Обертальне колонкове буріння

Загальні відомості. Буріння свердловин проводиться колонковими, роторними установками тощо. Бурильна установка — це комплекс наземних споруд бурильного та енергетичного обладнання (рис. 121).

Під колонковим бурінням розуміють такий спосіб обертального буріння, при якому розбурюється лише кільцевий забій, усередині якого залишається керн — колонка породи. При колонковому способі буровий снаряд (рис. 122) складається з кільцевої коронки, в нижній торець якої вставляють тверді сплави або алмази; коронка при­єднується до колонкової труби, до якої під час буріння, проходячи через коронку, надходить керн. Колонкова труба за допомогою перехідника з'єднується з колоною бурильних труб, які нарощуються з заглибленням свердловини. Коронка, колонкова труба та перехідник із колонкової труби на бурильні труби створюють колонковий набір. До верхньої бурильної труби пригвинчується сальник, крізь який промивальна рідина (вода, глинистий розчин тощо) надходить по центральному каналу бурильних труб, колонковій трубі та коронці до забою свердловини. Колонковий набір, бурильні труби та сальник складають бурильний снаряд. При бурінні верхня бурильна труба колони затискується у шпинделі станка, який обертається від двигуна та не тільки обертає буровий снаряд, а й регулює тиск коронки на забій за допомогою спеціального пристрою. При обертанні коронка з відповідним тиском на різці вибурює кільцевий простір, усередині якого залишається керн. Одночасно насосом крізь шланг та бурильні труби до свердловини подається промивальна рідина (вода, глинистий розчин тощо), яка охолоджує коронку й виносить на поверхню шлам, що осаджується в жолобах циркуляційної системи (або відбирається за будь-яким способом).

Очищена промивальна рідина знову нагнітається насосом у свердлови­ну. Шлам виноситься вихідним потоком промивальної рідини кільцевим зазором між стінками свердловини та зовнішньою поверхнею бурильного снаряда. Після того, як колонкова труба заповнюється керном, останній заклинюється і від­ривається від забою. Керн заклинюється у колонковому снаряді битим твердим камінням або склом, або іншими засо­бами (наприклад, за допомогою кернорвачів).

Після заклинення керна насос вимикають, і колонковий снаряд ле­бідкою станка піднімають на поверхню, причому бурильну колону розгвинчують на окремі свічки, довжина яких визна­чається висотою вишки. Після підняття колонкового снаряда коронку відгвин­чують, керн виймають із колонкової труби, інструмент знову збирають, опу­скають у свердловину й продовжують буріння. При дробовому бурінні (рис. 123) під нижній робочий торець коронки засипають сталевий або чавун­ний дріб, який, розколюючись і рухаю­чися під торцем коронки, здійснює кільцеве руйнування забою.

Проходження свердловини до проек­тної глибини виконується окремими рейсами (рейс — один спуско-підйом). Заглиблення свердловини за один рейс обмежене внаслідок того, що воно залежить від довжини колонкової труби й можливого саморозклинювання керна. Часті підйоми бурового снаряда знижують продуктивність колонкового буріння. Тому останнім часом розроблено та впроваджено знімальні керноприймальники, які допомагають піднімати керн на поверхню без підйому бурильного снаряда. Перед підйомом і спуском керноприймальної труби (всере­дині бурильної колони) буріння припиняється. Результати викори­стання знімальних керноприймальників свідчать про їхню високу ефективність. Наприклад, на родовищах Джезказгану вони дали змогу досягти продуктивності 1000—1200 м на станко-місяць, а за більш сприятливих умов — до 1500 м замість традиційних 400—420 м.

Основні причини використання колонкового буріння в геолого­розвідувальних роботах: можливість отримання керна, що дає змогу якнайповніше вивчати будову та якість корисної копалини; мож­ливість буріння в породах будь-якої міцності й під будь-яким кутом до горизонту. Колонкове буріння широко використовується при розвідці родовищ корисних копалин: вугілля, залізної руди, кольо­рових металів тощо. При цьому виді буріння глибина досягає 3000—3500 м і більше; діаметр свердловини — 46—200 м і більше. Залежно від використання розтираючого матеріалу виділяють три види колонкового буріння: алмазне, твердосплавне та дробове, а також гідроударниками. В країнах СНД й за кордоном першим у переліку прогресивних методів стоїть алмазний спосіб, який забез­печує: підвищення швидкості процесу (останнім часом цей показник підвищився в 1,5—3 рази й більше), зниження вартості. Різке скорочення витрат матеріалів та інструментів (питомі витрати трубної продукції знизилися від 2 до 5 разів); зростання виходу керна на 10—15 %, а при використанні спеціальних пристроїв (знімальних керноприймачів тощо) — до 100 %.

Проходження геологорозвідувальних свердловин у багатьох випадках краще вести комбінованим способом. Наприклад, окремі добре вивчені в геологічному відношенні інтервали свердловини бурять без відбору керна, а потім у рудній зоні переходять на буріння керновими коронками (в породах І—VIII категорій — твердосплавними; IX—XII — алмазними).

Гідроударне буріння доцільно використовувати в міцних породах у комбінації з колонковим, що значно підвищує ефективність.

Застосування колонкового буріння доцільне тільки в разі, якщо за геологічними умовами відбір керна абсолютно необхідний, у всіх інших випадках потрібно переходити на безкернове — в досліджених геологічних умовах (наприклад, при детальній розвідці родовищ), а також у комбінації з додатковими надійними методами випробування. Безкерновий спосіб значно збільшує швидкість буріння, рейсову проходку та скорочує час на спуско-підйомні операції, тому є найпрогресивнішим і продуктивним.

При безкерновому бурінні використовуються дрібноалмазні бурильні долота, долота лопатеві (ДЛ); пікобури; особливо ефективно й широко застосовувані шарошкові долота для міцних і тріщинуватих порід.

Розтираючі матеріали. При колонковому бурінні руйнування кільцевого забою свердловини проводиться технічними алмазами, твердими сплавами й бурильним дробом.

Технічні алмази. Алмази за хімічним складом є різновидом вуглецю й мають такі назви: борт, баллас і карбонаде. Борт — зернисті та неправильні зростки кристалів; баллас — кулеподібні агрегати кристалів дрібнозернистої будови; карбонадо — найтонкозернистіші, або трохи пористі агрегати сіруватого й чорного кольору. Маса алмаза вимірюється в метричних каратах (карат — 200 мг). Найчастіше в природі трапляються дрібні кристали масою 0,05—0,4 карата.

В буровій техніці використовуються технічні дрібні алмази. їх величина оцінюється кількістю штук на карат. Наприклад, один кристал крупністю 30 шт./карат має масу 0,03 карата (1:30). Технічні алмази залежно від їх якості, форми, розміру поділяються згідно з ТУ-47-27-73 (ТУ — технічні умови щодо алмазної сировини) на групи, кожна група — на підгрупи, а останні — на номери. Наприклад, індекс алмазної сировини XV, а, З означає, що алмази належать до XV групи, до підгрупи а, в даній підгрупі їхній номер З (номер якості). Для виготовлення бурильного інструменту викори­стовується в основному алмазна сировина XV—XXVI груп.

Для виготовлення алмазних коронок використовується алмазна сировина, оброблена за методом вибіркового дрібнення на спеціальних установках (УДА-2М; УОА-3 тощо); овалізовані алмази — зерна овальної озимстричної форми (використовуються для підрізних різців), поліровані алмази — овалізовані алмази зернистістю 10—90 шт./карат, які було піддано поліруванню. Низькосортні вітчизняні поліровані алмази за працездатністю не відрізняються від високосортних і ефективно використовуються для виготовлення коронок як об'ємні алмази (торцевих різців коронки). Алмази мають виключно високу зносостійкість, що перевищує твердість і зно­состійкість усіх відомих мінералів та інструментальних матеріалів. Густина алмазів становить 3,5 г/см. Вирішення проблеми синтезу алмазів та організація їх промислового виробництва в країнах СНД здійснювалися в результаті спільної праці Інституту фізики високих тисків АН Росії та Інституту надтвердих матеріалів (ІНМ) АН України. Штучні алма­зи марки АСС (стара назва — АСКС) використовуються в геологорозвідувальному бурінні; дослідні коронки КАІ (рис. 124) і БСМ конструкції ІНМ.

Ці алмази перевер­шують за міцністю всі марки природних алмазів. Так, АСС зернистістю 25 шт./карат міцніші за природні більш ніж у 2 рази, а зернистістю 12 шт./карат — майже в 3 рази.

Славутич — надтвердий матеріал, винай­дений ІНМ. Він не поступається природним алмазам за зносостійкістю, значно перевищує їх за міцністю й може бути виготовлений у вигляді штабиків і пластин будь-якої форми та розміру. Славутичем оснащуються долота для глибинного буріння на нафту й газ. Такими долотами бурилися свердловини глибиною до 4000 м. Середня проходка на одне долото становила 280 м при 248 м на долото з природними алмазами. Рейсове буріння прискорювалося на 25 %. Розроблено дослідні коронки для геологорозвідувального буріння, армовані Славутичем.

Тверді сплави. Для армування коронок колонкового буріння використовуються різці з вольфрамо-кобальтових металоке­рамічних твердих сплавів ВК-6 і ВК-8 та алмазних матриць — ВК-8 і ВК-15 (цифра означає процентний вміст кобальту у сплаві). Основною частиною таких сплавів є порошкоподібний карбід вольфраму, сцемен-тований кобальтом Co. Карбід вольфраму додає сплаву твердості, а збільшення процентного вмісту кобальту підвищує в'язкість.

Бурильний дріб. В колонковому бурінні використо­вують три сорти бурильного дробу: литий чавунний, литий сталевий, сталевий дріб-січку. Литий дріб має форму кульок діаметром 2, З, 4 і 5 мм; сталевий дріб-січка — форму циліндриків, висота яких дорівнює їхньому діаметрові (розміром 2,0; 2,5; 3,5; 4,0 мм).

Колонкові набори. До складу колонкового набору входять (знизу вгору): коронка (алмазна, твердосплавна, дробова); кернорвач при алмазному й твердосплавному бурінні; калібрувальний розширник при алмазному бурінні (часто в корпусі розширника встановлюється кернорвач), одинарна або колонкова труба; перехідники різного призначення; шламова труба (за необхідністю). Складові елементи колонкового снаряда для колонкового буріння підбирають відповідно до конструкції свердловини й характеру порід.

Алмазні коронки. Алмазна коронка складається з алмазовмісних матриць і сталевого корпусу з різьбою (коронкового кільця). Матриця — робоча частина алмазної коронки — являє собою кільце з металокерамічного сплаву, в якому закріплені алмази. В матриці коронки прорізані промивальні канали, які поділяють її на сектори. Різці — зерна алмазів — розміщені в матриці за певним порядком і за власним призначенням, поділяються на торцеві (об'ємні) й підрізні. Торцеві різці руйнують породу на забої свердловини (виконують основний обсяг роботи); зовнішні підрізні — калібрують стінки свердловини, внутрішні підрізні — обробляють бічну поверхню керна. Підрізні різці зберігають бурову коронку від передчасного зношення по бічних поверхнях.

При маркіруванні алмазних коронок указують порядковий номер, який характеризує конструкцію коронки (0,1; 0,2; 0,3 й так далі до 99), розташування алмазів у коронці (А — одношарове, М — багатошарове, І — імпрегноване), зносостійкість і твердість матриці (3 — нормальна, 4 — тверда, 5 — дуже тверда), сорт алмазів (Б, В, Г й далі).

Для виготовлення матриць використовують вольфрам, карбід вольфраму, кобальт, нікель тощо. Як зв'язний (просочувальний) метал використовують мідь, бронзу, латунь, нікелеві сплави, срібний припій, титанові сплави тощо.

Висота алмазоносного прошарку матриці становить 4 мм. Твер­дість матриці визначають прибором Роквела за шкалою С (HRC). У зразок, що випробовують, при певному навантаженні вдавлюють алмазний конус. Глибина проникнення конуса в зразок, яка відмічається за шкалою стрілкою індикатора, характеризує твердість випробованого сплаву.

В сучасних алмазних коронках використовують декілька схем розташування алмазів (рис. 125): радіальну, спіральну, концентричну тощо. Обирають схему розташування алмазів залежно від зернистості алмазів, конфігурації промивальних каналів тощо, а також від фізико-механічних властивостей гірських порід, що розбурюються.

Допустимий виступ об'ємних алмазів з тіла матриці коронки залежить від діаметра коронки: в м'яких, налипаючих і слабоцемен-тованих крупнозернистих породах — 0,25d (де d — діаметр коронки); у щільних монолітних породах середньої твердості — 0,10d; в твердих зруйнованих і тріщинуватих породах — менше ніж 0,1d. Величина виступу підрізних різців з матриці має бути не більше ніж 10—15 % їх діаметра (0,1—0,2 мм).

На рис. 126 зображено алмазну коронку 01A3. Промисловість випускає алмазні коронки певних діаметрів (мм): 36, 46, 59, 76, 93, 112.

Для буріння гірських порід осадового комплексу VI—VII категорій ВІТР розробив і здав у серійне виробництво алмазні коронки зубчастого типу 15АЗ і 16АЗ, які, як і коронки МВС-2Р, складаються зі сталевого корпусу з припаяною алмазовмісною матрицею зубчастої конфігурації. Такі коронки дають змогу замінити твердосплавне буріння в породах середньої міцності (V—VII і частково VIII категорій) алмазним.

При збільшенні виробництва алмазних коронок із природних і штучних алмазів починається впровадження алмазного способу буріння осадових порід на вугільних родовищах, де раніше найефек­тивнішим було твердосплавне буріння.

Коронки для подвійних колонкових труб типу ДК2-2 (рис. 127). Коронка ДК1-4 використовується з трубами ТДІ-76-4 і ТДІ-59-4; коронка ДК2-2 — з трубами ТДІ-76-2 і ТДІ-59-2. Діаметри таких коронок відповідно 76 і 59 мм. Коронки ДКІ-4 і ДК2-2 використовуються для буріння абразивних ссрсдньо- й крупнозсрнистих тріщинуватих порід VII—IX категорій буримості. При використанні таких коронок з подвійними колонковими труба­ми вихід керна підвищується в середньому на 25—30 %. Для армування матриць коронок використовують овалізовані та дрібнені алмази. У промивальній системі коронок містяться цилін­дричні промивальні канали, виведені на торець коронки в площині промивальних вікон. Крім указаних, випускаються коронки КДТ-2А-Р, 1ОАЗ (КДТ-2А) і 11ІЗ (КДТ-2Ш), які призначені для буріння подвійними колонковими трубами (ТДІ-2 і ТДВ-2) малотріщинуватих і тріщинуватих подріб­нених порід і рудних зон (КДТ-2А-Р в породах VI—VIII, 10АЗ — VIII—X, 11ІЗ — IX—XII категорій буримості). Коронки одношарові алмазні КДТ-Е і КДТ-ОЕ призначені для буріння зі спеціальними подвійними колонковими снарядами в нестійких, дуже зруйнованих і змінних за твердістю породах VIII—XII категорій буримості. Коронки для подвійних колонкових снарядів (ПКС) мають ширший робочий торець за рахунок зменшення внутрішнього діаметра.

Алмазні розширники типу РВМ (рис. 128) призначені для калібрування стовбура свердловини в процесі буріння алмазними коронками. Розширник РМВ-1 використовується в мало- й середньоабразивних породах VIII—XII категорій буримості, РМВ-2 використовується в мало- та високоабразивних породах згаданих категорій. Діаметри розширників: 36, 46, 59, 75 мм.

Розширник — це сталевий порожнистий циліндр, на зовнішній поверхні якого містяться пази з упаяними в них металокерамічними штабиками (ВК-8). Робоча поверхня штабиків армована алмазами. Корпус розширника мас внутрішню різьбу під алмазну коронку та зовнішню — під колонкову трубу, а також циліндричні отвори під ключ. Для армування розширника використовуються високоякісні або овалізовані алмази. Крім указаних, випускаються розширники таких марок: РМВ-1-93, РМВ-2-36, РДТ-2-76І РДТ-1-59.

Твердосплавні коронки призначені для буріння свердловин з відбором керна в породах І—VIII та частково IX категорій буримості. При бурінні м'яких, серед­ньої міцності й твердих порід, які часто перемежаються (наприклад, породи VI—VIII та X—XII категорій буримості), твердосплавні ко­ронки можуть бути використані в комбінації з алмазними. Вони використовуються також для підйому залишеного в свердловині керна, очи­стки забою свердловини від металу після ліквідації аварії та в ряді інших випадків.

Твердосплавні бурові коронки (рис. 129) складаються зі сталевого корпусу та різців. На верхньому кінці коронки нанесена стрічкова різьба для приєднання до колонкової труби. На коронці містяться пази для проходження промивальної рідини. До торця коронки припаяні латунню об'ємні різці — пластинки з твердого сплаву. В самозагострювальних коронках типу СА1, СА2, СА3 різці припаяні до опорних сталевих пластинок, у свою чергу припаяних до корпусу коронки. Самозаго-стрювальні різці по зношуванні зберігають власну первинну форму та ріжучі якості. Для запобігання зношування поверхні коронок їх армують підрізними різцями.

За призначенням твердосплавні коронки поділяються на три групи: ребристі (М1, М2, М5) — для буріння м'яких, нестійких порід І—IV категорій буримості (глин, пісків, мергелів, крейди); різцеві (СМ-3, СМ-4, СМ-5, СТ-2) — для буріння малоабразивних порід IV—VII категорій буримості (вапняків, доломітів, сланців, алевролітів, серпентинітів, перидотитів, пісковиків); самозагострювальні (СА-1, СА-2, СА-3, СА-4) — для буріння абразивних порід VI—VIII і частково IX категорій буримості (пісковиків, піщаних сланців, алевролітів, габро, піроксенітів тощо). Такі коронки можуть бути з успіхом використані для буріння малоабразивних порід згаданих категорій буримості.

Промисловістю країн СНД випускаються твердосплавні коронки таких видів.

Тип Марка Діаметр, мм

Ребристі М1 (КР-1) 93, 112, 132

М2(КР-2); М5(КР-5) 93, 112, 132, 151

Різцеві СМ4(МР2НП-1) 76, 93, 112, 132 151

СМЗ(С); СМ(1ІМ);

СМ6(16ІА); СТ2(СТ6) 46, 59, 93, 112, 132, 151

СА1(СА1) 36, 46, 59, 76, 93, 112, 132

Самозагострювальні СА2(БТ-4) і 46, 59 76 93 112 132

СА4(БТ-15а)

СЛЗ(КН-І) 93, 112, 132

У поєднанні з алмазними використовують переважно різ-цеві та самозагострювальні ко-ронки діаметрами 46, 59, 76 та 93 мм.

Дробові коронки. Дробове буріння використову-ється в породах VII—XII категорій буримості (джеспіліти, роговики, кварцити, крсмнисті вапняки, окварцьовані та окремнілі сланці тощо). Дробове буріння замінюється прогресивнішим — алмазним.

Стандартні дробові коронки (рис. 130) випускаються довжиною 500 мм, з прорізами заввишки 150 мм (діаметрами 75, 91, 110, 130 і 150 мм). Коронки мають циліндричну форму, на їхньому верхньому кінці нанесено різьбу під колонкову трубу, а на нижньому — поздовжній гвинтоподібний виріз для проходження дробу та проми-вальної рідини.

Дрібноалмазні бурові долота (рис. 131) призначені для безкернового буріння свердловин. Їх доцільно застосовувати на швидкохідних станках колонкового буріння при перетинанні свердловиною досліджених геологічних розрізів, коли керн не потрібен.

Алмазні долота дають змогу значно скоротити витрати часу на СПО (спуско-підйомні операції). Долота МЦС-1 (одношарові, діамет­рами 36, 46, 59 та 76 мм) використовуються при бурінні порід VIII—IX категорій буримості; долота МЦС-1 (імпрегновані, діамет­рами 46 та 59 мм) — у породах IX—XII категорій буримості.

Шарошкові долота — роздрібнювальний інстру­мент, який має вищу стійкість породоруйнівних елементів порівняно з різальними інструментами. Шарошкове долото являє собою нероз'ємну конструкцію, складену зі зварених між собою секцій (лап), на цапфах яких за допомогою підшипників кочення або ковзання змонтовано шарошки. При обертанні долота шарошки перекочуються по забою, здійснюючи складний обертальний рух. Зубці шарошок подрібнюють породу чи розколюють її. Під час буріння розвідувальних свердловин застосовують шарошкові долота для безкернового буріння типів К, Т, С та М діаметрами 151, 132, 112, 93, 76 та 59 мм.

Долота типу К призначені для буріння свердловин у твердих породах IX—XII категорій буримості. Шарошки армуються зубцями з твердого сплаву ВК-8. Найефективніше вони використовуються в твердих крупнозернистих крихких породах, а також у тріщинуватих (за великого осьового тиску). Випускаються долота типу К таких марок: Ш-59К, Ш-76К, Ш-93К, Ш-112К, В-132К, В-151К. Найефек-тивніші згадані долота при бурінні в базальтах, лабрадоритах, габро.

Долота типу Т призначені для буріння свердловин у твердих породах VII—IX категорій буримості. Найефективніші вони при бурінні твердих порід типу окременілих вапняків, доломітів, абра­зивних пісковиків тощо. Долота типу Т випускаються таких марок: 1В-93Т, 1В-112Т, 1В-132Т, 1В-151Т тощо.

Долота типу С призначені для буріння свердловин у породах середньої твердості V—VII категорій буримості. Долота типу С випускаються таких марок: 1В-93С, 1В-112С, 1В-93С, 1В-132С, 1В-151С тощо.

Долота типу М призначені для буріння свердловин у м'яких породах І—IV категорій буримості. Найефективніше вони працюють у м'яких породах типу сланців, мергелів, глин тощо, забезпечуючи високу продуктивність (до 600 м) та механічну швидкість буріння (до 30 м/г). Долота типу М випускаються таких марок: 1В-112МГ, 1В-132МГ, 1В-151МГ тощо.

На зубці доліт типу Т, С, М наплавляється зернистий твердий сплав (реліт).

Малогабаритні бурові снаряди для безкернового буріння. Сконструйовано та виго­товлено принципово нову схему конструкції шарошкових доліт: штирні шарошкові ДДА-42, ДДА-59, ДДА-76 та ДДА-93 типу Т. Завдяки особливо міцним опорам вони дають змогу бурити до повного їх зношування на відміну від доліт ЗШ-59К2, 2ДБ-76Т, Ш-75К та В-93К, у яких опори руйнуються значно раніше, ніж різальна частина.

Одним із найперспективніших рішень слід вважати використання розширників шарошкового типу, які незалежно від основного процесу руйнування забою виконують функцію калібрування стовбура свер-дловини. Розроблені малогабаритні бурові станки для безкернового буріння свердловин діаметрами 56, 76 та 93 мм, складені з двошарошкових асиметричних доліт марки ДДА та тришарошкових розширників РЗШ, призначених для буріння порід VII, VIII та частково IX категорій буримості.

Розширник шарошковий РЕШС-59Н складається з трьох вільно обертових шарошок, повернутих під кутом 120° одна до одної. Шарошки армуються твердосплавними штирями.

Долота різального типу. До них належать дволопатеві марки 2Л (РХ — риб'ячий хвіст) та трилопатеві марки ЗЛ (три лопаті, розташовані під кутом 120° одна до одної). Долота призначені для буріння свердловин у породах м'яких та середньої твердості І—IV категорій буримості. Лопатеві долота випускаються діаметрами від 76 мм до 490 мм. Долота 2Л (рис. 132) діаметром до 190 мм виготовляються з суцільноштампованого корпусу та двох лопатей, одержаних штампуванням. Долота 2Л більшого діаметра та долота 3Л складаються з суцільноштампованого корпусу та від-повідної кількості лопатей, приварених до корпусу посиленими швами. Лопаті доліт у нижній частині заправляються під різальні леза, а їхні передні — набігаючі та бічні — периферійні грані армуються пластинками з твердих сплавів ВК-8 та зернистим сплавом реліт. У корпусі долота для проходження промивальної рідини містяться похилі отвори, які для доліт діаметром 190 мм та більше оснащуються насадками для надання струменю промивальної рідини значної швидкості витоку, завдяки чому здійснюють гідромоніторний вплив на забій.

Пікобури. В пошуках найраціональнішого виду породо-руйнівного інструменту, для безкернового буріння було внесено ряд раціоналізаторських пропозицій (пікобури Новикова, Воронова тощо).

На рис. 133 зображено пікобур для буріння в глинах і супісках без відбору керна. Розглянемо будову пікобура. До відрізка бурильної труби діаметром 50 мм та завдовжки 600—750 мм приварені дев'ять трапецієподібних ребер зі сталі, армованих різцями твердого сплаву ВК-8 пластинчастої форми. Ребра розташовані в три яруси по три в кожному ряду; більша основа ребер направлена вгору під кутом 120° один до одного. Найбільший діаметр пікобура по верхньому ряду ребер відповідає діаметрові свердловини. Пікобур закінчується пірамідальним тригранним породоруйнівним інструментом, нагвинче-ним на нижній кінець відрізка бурильної труби.

Важливою умовою для успішного використання пікобура стає подавання максимальної кількості промивальної рідини — не менш ніж 200 л/хв, а для свердловин невеликих діаметрів — не менш ніж 100 л/хв. Для запобігання викривленню свердловини у верхній частині пікобура нагвинчують перехідник, а на нього — напрямну колонкову трубу.

Кернорвачі забезпечують: відривання керна в забої свердловини; надійне утримання керна в ко­лонковій трубі при підніманні снаряда; підвищення виходу кер­на; скорочення часу додаткових операцій при бурінні за рахунок вилучення транспортування заклинювального матеріалу з поверхні до забою свердловини. Кернорвачі К-46, К-59, К-76 призначені для зривання та утримання керна в кінці буріння за рейс і для надійного утримання керна при підніманні снаряда зі свердловини (рис. 134).

Зовнішній діаметр кернорвачів — 46, 59 та 67 мм, внутрішній — 31, 42 та 59 мм. У процесі буріння виривне кільце міститься у верхній частині конічної проточки корпусу кернорвача та не перешкоджає надходженню керна в колонкову трубу. Під час піднімання снаряда кільце, пересуваючись униз конічною проточкою, заклинює керн і надійно утримує його.

Кернорвачем також користуються як окремою конструкцією, в цьому випадку він уставляється між коронкою та колонковою тру бою. При бурінні в тріщинуватих породах з одинарними колонковими трубами заклинювати керн можливо заклинювальним матеріалом. Для цього слід брати подрібнене пляшкове скло, фарфор або частинки міцних гірських порід (розмір 1—2 мм), а також алюмінієвий дріт і свинцевий дріб, забороняється використовувати для заклинення керна битий чавун, чавунний або сталевий дріб, а також січку сталевого або залізного дроту. Заклинювальний матеріал після промивання свердловини засипають через колону бурових труб невеликими дозами — спочатку дрібні фракції (1,0—1,5 мм), а потім більші (2,0—2,5 мм), після чого заклинювальний матеріал запресо­вується промивальною рідиною в зазор між керном і внутрішньою поверхнею коронки.

Керн зривають натягненням бурового снаряда при короткотерміновому обертанні його без припинення подавання промивальної рідини.

Колонкові труби призначені для прийому вибуреного керна і спрямування бурового снаряда. Використовують два види колонкових труб: одинарні (прості) та подвійні. Одинарні колонкові труби використовують у всіх видах колонкового буріння, за винятком випадків, коли керн піддається сильному руйнуванню від вібрації колонкового снаряда або сильному розмиву промивальною рідиною. Одинарні труби випускаються завдовжки 1,5; 3,0; 4,5; 6,0 м, діаметрами 44, 57, 73, 89 та 108 мм.

При бурінні глибоких свердловин або у сланцюватих породах використовуються подовжені колонкові труби для поменшення викривлення свердловини. В таких випадках снаряд збирається з двох або трьох труб стандартної довжини. Подовжені колонкові труби дають змогу збільшити відбір керна за один рейс. З'єднують труби за допомогою з'єднувальних ніпелів.

Перехідники (рис. 122, 123) існують: подвійні — призначені для з'єднання колонкової труби з бурильними трубами (фрезерні, конусні, циліндричні); потрійні — призначені для з'єднання колонкової труби з бурильними трубами та шламовою трубою; роз'єднувальні (ПВ-46, ПВ-59, ПВ-76) — призначені для роз'єднання бурової колони в разі прихвату останньої в свердловині. Роз'єднувач установлюється між колонковою трубою та колоною бурових труб. Фрезерні перехідники використовуються під час проходження пухких нестійких порід.

Основні елементи бурового снаряда мають бути концентричними, прямолінійними та співосьовими. Кривизна колонкових та бурильних труб не повинна перевищувати 1 мм на 1 м довжини. Для нагвинчування та відгвинчування подвійних та одинарних колонкових труб використовують короночні гладкозахватні ключі (рис. 135). Короночні ключі діаметрами 36, 46 та 59 мм забезпечують згвинчування та розгвинчування алмазних коронок. Ключі мають невелику масу (1,8—5,1 кг), забезпечують надійне захва-чування та запобігають де-формації коронки, а твердосплавні різці — викришуванню. Гладкозахватні ключі для колонкових труб КГ-44, КГ-57 та КГ-73 забезпечують надійне захвачування, зберігання поверхні та форми колонкової труби.

Шламові труб и (рис. 123) призначені для вловлювання важких частинок шламу, розбурювальних порід, металу коронок та бурового дробу при бурінні дробом. Шлам уловлюється внаслідок випадання його важких частинок із вихідних потоків промивальної рідини при зниженні швидкості потоків у кільцевому зазорі між стінками свердловини (або обсадних труб) та бурильною колоною. Шламові труби використовуються при дробовому бурінні обов'язково, в інших випадках — при значній різниці між діаметром свердловини та діаметром бурильних труб, при недостатній продуктивності насоса, якщо швидкість вихідного потоку рідини недостатня для винесення важкого шламу на поверхню.

Бурильні труби для колонкового буріння. Бурильні труби з елементами з'єднання (ніпелями, муфтами, замками) утворюють бурильну колону, яка призначається для спуску та підйому колонкового набору, передачі обертання від станка до породо-руйнівного інструмента, подавання в забій промивальної рідини або стисненого повітря, а також для передавання осьового тиску на снаряд. При бурінні бурильна колонка одночасно піддається скручу-ванню, згинанню, розтяганню та стисканню. Бурильні труби виготовляються зі сталі марок 36Г2С, 40Х, ЗОХГС та Д. Кривизна труб має бути менш ніж 1 мм на 1 м довжини.

В розвідувальному бурінні використовують 2 типи з'єднання бурильних труб у колону: ніпельне та муфтовозамкове. За алмазного буріння в основному використовується гладкостовбурна бурильна колона, завдяки чому можливі мінімальні зазори між бурильними трубами та стінками свердловини, а також буріння з високими частотами обертання снаряда.

Для з'єднання бурильних труб ніпельного з'єднання в свічі та свічок у колону слугують ніпелі, які виготовляють двох типів: А — із зовнішньою різьбою на обох кінцях та Б — із зовнішньою різьбою на одному кінці та внутрішньою на іншому. Ніпелі кожного типу виготовляються як з правою, так і з лівою різьбою. Приклади умовних позначень: А-42 — ніпель А з правою різьбою для з'єднання бурильних труб діаметром 42 мм; ніпель А-42Л — з лівою різьбою.

В трубах муфтово-замкового з'єднання окремі бурильні труби з'єднуються між собою у свічки муфтами (патрубками з внутрішньою різьбою), а свічки в колону — замками. Замок складається з двох половинок — ніпеля та муфти. На свічку з одного боку нагвинчується ніпель, який має внутрішню різьбу під трубу та зовнішню (крупну) для з'єднання з муфтою замка, а з другого — муфта, яка має на обох кінцях внутрішню різьбу під трубу та ніпель. Наявність крупної різьби з конусністю 1: 5 на ніпелі та муфті (в місці з'єднання) значно скорочує час на згвинчування та розгвинчування свічок.

При бурінні абразивних порід для запобігання швидкому зношуванню бурильних труб рекомендується на кожну свічку надягати 2—3 протектори — гумові кільця (для труб 50 мм висота протектора становить 70 мм, діаметр — 54 мм).

Легкосплавні бурильні труби ЛБТ-24, ЛБТ-34, ЛБТ-54 з ніпельним з'єднанням призначені для високообертального буріння свердловин алмазними та твердосплавними коронками діаметром 26, 38, 59 мм. Такі труби виготовляються з алюмінієвого сплаву Д16Т. Для складання труб застосовують ніпелі зі сталі 40Х та самотвердіючої герметизуючої сполуки. Бурильна колона з легкосплавних труб порівняно з колоною зі сталевих труб у 2,5 раза легша; за зносостійкістю та міцністю такі труби не поступаються сталевим; завдяки трубам типу ЛБТ можливо збільшувати глибину буріння з застосуванням великих значень обертів та за рахунок цього підвищити механічну швидкість спуско-підйомних операцій.

Легкосплавні труби діаметром 54 мм з муфтово-замковим з'єднанням призначаються для буріння свердловин завглибшки 1400— 2000 м станками типу ЗІФ-1200МР та свердловин завглибшки 800—1200 м — станками типу ЗІФ-650М. Труби ЛБТ дають змогу застосовувати станки меншої потужності при бурінні на однакову проектну глибину, зменшувати витрати муфт і замків у 2,5—3 рази.

Обважнені бурильні труби (ОБТ) призначаються для створення необхідного осьового навантаження на породоруйнівний інструмент. ОБТ надають жорсткості нижній частині бурильної колони, зменшують викривлення свердловин, а також зношення бурильних труб. Обважнені бурильні труби включаються між колонковим снарядом та колоною бурильних труб. Розроблені обважнені бурильні труби марки ОТБ-РПУ-73 з приварними замками та зі зміцненою різьбою.

Дрогобицький експериментально-механічний завод спільно з фізико-механічним інститутом НАН України розробив технологію електротермічного зміцнення бурильного інструменту. Обважнені бурильні труби, оброблені за таким способом, працюють не 400 год, як раніше, а сто й більше діб (не менше ніж 2400 год).

Для згвинчування та розгвинчування бурильних труб вручну застосовують шарнірні та відбійні ключі.

Розроблено труботримач, призначений для фрикційного утримання бурильних труб при дії осьового навантаження та обертального моменту, а також у процесі спуско-підйомних операцій при використанні ССК-46, ССК-59, ССК-76. Вантажопідйомність його — 12,5 т, діаметри затискних труб — 43, 55, 70 (максимальний 120) мм, маса — 98 кг. Дистанційність управління та наявність гідравлічного приводу полегшують працю.

Механізми для згвинчування та розгвинчування бурильних та обсадних т р у б. У розвідувальному бурінні для згвинчування та розгвинчування свічок бурильних труб застосовують механізми типів ПО-49А; ПО-47Б та РТ-1200. Впровадження механізмів РТ-1200 показало, що їх використання прискорює процес спуско-підйомних операцій за рахунок скорочення часу на 10 % порівняно з механізмом ПО-49А. Крім того, механізм РТ-1200 більш надійний в експлуатації й має довший термін служби. Це дає змогу відмовитися від механізмів ПО-49А, ПО-47Б й замінити їх механізмом РТ-1200, який знайшов широке використання при бурінні свердловин.

Механічний розвертач труб РТ-1200 застосовують при роботі зі звичайними та напівавтоматичними елеваторами. Механізм складається з корпусу, двоступінчастого редуктора з двома циліндричними парами, які приводяться в обертання від електродвигуна АОС-42/4 потужністю 2,8 кВт. Електродвигун приєднується до маховика через муфту. Бурильні труби проходять крізь отвір обертача і підвішуються на підкладній вилці. Ведучу вилку встановлюють у проріз замка відгвинчуваної свічки. При вмиканні електродвигуна водило, зв'язане з ротором, підхоплює важіль ведучої вилки й розвертає труби.

Роз'єднувальна свічка висмикується гаком; колонка, що залишилась у свердловині, утримується підкладною вилкою. Механізм установлюють над устям вертикальної чи похиленої свердловини на весь період буріння.

Бурові установки для колонкового буріння складаються з бурового станка, насоса, вишки або щогли, спуско-підйомних приладів, контроль-но-вимірювальної апаратури. Поділяються на шпиндельні та роторні (стаціонарні та пересувні). В розвідувальних умовах переважно застосовують шпиндельні бурові установки, в яких крутильний момент та осьові зусилля на забій надходять через шпиндель станка. За умов роторного буріння обертання бурового інструмента відбувається обертальним столом-ротором через робочу трубу багатогранного перерізу.

Шпиндельні установки призначаються для проходки свердловин різного напрямку в породах І—XII категорій буримості. Роторні установки в цілому використовують для буріння вертикальних свердловин у породах м'яких та середньої міцності.

Залежно від конструкції механізму подачі інструмента на забій розрізняють шпиндельні (колонкові) станки з гідравлічною, дифе­ренціальною, диференціально-важільною та важільною подачами. В деяких шпиндельних установках застосовується комбінована подача за допомогою шпинделя та ведучої штанги. Станки ЗІФ-650М та ЗІФ-1200МР бурять зі шпиндельною подачею та за допомогою ведучої робочої труби, яку підводять із гальма барабана лебідки.

До основних вузлів станків колонкового буріння відносять: лебідку, обертач, механізмподачі, коробку передач, головний фрикціон для

вмикання та вимикання станка й пульт керування з контрольно-вимірювальною апаратурою. Найпоширенішими для колонкового буріння були станки типу ЗІФ: ЗІФ-300; ЗІФ-650; ЗІФ-1200. Станки ЗІФ конструктивно застарілі, не мають високих частот обертання, тому їх знято з виробництва. Тепер випускають установки колонкового буріння УКБ.

Гідравлічна система станків колонкового буріння. Гідравлічний привод використовується для регулювання подачі бурового ін­струменту, піднімання та спускання щогли, роботи гідравлічних затискних патронів та пересування станка вздовж рами. Гідропривод використовується під час згвинчування та розгвинчування бурових труб, а в аварійних випадках — як домкрат. Гідравлічна система бурових станків складається з ротаційного насоса, масляного бака, приладу гідроуправління, циліндрів гідроподачі та пересування станка, золотникового крана керування циліндром пересування станка та маслопроводів.

Бурові станки з диференціально-гвинтовою подачею використовуються для буріння неглибоких свердловин алмазними та твердосплавними коронками. їх часто застосовують для підземного буріння.

На рис, 136 показаний легкий станок для підземного буріння (з диференціально-гвинтовою подачею та приводом від пневматичного двигуна), встановлений у підземній виробці на розпірних колонках, який бурить свердловину під будь-яким кутом. Замість лебідки він має пневматичний екстрактор, який дає змогу витягати зі свердловини та спускати в неї буровий снаряд. Керується екстрактор розподільним краном.

Буріння з підземних гірських виробок проводиться для пошуків сліпих рудних тіл, пошуків та розвідки глибоких горизонтів родовищ корисних копалин, знаходження зміщених тектонічними порушеннями частин рудних тіл, а також для спеціального призначення (свердловини підривні, випереджаючі, вентиляційні, дренажні тощо). Бурові агрегати встановлюються в спеціальних камерах. Для буріння застосовуються всі станки з електро- та пневмоприводом.

Промивальні насоси. До промивальних насосів ставлять такі вимоги: можливість регулювання подачі рідини в широких межах; стабільність подачі; надійність, можливість швидкого й легкого розкладання на окремі вузли; мінімальна пульсація потоку промивальної рідини, яка призводить до вібрації бурової колони (руйнування керна, викришування алмазів тощо).

До будь-якого насоса приєднується всмоктувальний і нагнітальний рукави (шланги). Кінці всмоктувального рукава мають м'які манжети для приєднання відповідно до штуцера насоса й до приймального клапана храпка. Кінці нагнітального рукава приєднуються відповідно до нагнітального штуцера насоса й до приймального патрубка сальника або вертлюга-сальника. Довжина нагнітального шланга залежить від довжини свічі й міститься в межах 1—25 м.

Промивальний сальник (рис. 137) призначається для з'єднання колони бурильних труб, що оберта ються, з нерухомим нагнітальним рукавом. Для глибокого колонко­вого буріння застосовується вертлюг-сальник, який відрізняється від звичайного наявністю серги, що натягується на гак тальового блока.

Контрольно-вимірювальна апаратура. Для здійснення контролю за технологічним процесом буріння та його керуванням застосовується відповідна контрольно-вимірювальна апаратура.

Технологія й режим буріння свердловини за колонковим способом. Геолого-технічний наряд (Г Т Н) (дод. 5). Основним документом щодо проходження свердловин є геолого-технічний наряд, обов'язковий для виконання буровим майстром, бурильниками й начальниками дільниць. ГТН складається на підставі затвердженого типового проекту для кожної свердловини окремо й затверджується головним інженером і головним геологом партії (експедиції).

Буріння алмазними й твердосплав­ними коронками. При бурінні алмазними коронками в міцних породах між коронкою й колонковою трубою необхідно включати алмазний розширник для калібрування стовбура. Для зменшення кривизни стовбура варто ставити інший алмазний розширник між верхом колонкової труби й перехідником. Промивання при бурінні алмазними й твердосплавними коронками має забезпе­чувати добре охолодження коронки. Це набуває особливого значення для запобігання графітизації алмазів при сильному нагріванні.

Швидкість вихідного потоку між колоною бурильних труб і стінками свердловини має бути не меншою за 0,6 м/с.

При стабілізації процесу буріння параметри режиму буріння доводяться до оптимальних. Для цього слід постійно спостерігати за показниками контрольно-вимірювальних приладів, виходом проми­вальної рідини та підтримувати постійний режим буріння для даного типу породоруйнівного інструменту й розбурюваних порід. Дуже важливо в процесі буріння вести спостереження за механічною швидкістю проходження. Так, зменшення механічної швидкості буріння може бути зумовлене різними чинниками: спрацьованістю алмазів або твердих сплавів чи торця коронки, заполіровкою алмазів, руйнуванням матриці коронки, самозаклинюванням керна в колон­ковій трубі, обриванням бурового снаряда.

Зривання керна та піднімання сна­ряд а. По закінченні рейсу перед заклинюванням керна та підніманні снаряда свердловина промивається протягом 10—15 хв, після чого починають заклинювання та зривання керна за допомогою кернорвача: різко піднімають коронку від забою на 5—8 см при короткочасному обертанні бурового снаряда. Піднімання снаряда проводиться повільно, запобігаючи ударам при встановленні снаряда на підкладну вилку. При підході колонкової труби в обсадну колону швидкість піднімання максимально зменшують для запобігання різкого удару коронки по башмаку обсадних труб. Піднята колонкова труба підлягає зовнішньому оглядові; по торцю коронки та поверхні відриву визначається величина частини керна, що лишилася в забої.

При алмазному бурінні, якщо висота частини керна в забої має розмір до 10 см, можна опускати коронку з внутрішнім діаметром, більшим від діаметра попередньої коронки. При більшій висоті залишок керна в забої витягується колонковою трубою з твердо­сплавною коронкою й розбивається хрестоподібним долотом, торцевою фрезою або тришарошковим долотом, а забій ретельно промивається.

Спускання снаряда. Перед спусканням необхідно знати точну довжину снаряда, глибину свердловини, глибину установки башмака колони обсадних труб та місце переходу з одного діаметра на інший. Це допоможе зберегти твердосплавну, й особливо алмазну коронку від можливих ударів при спусканні та підніманні снаряда. Після попереднього рейсу заміряють зовнішній діаметр коронки та розширника (якщо він є в снаряді) і згідно з цим установлюють необхідний діаметр коронки для наступного рейсу. Спускати буровий снаряд, особливо з алмазною коронкою, потрібно повільно, без різких ударів і поштовхів; не доходячи до забою 1,0—1,5 м, буровий снаряд з'єднується з ведучою трубою, вклю­чається насос, і снаряд із промиванням плавно опускається на 0,3—0,5 м від забою. Далі вмикається перша швидкість станка й при навантаженні на породоруйнівний інструмент до 1960—2940 Н снаряд доходить до забою. Кожну коронку, особливо алмазну, приробляють на забої при понижених режимах (перша швидкість обертання, осьове навантаження на коронку становить 19600— 39200 Н, кількість промивальної рідини — 50—70 л/хв). Прироб­лення коронки на забої триває 10 — 20 хв (нижня межа для коронок, що були в роботі, верхня — для нових), після чого режим буріння доводиться до оптимального за даних умов.

Підготовка свердловин до переходу на алмазне буріння. При комбінованому способі буріння часто переходять від одного виду буріння до іншого (наприклад, алмазного). Перехід на алмазне буріння дозволяється лише тоді, коли забій свердловини міститься в щільних, стійких породах, а нестійкі частини стовбура закріплені обсадними колонами. Уступ свердловини в місці переходу на алмазне буріння необхідно розфрезерувати для запобігання ударам алмазної коронки об краї уступу. Для цього застосовується фреза, армована твердим сплавом або колонковий набір (НК).

Колонкові набори для переходу з більших діаметрів свердловини на менші НК-59/46, НК-76/59, НК-93/76 призначаються для забезпечення співвісності двох суміжних ділянок свердловини й для ліквідації уступу між ними. При застосуванні колонкового набору відбувається співосьове забурювання стовбура свердловини меншого діаметра відносно до стовбура більшого діаметра, а також зняття уступу в породі за допомогою конусного перехідника, армованого твердими сплавами. До нижньої частини конусного перехідника приєднується колонкова труба з меншим діаметром, яка має кернорвач та коронку, а до верхньої — колонкова труба більшого діаметра та перехідник, який з'єднується з бурильними трубами.

Керн, що залишився на забої після попереднього рейсу, необхідно де решти витягти із свердловини, а їх стінки та забій очистити від металевих частинок (зубці шарошкових доліт, твердосплавні різці, дріб, металевий шлам). Для цього застосовують необхідні пристрої: ежекторні уловлювачі — для ловлення дробу, металевого шламу тощо; пристрій ЧС — для чищення стінок свердловини від уламків металу, дробу, антивібраційного мастила та витягання їх на поверхню; уловлювач секторів матриць; магнітний уловлювач.

Технологія буріння дробом. У процесі буріння чавунний дріб, що міститься на забої під торцем дробової коронки (рис. 130), розколюється на гострокутні частинки, які, затягнені коронкою, руйнують породу в забої свердловини. Одночасно відбувається стирання частинок дробу та металу коронки. По­дрібнений буровий дріб та дрібні частинки металу коронки вимива­ються з-під коронки промивальною рідиною, а найдрібніші частинки виносяться на поверхню крізь зазор між стінками свердловини та снарядом, а крупніші та важчі осідають у шламовій трубі. Після поглиблення свердловини на певний інтервал (за один рейс) обертання снаряда припиняється й трапляється заклинювання керна в колонковій трубі. Заклинювальний матеріал засипається через бурильні труби й, потрапляючи поміж внутрішню поверхню коронки та керн, заклинює його, після чого здійснюють відривання керна від забою, а потім піднімання бурового снаряда на поверхню.

Постачають у свердловину дріб малими порціями, періодично — збільшеними й рейсовою порцією з розрахунку однієї засипки на повний рейс.

Технологія буріння шарошковими долотами. Перед спусканням долота в свердловину необхідно оглянути його, щоб переконатися у відсутності люфту шарошок та непошкодженості штирів і зубців, перевірити стан промивальних каналів. Нове долото має бути припрацьоване протягом 15 хв при зменшених осьових навантаженнях (удвоє менших від оптимальних). Продовжують буріння з повільним збільшенням навантаження до оптимальних значень. Заборонено навантажувати долото до початку обертання для запобігання його зламу, а також бурильних труб або їх з'єднань.

За досвідом розвідувальних районів товща нестійких порід на форсованому режимі проходиться шарошковими долотами з глинистим промиванням, після чого свердловина закріплюється обсадними трубами, а позатрубний простір цементується.

Технологічний режим буріння — це поєднання оптимальних параметрів процесу роботи породоруйнівного інструменту на забої свердловини.

Технологічний режим обертального буріння визначається від­повідними параметрами: осьовим тиском (навантаженням) на поро-доруйнівний інструмент — коронку, долото тощо (Н або кН), частотою обертання породоруйнівного інструменту (об/хв) або швидкістю обертання (м/с), кількістю промивальної рідини (л/хв) або швидкістю висхідного потоку промивальної рідини (м/с).

Режими буріння твердосплавними коронками. При виборі типу твердосплавної коронки й режимів буріння необхідно враховувати твердосплавність та абра-зивність гірських порід. При бурінні м'яких, пухких порід найбільшу увагу слід приділяти виборові режиму промивання. В породах середньої твердості й твердих IV—VIII категорій буримості, які буряться зі значно меншою швидкістю, ніж м'які, роль промивання зменшується, й головного значення набувають такі режимні пара­метри, як навантаження й частота обертання коронки. При бурінні в абразивних породах слід зменшувати частоту обертання снаряда, а осьове навантаження збільшувати.

Осьове навантаження на породоруйнівний інструмент залежить переважно від фізико-механічних властивостей породи й матеріалу різця, а також від опорної поверхні різців коронки. При твердосп­лавному бурінні осьове навантаження на породоруйнівний інструмент визначають, виходячи з питомих навантажень на один різець коронки, які створюються для забезпечення об'ємного руйнування гірських порід:

де — питоме навантаження на один різець коронки, Н; — кількість основних різців.

При бурінні тріщинуватих або неоднорідних за твердістю порід слід зменшувати звичайні значення осьових навантажень на коронку на 30—50 %. За необхідністю роботи зі звичайними осьовими наванта­женнями для запобігання викривленню свердловини та для полегшення роботи бурильної колони слід застосовувати важчі бурильні труби. їхня загальна маса має перевищувати значення звичайного навантаження на породоруйнівний інструмент на 25—30 %.

Частота обертання бурового снаряда обирається, виходячи з середньої колової швидкості коронки, яка для твердосплавного буріння рекомендується в межах 0,70—2,00 м/с. При бурінні тріщинуватих або неоднорідних за твердістю порід слід знижувати частоту обертання коронки на 20—25 %. Частота обертання бурового снаряда розра­ховується, виходячи з рекомендованих значень колових швидкостей обертання коронки, й вибирається згідно з наявним діапазоном швидкості обертання шпинделя бурового станка. Частота обертання (об/хв) обчислюється за формулою

де — колова швидкість обертання коронки, м/с; та x — відповідно зовнішні та внутрішні діаметри коронки за різцями, м.

Якість і витрата очисного агента обираються залежно від геолого-технічних умов буріння (фізико-механічних властивостей породи, стійкості стінок свердловини, характеру можливих усклад­нень), типу та розміру коронок і діаметра свердловини. При колонковому бурінні витрати очисного агента (л/хв) приблизно визначають за формулою

де — діаметр свердловини, см; — питома витрата очисного агента на 1 см діаметра свердловини, л/хв.

Режим буріння алмазними корон­ками. Режими буріння алмазними коронками з одинарними колонковими снарядами встановлюють на основі оптимального поєднання параметрів, що веде до максимальної механічної швидкості буріння за мінімальної витрати алмазів.

Гранично допустимі режими буріння для подвійних колонкових труб визначаються за такими параметрами: осьове навантаження 15680—19600 Н, частота обертання 150—250 об/хв, витрата проми­вальної рідини до 80 л/хв. Буріння подвійними колонковими трубами слід починати з першої швидкості станка з незначною подачею. На оптимальні режими можна переходити лише після поглиблення снаряда на 20—25 см.

Режим буріння дробовими корон­ками. При дробовому бурінні розрізняють питоме та осьове навантаження на коронку. Питоме — це навантаження на 1 см2 робочої площі торця дробової коронки за винятком торцевої площі прорізу. Питомий тиск залежить від міцності бурового дробу на роздавлювання. Осьове навантаження на дробову коронку визна­чається за таблицею або на основі експериментальних даних. Частота обертання — 120—300 об/хв, береться тим більшою, чим менший діаметр коронки. Промивання свердловини при дробовому бурінні складаєтся з трьох етапів: перший — промивання свердловини в процесі просування бурового снаряда через дріб до забою свердловини (2,5—4,0 л/хв на 1 см діаметра коронки); другий — промивання в процесі поглиблення свердловини (до 2 л/хв на 1 см діаметра коронки); третій — промивання перед підйомом снаряда (60— 100 л/хв протягом 13—30 хв).

Режим буріння шарошковими доло­тами. Осьове навантаження на долото при бурінні силь-нотріщинуватих і неоднорідних за структурою й твердістю порід слід зменшувати на 25—30 %. Мінімальні значення колових швидкостей обертання відповідають сильноабразивним і тріщинуватим породам, а також значним глибинам свердловин; максимальні значення — пластичним і щільним породам (сланці, аргіліти, алевроліти).

При бурінні тріщинуватих порід, що обвалюються, слід пропра­цювати стовбур свердловини кілька разів, а буріння проводити на знижених осьових навантаженнях і частотах обертання долота.

Режим буріння долотами типу РХ (ДЛ) і пікобурами. При бурінні долотами згаданого типу застосовують відповідні параметри режиму буріння:

осьове навантаження , де — діаметр долота; — питоме навантаження на 1 см діаметра долота, Н (1960—2940 Н). Чим міцніша порода, тим більшого значення набуває ;

частота обертання долота (приймається в межах 150—300 об/хв); кількість рідини, що подається, л/с, , де — діаметр свердловини, дм; — зовнішній діаметр бурильних труб, дм; — швидкість висхідного потоку промивальної рідини (не менш ніж 0,5 м/с).

Буріння колонкових свердловин із застосуванням пневмогід-роударників. Ефективність твердосплавного буріння може бути значно підвищена при переході з обертального буріння на ударно-обертальне, за якого між низом колони бурильних труб і колонковим снарядом (або долотом) включають ударні механізми — пневмоударники або гідроударники. Це дає змогу також проходити горизонталі та похилі свердловини в міцних породах із підземних виробок та з земної поверхні.

Застосування ударних механізмів забезпечує вищу механічну швидкість буріння свердловин й проходку на твердосплавну коронку.

Пневмоударники. Розглянемо загальний спосіб пневмоударного буріння. Повітря, стиснене компресором, через вузол регулювання, нагнітальний шланг, вертлюг-сальник і бурильну колону надходить до пневмоударника, який б'є по ковадлу, з єднаному з колонковим снарядом. Відпрацьоване повітря омиває забій і виносить шлам. Крупний шлам осідає в шламовій трубі, дрібні частинки разом з повітрям надходять через герметизатор до викидної лінії та шламовловлювача. Для пом'якшення реактивних Ударних імпульсів, які доходять при незначній глибині до бурового станка, вище пневмоударника встановлюється пружна муфта. В умовах невеликого водоприпливу, до складу бурової колони вклю­чається дозатор піноутворювача.

Одним з прикладів пневмоударників є розвідувальний пневмо-УДарник РП-112 А, який приєднується до колонкової труби. На верхній перехідник пневмоударника нагвинчують колону бурильних труб. Стиснене повітря надходить бурильними трубами й каналами з циліндра, розміщеного в корпусі пневмоударника, до верхньої та нижньої камери залежно від положення ударника й примушує ударник здійснювати зворотно-поступальні рухи. В кінці робочого ходу ударник б'є по хвостовику, який опирається на втулку, жорстко з'єднану з нижнім перехідником і колонковою трубою з коронкою. Циліндр розміщений між нижньою і верхньою головками з гумовими амортизаторами. Відпрацьоване повітря надходить крізь вихлопні отвори в кільцевий зазор між циліндром і корпусом пневмоударника й далі через канали шліцевого з'єднання в колонкову трубу.

Бурові коронки для пневмоударників армуються великими різцями з в'язкого твердого сплаву. Навантаження на коронку діаметром 115 мм становить 1940 Н, частота обертання інструменту — 25—50 об/хв, механічна швидкість буріння в породах IX—X категорій за буримістю — 2,5—2 м/с, вихід керна — 75—80 %.

Висока ефективність отримується при використанні пневмоудар­ників. На ряді розсипних родовищ завдяки впровадженню пневмо­ударників швидкість буріння збільшується порівняно з алмазним способом у 2 рази, а на інших родовищах (наприклад, у Якутії) — в 3 рази порівняно зі способом, що застосовувався раніше.

Гідроударники. У розвідувальному бурінні най­більше застосовуються гідравлічні забійні ударні машини — гідро­ударники, що включаються над колонковим снарядом і долотом. Для привода гідроударника використовується енергія потоку промивальної рідини, яка подається до породоруйнівного інструменту. Кінетична енергія речовини перетворюється забійною машиною в зворотно-по­ступальний рух поршня-бійка, який б'є по ковадлу породоруйнівного інструменту. Використана рідина транспортує зруйновану породу від забою свердловини на поверхню.

Існують гідроударники прямої та подвійної дії. Гідроударник, як і заглибний пневмоударник, отримує обертання й подачу від бурових станків обертальної дії.

Методи й технічні засоби підвищення виходу керна. Відбирання керна з бурових свердловин є відповідальною операцією в комплексі вивчення речовинного складу корисних копалин і вмісних порід. Введення нових ефективніших і надійніших методів і технічних засобів відбору керна та шламу дає змогу підвищувати якість випробування та достовірність геологічної документації розвіду­вальних свердловин, знизити.витрати часу й заходів на геолого­розвідувальні роботи.

Взяття керна одинарними та по­двійними колонковими трубами. Для підвищення виходу керна при проходці порід, що руйнуються й розмиваються, рекомендується: в кінці рейсу перед заклинюванням керна зменшити осьове навантаження на породоруйнівний інструмент; припинити подачу шпинделя й при обертанні бурового снаряда інтенсивно промити свердловину для повного прибирання з неї шламу; обмежити час роботи коронки на забої, максимально підвищуючи швидкість буріння; знизити швидкість потоку проми­вальної рідини в зазорі між керном і внутрішньою стінкою коронки; не застосовувати затуплені коронки та викривлені колонкові й бурові снаряди; не застосовувати дробове буріння; добре заклинювати керн; застосовувати відповідні розчини.

Для ефективного використання подвійних труб важливо правильно вибрати тип колонкової труби, провести точне складання всіх вузлів, дотримуватися правил експлуатації та обслуговування труб, застосо­вувати оптимальні режими буріння.

Поширені подвійні колонкові труби (ПКС) чотирьох видів: 1) ПКС, у якої одночасно обертаються зовнішня і внутрішня труби, запобігають лише розмиванню керна промивальною рідиною; 2) ПКС, у якої обертається зовнішня труба й нерухома внутрішня труба, запобігають розмиванню керна, вібрації снаряда, ударам; 3) ПКС зі з'ємними керноприймачами, які дають змогу виймати керн без підйому бурильної колони; 4) ПКС, що герметизують керн, піднімаючи його разом із природним газом, який міститься в породах і тріщинах породи. Застосовуються також ПКС комбінованого типу, які працюють за принципом ПКС першого та другого типів.

ПКС першого типу складається зі спеціального перехідника, на якому нагвинчені зовнішня та внутрішня труби. На труби нагвинчені дві коронки, одна з яких випереджає іншу (зовнішню) коронку на 1—2 см. Перша коронка має внутрішню конусну розточку для встановлення виривного кільця. Внутрішня поверхня труби має бути гладкою. Різьба на перехіднику під трубу повинна бути концентрич­ною стосовно різьби під трубу. Для центрування внутрішньої труби в нижній частині встановлено напрямне кільце. В перехіднику є ряд каналів для спрямовування промивальної рідини: осьовий канал із сідлом під шаровий клапан, кілька радіальних каналів для спрямо­вування рідини в кільцевий зазор між трубами; дренажні канали, перекриті шаровими клапанами, посадженими на сідла.

Спускають трубу без шарового клапана, внаслідок чого перед початком буріння промивальна рідина направляється до забою як крізь внутрішню трубу, так і кільцевим зазором поміж трубами.

Після прибирання забою від шламу кидають шаровий клапан і, вмикаючи промивання та обертання бурової колони, ставлять повільно снаряд на забій і починають буріння. При бурінні керн не розмивається, тому що промивальна рідина надходить до забою кільцевим зазором між трубами. Рідина, що наповнює внутрішню порожнину труби, витискується через канали при заповнюванні труби керном. Якщо коронка не має виривного пристрою, то перед підйомом проводиться затирання керна всуху.

До ПКС другого типу належать: ПКС-2 конструкції Олексієнка, ПКС-2-ТПІ, ПКС-3-ТПІ, типу ТДН, ТДВ для алмазного буріння тощо.

У пристрої ПКС-2 конструкції Олексієнка до перехідника пригвинчується повний шпиндель, споряджений сухарями. Шпиндель приєднується до перехідника, який має поперечні канали для пропускання промивальної рідини. Перехідник поєднаний патрубком із сальниковим ніпелем; вільно пропущений через ніпель опорний шток з'єднується через перехідник із внутрішньою трубою, в яку вкладається роз'ємна керноприймальна гільза. До нижньої частини внутрішньої труби пригвинчується кільцевий штамп.

Приєднувальна до зовнішньої труби коронка несе згори кільце із захвачувальними пружинами паука. Муфта вмикання має у верхній частині поздовжні пази, в яких переміщуються сухарі шпинделя. Обертання та осьове натискання на коронку передаються від порож­нистого шпинделя через сухарі, муфту й колонкову трубу. Для того, щоб пази муфти не заповнювалися шламом, до перехідника при­кріплений запобіжний патрубок, який є захисним чохлом. Осьовий тиск на кільцевий штамп передається від шпинделя через перехідник, пружний амортизатор, кульовий підп'ятник, опорний шток, перехідник і трубу. Чим м'якша порода, тим більше висувається кільцевий штамп; чим міцніша порода, тим більше стискується пружина й тим менше випередження кільцевого штампа відносно коронки.

Кільцевий штамп являє собою сталеве кільце із загартованим конусним робочим торцем. Внутрішня колонкова труба зв'язана зі шпинделем через кульковий підп'ятник, тому випереджаючий штамп і труба затримуються породою й не обертаються при бурінні.

Промивальна рідина подається до забою через порожнистий шпиндель, бічні канали перехідника та кільцевий зазор між трубами. Рідина, яка витискується керном, що надходить у роз'ємну керноприймальну трубу, витікає в свердловину через кульковий клапан, осьовий канал опорного штока та вивідні канали перехідника та шпинделя. Для герметичності є ущільнюючі сальники.

Після того, як пласт корисних копалин пробурено, снаряд піднімають (без затирання). Спочатку піднімається вузол керноприй-мальної труби, пружини паука-кернорвача звільняються й захоплю­ють керн. Видавлюванню керна при підйомі інструменту на поверхню запобігає кульковий клапан. Завдяки роз'ємній керноприймальній трубі керн витягається без пошкоджень.

Поиск по сайту: