3.2.4. Выбор буровых снарядов твердосплавного бурения

Выбор бурового снаряда проводят по общей схеме: осно­вание (горная порода) → выбор → обоснование (преимущества выбранного снаряда).

Как и в предыдущих работах, вначале анализируют геолого-технические условия бурения (в первую очередь изучают физико-механические свойства горных пород) и возможность использования прогрессивных снарядов (снарядов с гидротранспортом керна). При невозможности их использования применяют одинарные колонковые снаряды (ОКС, ОЭС), при безкерновом способе – снаряды безкернового бурения; для бурения мягких полезных ископаемых используют двойные колонковые снаряды.

Бурение с гидротранспортом керна применяют в мягких породах I-IV категории по буримости с пропластками пород средней твердости V-VII категории скважин глубиной 100 и 300 м.

К преимуществам бурения с гидротранспортом керна можно отнести непрерывность технологического цикла (без подъема бурового снаряда от начала до конечной глубины скважины); высокую производительность бурения; высокий выход керна; возможность беспрепятственного бурения в зонах поглощения промывочной жидкости, в водонапорных песках, набухающих глинах, мерзлых породах; малый расход промывочной жидкости, в том числе и при бурении трещиноватых пород (в 4-5 раз меньше чем при традиционном бурении).

Этот способ нельзя применять при наличии пропластков пород VIII-IX категории мощностью до 25 м или с частой перемежаемостью абразивных, твердых и мягких пород при наличии галечников.

Одинарные колонковые снаряды (ОКС) находят более широкое применение практически при любых геолого-технических условиях бурения скважин любой глубины.

Достоинствами одинарных колонковых снарядов являются использование их при любых геолого-технических условиях, в том числе и неблагоприятных (бурение неоднородных, трещиноватых, неустойчивых пород и пород, склонных к искривлению скважин); возможность использования любых промывочных жидкостей; простота конструкции снаряда и несложная технология бурения; невысокая стоимость снаряда; возможность бурения направленных скважин.

Для повышения выхода керна можно использовать разновидности одинарных колонковых снарядов: по трещиноватым клинящимся породам - одинарный эжекторный снаряд, по мягким неустойчивым породам при полном поглощении промывоч­ной жидкости - безнасосное бурение. При бурении с продувкой сжатым воздухом при полном поглощении промывочной жидко­сти в верхних горизонтах и наличии подземных вод в нижних горизонтах геологического разреза можно использовать эрлифтные снаряды.

Эти снаряды способствуют повышению выхода керна, но резко снижают производительность бурения вследствие сниже­ния длины рейса и трудоемкости технологического процесса, поэтому их используют в крайнем случае, при невозможности применения стандартных снарядов. Для повышения выхода кер­на при бурении слабоустойчивых полезных ископаемых (типа углей) более надежными являются двойные колонковые снаряды. Хотя они имеют низкую производительность бурения, но вслед­ствие однократного использования (только по пласту полез­ного ископаемого) их охотно применяют на угольных месторож­дениях.

После обоснования выбора забойных снарядов следует ука­зать и обосновать типоразмеры составных его элементов: отсоединительных и трубных переходников, шламовых и колонковых труб, кернорвателей и других элементов снаряда.

Затем для выбранных буровых снарядов (кроме снаряда с гидротранспортом керна) необходимо выбрать бурильные ко­лонны.

Типы и размеры бурильных колонн должны соответство­вать выбранной конструкции скважины. Для скважин большого диаметра (76 мм и более) рекомендуется применять бурильные колонны с замково-муфтовыми соединениями. Для вращательно­го твердосплавного способа с относительно невысокой скоро­стью вращения снаряда (обычно не более 500 об/мин) при глуби­не скважин до 1000 м можно использовать стальные трубы СБТМ, а при глубине скважин более 1000 м - легкосплавные трубы типа ЛБТМ-54.

По сравнению с ниппельными соединениями, преимущест­вами бурильных труб с муфтово-замковыми соединениями явля­ются: минимальные гидравлические сопротивления при прокачи­вании промывочной жидкости; повышенная прочность соедине­ний; более надежное центрирование колонны в скважинах большого диаметра; меньший износ бурильных труб; большая герметичность соединений; более высокая производительность спускоподъемных операций.

К достоинствам легкосплавных труб можно отнести малую плотность труб, позволяющую бурить скважины большой глубины; малый коэффициент трения бурильной колонны при вращении снаряда; меньший, по сравнению со стальными трубами расход энергии на вращение снаряда; малую вибрацию колонны.

Легкосплавные бурильные трубы нельзя использовать в зонах локального искривления скважин с интенсивностью более одного градуса на один погонный метр.

При бурении скважин большого диаметра стальными трубами рекомендуется применять утяжеленные бурильные трубы (УБТ), особенно при безкерновом бурении, бурении кавернозных пород, способствующих искривлению скважин.

Утяжеленные бурильные трубы повышают жесткость бурильной колонны в нижней наиболее нагруженной и сжатой части колонны, понижают износ бурильной колонны, способствуют снижению интенсивности искривления скважин.

Для скважин малого диаметра (76 мм и менее) применяют стальную бурильную колонну с ниппельными соединениями типа СБТМ.

При использовании бурильной колонны с ниппельными соединениями весьма значительно снижается вибрация бурового снаряда; гладкоствольность колонн позволяет применять трубы диаметром, близким диаметру скважины, и таким образом уменьшать центробежные силы и искривление скважин; имеется возможность использовать более прочные трубы (по сравнению с трубами с замково-муфтовыми соединениями).

Размеры бурильных труб определяют в соответствии с диаметром скважины. На проектной глубине для бурильной колонны с ниппельными соединениями диаметры трубы должны быть близкими диаметру скважины, а для бурильной колонны с замково-муфтовым соединениями диаметры соединений должны быть близкими диаметру скважин.