Технологический режим роторного бурения

Роторное бурение

При роторном способе бурения основные режимные параметры — осевую нагрузку, частоту вращения долота, расход бурового раствора — можно изменять с пульта бурильщика, т.е. можно в определенных пределах одновременно повышать или понижать, фиксировать один из них на одном уровне и изменять уровни других. Это позволяет подбирать лучшие сочетания параметров для конкретных условий бурения.

Осевая нагрузка устанавливается с учетом типа долота, механических свойств пород, других параметров режима бурения и определяется из расчета удельной нагрузки на 1 см диаметра долота, которую рекомендуется принимать при бурении очень мягких пород 500-1000 Н, мягких — 1000-2000, пород средней твердости — 2000-4000, плотных твердых пород -3000-6000 и твердых окремненных и кремнистых пород 9000-12000 Н.

Для приработки опор шарошечных долот в течение первых 5-10 мин необходимо работать при пониженной осевой нагрузке.

Следует иметь в виду, что механическая скорость проходки повышается с увеличением нагрузки на долото лишь до определенного предела. Чрезмерная нагрузка сопровождается уменьшением механическом скорости.

Частота вращения долота принимается равной 20 -300 об./мин, за рубежом практикуется 25-40 об./мин. Это связано с тем, что снижаются затраты энергии на холостое вращение колонны, увеличивается долговечность долот и бурильных труб, уменьшаются вибрации и вероятность поломок труб. Мягкие породы бурят при больших частотах вращения долота и небольшой осевой нагрузке. В твердых породах частота вращения уменьшается, а нагрузка на долото увеличивается.

Расход промывочной жидкости при роторном бурении определяют исходя из скорости выходящего потока, величина которой должна быть не менее 0,8-1,2 м/с. В мягких породах интенсивность шламообразования больше и поэтому значение скорости должно быть больше, чем при бурении твердых пород.

Турбинное бурение

При турбинном бурении основной параметр, от которого зависят остальные, — количество прокачиваемой промывочной жидкости. Изменение подачи промывочной жидкости влечет за собой изменение частоты вращения снаряда и изменение нагрузки, которую можно приложить к долоту.

При постоянном расходе промывочной жидкости увеличение осевой нагрузки на долото вызывает автоматическое уменьшение частоты вращения вала турбобура.

Постепенно измененяя осевую нагрузку на долото, можно найти такую частоту вращения, при которой мощность и КПД турбобура, а также механическая скорость бурения достигают максимальной величины.

На практике частоту вращения принимают равной 250-800 об./мин (с редукторами 200-300 об./мин). На рис. 4.39 приведена принципиальная схема наиболее простого по конструктивному исполнению турбобура Т12МЗ.

Рис. 4.39 . ТурбобурТ12МЗ:
1 — переводник; 2 — роторная гайка; 3 — кольца подпятников; 4 — стальные диски; 5 — разделяющие кольца; 6 — корпус статора; 7 — вращающийся ротор; 8 — корпус турбобура; 9 — стальная втулка; 10 — ниппель; 11 — нижняя опора; 12 — вал

Расход промывочной жидкости, обеспечивающий устойчивую работу турбобура , определяется его технической характеристикой. Количество промывочной жидкости, необходимое для очистки забоя от шлама, определяется по скорости восходящего потока, которая в зависимости от буримости породы принимается равной 0,8-1,5 м/с.

Основные особенности режима бурения винтовыми двигателями (принципиальная схема двигателя Д-85 и его рабочая характеристика показаны соответственно на рис. 4.40 и 4.41 ) связаны с их рабочими характеристиками, которые резко отличаются от характеристик турбобура. Относительно большой крутящий момент, низкая частота вращения и меньшая длина делают винтовой двигатель более предпочтительным при бурении высокоабразивных пород, при наборе зенитного угла наклонно направленных скважин.

Рис. 4.40 . Забойный винтовой двигатель Д-85: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — статор; 4, 5 — оси статора и ротора

Рис. 4.41. Рабочая характеристика винтового забойного двигателя

Перспективен такой двигатель и для бурения пластичных пород, залегающих на большой глубине, вследствие меньшего перепада давления, чем в турбобуре.

С винтовым двигателем можно успешно использовать шарошечные долота с большим скольжением, долота ИСМ и алмазные. Одно из преимуществ бурения винтовым двигателем — возможность контроля отработки долота по изменению давления на стояке. По мере увеличения крутящего момента и изнашивания опор давление повышается.

Частота вращения электробура (схема установки для бурения электробуром показана на рис. 4.42 ) устанавливается на стадии проектирования режима бурения подбором типа электробура и числа редукторов.

Рис. 4.42 . Схема установки для бурения электробуром:
1 — долото; 2 — электробур; 3 — кабель; 4 — бурильная труба; 5 — ротор; 6 — пульт управления; 7 — ведущая труба; 8 — токоприемник; 9 — наружный кабель; 10 — гибкий шланг; 11 — вертлюг; 12 — лебедка; 13 — распределительное устройство; 14 — регулятор подачи инструмента; 15 — трансформатор; 16 — станция управления электробуром

Опыт бурения подтвердил целесообразность использования одной или двух редукторных вставок, снижающих частоту вращения в 2- 4 раза. Осевая нагрузка, как крутящий момент, позволяет судить о состоянии долота, знать, что больше износилось — опора (момент и сила тока возрастают) или зубья (момент и сила тока снижаются при постоянной осевой нагрузке). Это позволяет лучше отработать долота и своевременно их поднимать.

Расход промывочной жидкости может устанавливаться независимо от других режимных параметров. Как и при роторном бурении, при бурении электробуром избыточное давление насосов может быть использовано в насадках гидромониторных долот.

Использование телеметрической системы измерения положения ствола скважины и контроля положения бурильной колонны и отклонителя позволяет успешно применять электробур при проводке наклонно направленных скважин и борьбе с их произвольным искривлением при частом чередовании по твердости наклонно залегающих пород.

Источник

Особенности режима бурения роторным способом

При роторном бурении отсутствует ярко выраженная взаимо­связь параметров режима бурения и, следовательно, влияние их друг на друга. Поэтому оптимальный режим роторного бурения включает в себя сочетание наивыгоднейших значений каждого параметра в отдельности.

Тип долота должен выбираться в соответствии с действующи­ми нормативными документами. При выборе режима бурения до­лотами серий ГНУ и ГАУ следует учитывать следующее: верхнему уровню величин осевых нагрузок на долота соответствует нижний уровень частот вращения и наоборот; в пластичных, вязких глини­стых, а также слабо сцементированных малоабразивных песчано-глинистых и песчаных породах целесообразно бурить при близких к максимальным частотам вращения и пониженных величинах осе­вой нагрузки на долото; в песчаных и других абразивных породах, а также трещиноватых и обломочных целесообразно снижать час­тоту вращения ротора во избежание повышенного износа и разру­шения вооружения, герметизирующих элементов опор шарошек, козырьков и спинок лап.

Режим бурения, особенно долотами с твердосплавным воору­жением и герметизированными опорами, должен выбираться та­ким, чтобы не допускалось вибраций бурильной колонны.

Во многих случаях, особенно при бурении в мягких неабразив­ных породах, существенное улучшение показателей работы долот достигается при повышении частоты вращения до 140. 200 об/мин.

Фактическая осевая нагрузка на долото при повышенной час­тоте вращения инструмента из-за трения бурильной колонны о стенки скважины и вкладыш ротора оказывается существенно меньше, чем по индикатору массы (веса).Нагрузку на долото следует корректировать с учетом разницы в показаниях индикатора массы (веса) при вращении и без враще­ния колонны.

Осевая нагрузка на долото при бурении с повышенной частотой вращения обычно должна быть уменьшена на 20. 25 % против вели­чины, создаваемой при низкооборотном режиме в тех же условиях.

Переход на высокооборотный режим вращения бурильной колонны может сопровождаться в отдельных породах обвалами стенок сква­жины и увеличением момента вращения бурильного инструмента. При возникновении указанных явлений необходимо немедленно тщательно промыть и проработать (на длину ведущей трубы) ствол скважины и только после установления нормальных условий буре­ния переходить на повышенную частоту вращения ротора. Не реко­мендуется применение повышенной частоты вращения ротора при бурении в твердых породах с промывкой технической водой.

При бурении долотами с герметизированными спорами и твер­досплавным вооружением неравномерное вращение и подача доло­та, резкое торможение и внезапные остановки, толчки и удары, повышенный уровень вибрации приводят к разрушению (поломкам, сколам и т.п.) твердосплавных зубцов и преждевременному выходу из строя герметизирующих элементов и опор в целом. При появле­нии в ходе долбления вибраций для их подавления необходимо уменьшить осевую нагрузку или изменить частоту вращения ротора.

Если изменение, в рациональных пределах, указанных парамет­ров не приводит к уменьшению амплитуды колебаний до приемле­мого уровня, то это свидетельствует о завышенной моментоемкос-ти долота или недостаточном маховом моменте УБТ для данного сочетания типа долота и разбуриваемых пород. Следовательно, на очередное долбление необходимо использовать долото, характе­ризующееся меньшей моментоемкостью или увеличить маховый мо­мент УБТ, желательно за счет увеличения их диаметра.В нашей стране роторный способ бурения используется глав­ным образом при бурении глубоких скважин, а также нижней ча­сти разреза скважин средней глубины.Следует отметить некоторые особенности режима бурения с очисткой забоя воздухом или газом, одной из которых является бурение на сравнительно невысоких скоростях вращения ротора. В процессе бурения шарошечными долотами пород средней твер­дости, твердых и крепких при очистке забоя газообразным цир­кулирующим агентом и при соблюдении других параметров ре­жима бурения скорость вращения ротора не должна превышать 100. 200 об/мин, а при бурении сыпучих и мягких пород — 200. 300 об/мин.

Для обеспечения максимальных показателей бурения при ис­пользовании газообразных циркулирующих агентов необходимо со­блюдать оптимальное соотношение нагрузки на долото и скорости вращения долота. Это соотношение лучше всего определяется по характеру выноса шлама из выкидной линии. Выбрасываемый на поверхность шлам должен состоять из осколков породы различных размеров (при бурении твердых и крепких пород шарошечны­ми долотами) или скатанных кусочков легких пород, или нахо­диться в естественном состоянии при бурении сыпучих пород и вы­ходить обильным потоком из выкида.

Количество шламовой пыли должно быть минимальным, так как обильное выделение ее указывает на процесс разрушения ис­тиранием, и для перехода на объемный режим разрушения сле­дует увеличить нагрузку на долото и уменьшить скорость враще­ния ротора, если она была завышена. Для успешного бурения с газообразными циркулирующими агентами необходимо для каж­дого конкретного случая устанавливать минимальный предел ско­рости восходящего потока в затрубном пространстве. Минималь­ным расходом газообразного циркулирующего агента при буре­нии следует считать такой, при котором в затрубном пространстве с зазором между бурильными трубами и стенками скважины не менее 12. 15 мм создается скорость восходящего потока, способ­ная выносить выбуренную породу размером первичного разруше­ния с избыточной скоростью 5. 8 м/с.

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 3450 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

8.3 Особенности режима бурения роторным способом

При роторном бурении параметры режима бурения не зависят друг от друга. В процессе бурения можно изменять любой из них (Р_Д, n, Q), не изменяя других.

Оптимальный режим роторного бурения зависит от максимальных значений каждого параметра в отдельности.

Тип долота должен выбираться в соответствии твердости и прочности горных пород. При выборе режима бурения долотами серий ГНУ и ГАУ необходимо учитывать:

Максимальной нагрузке на долото должна соответствовать минимальная частота вращения.

В пластичных глинистых и малоабразивных песчано-глинистых породах следует бурить с максимальной частотой вращения и минимальной нагрузкой на долото.

В песчаных и других абразивных породах необходимо бурить с низкой частотой вращения ротора для избежания повышенного износа вооружения и опор долот.

Частоту вращения следует выбирать с учетом избежания вибраций бурильной колонны, т.к. может возникнуть резонанс.

Критическая частота вращения зависит от длины колонны и ее диаметра. Наиболее опасна критическая частота вращения при наименьшей критической длине колонны (таблица 5).

Таблица 5 — Выбор критической длины колонны в зависимости от диаметра трубы

Наружный диаметр трубы, мм

Критическая частота вращения об/мин

Критическая длина колонны, м

680; 2040; 3400; 4750

580; 1740; 2900; 4050

535; 1600; 2670; 3740

Для предотвращения вибраций долото должно вращаться с частотой в диапазоне от 66 до 106 об/мин. При бурении в мягких неабразивных породах при частоте вращения до 140-200 об/мин достигаются максимальные показатели работы долот.

При низкооборотном режиме нагрузка на долото должна быть больше на 20-25%, чем при бурении с повышенной частотой. Не рекомендуется применение повышенной частоты вращения ротора при бурении в твердых породах с промывкой технической водой. При увеличении вибраций бурильной колонны необходимо снизить осевую нагрузку на долото или изменить частоту вращения ротора. Если это не дает положительного результата, то необходимо применить более тяжелые УБТ (за счет увеличения диаметра).

При повышенной частоте вращения фактическая осевая нагрузка на долото значительно меньше, чем по индикатору веса из-за трения бурильной колонны о стенки скважины и вкладыши ротора. Поэтому нагрузку на долото следует корректировать с учетом разницы в показаниях индикатора веса при вращении колонны и без вращения.

При разбуривании пород средней твердости, твердых и крепких при очистке забоя воздухом, скорость вращения ротора не должна превышать 100-200 об/мин, а при бурении мягких пород – 200-300 об/мин. Для достижения максимальных показателей бурения при бурении с очисткой воздухом, необходимо увеличить нагрузку на долото и уменьшить скорость вращения ротора. При этом происходит объемное разрушение породы на забое. Скорость восходящего потока в затрубном пространстве для лучшего выноса шлама на поверхность должна быть не менее 5-8 м/с.

Источник

Скважина на воду способом роторного бурения: особенности технологии, принцип осуществления работ

Ротором в технике называют подвижную часть механизма, передающую энергию вращения на рабочий инструмент. Процесс, при котором круговое оборачивание снаряда совмещается с осевым давлением на поверхность массива, называется роторное бурение. Таким способом проходят выработки различного назначения, включая скважины на воду.

Роторное бурение скважины на воду.

Оборудование для роторного бурения скважин

Ротор является основным механизмом станка для одноименного метода бурения. Вращатели различают по мощности, статической нагрузке, диаметру отверстия под колонну из труб. По конструкции роторы бывают неподвижными или перемещающимися в вертикальной плоскости. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 100-1500 м, выдерживают нагрузку 10-500 т.

Кроме основного предназначения (вращения инструмента), ротор служит удерживающим устройством бурильных и обсадных труб при выполнении спуско-подъемных операций. Еще ряд механизмов и устройств обеспечивают продвижение породоразрушающего снаряда в горный массив.

В состав роторной буровой установки входят:

1. Вышка — на ней размещаются и подвешиваются бурильные трубы. Сооружение устраивается в виде мачты на 1-2 опорах или каркаса башенного типа на 4 опорных точках.
2. Буровой насос поршневой — служит для закачки в скважину промывки. Работает в составе комплекса оборудования для приготовления раствора и его очистки.
3. Вертлюг — через него промывочный раствор от насоса попадает в буровую колонну. Устройство крепится на крюке в верхней части вышки.
4. Талевая система с лебедкой и блоками — обеспечивает спуск и подъем колонны.
5. Элеватор — с его помощью производятся захват и удержание труб.

В состав оборудования входят долота шарошечные и алмазные, стропы для присоединения элеватора к талевому блоку, переходники различных типов, грязевые насосы для откачки пульпы. Промывка при роторном бурении — прямая или обратная с применением глинистого раствора, воды.

Роторное бурение скважин: плюсы и минусы

Вращательный способ проходки выработок бывает не только роторным, эта технология может сочетаться с ударным воздействием, с продувкой сжатым воздухом, удалением грунтового бурового шлама через шнек.

Преимущества проходки скважин с применением ротора:

1. Скорость выше, чем при ударном разрушении. Способ обратной промывки выработки водой в рыхлых породах ускоряет проходку в 1,5-2 раза по сравнению с бурением с прямой подачей раствора в скважину.
2. Универсальность — сменные долота способны разрушать мягкие грунты и твердые горные породы. Роторная проходка скважины позволяет достичь водоносного пласта на любой глубине.
3. Возможность бурения водозаборных выработок Ø1200-1500 мм. Для этого применяется обратная промывка ствола.
4. Габариты и металлоемкость станка невелики по сравнению с ударно-канатными буровыми машинами.
5. Мобильность — оборудование размещается на передвижной платформе.

Роторное бурение скважины на воду.

Роторный метод для водозаборных скважин является предпочтительным, поскольку он объединяет достоинства всех вращательных способов бурения.

Недостатки этого способа заключаются в том, что применение глинистого раствора снижает дебит скважины, требует мероприятий по восстановлению водоотдачи.

Стоимость работ выше, чем при других способах бурения, вследствие необходимости подвоза чистой воды, глины и реагентов для приготовления раствора. Проблемы обостряются зимой, когда требуется защита от низких температур.

Принцип осуществления роторного бурения скважин

Проходка выработки для водозабора непрерывным вращением бурового снаряда заключается в разрушении горных пород на забое скважины долотом, присоединенным к колонне, вращающейся вокруг оси ствола ротором. Удаление шлама и охлаждение режущего инструмента осуществляются жидкостью или сжатым воздухом.

Порядок работы оборудования:

1. Вращатель приводится в действие двигателем электрическим или внутреннего сгорания.
2. Усилие от вала принимают ведущие вкладыши, расположенные по контуру верхней рабочей трубы, они же передают крутящий момент на колонну.
3. Давление разрушающего инструмента на забой передается по звеньям сборки. За счет массы конструкции создается нагрузка, достаточная для резания породы.
4. Буровой шлам удаляется из скважины промывочной жидкостью, которая одновременно охлаждает дробящий инструмент. Раствор после очистки используется вновь.

По мере износа долота его заменяют новым, для этого колонна по секциям извлекается из выработки. Длина свечи, вытаскиваемой за один прием, зависит от высоты подвески кронблока и составляет 25-50 м.

Схема роторного бурение скважины.

Обсадные трубы

Пересекаемые скважиной породы частично укрепляются за счет применения глинистого раствора, но полноценное предотвращение осыпания стенок выработки достигается их обсадкой стальными трубами. Закончив бурение в заданном интервале, проходку скважины приостанавливают для монтажа обсадной колонны. Ближайшая к поверхности часть конструкции называется кондуктором.

При укреплении стенок выработки придерживаются следующих правил:

• диаметр обсадной трубы должен быть меньше сечения выработки: колонна опускается в скважину свободно;
• глубина, начиная с которой делают перерыв в бурении для установки обсадной крепи, находится в пределах 30-600 м;
• стенки водозаборных выработок обсаживают цельнотянутыми трубами длиной 6-13 м, для изготовления кондуктора используют сварные стояки Ø426-478 мм;
• затрубное пространство заполняется цементной тампонажной смесью.

В сложных геологических условиях устанавливают несколько обсадных колонн разного диаметра. Трубы меньшего размера располагаются в глубоких горизонтах.

Особенность нижнего звена конструкции заключается в том, что эта труба является эксплуатационной и перфорируется для проникновения воды внутрь колонны.

Промывочная жидкость в буровых роторных работах

Жидкие среды, используемые для бурения, укрепляют стенки выработки в рыхлых породах, удерживают буровой шлам во взвеси, не давая ему осаждаться, и выносят его на поверхность, не загрязняют подземную воду. Трение колонны о стенки скважины и охлаждение долота, способствование разрушению породы на забое — это тоже функции промывки.

В качестве буровых растворов применяются следующие жидкости:

Вода техническая. Применяется при строительстве водозабора в устойчивых породах и песках, где статический уровень жидкости ≥3 м. Диаметр скважин

Источник