10.2. Буровое оборудование и инструмент

При бурении с продувкой скважин воздухом могут быть использованы те же буровое оборудование и буровой снаряд, что и при промывке скважин (рис. 11.1). Отличие состоит в замене бурового насоса компрессором. В России применяют в основном передвижные компрессоры, производительностью 3 - 12 м³, развивающие давление до 8 атм. При работе с компрессором в воздушную линию, идущую от компрессора к устью скважины, устанавливают специальное устройство для периодического спуска масла и конденсата - масловодоотдели­тель 6.

При бурении по сухим или мерзлым породам для предупрежде­ния попадания конденсата на забой кроме поверхностных масловодоотделителей в состав бурового снаряда включают скважинные влагоотделители.

В качестве контрольно-измерительной аппаратуры используют расходомеры 9, термометры 11 и манометры 10.

Для предупреждения поступления пыли в процессе бурения в бу­ровое здание требуется специальное оборудование устья скважины в виде выкидной линии (трубопровода от устья скважины) 17, прокла­дываемой под полом в сторону движения ветра на расстояние 10-15 м. Над устьем скважины при этом устанавливают превентор 25 или специ­альное герметизирующее устройство (рис. 10.2), имеющее вращательный и неподвижные узлы. Вращающийся узел состоит из манжеты 11, шпин­деля 7 и диска 4. Неподвижный узел состоит из корпуса 9, зажима 6, оголовка 10.

Во время бурения вращающийся узел устанавливают на рабочую трубу, а неподвижный через оголовок крепят на обсадных трубах.

Для сбора шлама и пыли в конце выкидной линии часто устанавливают шламоочиститель, состоящий из циклонного шламоулавливателя и гидравлического фильтра.

Для лучшего отсоса пыли от устья скважины и, следовательно, снижения попадания пыли в буровую, в выкидную линию включают всасывающий вентилятор 16, а у устья скважины устанавливают воз­душный эжектор, работающий от специального отвода.

В качестве бурильной колонны при бурении с продувкой скважины воздухом следует ис­пользовать только бурильные трубы диаметром 50 и 63,5 мм муфтозамкового соединения. Та­кие соединения снижают потери воздуха и давления по сравне­нию с ниппельными, вследствие наличия у них большего проход­ного отверстия и более высокой герметичности соединений.

Забойный снаряд используется тот же, что и для бурения с промывкой, но обязательно со шламовыми трубами (от одной до трех открытого и закрытого типа), с влагоотделителем и регулиро­вочным клапаном. Открытые шламовые трубы с заостренным верхним торцом могут применяться для срезания сальников в скважине (при подъеме снаряда). Для обеспечения свобод­ного прохода воздуха в призабойной части следует использо­вать твердосплавные и ал­мазные коронки с повышен­ным выпуском резцов и увеличен­ным сечением промывочных каналов при твердосплавном бурении по породам I - IV категории - коронки типа М-5, при алмазном бурении - зубчатые коронки и коронки с заданным выходом резцов.

Рис. 10.1. Схема расположения оборудования при бурении с продувкой:

1 – трубопровод к компрессору; 2 – масло-влагоотделитель; 3 – трубопровод к КИП; 4 – нагнетательный шланг; 5 – бурильная колонна; 6 – погружной влагоотделитель; 7 - коронка; 8 – герметизатор; 9 – выкидная линия; 10, 18 – патрубок; 11 – корпус шламоотделителя; 12 – труба; 13 – шнек; 14 – устье; 15 – конус; 16 – затвор; 17 – корпус фильтра; 19 – диски; 20 – патрубок; 21 – расходомер; 22 – манометр; 23 – термометр.

Характеристика передвижных компрессорных станций приведена в табл. 10.1.

Рис. 10.2. Герметизирующее устройство: 1 - нажимная гайка; 2, 3, 5 - шайбы; 4 - диск; 6 - зажим; 7 -шпиндель; 8 - амортизатор; 9 - корпус; 10 - оголовок; 11- манжета; 12,13- болты

Таблица 10.1

При бурении скважин применяют прямую и обратную циркуляцию воздушного потока.

Осевая нагрузка при бурении с продувкой скважин является той же, что и при промывке: для твердосплавных коронок по породам IV категории она составляет 0,25 - 0,5 кН на резец, V - VII категории 0,5- 1,0 кН. VIII - IX категории - 0,8 - 1,2 кН; для алмазных коронок по породам V - VII кате­гории – 5 - 8 кН, VIII - IX категории – 8 - 12 кН и Х - ХI категории – 12 - 13 кН; для шарошечных долот – 15 - 17 кН.

Скорость вращения бурового снаряда ограничивают преде­лами 150 -300 об/мин.

Расход воздуха определяют по формуле

Q = kF , (10.1)

где k - коэффициент неравномерности скорости потока, k = 1,1 - 1,3; F - сечение затрубного пространства (между стенками скважины и бурильной колонной), м²; - скорость восходящего потока воздуха, м/с.

При бурении твердосплавными коронками = 6 - 10 м/с, при бескерновом бурении = 15 - 20 м/с.

Бурение по увлажненным породам. Бурение в осложненных условиях (по увлажненным породам, пескам, глинам, мерзлым породам) требует ряда дополнительных меро­приятий.

Основной причиной осложнений при бурении с продувкой являют­ся водопритоки. При водопритоках до 10 % от веса, образующегося в единицу времени шлама, происходит его слипание, что приводит к зашламовке скважины. Основной мерой борьбы с этим осложнением является увеличение расхода воздуха, спо­собствующее полному выносу шлама. При водопритоках 10 – 35 % от ве­са шлама происходит налипание шлама на стенки скважины и буриль­ные трубы с образованием сальников, что приводит, как правило, к ава­риям. При водопритоках свыше 35 % от веса шлама сальников не образуется.

Для снижения сальникообразования применяют обратную циркуляцию воздушного потока.

Радикальным средством борьбы с сальникообразованием в про­цессе бурения является добавление в поток воздуха поверхностно-активных веществ (ПАВ) - пенообразователей - в виде 0,5 - 1,5 % водя­ных растворов, способствующих разрушению сальников. После перебуривания поглощающую зону следует изолировать. В России в качестве ПАВ используют ОП-10, ОП-7, ПО-1, сульфонол, «Некаль», «Про­гресс» и др. Наиболее эффективные из них ОП-10, ОП-7.

Для введения растворов ПАВ в поток воздуха можно применять специальное устройство (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема установки для бурения скважин с продувкой воздухом в условиях водопроявлений: 1 - компрессор; 2 - гибкий шланг; 3 - возду­ховод; 4 - воздушный трубопровод; 5 - коллектор; 6 - краник; 7 - на­ливная труба с воронкой; 8 - кран сальниковый 11-85к; 9 - задвижка Лудло 30-20 р; 10 - сигнальный воздуховод; 11 - спускной воздуховод; 12 - уровнемерная планка; 13 - манометр до 10 атм; 14 - нить уровнемера; 15 - свисток; 16 - сливная труба ; 17 - шланг; 18 - бачок водяной; 19 - наливная труба ; 20 - насос Альвеера № 2; 21 - бачок водяной; 22 - сальник; 23 - манометр до 10 атм; 24 - вентиль ; 25 - превентор; 26 - кондуктор; 27 - шланг; 28- воздуховод; 29 - рейка

Перед бурением баки 18 и 21 и коллектор 5 заполняют раствором ПАВ. С образованием сальников в скважине и трубопроводе повышает­ся давление воздуха, в результате чего свисток 15 издает сигнал. Затем мастер закрывает кран 9 и открывает краны 4 и 8, воздух, поступая че­рез коллектор, захватывает в нагнетательный шланг раствор ПАВ.

Заполнение верхней емкости 18 производят насосом 20, а коллек­тора - самотеком из верхней емкости через трубки 7 и 16.

Если при помощи ПАВ сальник не размывается, в нагнетатель­ную магистраль подключается насос. В этом случае целесообразно в месте подсоединения шланга установить смеситель, предназначены для предотвращения попадания жидкости в компрессор, а возду­ха в насос, а также засыпки заклиночного материала.