Выбор технологического инструмента
К технологическому инструменту относятся буровой снаряд и буровой сальник. В состав бурового снаряда для бескернового бурения входит породоразрушающий инструмент, переходник, колонна бурильных труб и ведущая труба. В состав бурового снаряда для колонкового бурения входят: колонковый набор, колонна бурильных труб и ведущая труба.
Выбор породоразрушающего инструмента для бескернового бурения.
В качестве породоразрушающего инструмента при бескерновом бурении применяются различные типы долот – лопастные, шарошечные и алмазные. Выбор типа долота зависит от физико-механических свойств горных пород. Диаметр долот, применяющихся при геологоразведочном бурении, соответствует диаметру коронок, приведенному в табл.6, что позволяет чередовать колонковый и бескерновй способ при бурении скважины.
Лопастные долота применяют в мягких породах I-IV категорий по буримости. Лопастные долота (двух иди трехлопастные) выпускается диаметром 76 ¸ 151 мм.
Шарошечные долота (двух- и трехшарошечные) при бурении геологоразведочных скважин используют для проходки мягких, средней твердости, твердых и очень твердых пород. Наиболее широко применяют следующие типы шарошечных долот: М – по мягким породам I-IV категорий по буримости; С – по породам средней крепости IV-VII категорий по буримости; Т – по твердым породам VII-IX категорий по буримости; К и ОК (штыревые) – для бурения крепких и очень крепких пород IX-XI категорий.
Кроме перечисленных для бурения перемежающихся пород применяют следующие типы долот: КС – для бурения мягких пород с включением пород средней твердости IV-V категорий по буримости; СТ – для бурения пород средней твердости с включениями твердых пород VI-IX категорий по буримости; ТК – для бурения твердых пород с включениями очень твердых (крепких) пород IX-X категорий по буримости.
Алмазные долота предназначены для проходки небольших интервалов скважин без отбора керна при направленном и многоствольном бурении в твердых и очень твердых породах VIII-XI категорий по буримости. Они бывает однослойными 06А3, 09А3 и импрегнированными типа 08И3. Диаметры долот 46 - 76 мм.
Выбор породоразрушающего инструмента для колонкового бурения.
В качестве породоразрушающего инструмента для колонкового бурения применяют твердосплавные и алмазные коронки. Коронки входят в состав колонкового набора. Твердосплавные коронки используют для бурения мягких и средней твердости пород I-VIII и частично IX категорий по буримости (при отсутствии кварца). Алмазные коронки используются при бурении твердых и крепких пород VI – XII категории по буримости. Размеры стандартных коронок для одинарных колонковых наборов приведены в табл.6.
Таблица 6
| Наружный диаметр коронок, мм | Внутренний диаметр коронок, мм | ||
| Твердосплавные коронки | Алмазные коронки | ||
| типа М | типа СМ, СТ, СА | ||
| – | |||
| – | |||
| – | |||
| 92* | |||
| – | |||
| – |
Для бурения мягких пород I-IV категорий по буримости применяют ребристые коронки типа М, изготовляемые в двух модификациях: М5 и М6. Коронки модификации М5 предназначены для бурения мягких однородных пород I-IV категорий по буримости; М6 – для бурения мягких неоднородных по строению пород, II-IV категорий по буримости, перемежающихся по твердости с включениями щебенчато-галечных отложений V-VI категорий.
Для бурения малоабразивных пород средней твердости IV-VII категорий по буримости применяются коронки типа СМ и СТ: СМ4 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород V-VI категорий и частично VII категории по буримости; СМ6 для бурения монолитных и трещиноватых горных пород VI-VII категорий по буримости; СТ2 для бурения малоабразивных трещиноватых и перемежающихся горных пород с твердыми включениями IV-VI категорий по буримости.
Для бурения абразивных пород средней твердости применяются твердосплавные коронки типа СА: СА4 для бурения монолитных и слаботрещиноватых горных пород VI-VIII и частично IX категорий по буримости; СА5 и СА6 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород VI-VIII и частично IX категорий.
Твердосплавные коронки для бурения гидроударными и пневмоударными машинами выпускаются серийно и отличаются от обычных твердосплавных коронок. Для гидроударного бурения выпускаются коронки типа КГ диаметром 59-115 мм, для пневмоударного бурения – коронки типа КП, КПД, КПС диаметром 96-153 мм.
Для бурения пород VIII-XII категорий по буримости целесообразно применять алмазные коронки. Их выпускает однослойными и импрегнированными. Однослойные коронки армирует наиболее крупными алмазами от 2-5 до 40-60 шт./кар. и используют для бурения пород VIII-X категорий. Импрегнированные коронки армированы объемными алмазами зернистостью 90-600 шт./кар. и подрезными зернистостью 30-60 шт./кар. Их используют для бурения пород IX-XII категорий.
Характеристика алмазной коронки отражена в маркировке, например, 01А3, 02И4, 16А3.
01 (0,2 ... и т.д.) – порядковый номер конструкции коронки, характеризует форму торца матрицы;
А (И) – тип коронки – однослойная (импрегнированная);
3 (4, 5) – твердость матрицы (3 – нормальная для бурения в плотных монолитных мало- и среднеабразивных породах; 4 – твердая для бурения в среднеабразивных и абразивных, плотных, монолитных, а также трещиноватых породах; 5 – очень твердая для бурения в очень твердых трещиноватых, весьма абразивных породах).
В практике геологоразведочного бурения наиболее широко приме-няются следующие типы алмазных коронок: однослойные – 01А3, 01А4, 04А3, 07А3, 14А3, 15А3, 16АЗ для бурения горных пород VII-XI категорий по буримости; импрегнированные – 02И3, 02И4, 03И5, которые используются для бурения соответственно малоабразивных, абразивных и сильно абразивных горных пород IX-XII категорий по буримости. Коронки 01А3СВ, 01А4СВ, 02И3СВ, 02И4СВ, 15А3СВ армируются синтетическими алмазами.
Выбор элементов колонкового набора.
Кроме породоразрушающего инструмента в состав колонкового набора входят: кернорватели, алмазные расширители, колонковые трубы, переходники.
Кернорватели предназначены для отрыва и удержания керна при подъеме колонкового набора из скважины и устанавливаются между коронкой и колонковой трубой. При алмазном бурении для калибровки стенок скважины, повышения износостойкости алмазных коронок и стабилизации работы бурового снаряда применяются алмазные расширители. Алмазный расширитель выполняет также роль кернорвателя.
Колонковые трубы, входящие в состав одинарных колонковых наборов, выпускается по тому же стандарту, что и обсадные трубы ниппельного соединения (см. табл.3). В табл.7 приведены диаметры колонковых труб в зависимости от диаметра и типа коронок.
Таблица 7
| Наружный диаметр коронок | Диаметр колонковых труб, мм | |
| Алмазные коронки, твердосплавные коронки типа СМ, СТ, СА | Твердосплавные коронки типа М | |
| 33,5 | – | |
| – | ||
| – | ||
| – | ||
Переходник служит для соединения колонкового набора с колонной бурильных труб.
Состав колонкового набора выбирается для каждого интервала бурения скважины.
Для колонкового бурения в монолитных и слаботрещиноватых породах, где плановый выход керна достигается без использования специальных технических средств, применяются одинарные колонковые наборы. Одинарный колонковый набор состоит из породоразрушающего инструмента, кернорвателя, колонковой трубы, переходника, иногда в состав колонкового набора включается шламовая труба. При алмазном бурении в состав колонкового набора рекомендуют включать алмазный расширитель. Колонковые наборы для бурения в сложных геологических условиях рассмотрены в разд. 5.3.
Выбор бурильных труб.
При геологоразведочном бурении используются следующие типы бурильных труб (краткая характеристика их приведена в табл.8): стальные бурильные трубы с приваренными замками; легкосплавные бурильные трубы ТБЛ; утяжеленные бурильные трубы ТБУ (ГОСТ Р 515100).
Таблица 8
| Обозначение трубы | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Наружный диаметр замков или муфт, мм | Длина одной трубы | Масса 1 м трубы с соединениями, кг/м |
| Стальные бурильные трубы с приваренными замками ТБСУ | |||||
| ТБСУ-43 | 43,0 | 4,5 | 43,5 | 1,7 – 4,7 | 15,0 |
| ТБСУ-55 | 55,0 | 4,5 | 55,5 | 1,7 – 4,7 | 21,1 |
| ТБСУ-63,5 | 63,5 | 4,5 | 64,0 | 1,7 – 6,2 | 25,5 |
| ТБСУ-70 | 70,0 | 4,5 | 70,5 | 1,7 – 6,2 | 28,3 |
| ТБСУ-85 | 85,0 | 4,5 | 85,5 | 1,7 – 6,2 | 37,6 |
| Легкосплавные бурильные трубы ТБЛ | |||||
| ТБЛ-43 | 43,0 | 7,0 | 43,5 | 1,7 – 4,7 | 9,0 |
| ТБЛ-55 | 55,0 | 9,0 | 55,5 | 1,7 – 4,7 | 15,0 |
| ТБЛ -63,5 | 64,0 | 9,0 | 64,0 | 1,7 – 6,2 | 18,8 |
| ТБЛ-70 | 70,0 | 9,0 | 70,5 | 1,7 – 6,2 | 21,2 |
| ТБЛ-85 | 85,0 | 9,5 | 85,5 | 1,7 – 6,2 | 29,3 |
| Утяжеленные бурильные трубы ТБУ | |||||
| ТБУ-57 | 57,0 | 12,0 | 57,5 | 1,7 – 6,2 | 13,4 |
| ТБУ-73 | 73,0 | 19,0 | 73,5 | 1,7 – 6,2 | 25,0 |
| ТБУ-89 | 89,0 | 22,0 | 89,5 | 1,7 – 6,2 | 36,0 |
| ТБУ-108 | 108,0 | 26,0 | 108,5 | 1,7 – 6,2 | 52,0 |
Выбор бурильных труб зависит от конструкции скважины, конечного диаметра и способа бурения.
Ориентировочное значение диаметра бурильных труб можно определить из соотношения:
dБТ ≈ 0,9 DСКВ
где: dБТ - диаметр бурильных труб; DСКВ – диаметр скважины.
При выборе бурильных труб необходимо учитывать, что легко-сплавные бурильные трубы ниппельного соединения нельзя использовать в скважинах, имеющих ступенчатую конструкцию.
Утяжеленные бурильные трубы, включаемые в нижнюю часть бурильной колонны, служат для создания необходимой осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, улучшения условий работы бурильной колонны, уменьшения искривления скважин. Применяется, в основном, при бескерновом бурении. Длина колонны УБТ определяется в зависимости от осевой нагрузки:
1,25 РОС
LУБТ = –––––––––––––––––––––––
qУБТ (1 – rж / rст ) Cos ΘСР
где LУБТ – длина УБТ, м; РОС – осевая нагрузка, м; qУБТ - вес 1 м УБТ, н/м; rЖ - плотность очистного агента, кг/м3; rСТ - плотность материала труб, кг/м3; qСР - средний зенитный угол, град.