Вращательное бурение

При таком способе бурения горные породы на забое разрушаются вращающимся долотом, на которое подается осевая нагрузка и крутящий момент. По бурильным трубам на забой с помощью насосов подается буровой раствор, одной из функций которого является вынос шлама на дневную поверхность.

Крутящий момент на долото передается вращением бурильной колонны с помощью ротора (роторный способ) или от забойного двигателя (турбобур, винтовой бур, электробур), который устанавливается непосредственно над долотом.

Осевая нагрузка на долото создается весом нижней части бурильной колонны. Это УБТ и забойный двигатель. Нагрузка на долото зависит от проходимых пород, диаметра и конструкции долота (например, долото 215,9 мм - нагрузка в пределах 150-250 кН).

Частота вращения долота при роторном способе лежит в пределах 20-200 об/мин., при бурении винтовым двигателем 150-250 об/мин., при турбинном и электробурении без редуцирования от 250 до 800 об/мин., а с редуктором 200-300 об/мин.

При общей установленной мощности буровых установок более 2000 кВт для бурения на глубину до 5000 м на долото передается от 200 до 500 кВт. Проходка при таком способе бурения достигает 100 м/ч и более при бурении в мягких, средних породах (в условиях постоянной промывки).

Закачиваемый для очистки забоя скважины буровой раствор в процессе бурения постоянно циркулирует. Циркуляционная система включает в себя буровой насос, нагнетательную линию (манифольд), вертлюг, бурильную колонну, забойный двигатель, долото, а также элементы скважины - забой, кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины, устье скважины, желоба и другие очистные устройства от шлама и газа (вибросита, гидроциклоны, сепараторы); приемные емкости для очищенного раствора (отстойники), подпорный насос, всасывающую линию буровых насосов.

В качестве бурового раствора используется вода, естественные растворы, образуемые из шлама и закачиваемой с поверхности воды и пластовых вод, глинистый раствор, нефтеэмульсионный раствор, раствор на нефтяной основе, вода, смешанная с воздухом (аэрированная), воздух, природные газы и их смеси с отработанными газами ДВС, утяжеленные растворы (до 2400 кг/м³) и др.

Подача буровых насосов составляет порядка 20-30 л/с для долота диаметром 215,9 мм, давление на выкиде насосов 5-20 МПа, а установленная мощность на приводе 600-1180 кВт.

Буровой раствор кроме очистки забоя от выбуренной породы охлаждает долото, способствует более эффективному разрушению горной породы, создает противодавление на стенки скважины вследствие физико-химического взаимодействия с горной породой и пластовыми флюидами.

В процессе бурения происходит смена долота. Для этого поднимают бурильные трубы (колонну), отвинчивают сработанное долото, меняют его на новое и вновь спускают бурильную колонну в скважину до забоя.

Спуск и подъем бурильной колонны и спуск обсадных колонн производится с помощью специального оборудования, предназначенного для выполнения этих операций. Это: буровая вышка, талевая система, лебедка, подъемный крюк.

При спуско-подъемных операциях (СПО) используются различные приспособления для свинчивания и развинчивания труб и других элементов бурильной колонны, для удержания колонны на весу в процессе СПО, для захвата труб и подачи их к устью, где установлен ротор или от устья для установки их на подсвечник (стол с наклоном 1-3⁰).