Роторное бурение и бурение забойными двигателями

Вращательное бурение при разведке нефтяных и газовых месторождений, а также с целью водоснабжения, добычи рассолов и минеральных вод осуществляется двумя способами:
1) роторным, при котором двигатель находится на поверхности и передает вращение долоту через колонну бурильных труб;
2) с помощью забойных двигателей, когда колонна бурильных труб не вращается, а долото приводится во вращение от вала забойного двигателя, установленного в колонне непосредственно над долотом.

Роторным называется такой вид быстровращательного бурения сплошным забоем, который осуществляется с помощью специального механизма, установленного над устьем скважины и называемого ротором. По сущности роторное бурение аналогично бурению колонковым способом.

Установка для роторного бурения состоит из роторного станка, лебедки, насосов, буровой вышки с талевой системой, а также силового привода. Вращательная часть роторного станка состоит из двух конических шестерен и ведущей штанги квадратного сечения. Малая вертикальная шестерня передает вращение от двигателя большой горизонтальной шестерне — ротору. Ведущая штанга проходит через отверстие во вкладышах ротора, который приводит ее во вращение.

Верхняя часть ведущей штанги посредством вертлюга соединяется с нагнетательным шлангом бурового насоса, нижняя — с колонной бурильных труб, на конце которой крепится породоразрушающий инструмент. Колонна бурильных труб, подвешенная при помощи крюка к талевому блоку, по мере углубления долота в породу плавно опускается с помощью тормозов барабана лебедки. С помощью лебедки и буровой вышки выполняются также спуско-подъёмные операции. Бурение ведется обычно с интенсивной промывкой скважины.

Основными породоразрущающими инструментами служат разнообразные лопастные и шарошечные долота. Широко используются также алмазные долота. При необходимости бурения с отбором керна применяют колонковые снаряды, в том числе снаряды со съемными керноприемниками.

Помимо бурения глубоких скважин тяжелыми установками для структурно-картировочного бурения и проходки скважин на Моду применяются легкие передвижные и самоходные буровые установки.

Забойные вращательные машины. Основное их преимущество заключается в том, что почти вся мощность двигателя передается непосредственно породоразрушающему инструменту и отпадает затрата анергии на вращение бурильной колонны.

При глубоком турбинном бурении общая схема буровой установки аналогична роторной. Разница в том, что при атом долото соединяется с валом турбобура, который опускается в скважину на колонне бурильных труб. Ротор в процессе бурения заторможен, и колонна бурильных труб не вращается. Отсутствие вращения бурильной колонны позволяет более аффективно использовать этот способ для направленного бурения скважин.

Погружные двигатели бывают двух видов: турбобур — гидротурбина с долотом и электробур — электродвигатель с долотом.

Турбобур представляет собой многоступенчатую турбину осевого типа. Принцип действия турбобура заключается в преобразовании гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию вращения вала. Гидравлическая турбина турбобура состоит из 100-120 ступеней. Каждая ступень турбины состоит из неподвижного, связанного с корпусом статора и вращающегося ротора, закрепленного на валу турбобура. Статор и ротор имеют одинаковое количество лопаток аналогичной формы, но повернутых в противоположные стороны. Статор является направляющим элементом для потока жидкости, а ротор — рабочим колесом турбины.

Промывочная жидкость по бурильным трубам попадает в направляющие каналы статора первой ступени турбобура, где меняет направление и под определенным углом ударяет в лопатки ротора, приводя его во вращение. Затем жидкость проходит сквозь статор второй ступени и, изменив направление потока, ударяет в лопатки ротора второй ступени. Таким образом, поток жидкости проходит последовательно все ступени турбины, а затем через отверстия вала направляется в долото. При турбинном бурении используются насосы производительность 35-50 л/с, создающие давление (3—5)10⁶ Па, скорость вращения долота 300-700 об/мин, диаметр скважин 200-250 мм.

Наряду с турбобурами применяются электробуры, представляющие собой погружные электродвигатели, опускающиеся в скважину на трубах, шлангокабеле или кабельканате. В основном используют электробуры на трубах. Питание электроэнергией осуществляется с помощью кабеля, проложенного внутри бурильных труб. Электробурение имеет ряд достоинств: сокращается износ бурильных труб, меньше расход промывочной жидкости и давление (сравнительно с турбобуром), имеется возможность бурения с продувкой и др.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: В. В. Авдонин, и др.

Источник: Технические средства и методика разведки месторождений полезных ископаемых.

Данные публикации будут полезны для студентов инженерно-геологической и геохимической специальностей.