первой группе относятся двух- и трехшарошечные долота; разрушение породы такими долотами происходит за счет перекатывания зубьев шарошек по забою с нанесением ударов.

Ко второй группе относятся дисковые долота; они разрушают породу дроблением и скалыванием за счет ударного и скалывающего воздействия зубьев на забой.

К третьей группе относятся лопастные долота, алмазные, и инструмент, армированный синтетическими и сверхтвердыми материалами; они используются для бурения пластичных горных пород: разрушение породы происходит за счет срезания тонкого слоя при внедрении в нее резцов.

Специальные долота используются при гидроударном бурении, шнековом бурении, с продувкой забоя воздухом, при бурении шпуров, при направленном бурении и т.д. Эти долота имеют свои конструктивные особенности, вызванные спецификой разрушения забоя [8].

11.1.1 Шарошечные долота

Шарошечные долота представляют собой наиболее универсальный породоразрушающий инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород: от очень мягких до весьма твердых.

Разработанный в последние годы ассортимент шарошечных долот по своим типоразмерам способен удовлетворить самые широкие запросы потребителей. В частности, впервые в мировой практике разработаны шарошечные микродолота диаметром 46 и 59 мм. Для повышения ресурса долот в их конструкции используются опоры скольжения и вооружение шарошек твердосплавными зубками. Для наиболее тяжелых условий эксплуатации разработаны долота с элементами герметизации опор.

По конструктивному исполнению корпуса шарошечные долота разделяются на: корпусные, применяемые для бурения скважин большого диаметра; секционные (бескорпусные), состоящие из двух (трех) сваренных между собой секций со стандартной присоединительной резьбой.

Основные конструктивные особенности долот: конструкция шарошек; схема опор; система промывочных устройств; наплавка зубьев твердым сплавом; оснащение шарошек твердосплавными зубьями.

Основные конструктивные параметры долот: расположение на оси шарошек по отношению к оси долота и вершин шарошек относительно оси долота; величина угла наклона осей шарошек к оси долота; число конусов на шарошках; расположение венцов зубьев; геометрические параметры зубьев.

Долота типа К характеризуются ударным действием вооружения на разрушаемый забой и предназначены для бурения твердых и весьма твердых пород.

Шарошки долот имеют чистое качение по забою без проскальзывания, а вооружение состоит из цилиндрических твердосплавных зубков со сферической головкой. Калибрующее вооружение каждой шарошки работает в режиме резания.

Долота типа ТК и Т характеризуются ударно-скалывающим действием вооружения на разрушаемый забой. Шарошки этих долот имеют кинематические схемы, обеспечивающие чистое качение с небольшим проскальзыванием основного конуса по поверхности забоя. Поэтому твердосплавные и фрезерованные зубья наносят по забою удары с некоторым сдвигом по ходу вращения шарошек. Шарошечные долота типа Т и ТК образуют забой выпуклой формы.

Долота типа ТК и Т предназначены для бурения твердых пород и твердых с пропластками очень твердых.

Долота типа СТ и С характеризуются скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Их шарошки имеют многоконусную форму самоочищающегося типа и работают по кинематической схеме, обеспечивающей качение со значительным проскальзыванием основных конусов шарошки вдоль поверхности забоя. Оси шарошек смещены относительно оси долота на 2--3 мм в зависимости от размеров долота, поэтому вооружение шарошек, состоящее из твердосплавных зубков и фрезерованных зубьев, наносит по забою наклонный удар со значительным сдвигом по ходу их вращения. Шарошечные долота типа СТ и С образуют забой выпуклой формы. Эти долота предназначены для бурения пород средней твердости с пропластками твердых пород.

Долоma пита М характеризуются режуще-скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы. Их шарошки имеют многоконусную форму самоочищающегося типа; они работают по кинематической схеме, обеспечивающей большое скольжение основных конусов шарошки вдоль поверхности забоя. Вооружение шарошек состоит из острых фрезерованных зубьев, имеющих одностороннюю наплавку мелкозернистым твердым сплавом. Зубья шарошек вдавливаются в поверхность забоя и скалывают большой кусок породы с поворотом рабочей площадки зуба. Шарошечные долота типа М образуют выпуклый забой. Долота предназначены для бурения скважин в мягких породах с пропластками пород средней твердости.

Двухшарошечные долота (рис. 4) -- наиболее распространенный породоразрушающий инструмент при бурении геологоразведочных скважин на глубину до 2000 м. В определенных гсолого-технических условиях эти долота обеспечивают превосходство над трехшарошечными на 10--15% по проходке и на 15--20% по механической скорости, т е. в условиях, когда невозможно создать необходимые осевые нагрузки для нормальной работы трехшарошечных долот. Каждая отдельная секция двухшарошечного долота имеет большие диаметры шарошек по сравнению с трехшарошечным, что позволяет иметь на шарошке увеличенное число зубчатого или твердосплавного вооружения при увеличенном шаге между зубками. Зубки, расположенные на шарошке с увеличенным шагом, наносят по забою более интенсивные удары со сколом более крупных частиц разбуриваемой породы.

Рис. 5. Двухшарошечные долота:

а - типа К: 1 - твердосплавные зубки; 2- подшипник скольжения с центральным замковым устройством; 3 - шарошки; б - типа Т(ТК): 1 - шарошки чистого качения самоочищающегося типа; 2 - стальные фрезерованные зубки пирамидальной формы с наплавкой релита; 3- зубья пикообразной схемы; 4 - составные стальные вкладыши; 5 - фиксирующаяся разжимная шайба; 6- твердосплавные цилиндрические зубки; в - типа С(СТ): 1 - шарошки; 2 - стальные фрезерованные зубки пирамидальной формы; 3 - односторонняя наплавка мелкозернистым твердым сплавом релита; 4 - венцы с самоочищающейся схемой расположения; 5 - основной рабочий конус шарошек; 6 - усиленная калибрующая поверхность затылочного конуса; г - типа М: 1 - шарошки; 2 - стальные фрезерованные зубья; 3- односторонняя наплавка мелкозернистым релитом; 4 - зубья; 5 - направленный слой крупнозернистого сплава на затылочном конусе шарошек

Преимуществом двухшарошечных долот над трехшарошечными является упрощение технологии их изготовления. Двухшарошечные долота имеют меньшую стоимость. К недостаткам двухшарошечных долот относится недостаточно мощное калибрующее вооружение -- насыщенность зубьями снижена на 30% по сравнению с трехшарошечными долотами. Это приводит к преждевременному износу долота по диаметру, а также является причиной вибрации при бурении, приводящей к более интенсивному искривлению скважины, чем при бурении трехшарошечньши долотами.

Трехшарошечные долота (рис. 5) позволяют наиболее полно использовать габариты скважины для размещения шарошек, вооруженных наибольшим числом рабочих и калибрующих зубьев, а также позволяют разместить во внутренней полости шарошек наиболее мощные опорные подшипники и обеспечить надежную устойчивость долота на забое при оптимальной осевой нагрузке [8].

Рис. 6. Трехшарошечное долото типа К:

1 -- шарошки; 2 -- твердосплавные зубки со сферической рабочей головкой; 3 -- основной конус шарошек; 4 -- калибрующее вооружение шарошек -- цилиндрические твердосплавные зубки с плоской рабочей поверхностью, размещенные на затылочном конусе шарошек; 5 -- промывочная система

11.1.2 Лопастные и дисковые долота

Лопастные долота, армированные режущими элементами из вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов различных марок и форм, разработаны СКБ «Геотехника» и освоены в производстве. Такие долота являются высокопроизводительным породоразрушающим инструментом для бескернового бурения в мягких, малоабразивных я вязких породах, а также многолетнемерзлых породах с содержанием твердых включений. Они применяются при бурении геологоразведочных, гидрогеологических, инженерно-геологических, сейсморазведочных и технических скважин. Эффективность лопастных долот обусловлена простотой конструкции, относительно невысокой стоимостью, высокими производительностью и ресурсом, все это обеспечивает проведение скважин при минимальных энергозатратах и стоимости бурения.

По назначению долота подразделяются на два типа: М -- для бурения мягких (в том числе мерзлых) и вязких пород 1--IV категорий по буримости: МС--те же комплексы горных пород, но с содержанием твердых включений.

Долота пиши М диаметром 76-151 мм имеют пикообразную форму и армированы удлиненными твердосплавными пластинами размером 3 х5 мм, установленными в открытых пазах. Усиленное вооружение режущих граней позволяет получить высокие механические скорости бурения при небольших осевых нагрузках. Наличие опережающих лезвий на периферийной части долота предохраняет лопасти от быстрого износа и значительно повышает ресурс инструмента. Калибрующая масть лопастей армирована твердосплавными цилиндрическими зубками (восьмигранниками), предохраняющими долото от износа по диаметру. Для предупреждения размыва стенок скважины промывочные каналы (диаметром 10--25 мм) направлены перпендикулярно к плоскости забоя.

Долота типа МС диаметром 76--151 мм имеют лопасти также пикообразной формы, но армируются твердосплавными цилиндрическими зубками (или восьмигранниками) диаметром 5 мм. Для предотвращения скалывания при встрече в горных породах твердых включений зубки установлены в теле лопастей. Вследствие малой площади режущих лезвий эти долота можно применять при бурении на малых осевых нагрузках. Усиленное вооружение калибрующей и периферийной частей лопастей предохраняет долота от износа по диаметру и обеспечивает им высокий ресурс.

Лопастные долота для шнекового бурения диаметром 151--320 мм имеют три лопасти ступенчатой формы, армированные (в зависимости от области применения) релитом, наплавленным на рабочие поверхности, твердосплавными пластинами удлиненной формы с малым поперечным сечением, установленными в открытых пазах, или цилиндрическими (восьмигранными) зубками, расположенными в теле лопастей во избежание скалывания при встрече твердых включений в горных породах. Ступенчатое расчленение забоя на отдельные зоны разрушения и центральная рассечка обеспечивают повышение скорости бурения и ресурса долот. Калибрующие участки лопастей армированы износостойкими материалами, предохраняющими долото от износа по наружному диаметру.

В случае необходимости долота могут изготавливаться в двухлопастном исполнении. Такие долота (рис. 6) состоят из корпуса с присоединительным шестигранником, с помощью которого монтируют долото на полый шнек.

На корпусе долота имеются две разновеликие лопасти: одна разрушает основной профиль забоя -- поражает центральную часть скважины и участвует в калибровке диаметра скважины; другая выполняет вспомогательные функции, разрушая небольшой участок забоя и участвуя в калибровке диаметра скважины.

Сейсмические скважины бурят вращательным способом в основном лопастными долотами с промывкой забоя очистным агентом (или продувкой сжатым воздухом) и шнековым способом с погружением заряда ВВ после извлечения инструмента в открытый ствол скважины или через полый шнек. Перечисленные способы бурения ведутся без отбора керна, большей частью в мягких породах II--IV категорий по буримости и в вечномерзлых породах, содержащих в ряде случаев валунно-галечные отложения; около 10% этого вида бурения ведется в твердых породах VII--X категорий шарошечными долотами. Заряды ВВ имеют диаметры 80--100 мм и поэтому могут быть успешно размещены в скважинах диаметром 112 мм и более практически во всем комплексе проходимых пород.

Рис. 7. Двухлопастное долото режущего типа для шнекового бурения:

1 -- шпилька; 2 -- замковое кольцо, 3 -- присоединительный шестигранник; 4 -- корпус; 5 -- вспомогательная лопасть, разрушающая небольшой участок забоя и калибрующая диаметр скважины; 6 -- лопасть, разрушающая основной профиль забоя; 7 -- резцы из твердого сплава (лопасть наплавлена также зернистым релитом)

Дисковые долота диаметром 76 и 93 мм относятся к долотам режуще-скалывающего типа: в них совмещены преимущества как шарошечных, так и лопастных долот. Конструкция долот относительно проста и позволяет размещать мощные опоры и вооружение для дисков, что существенно повышает их работоспособность (скорость бурения и ресурс) и износостойкость и делает их применение технологически и экономически выгодным. Наиболее эффективно использование дисковых долот (с точки зрения производительности, энергоемкости и экономичности бурения) в породах средней твердости, в частности, для бурения при разведке угольных месторождений [8].

11.1.3 Долота специального назначения

Для бурения геологоразведочных скважин в особых геолого-технических условиях, а также при использовании специального бурового оборудования и для выполнения специальных задач при проходке скважин разработаны буровые долота специального назначения: шарошечные долота для пневмо- и гидроударного бурения, для бурения с продувкой: шпуровые шарошечные долота, шарошечные долота для направленного бурения; для бурения с гидротранспортом шлама; колонковые шарошечные долота и другие.

Шарошечные долото для гидро- и пневмоударного бурения наиболее перспективны для бурения в твердых и весьма твердых породах поскольку наложение ударных нагрузок на шарошечное долото позволяет интенсифицировать процесс разрушения породы и повысить скорость бурения. Кроме того, использование долот совместно с ударными машинами позволяет бурить с пониженными осевыми нагрузками, что приводит к снижению интенсивности искривления скважин в процессе бурения. Вместе с тем ударное воздействие предъявляет повышенные требования к прочности конструктивных элементов долота. С этой целью в конструкции заложены усиленные опоры скольжения и вооружение шарошек, гарантирующие эффективное применение долот в комплексе с гидро- и пневмоударниками.

Шарошечные долота для бурения с продувкой (рис. 7) предназначены для проходки сухих обезвоженных скважин в основном небольшой глубины, а также для бурения скважин в подземных условиях и взрывных скважин на открытых карьерах. Отличительной особенностью этих долот является наличие специальных каналов, направляющих потоки воздуха (или газовых смесей) через внутреннюю полость лап во внутреннюю полость шарошки. Нагнетаемый через эти каналы воздух выносит частицы породы, проникающие с забоя в опорные подшипники и охлаждает последние, что способствует увеличению их долговечности и повышает работоспособность долота.

Для лучшей циркуляции воздушного потока в призабойной зоне на боковых гранях лап приваривают боковые косынки, которые закрывают свободное пространство между корпусом долота и шарошками и направляют поток воздуха вниз до забоя.

Рис. 8. Шарошечное долото для бурения с продувкой:

1-- специальные каналы для прохода потока воздуха (газовых смесей); 2 -- лапа; 5 -- расточка в замковом пальце; 4 -- цапфа лапы; 5 -- внутренняя полость шарошки

Шпуровые шарошечные долота используют для бурения шпуров глубиной до 15 м в твердых породах. В этих условиях наиболее важное значение приобретает механическая скорость бурения с одноразовым использованием долота. Поэтому на основных конусах твердосплавные зубки располагаются в шахматном порядке, угол наклона осей шарошек к оси долота увеличивается, а насыщенность калибрующего вооружения на затылочном конусе снижается.

Шарошечные долота для направленного бурения предназначены для искусственного искривления скважин. Конструкции таких долот имеют специальное калибрующее вооружение на затылочном конусе шарошек и на периферийных венцах. Это вооружение должно обеспечивать боковое врезание в стенку скважины при проходке через отклонители различных типов, поэтому оно выполнено в виде твердосплавных зубков, максимально уменьшенных диаметров для обеспечения наибольшей насыщеннрсти врезающейся части калибрующих конусов.

Шарошечное долото диаметром 76 мм для направленного бурения имеет большие габариты шарошек за счет увеличения угла наклона осей шарошек к оси долота и насыщенное вооружение на периферийных венцах из твердосплавных зубков размером 4 х 6 мм и термообработанных дисковых перемычек, расположенных между зубками.

Шарошечные долота для бурения с гидротранспортом шлама разработаны в нескольких конструктивных исполнениях. Они способны обеспечить получение крупных частиц породы при разрушении забоя, что очень важно для оценки содержания в породе полезных ископаемых. Разработка конструкций таких долот ведется в двух направлениях: при ударном воздействии вооружения на забой и при ударно-скалывающем воздействии. В первом случае создаются шарошечные долота, у которых шарошки оснащены высокими твердосплавными зубками с клиновидной рабочей поверхностью, а во втором случае создаются комбинированные шарошечно - дисковые долота, у которых конструкция состоит из одной вертикальной шарошки, обрабатывающей периферийный участок забоя и наружный диаметр скважины, и другой, дисковой фрезерующей шарошки, расположенной с противоположной стороны и разрушающей поверхность забоя со сколом крупных частиц породы.

Колонковые шарошечные долота диаметром 93--157 мм относятся к числу перспективных направлений совершенствования технических средств для отбора керна. Долота имеют относительно невысокую стоимость и в составе с современными керноприемными снарядами обеспечивают необходимый выход керна, позволяющий получать надежные и достоверные данные при разведке месторождений, изучении геологических условий, подсчете запасов полезных ископаемых и др.

Съемные раздвижные долота ДРС диаметрами 132/190 и 190,5/244 мм разработаны ВИТРом совместно с Сургутским отделением ЗапСибБУРНИПИ (изготовитель опытных образцов завод «Уралбурмаш»). Долота предназначены для бурения и одновременно расширения стволов гидрогеологических и инженерных скважин в горных породах средней твердости. Долота типа ДРС имеют цельный корпус с центральным каналом, присоединительную резьбу для бурильных труб, три продольных паза с отверстиями для трех осей, на каждой из которых размещается лапа. На цапфе лапы монтируется опора с шарошкой. Опора шарошки имеет три подшипника: два радиально-упорных шариковых (один из которых является замком) и один роликовый. Промывочная жидкость подводится к забою через центральный канал круглого сечения. Конструкция долота является разборной, то есть позволяет отделять лапы с шарошками от корпуса путем извлечения из него трех осей. Изношенные шарошки могут заменяться новыми без замены корпуса.

При постановке долота на забой скважины оно, за счет осевой нагрузки и центробежной силы инерции, из транспортного положения переходит в рабочее состояние. Бурение ведется одновременно с расширением ствола скважины. После окончания рейса при подъеме долото принимает транспортное положение, шарошки под действием собственного веса и силы трения о стенки скважины уменьшают диаметр долота.

При бурении долотом ДРС на забое образуется керн горной породы, который при использовании двойной колонны и обратной промывки может непрерывно выноситься на поверхность. При бурении сплошным забоем в центральной части долота ДРС устанавливается керноразрушитель в виде вставки, армированной резцами из твердого сплава.

Шарошки долот оснащены крупными фрезерованными зубьями, армированными твердым сплавом. Тыльные конусы шарошек, образующие диаметр долота, также наплавлены твердым сплавом, что способствует сохранению диаметра долота при бурении.

Конструкция долота ДРС позволяет усовершенствовать технологию вскрытия продуктивного пласта и повысить качество и скорость сооружения скважины за счет: формирования в интервале установки фильтра каверны заданного диаметра с незакольматированными стенками с целью образования гравийного фильтра, что в 2--3 раза повышает дебит скважины; исключения материальных . затрат (до 20% от стоимости строительства скважины) на приготовление, применение и экологическую очистку глинистых или полимерных растворов при замене их технической водой: снижения числа аварий и осложнений, связанных с нарушением устойчивости стенок скважины при бурении через каверны, трещиноватые зоны, плывуны путем непрерывного перекрытия их подвижной колонной обсадных труб; уменьшения травматизма вследствие сокращения числа спуско-подъемных операций с обсадной колонной, при которых на буровых работах происходит наибольшее число тяжелых несчастных случаев.

Кроме создания каверн для образования в них гравийных фильтров специальными работами, которые могут выполняться с применением долот типа ДРС, являются: разбуривание и замена запесоченных старых фильтров новыми, не извлекая обсадных труб из скважины; бурение под сваи, которые должны выдерживать нагрузки как на сжатие, так и на растяжение; укрепление строительных фундаментов, в которых требуется проходить через кладку скважины возможно меньшего диаметра, а затем расширять диаметр до максимального [8].



12. ПОДСОБНЫЕ ЦЕХА, СВЯЗЬ, ТРАНСПОРТ

В механическую мастерскую входят отделения: кузнечное, токарное, сварочное, инструментальное. Механическая мастерская выполняется работы по ремонту бурового оборудования, транспорта, а также производится ремонт и изготовление отдельных узлов и деталей, необходимых для восстановительного ремонта при эксплуатации оборудования. Основанием на ремонт является дефектная ведомость. Ведомость составляется старшим механиком по эксплуатации оборудования в присутствии бурового мастера [10].

Доставка вахт на буровой участок производиться вахтовыми машинами. Транспортировка грузов и персонала производится высокопроходимыми автомомобилями типа «Урал».

Все буровые объекты обеспечиваются радио и телефонной связью. Диспетчерская служба имеет устойчивую связь с буровыми бригадами через радиотелефонные аппараты “Карат”. Связь с бригадами осуществляется из диспетчерской, в которой постоянно находится дежурный диспетчер или радист в ночное время, которые принимают постоянную информацию и заказы. Также при выходе на связь с буровыми бригадами диспетчер обязан строго документально осуществлять запись заказов и следить за их реализацией. Связь с буровыми поддерживается три раза в день.

Электроснабжение буровых установок осуществляется от государственных линий электропередач, находящихся в 5 км.

Для обеспечения сохранения керна и возможности его просмотра кернохранилище должны быть оборудованы специальными стеллажами, которые устраиваются с расчетом свободного доступа к ящикам керна.



13. ОХРАНА ТРУДА, ПРОМСАНИТАРИЯ, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ТЕХНИКА

Административно-технический персонал каждой геологической организации обязан заботиться о создании здоровых и безопасных условий труда на производстве. Для этого составляется комплексные планы улучшения условий труда и санитарно-оздоровительных мероприятий. Составной частью комплексных планов являются предупреждение несчастных случаев, которые решаются с помощью комплекса организационно-методических, инженерно-технических и методико-профилактических мероприятий.

Организационно-методические мероприятия включают: систему нормативно-технической документации; обучение и инструктаж рабочих; анализ производственного травматизма в целях рационального планирования средств на мероприятие по предупреждению несчастных случаев.

Инженерно-техническими средствами борьбы с производственным травматизмом являются: оградительные устройства для изоляции движущихся частей механизмов и машин; предохранительные устройства-блокировки, автоматически отключающие оборудование при выходе какого-либо параметра за пределы допустимых значений, сигнализация, габариты безопасности, дистанционное управление, средства индивидуальной защиты.

Методико-профилактические мероприятия включают предварительный и периодический осмотры рабочих, профилактические прививки. Все рабочие проходят следующие виды инструктажа по технике безопасности:

вводный инструктаж;

инструктаж на рабочем месте;

повторный инструктаж.

Буровые здания относятся к производственным помещениям геологоразведочных организаций, строительство и содержание которых должны проводиться в соответствии с требованиями строительных норм и правил, а также требованиям производственной санитарии и гигиены.

Освещение на буровых должно соответствовать следующим требованиям:

равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и в пределах окружающего пространства;

отсутствие повышенной яркости светящихся поверхностей;

постоянство освещения во времени;

отсутствие опасности и вредности от осветительных устройств.

Отопление должно обеспечивать в помещении поддержание заданной температуры воздуха (не ниже 13-18С) в холодное время года.

Вентиляция должна обеспечивать качественный состав воздуха в помещении.

Комплекс методов по борьбе с шумом включает следующие мероприятия:

уменьшение шума в его источнике;

уменьшение шума на пути его распространения;

изменение направления излучения шума;

рациональная планировка помещения и его акустическая обработка;

рациональное конструирование машин и механизмов;

применение средств индивидуальной защиты для органов слуха.

Для контроля уровня шума применяется шумомер ШШВ-1.

Индивидуальные средства защиты на буровой:

защитные каски предназначены для защиты головы от падающих предметов, воды, растворов и т.д.;

вкладыши, наушники, шлемы для защиты органов слуха;

специальные очки или щитки для защиты глаз от механического повреждения, попадания масла и т.д.;

диэлектрические перчатки и рукавицы, резиновые боты и галоши, резиновые коврики и дорожки, изолирующие подставки предназначены для изоляции работающих от пола и земли, и частей электрооборудования, находящегося под напряжением, и предохраняют от поражения электрическим током.

Спецодежда и спецобувь предназначены для защиты рабочих от вредного воздействия производственных и природных факторов.

Прокладка подъездных путей, сооружение буровой мачты, размещение оборудования, устройство отопления, освещения и т.д. должны производиться по проектам и типовым схемам монтажа, утвержденным руководством управления.

Проекты и схемы должны разрабатываться в соответствии с техническими требованиями эксплуатации оборудования и правил безопасности.

Буровое оборудование, вышки (мачты) должны осматриваться мастером не реже одного раза в декаду и бурильщиком при передачи смены.

Все буровые должны иметь противопожарные щиты на случай возникновения пожара [4].



14. ОХРАНА ПРИРОДЫ

1. На защиту и восстановление земельных участков должны быть составлены и утверждены проекты и сметы, предусматривающие следующие мероприятия подготовленные до процесса бурения, по охране в процессе бурения скважины и по восстановлению земельных участков.

2. Подготовительные мероприятия должны включать в себя :

установление мест складирования растительного и почвенного слоев или грунтов, подлежащие выемке;

удаление плодородного слоя в местах его загрязнения продуктами разрушения, нефтепродуктами и другими жидкостями.

3. Охранные мероприятия в процессе бурения скважины:

3.1 При наличии грунтовых вод водоносные горизонты обязательно должны перекрываться обсадными трубами.

3.2 Самоизливающиеся скважины должны быть оборудованны регулирующими устройствами.

3.3 Слив использованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водные бассейны и на почву запрещаются.

3.4 Загрязнение почвы горюче-смазочными веществами запрещается.

4. Мероприятия по восстановлению земельных участков.

4.1 После окончания бурения проводится рекультивация- комплекс мероприятий, направленных на восстановление земельных отводов, загрязненных производством.

4.2 Проводится горнотехническая и биологическая рекультивация:

остатки дизельного топлива сжигаются, отработанный глинистый раствор вывозится, загрязненные земли покрываются почвенным слоем и дерном; загрязненные площади озеленяют и возвращают лесное и другое пользование.

4.3 Проведение работ по рекультивации осуществляется в соответствии с инструкциями, согласованными с местными органами [8].

15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Таблица 13

N п/п	Диаметр ПРИ	Категория по буримости	Объем бурения, м	Норма времени в ст-см на метр	Коэффициент	Итого затраты на объем
1	112	II	4	0.04	-	0.16
2	93	II	16	0.04	-	0.64
3	93	III	20	0.06	-	1.2
4	93	III	80	0.06	-	4.8
5	59	V	150	0.1	-	15
6	59	VII	20	0.14	-	2.8
7	59	IX	70	0.18	-	12.6

Итого затрат времени на бурение одной скважины: 37.2 ст.*см

Затраты времени на весь процесс бурения скважин рассчитываются по формуле:

N_бур = N_скв•n, (28)

где N_скв - время на бурение одной скважины; n - количество скважин.

N_бур = 37.2•16 = 595.2 ст*см.

Количество одновременно действующих буровых установок N_у вычисляется по формуле:

N_у = (N_скв•n)/(103•Т), (29)

где Т - это время на бурение 16 скважин, мес.; 103 - это количество станко-смен в месяце при работе буровой бригады в три смены.



N_у = (37.2•16)/(103•3) = 1.92

N_{у -} принимаем равной 2, т. е. в процессе проведения работ будут задействованы 2 буровые установки.

Перечень документации, которая ведется на буровой

- акт на ввод в эксплуатацию скважины;

- ГТН;

- буровой журнал;

- журнал проверки состояния ТБ;

- график планово-предупредительного ремонта;

- акты на ликвидацию осложнений и аварий, на проведение специальных работ в скважине, акт проверки готовности скважины к геофизическим работам и др.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе впервые проводилось проектирование скважины, выбор бурового оборудования, расчет режимных параметров, которые соответствуют данным геолого-техническим условиям. Данная работа дала огромный опыт перед выполнением дипломного проекта.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башлык С.М., Загибайло Г.Т. Бурение скважин. - М.:Недра, 1990. - 446 с.

2. Бурение разведочных скважин. Проектирование скважин: Методические указания по выполнению курсового проекта.- Томск: Изд. ТПУ, 1997.

3. Воздвиженский Б.И., Новожилов А.А. Разведочное бурение. - М.: Недра, 1979. - 510 с.

4. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М. Буровое дело. - М.:Недра, 1965. - 490 с.

5. Ребрик Б.М. Бурение инженерно-геологических скважин.-М.:Недра, 1989. - 336 с.

6. Рябчиков С.Я. Буровые машины и механизмы: Учебное пособие.-Томск: Изд. ТПУ, 1999.- 108 с.

7. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. - Том 1. - М.: Недра, 1984. - 512 с.

8. Справочник по бурению геологоразведочных скважин./Гл. ред. Е.А. Козловский,-СПб.:ООО “Недра”, 2000.- 712 с.

9. Сулакшин С.С. Способы, средства и технология получения представительных образцов пород и полезных ископаемых при бурение геологоразведочных скважин: Учебное пособие. - Томск: Изд. НТЛ, 2000. - 248 с.

10. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1994 - 432 с.

Размещено на Allbest.ru