Технологическая схема бурения

По характеру воздейст­вия на горные породы способы бурения подразделяются:

· механический,

· термический, физико-хи­мический,

· электроискровой.

Наиболее широко применяются способы, связанные с механическим воздействием на горные породы. Механическое бурение осуществляется ударным и вращательным способами.

Ударное бурение скважин широко распространено при геолого-разведочных работах на воду, инженерно-геологи­ческих изысканиях, открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых, вентиляции горных выработок.

Ударное бурение. Буровой снаряд под собственным весом сверху падает на забой, разрушая долотом породу. Для равномерной обра­ботки забоя и придания скважине цилиндрической формы необходимо после каждого удара снаряд поворачивать на некоторый угол. По мере разрушения породы канат постепенно сматывают с барабана лебедки, подавая долото вслед за продвигающимся забоем.

Принципиальная схема ударно-канатного механи­ческого бурения изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема ударно-канатного бурения

1 – долото

2 – ударная штанга

3 – раздвижная штанга

4 – канатный замок

5 – канат

9 – мачта

10, 12 – ролики

13 – барабан лебедки

Долото (рисунок 2) служит для разрушения породы на забое и обра­ботки стенок скважины. Основные элементы долота - рабочая головка с лезвиями 1, корпус 2, шейка с плоскими выемками 3для захвата инструментальным ключом и резьбовой конус 4для соединения с ниж­ним концом ударной штанги.

В зависимости от разбуриваемых пород применяют долота с головками разной формы:

· плоское;

· крестовое;

· широкобортное.

Рисунок 2. Долота для долота ударно-канатного бурения:

а-плоское; б-крестовое; в - широкоборт­ное

В процессе бурения на забое скважины должна быть вода, в которой частицы разрушенной породы находятся во взвешенном состоянии. При достижении определенной величины плотности шлама долбление по­роды прекращают, лебедкой извлекают снаряд на поверхность и проводят чистку скважины.

Для предотвращения осыпания стенок в скважину спускают обсадные трубы.

Вращательное бурение.При бурении нефтяных и газовых скважин применяют вращательный метод, при котором скважина как бы высвер­ливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое колонной буриль­ных труб и бурение с забойным двигателем (гидравлическим или при помощи электробура) - двигатель переносится к забою скважины и уста­навливается над долотом.

Процесс бурения состоит из следующих операций: спуско-подъемных работ (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и работы долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранять стенки скважины от обвалов и разобщить нефтяные (газовые) и водяные горизонты.

Одновременно в процессе бурения скважин выполняют следующие вспомогательные работы: отбор керна, приготовление промывочной жидкости (бурового раствора), каротаж, замер кривизны, освоение скважины с целью вызова притока нефти (газа) в скважину и т. п. В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т.д.) возникает необходимость в дополнительных (ава­рийных) работах. Схема буровой для осуществления вращательного метода бурения показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема буровой установки для глубокого

вращательного бурения:

1 - долото; 2 - гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 3 - бурильная труба; 4-бурильный замок; 5-лебедка; 6-двигатели лебедки и ротора; 7-верглюг; 5-талевый канат; 9-талевый блок; 10 крюк; 11-буровой шланг; 12-ведушая труба; 13-ротор; 14-вышка; 15-желоба; 16-обвязка насоса; 17-буровой насос; 18-двигатель насоса; 19-приемный резервуар (емкость)

Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квад­ратная (она может быть также шестигранной или желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола (ротора) и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.

К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоеди­няется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Жидкость через ведущую трубу и всю колонну бурильных труб попадает в долото и через отверстия в нем устремляется на забой скважины (при бурении гидравлическим двигателем промывочная жидкость вначале поступает в него, приводя вал двигателя во вращение, а затем в долото.) Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхваты­вает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами подни­мается наверх, где направляется в прием насосов, предварительно очищаясь на своем пути от частиц разбуренной породы.

К верхней части (неподвижной) вертлюга шарнирно прикреплен штроп, при помощи которого вертлюг подвешивается на подъемном крюке, связанном с подвижным талевым блоком. На самом верху буровой вышки установлен кронблок, состоящий из нескольких роликов. Во время бурения колонна труб висит на крюке и опускается по мере углубления. Как только долото срабатывается, всю колонну труб поднимают на поверхность для его замены.

Пробурив с поверхности земли скважину на глубину 30-600 м, в нее спускают кондуктор, служащий для перекрытия слабых (неустойчивых) пород или верхних притоков воды и для создания вертикального направления ствола скважины при дальнейшем бурении. После спуска кондуктора проводят цементирование (тампонаж), т.е. закачивают це­ментный раствор через обсадные трубы в кольцевое пространство между ними и стенками скважины. Цементный раствор, поднимаясь вверх, заполняет затрубное пространство. После затвердения цементного раст­вора бурение возобновляется.

В скважину спускают долото, диаметр которого меньше диаметра предыдущей обсадной колонны. Затем в пробуренную до проектной глубины скважину опускают колонну обсадных труб (эксплуатационную колонну) и цементируют ее. Цементирование проводят для того, чтобы изолировать друг от друга водоносные и нефтеносные пласты. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложне­ния, препятствующие успешному бурению, то после кондуктора спу­скают одну или две промежуточные (технические) колонны.