Ударно-вращательное бурение с применением гидроударников.
В практике бурения геологоразведочных скважин применяются гидроударники, эффективность которых определяется перепадом давления при номинальном расходе жидкости, который может обеспечить насос, и некоторыми параметрами элементов циркуляционной системы. Постоянные потери напора происходят в обвязке насоса и устья скважины, в ведущей трубе и самом гидроударнике. Переменные потери напора возникают в колонне бурильных труб, замковых соединений, затрубном пространстве и колонковом снаряде и связаны с изменением условий циркуляции жидкости: глубины и диаметра скважины, степени зашламования жидкости.
Основные параметры, определяющие режим ударно-вращательного бурения скважин – осевая нагрузка, импульсная нагрузка или энергия удара, частота ударов, частота вращения бурового снаряда и интенсивность удаления продуктов разрушения или расход жидкости.
Осевая нагрузка в породах невысокой твердости играет практически ту же роль, что и при вращательном бурении. В твердых и очень твердых породах действие осевой нагрузки обеспечивает постоянный контакт их с породой при котором под действием ударной нагрузки будет происходить объемное разрушение породы. Процесс передачи импульсных нагрузок на забой носит волновой характер. При нанесении удара по наковальне ударной машины формируется волна напряжения, которая передается по колонковому набору резцам коронки. При наличии плотного контакта резцов с породой часть энергии волны сжатия вызывает разрушение породы, а другая часть отражается от забоя и возвращается вверх по буровому снаряду в виде волны растяжения, не производя полезной работы. И чем слабее контакты резцов с породой, тем меньше энергии расходуется на ее разрушение.
При бурении в твердых, особенно абразивных, породах рекомендуется подбирать осевую нагрузку в зависимости от силы отдачи, в свою очередь зависящей от конструкции ударника.
Сила или энергия ударов. Рациональные значения этого параметра зависят от твердости породы, параметров элементов бурового снаряда и его характеристики, а общий уровень – от начального запаса энергии. Для получения нужного эффекта сила удара должна превышать предел твердость породы, с учетом площади контактной поверхности резцов инструмента. Требуемую энергию удара можно получить либо за счет веса бойка ударника, либо за счет скорости его движения в момент удара. При достаточно высокой скорости в породе развиваются деформации хрупкого разрушения – скол. При этом увеличиваются масштабы разрушения, и снижается энергоемкость процесса. Но при слишком коротком времени воздействия ударных импульсов деформация не успевает распространиться достаточно широко и объем разрушаемой породы, при том же уровне затрачиваемой энергии, уменьшаться.
Частота вращения породоразрушающего инструмента и частота ударов. Эти показатели тесно связаны друг с другом от сочетания значений которых существенно зависит характер разрушения породы, энергоемкость процесса, механическая скорость бурения. Известно, что наиболее эффективно процесс разрушения породы происходит при нанесении ударов каждый раз по новому мест, что достигается поворотом инструмента на определенный угол после каждого удара.
Порода в промежутках между углублениями при известных условиях и оптимальном расстоянии скалывается в момент удара, в связи с чем увеличиваются масштабы разрушения и снижается энергоемкость процесса. Такие условия могут быть созданы при строго определенном сочетании частоты вращения инструмента и частоты ударов с учетом числа резцов, диаметра инструмента и свойств породы.
При бурении в твердых породах эффективно подбирать величину интервала перемещения резцов между ударами исходя из условий скалывания породы в момент нанесения ударов. При бурении по породам VIII категории механическая скорость бурения растет с увеличением частоты вращения до 230 об/мин: по породам X категории — только до 70 об/мин, а по породам XI категории начинает снижаться уже при 50 об/мин. Бурение при повышенной частоте вращения в твердых и особенно абразивных породах ведет к более интенсивному износу инструмента и снижению углубки за рейс.
В трещиноватых породах рекомендуется бурить при повышенных частотах бурения во избежание разрушения резцов вследствие заклинивания их в трещинах под действием ударов в периоды кратковременных остановок коронки. Повышение частоты ударов эффективно при условии рациональной энергии удара. Недостаточная энергия удара не компенсируется частотой ударов.
Удаление продуктов разрушения. Режим промывки влияет не только на интенсивность удаления продуктов разрушения, но и на характеристику рабочих параметров ударных машин – энергию одиночных ударов и частоту, что влияет на эффективность разрушения пород. Установлено, что с повышением количества подаваемой на забой жидкости механическая скорость бурения растет почти линейно и чем мягче породы, тем большая интенсивность. При увеличении расхода жидкости от 260 до 300 л/мин энергия одиночного удара гидроударника возрастет с увеличением частоты ударов от 1320 до 1450 в минуту.
При удалении продуктов разрушения существенное значение имеет качество промывочной жидкости. При промывке технической водой повышается эффективность гидроударников и их моторесурс, но ухудшаются условия выноса продуктов разрушения. Применение глинистого раствора лучше обеспечивает удаление продуктов разрушения, предупреждает некоторые осложнения в скважинах в разбухающих породах, но вызывает повышение перепада давления.
Количество промывочной жидкости, подаваемой к забою, обычно определяется характеристикой применяемого гидроударника и корректируется в зависимости от характера пород — чем выше твердость и абразивность, тем больше подается на забой жидкости с целью повышения энергии удара. С увеличением глубины скважины в связи с потерей жидкости в соединениях бурильных .труб рекомендуется увеличивать подачу промывочной жидкостиа на 5—6 л/мин на каждый 100 м длины колонны бурильных труб.
Технология бурения. Перед спуском ударной машины скважина должна быть хорошо очищена от шлама, осколков твердого сплава с помощью специальной ловушки. Тщательно проверяется все оборудование и сама ударная машина. В процессе бурения систематически проводится осмотр оборудования.
Спускать инструмент в скважину следует без резких ударов и рывков, а в участках сильно искривленных скважин или изменения диаметра — с ограниченной скоростью. В начале рейса опускать снаряд на забой надо медленно с промывкой и вращением, а бурение начинать при пониженных значениях реальных параметров в течение 2—3 мин (или в интервале углубки 10—15 см) для приработки инструмента, с осевой нагрузкой не более 150—200 даН при уменьшенном расходе промывочной жидкости и минимальной скорости подачи бурового снаряда. Не допускается включение ударной машины без вращения, так как это может привести к поломкам углубившихся в породу резцов под действием ударов. При остановках вращения снаряд необходимо приподнимать над забоем на 3—4 см.
В процессе бурения может резко повышаться давление в напорной магистрали в связи с выходом из строя гидроударника, зашламования колонкового снаряда или самозаклинивания керна. В этом случае рекомендуется приподнять снаряд над забоем, увеличить частоту вращения и плавно опустить его на забой. Если при повторении этой операции давление в нагнетательной системе не снижается, снаряд следует поднять на поверхность.
Учитывая особую важность режима промывки скважины при бурении с использованием гидроударников следует строго следить за работой насоса, пользуясь манометром и расходомером. В связи с тем, что осевую нагрузку надо поддерживать в строго заданных пределах на буровой всегда должен быть исправный индикатор веса. Для контроля за работой гидроударника используется виброграф, с помощью которого измеряется вибрация нагнетательного шланга, по которой можно судить о частоте ударов машины на забое.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1134;