8.3. Двойной колонковый снаряд алмазного бурения (дкс)

Главной задачей бурового персонала является достижение высокой производительности бурения с одновременным повышением качества опробования. При бурении трещиноватых зон качество опробования выступает на первый план.

В процессе бурения одинарными колонковыми снарядами керн испытывает воздействие различных факторов: сверху дав­ление промывочной жидкости, со стороны колонковой трубы - вибрацию.

При алмазном бурении керн обычно имеет небольшое сечение, поэтому при воздействии на керн крепких, но слабоустойчивых пород (сланцевых, трещиноватых) вибрации и давления жидкости происходит смещение и расклинивание кусков керна. Мелкие кусочки керна попадают в зазор между керном и колонковой трубой и под давлением жидкости также расклинивают керн. Самозаклинивание керна наблюдается не только в трещиноватых раздробленных породах, но слаботре­щиноватых, сланцеватых и даже монолитных породах, способных разрушаться под воздействием вибраций колонковой трубы.

Понятно, что самозаклинивание керна ведет к резкому понижению механической скорости бурения, повышению вибраций снаряда, выкрашиванию алмазов, сокращению длины рейса и дополнительным затратам времени. Все это снижает производительность бурения и выход керна.

Устранение самозаклинивания керна возможно путем создания в колонковой трубе обратной циркуляции промывочной жидкости, при которой не только снижается давление жидкости сверху на керн, но и вымываются мелкие кусочки породы из зазора между колонковой трубой и керном. Это предупреждает расклинивание керна. Для этой цели, как известно, применяют различные приспособления для создания обратной циркуляции промывочной жидкости: переходники обратной циркуляции, снаряды с эжекторными устройствами и т.д. Наиболее удачной конструкцией таких снарядов является одинарный эжекторный снаряд (см. рис. 3.8).

Переходники для создания обратной циркуляции промы­вочной жидкости и одинарный эжекторный снаряды применяют преимущественно при бурении «пустых» трещиноватых горных пород и полезных ископаемых, устойчивых к самоистиранию (взаимному истиранию кусочков породы при воздействии вра­щающейся колонковой трубы).

Но длина ОЭС невелика и составляет не более 1,5 м. При большей длине рейса повышенные гидравлические сопротивления снижают эффективность струйных насосов, что ведет к снижению механической скорости бурения.

Вторым способом снижения воздействия промывочной жидкости на керн является его защита специальной трубой, уста­навливаемой внутри колонковой трубы (ДКС). Вначале появи­лись ДКС с вращающейся внутренней трубой, устанавливаемой на одном переходнике с колонковой трубой (ДТВ). Однако большинство слабоустойчивых горных пород разрушается не под воздействием потока промывочной жидкости, а под воздействием вибраций забойного снаряда, которая не устраняется в снарядах ДТВ. Возникла необходимость изолирования внутренней керноприемной трубы от колонковой трубы путем ее подвешива­ния с помощью специального подшипникового узла (подвески). В этих снарядах керноприемная труба в процессе бурения за счет трения о керн и забой скважины остается неподвижной, крутиль­ные колебания, возникающие при вращении колонковой трубы, не передаются на керн и его разрушения не происходит.

При бурении сильнотрещиноватых, дробленых горных пород защита керна от воздействия промывочной жидкости и вибрации еще не предупреждает самозаклинивания кусочков породы в колонковой трубе, поэтому были разработаны комбинации двойных снарядов с приспособлениями для обратной циркуляции жидкости с вращающейся керноприемной трубой ДЭС, (рис. 8.3) и невращающейся трубой (ТДНО, рис. 8.4).

Многообразие геологических условий бурения не позволяет создать универсальные методы и технические средства для получения полноценного керна, поэтому в практике бурения применяют разнообразные двойные колонковые снаряды.

Для бурения монолитных и слаботрещиноватых пород, по которым можно осуществлять промывку скважин водой, с целью увеличения скорости бурения, длины рейса, снижения расхода алмазов и повышения качества опробования применяют снаряды ТДН-У с малой шириной торца коронки (7 мм) и малым зазором между трубами (1 мм).

Для бурения по слабо- и среднетрещиноватым клинящимся породам,

когда скважины можно промывать водой, используют двойные колонковые трубы типа ТДН-УТ диаметром 46, 59 и 76 мм с нормальной шириной торца коронки (8,5 мм) и малым межтрубным зазором (1 мм).

В отличие от снарядов ТДН-У в этом снаряде, благодаря наличию в верхней части выводного канала из полости керноприемной трубы (пустотелого штока подвески), предусмотрена как прямая, так и обратная промывка. Для повышения гидравлического сопротивления в затрубном зазоре и создания обратной циркуляции применяют коронки и расширители с увеличенным диаметром корпуса. При прямой промывке закрывают выводной канал специальной пробкой.

Рис. 8.3 Двойной снаряд ДЭС: 1 – эжектор; 2 – закрытый шламоприемник; 3 – фильтр; 4 – колонковая (керноприемная) труба

Для бурения среднетрещиноватых и раздробленных пород VII - XII категории при водопоглощении промывочной жидкости, когда требуется применение вязких глинистых растворов, ис­пользуют снаряды ТДН-2/0 (рис. 8.4) диаметром 50, 76 и 93 мм с увеличенным межтрубным зазором (2,5-3 мм), увеличенной толщиной матрицы коронки (10,5 мм) с прямой и обратной цир­куляцией промывочной жидкости (аналогичные по конструкции ТДН-УТ).

Для бурения сильнотрещиноватых пород VI - X категорий при поглощении промывочной жидкости, когда требуется очень вязкий буровой раствор, применяют снаряды ТДН-4 с межтруб­ным зазором 4,25 мм, увеличенной толщиной матрицы коронки (12-15 мм) и выходом промывочной жидкости через каналы в коронке под ее торец с прямой циркуляцией жидкости.

Более эффективными для бурения этих пород являются снаряды с обратной циркуляцией промывочной жидкости: снаряды, аналогичные ТДН-УТ (с утолщенным переходником и с выводным каналом для создания обратной циркуляции промывочной жидкости) и ТДН-4-0, а также снаряды с эжектором ТДН-4-Э.

Для отбора керна со значительной глубины (1700-2000 м) применяют двойные колонковые снаряды ТДН-ССК (рис. 8.5) диаметром 46, 59 и 76 мм с прямой циркуляцией. Снаряды аналогичны забойным снарядам ССК только без фиксатора. Для бурения используют те же коронки, что и при бурении ССК с утолщенной матрицей - 11,8 мм.

К

Рис. 8.5 Двойной колонковый снаряд для алмазного бурения ТНД-ССК: 1 - центратор; 2 -сигнали-затор заполнения колонковой трубы; 3 -подшипниковый узел; 4 - наружная колонковая труба; 5 - внутренняя колонковая труба

Двойные колонковые снаряды имеют низкую производительность, поэтому их применяют крайне редко, только в случае острой необходимости для получения качественной пробы (например, при бурении клинящихся полезных ископаемых, дающих низкий выход керна).

Для бурения двойными колонко­выми снарядами для каждого типа раз­работаны специальные коронки, расши­рители и кернорватели (табл. 8.3).

Коронки КУТ, КУТВ, КУТИ, 18АЗ и 19ИЗГ отличаются удлиненным радиусом и внутренней резьбой. Коронки КУТ, КУТВ, 18АЗ - однослойные, предназначены для бурения слоботрещиноватых пород VIII - IX категории коронки КУТИ и 19ИЗГ – импрегнированные; их применяют для бурения слаботрещиноватых пород X - XI категории по буримости.

Коронки 10АЗ (однослойные) и 11ИЗ (импрегнированные) служат для бурения, соответственно, трещиноватых пород VIII - IX и X - XI категории.

Коронки КДТО (однослойные) рекомендуется для бурения пород VIII-IX категорий, КДТО-150 (импрегнированные) - для пород X - XI категорий.

Коронки ДЭА (однослойные) и ДЭИ (импрегнированные) предназначены для бурения трещиноватых пород, соответст­венно, VIII-IX и X-XI категорий.