Снаряды для колонкового бурения (керноприемные устройства) и бурильные головки к ним

Все снаряды для колонкового бурения вне зависимости от кон­струкций состоят из следующих основных частей:

бурильной головки для разрушения породы вокруг обуриваемого керна;внешнего корпуса;внутренней колонковой трубы для сохранения и выноса керна;

кернодержателя (кернорвателя).

По принципу применения снаряды для колонкового бурения под­разделяют на снаряды (керноприемные устройства) с несъемной (постоянной) колонковой трубой и на снаряды со съемной грунто-ноской. При работе снарядами для колонкового бурения со съемной грунтоноской керн извлекается специальным ловителем на канате, бурильную головку поднимают после полной ее отработки.

Процесс подъема загруженной грунтоноски и спуск новой про­текает следующим образом. При спуске ловитель захватывает грун-тоноску за головку, соединенную с колонковой трубой. После зах­вата грунтоноски ловителем производится подъем ее при помощи лебедки, установленной на поверхности. После подъема грунто­носки с керном в бурильные трубы сбрасывают пустую грунтонос-ку, которая, дойдя до снаряда, садится головкой на опору. Буре­ние продолжается. В последнее время почти повсеместно использу­ют снаряды для колонкового бурения со съемной грунтоноской.

По типу бурильные головки делятся на лопастные, шарошеч­ные и алмазные*. В снарядах для колонкового бурения всех типов керн образуется бурильной головкой, а для отрыва и удержания керна служит кернодержатель.

Значение кернодержателя в обеспечении хорошего выхода кер­на очень велико. Существует большое число различных конструк­ций кернодержателей. Ту или другую конструкцию применяют в зависимости от условий бурения, физико-механических свойств разбуриваемых пород и т. п. Приемником отобранного керна явля­ется колонковая труба, заканчивающаяся сверху клапаном, через который из колонковой трубы выходит промывочная жидкость.

Лопастные бурильные головки с тремя и четырьмя лопастями предназначаются для бурения колонковыми долотами в тех же породах, что и лопастные долота для сплошного разрушения за­боя, их конструкции и материалы также аналогичны. У нас в стра­не распространены при колонковом бурении шарошечные буриль­ные головки. Они могут быть одно-, трех-, четырех- и шестишаро-шечные.* К последним относятся также бурильные головки, армированные синтети­ческими алмазами.

Алмазные бурильные головки по своей конструкции, воору­женности алмазами на единицу площади аналогичны алмазным долотам для сплошного разрушения забоя.

При роторном способе бурения наиболее широкое распростра­нение имеют колонковые снаряды «Недра» (рис. 3.12). ВНИИБТ разработаны снаряды этой серии в размерах: 203/100, 164/80, 138/67 и 122/52 мм (цифры в числителе обозначают диаметр корпуса сна-

Рис. 3.12. Колонковый снаряд «Недра»:

Л 12 — верхний и нижний переводники; 2 — кольцо-фиксатор; 3 — гайка; 4— винт; 5— корпус; 6— муфта; 7 — штырь; 8— колонковая труба; Я 10— керно-

рватели; 11 — башмак

ряда, в знаменателе — номинальный диаметр керноприема бу­рильной головки).

Снаряд состоит из корпуса 5, изготовленного из толстостенных труб, соединяемых специальной замковой резьбой между собой и с переводниками верхним 1 и нижним 12. Внутри корпусов поме­щена грунтоноска, состоящая из колонковых труб 8, соединяемых муфтами б, снабженными ребрами для центрирования внутри кор­пусов. Внизу грунтоноска заканчивается компоновкой кернорвате-лей и башмаком 77, которым она опирается на бурильную головку.

Кернорватели — цанговый 9 и рычажковый 10 — выполнены плавающими, вследствие чего они при бурении остаются непод­вижными относительно керна, в то время как грунтоноска враща­ется вместе с корпусом и бурильной головкой. Сверху грунтоноска заканчивается винтом 4, присоединенным при помощи одной из муфт 6 к верхней колонковой трубе. По винту ходит гайка 3, ввин­чивающаяся наружной резьбой во внутреннюю резьбу ниппелей корпусов. После того как гайка навинчена, а грунтоноска упрет­ся в бурильную головку, положение грунтоноски фиксируется кольцом-фиксатором 2, штырь /которого, входя в пазы гайки 3 и винта 4, препятствует перемещению винта относительно гайки и, следовательно, корпуса. Таким образом, грунтоноска жестко закрепляется в корпусе, а кернорватель максимально приближает­ся к бурильной головке. Для центрирования снаряда вместо пере­водников 7 и 72 могут быть установлены переводники-центраторы.

Для осложненных условий бурения предназначены колонковые снаряды серии «Селур» размерами 146/30 и 114/52 мм. Снаряды этой серии имеют одинаковую со снарядами серии «Недра» кер-ноприемную часть (кернорватель, керноприемная труба, регули­ровочный винт), но корпус уменьшенного диаметра.

Для бурения в трудноотбираемых породах применяют колонко­вые снаряды серии «Кембрий». Эти снаряды позволяют отбирать керн большего, по сравнению с колонковыми снарядами серий «Недра» и «Селур», диаметра и работают со специальными бу­рильными головками. Колонковые снаряды «Кембрий» выпус­каются в размерах 172/100 и 122/67 мм. Колонковые снаряды «Недра», «Селур» и «Кембрий» имеют несъемные керноприемники.

Чтобы обеспечить высокий процент выноса керна в турбинном бурении, созданы специальные турбобуры для колонкового буре­ния, в которых турбобур, керноприемное устройство и бурильная головка представляют собой единый комплекс, приспособленный к работе на высокооборотном режиме.

Работа со снарядом для колонкового бурения имеет ряд специ­фических особенностей. Перед спуском в скважину снаряд необхо­димо собрать на поверхности и тщательно осмотреть. Бурильные головки любых типов нужно спускать в скважину по возможности без расширения ствола скважины; при этом следует следить за показаниями индикатора массы (веса). В случае обнаружения затя­жек бурильной колонны этот интервал прорабатывают. При спус­ке инструмента в скважину, не доходя до забоя на 10... 12 м, вклю­чают буровые насосы, при роторном бурении вращают буриль­ную колонну с одновременной плавной подачей ее до забоя, при турбинном бурении включают турбобур и с плавной подачей до­ходят до забоя. Снарядом для колонкового бурения бурят без от­рыва от забоя, при этом бурильную головку на забой подают равномерно. Проходка за рейс определяется износостойкостью бурильной головки, а для колонковых снарядов с несъемными керноприемниками она не должна превышать полезной длины керноприемной трубы.

Перед отрывом керна от забоя или перед наращиванием при роторном бурении необходимо вращать инструмент до снятия осе­вой нагрузки на бурильную головку. Отрыв керна от забоя нужно проводить при непрерывной промывке и замедленном подъеме инструмента. Для гарантии отрыва и удержания керна следует подъем и спуск на забой без вращения (с осевой нагрузкой, на 20...30 кН превышающей нагрузку при бурении) провести два-три раза. По окончании бурения с отбором керна рекомендуется сократить до минимума время выравнивания параметров промы­вочной жидкости перед подъемом инструмента. Чтобы лучше со­хранить керн при подъеме инструмента, следует избегать резких ударов бурильных труб. Отвинчивать бурильные трубы ротором за­прещается. Режим работы снарядами для колонкового бурения ус­танавливают исходя из типоразмеров долот, глубины бурения, ха­рактера проходимых пород и способа бурения.