Класифікація способів буріння свердловин

Нафтові і газові свердловини споруджуються методом обертального буріння. При даному способі породи руйнуються бровим долотом, на яке обертається під дією на нього осьового навантаження. Крутний момент передається на долото або з поверхні від обертача (ротора) через колону бурильних труб (роторне буріння) або від вибійного двигуна (турбобура, електробура, гвинтового двигуна), встановленого безпосередньо над долотом.

За характером руйнування гірських порід по формі вибою розрізняють суцільне і колонкове буріння. При суцільному бурінні руйнування гірських порід проводиться по всій площі вибою. Колонкове буріння передбачає руйнування порід тільки по кільцю з метою отримання керну – циліндричного зразка гірських порід на всій або на частині довжини свердловини.

Як вже і говорилося, руйнування гірської породи в процесі буріння свердловини забезпечується буровими долотами, які за характером руйнування породи класифікуються таким чином:

1. Долота ріжуче-сколюючої дії, які призначені для розбурювання в’язких і пластичних порід невеликої твердості та малої абразивності.

2. Долота дробляче-сколюючої дії, які призначені для розбурювання неабразивних і абразивних порід середньої твердості;

3. Долота дроблячої дії, які призначені для розбурювання неабразивних і абразивних твердих, міцних та дуже міцних порід;

4. Долота ріжуче-стираючої дії, які призначені для буріння в неабразивних породах середньої твердості і твердих, а також для розбурювання порід, що чергуються за твердістю, абразивних і неабразивних порід.

За призначеннямбурові долота можуть бути об’єднані в три групи:

1. Для руйнування породи з утворенням суцільного вибою свердловини (буріння без відбору керна).

2. Для руйнування породи з утворенням кільцевого вибою свердловини (буріння з відбором керна).

3. Для виконання спеціальних робіт.

За конструктивним виконанням бурові долота поділяються на:

1. Лопатеві.

2. Шарошкові.

3. Алмазні твердосплавні.

Лопатеві долота (рис. 5.3) насьогодні випускаються трьох типів: двухлопастні, трилопатеві і багатолопатеву. Під дією осьового навантаження на вибій їх лопаті врізаються в породу, а під впливом крутного моменту – сколюють її. У корпусі долота є отвори, через які промивальна рідина з бурильної колони направляється до вибою свердловини зі швидкістю не менше 80 м / с. Лопатеві долота застосовуються при бурінні в м'яких високопластичних гірських породах (зазвичай при роторному бурінні).

Рис. 5.3. Лопатеве долото

1 – головка з приєднувальною різьбою; 2 – корпус; 3 – лопать; 4 – промивальний отвір; 5 – твердосплавне покриття; 6 – ріжуча кромка

Шарошкові долота (рис. 5.4) випускаються з однією, двома, трьома, чотирма і навіть з шістьма шарошками. Найбільшого поширення набули трьохшарошкові долота. При обертанні долота шарошки, перекочуючись по вибою, здійснюють складний обертальний рух з ковзанням. При цьому зубці шарошок завдають ударів по породі, дроблять і сколюють її. Шарошкові долота успішно застосовуються при обертальному бурінні порід самих різноманітних фізико-механічних властивостей. Виготовляють їх з високоякісних сталей з подальшою хіміко-термічною обробкою найбільш відповідальних деталей (шарошки, опори, підшипники), а самі зубці виготовляються з твердого сплаву.

1 – корпус з різьбовою головкою; 2 – лапа з опорою; 3 – шарошка

Рис. 5.4. Шарошкове долото

Алмазні долота (рис. 5.5) складаються з сталевого корпусу і алмазонесучої головки, виконаної з порошкоподібної твердосплавної шихти. Центральна частина долота являє собою увігнуту поверхню у формі конуса з каналами для промивної рідини, а периферійна зона – кульову поверхню, що переходила на бічних сторонах в циліндричну.

Рис. 5.5. Алмазне долото

1 – корпус; 2 – матриця; 3 – алмазні зерна

Алмазні долота бувають трьох типів: спіральні, радіальні і ступінчасті. У спіральних алмазних долотах робоча частина має спіралі, оснащені алмазами, і промивні отвори. Долота цього типу призначені для турбінного буріння малоабразивних і среднеабразівних порід.

Радіальні алмазні долота мають робочу поверхню у вигляді радіальних виступів у формі сектора, оснащених алмазами; між ними розміщені промивні канали. Долота даного типу призначені для буріння малоабразивних порід середньої твердості і твердих порід як при роторному, так і при турбінному способах буріння.

Ступінчасті алмазні долота мають робочу поверхню ступінчастою форми. Вони застосовуються як при роторному, так і турбінному способах буріння при проходці малоабразивних м'яких і середньої твердості порід.

Алмазні долота оснащуються найбільш дешевими натуральними алмазами підгрупи борт і синтетичними (штучними) алмазами. Застосування алмазних доліт забезпечує високі швидкості буріння, зниження кривизни свердловин. Відсутність опор кочення і висока зносостійкість алмазів підвищують термін їх служби до 200 ... 250 год безперервної роботи. Завдяки цьому скорочується число спуско-підйомних операцій. Одним алмазним долотом можна пробурити стільки ж, скільки 15 ...20 шарошечні долотами. Твердосплавні долота відрізняються від алмазних тим, що замість алмазів вони армовані надтвердими сплавами.

Твердосплавні долота. Поряд з алмазними широко застосовуються твердосплавні долота, контактні сектори яких укріплені твердими сплавами (рис. 5.6). При бурінні з вибійними двигунами в неабразивних породах середньої твердості добрі результати дають долота, армовані твердим сплавом і зубцями, виготовленими з твердого сплаву. Ці долота руйнують породу аналогічно алмазним, тобто за принципом різання (мікрорізання) і стирання.

Твердосплавне долото складається із стального корпуса, на торцьовій профільній поверхні якого, виконаній у вигляді радіально розміщених секторів, і калібруючій стінку свердловини поверхні є зубці-вставки з твердого сплаву.

1-корпус;2-приєднувальна різьба; 3-різці-вставки;4-насадка;5-промивні канали.

Рис. 5.6 – Твердосплавне долото «ИСМ»

Твердий сплав виготовляється методами порошкової металургії на основі природних або синтетичних алмазних кристалів і карбіду вольфраму. Виліт твердосплавних зубців над контактною поверхнею складає 3-5 мм, а на поверхні, що калібрує стінки свердловини, зубці втоплені.

З’єднують долото з бурильною колоною або валом вибійного двигуна з допомогою замкової різьби.

Промивальна рідина із насадок надходить у промивні канали між секторами, захоплює частинки вибуреної породи, виносить їх в затрубний простір і далі на денну поверхню.

Бурові долота для буріння з відбором керну (снаряди) складаються з таких елементів (рис. 5.7): бурильна головка, зовнішній корпус, внутрішня колонкова труба (керноприймача), кернотримач (керновідривач).

1-бурильна головка; 2-керн; 3-керноприймач;4-корпус; 5-клапан

Рис. 5.7 – Схема будови колонкового долота

Бурильна головка, руйнуючи породу по периферії вибою, залишає в центрі свердловини стовпчик породи (керн). Корпус керноприймального пристрою служить для з’єднання бурильної головки з бурильною колоною, розміщення керноприймача та захисту керна від механічних пошкоджень, а також для пропуску промивальної рідини між ним і керноприймачем.

Керноприймач призначений для прийому керна, зберігання його під час буріння та при підйомах на денну поверхню. Для виконання цих функцій у нижній частині керноприймача встановлюють керновідривачі і кернотримачі, а вверху – клапан, який пропускає через себе витискувану промивальну рідину при заповненні керноприймача керном.

Пікоподібні долота, які застосовують для створення плавного переходу ствола свердловини з великого діаметра на менший при розбурюванні цементних пробок, при аварійних роботах.

Розширювачі, які застосовують для розширення свердловини при бурінні, а також для центрування бурильного інструменту, рис. 5.8.

Рис. 5.8 Свердловинний розширювач

Фрезерні долота призначені для буріння свердловини в малоабразивних породах, для розбурювання цементних мостів і металевих предметів у свердловині.