Колонковое и керновое бурение - Технологические факторы.

Технологические факторы.

 

К ним относятся: частота вращения коронки, режим промывки скважины, возникновение вибраций бурового снаряда и возможность обеспечения кондиционного выхода керна. При бурении с частотой вращения более 700об/мин следует повышать осевую нагрузку для компенсации недостатка времени на полное разрушение породы. Увеличение осевой нагрузки, приводящее к росту механической скорости бурения, должно сопровождаться усиленной подачей промывочной жидкости на забой во избежание загрязнения скважины. Если конструкция коронки не может обеспечить повышенный расход промывочной жидкости, то рекомендуется взять для бурения инструмент с развитой промывочной системой. Повышение осевой нагрузки может вызвать дополнительные вибрации бурового снаряда, а также разрушение столбиков керна. Оптимальную осевую нагрузку рекомендуется подбирать опытным путем. Для этого следует провести цикл опытного бурения при ступенчато увеличиваемых осевых нагрузках.  На каждой ступени нагрузка должна увеличиваться на строго одинаковую величину. Начинать бурение необходимо с осевой нагрузки, величина которой составляет примерно 70% от считающейся нормальной для данных геолого-технических условий.

Если увеличение механической скорости примерно пропорционально повышению осевой нагрузки, то это означает, что оптимальная величина осевой нагрузки на коронку не превышена. Если при переходе на следующую ступень величина приращения механической скорости бурения относительно уменьшается, то, значит, коронка начала работать в условиях зашламования. При такой осевой нагрузке работать не рекомендуется во избежание повышенного износа коронки. Следует возвратиться на предыдущую ступень, которая и будет оптимальной при условии, если удельный расход алмазов не превышает нормы, выход керна достаточный для решения геологических задач, процесс бурения протекает в нормальных условиях. При бурении пород пластичного и хрупкопластичного разрушения по достижении ступени осевой нагрузки, при которой механическая скорость снижается, необходимо повысить подачу промывочной жидкости на забой и искать нагрузки, при увеличенных объёмах очистного агента. При поисках оптимального значения осевой нагрузки при бурении глубоких скважин (при правильно выбранных соотношениях диаметра бурильной колонны и алмазных коронок) рекомендуется принимать во внимание влияние эффекта гидравлического подпора, который следует компенсировать соответствующим увеличением осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент.

Осевую нагрузку на коронку рекомендуется увеличивать:

·       при износе и затуплении объёмных алмазов однослойной коронки;

·       при входе коронки в более твёрдую породу;

·       при бурении глубоких скважин коронками, армированными относительно более крупными алмазами, чем алмазы, применяемые для бурения тех же горных пород в мелких скважинах;

·       при переходе на бурение толстостенными коронками для двойных колонковых труб или алмазными долотами для бурения скважины сплошным забоем.

Осевую нагрузку на коронку необходимо снижать при бурении:

·       в трещиноватых и абразивных породах ( до 50% от оптимальной, принятой для конкретных геолого-технических условий );

·       в переслаивающих породах с чередованием твёрдых и мягких прослоев ( до 50% от оптимальной );

·       в мягких разностях пластичных пород – глинистых сланцах, аргиллитах, известняках ( до минимума );

·       в косослоистых породах, разбуриваемых под острым углом к их напластованию ( в целях уменьшения искривления скважины );

·       при переходе на бурение коронками меньшего диаметра или коронками, армированными более мелкими алмазами;

·       при переходе коронки из твёрдой породы в более мягкую, особенно если шлам последней обладает свойством спрессовываться в плотную массу, забивающую забой, торец коронки и её промывочные каналы;

·       при возникновении вибрации бурового снаряда;

·       при чрезмерно высоком расходе алмазов;

·       при переводе бурильной колонны из первого класса годности во второй класс;

·       при недостаточной мощности бурового станка, вызванной превышением расчётной глубины бурения, применением большей массы бурового снаряда, чем было принято при подборе оптимального значения осевой нагрузки, и т.п.

 

Расход  промывочной  жидкости

 

 Объём промывочной жидкости, подаваемой на забой, должен быть достаточным для очистки скважины от шлама и охлаждения алмазной коронки в процессе бурения. Недостаточный расход промывочной жидкости приводит: к снижению скорости бурения и повышению удельного расхода алмазов; перетиранию шлама горной породы, что требует дополнительных затрат мощности; возникновению самозаклинивания керна в коронке; к перегреву коронки и возникновению угрозы её прижога.

Чрезмерно большое количество промывочной жидкости вызывает быстрый вынос шлама с забоя, что приводит к недостаточному обнажению алмазов из-за малого износа матрицы коронки. При этом могут наблюдаться разрушение матрицы и промывочных каналов, размыв керна при бурении в мягких и слабосцементированных породах, эффект гидравлического подпора и другие последствия, снижающие эффективность буровых работ. При выборе оптимального расхода промывочной жидкости необходимо учитывать характер разбуриваемой породы, требования, предъявляемые к отбору керна, и механическую скорость бурения. При бурении в размываемых породах объём промывочной жидкости, подаваемой на забой скважины, должен быть минимальным, но достаточным для очистки скважины от шлама.

Если механическая скорость бурения в абразивных породах невысокой твёрдости достаточно высокая, то для обеспечения очистки забоя от шлама рекомендуется увеличивать объём промывочной жидкости. С увеличением твёрдости пород (особенно очень твёрдых, способных заполировать алмазы) объём промывочной жидкости уменьшается. С увеличением глубины скважины расход промывочной жидкости следует увеличивать для компенсации утечек её через неплотно затянутые соединения бурильных труб.

Во всех случаях с повышением механической скорости бурения рекомендуется повысить объём подаваемой на забой промывочной жидкости. Это относится также к случаям бурения в породах, шлам которых налипает на коронку. Средний расход очистного агента при алмазном бурении определяют из расчёта 2,7-3,0 л/мин на 1 см2  площади поперечного сечения кольцевого пространства между бурильными трубами и стенками скважины. При этом создаётся скорость восходящего потока в кольцевом пространстве около 0,45 м/с, что достаточно для выноса шлама на поверхность.

 

Оптимальные сочетания параметров режима бурения.

 При подборе оптимального сочетания частоты вращения, осевой нагрузки и расхода промывочной жидкости рекомендуется соблюдать следующее [4, 16]:

Øв породах пластичного и хрупкопластичного разрушения, шлам которых обладает способностью налипать на коронку и спрессовываться, с ростом частоты вращения осевую нагрузку на коронку и объём подаваемой жидкости на забой скважины следует одновременно повышать;

Øпри бурении пород хрупкого и упругохрупкого разрушения с увеличением частоты вращения (в общем случае) осевую нагрузку также необходимо увеличивать, незначительно изменяя при этом объём промывочного агента;

Øпри бурении пород VIII-XII категории по буримости, имеющих скрытокристаллическую структуру (сливные кварциты, роговики, яшмы, джеспилиты) и вызывающих интенсивное заполирование алмазов и торца матрицы коронки, необходимо применять высокие осевые нагрузки, снижать частоту вращения и тщательно регулировать расход промывочной жидкости, подаваемой в скважину (как правило, в сторону уменьшения) при появлении признаков заполирования алмазов.

Выбор и поддержание оптимальных сочетаний параметров режима бурения должны контролироваться бурильщиком.