Материал: Анализ эффективности методов отбора кернового материала при бурении поисковых и разведочных скважин

Условия подачи бурильного инструмента и погружения долота

Под подачей инструмента понимают его вертикальное перемещение на поверхности, которое осуществляется опусканием ведущей трубы в ротор на некоторую величину в результате ослабления (оттормаживания) тормоза лебедки.

Под погружением долота понимают глубину внедрения долота в породу под влиянием подачи инструмента.Не следует путать величину подачи, производимой сверху бурильщиком или автоматом, с глубиной погружения долота в породу, так как колонна бурильных труб не является абсолютно жесткой системой и испытывает в зависимости от возникающих в ней усилий упругие деформации, компенсирующие разницу между подачей и глубиной погружения долота. Таким образом, погружение долота всегда меньше подачи инструмента; в то же время любое погружение долота происходит только в результате подачи инструмента. В этом состоит органическая связь и принципиальное различие этих двух понятий.

Подача инструмента, производимая бурильщиком, находящимся на поверхности, должна быть плавной, непрерывной и обеспечивающей такое удельное давление долота на забой, которое превышает сопротивляемость горных пород разрушению и создает наиболее эффективную скорость их разбуривания.

Подача инструмента осуществляется при помощи подъемного механизма -- буровой лебедки, оборудованной мощным тормозным устройством и талевой системой.

Автоматизация и механизация буровых работ, являясь основным путем к облегчению труда и увеличения безопасности, приобретает особое значение в связи с увеличением глубин, мощностей буровых двигателей и внедрением форсированных режимов бурения. В большинстве случаев передача массы инструмента на забой скважины производится бурильщиком вручную. Бурильщик должен хорошо знать условия бурения в данном районе и в соответствии с этим регулировать подачу инструмента. Выдержать равномерность подачи при помощи тормоза лебедки чрезвычайно трудно. Ручная подача очень сильно утомляет бурильщика, так как ему приходится одновременно внимательно следить за измерительными приборами, напрягать зрение, слух и, держась за ручку тормоза, по физическим ощущениям судить о характере работы долота на забое. Мастерство бурильщика приходит с годами и требует особых физических и психических данных.

Равномерная подача в пределах заданного давления на забой достигается механизированной подачей. При этом должны быть выполнены следующие основные требования:

• * скорость подачи инструмента должна устанавливаться автоматически в соответствии с крепостью проходимых пород и степенью износа долота;
• * скорость подачи должна плавно регулироваться в широких пределах от нескольких десятков метров в 1 ч при бурении в мягких породах до нескольких сантиметров при бурении в крепких породах;
• * при остановке гидравлического забойного двигателя, а также при значительных перегрузках бурового двигателя должен быть предусмотрен реверс системы -- подъем долота с забоя;
• * автомат должен быть прост и надежен в эксплуатации.

Существует целый ряд конструкций. В качестве примера рассмотрим автоматический регулятор подачи типа РПДЭ-3(рис. 1.). Этот регулятор предназначен для поддерживания режимов бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими двигателями и ротором(при бурении электробуром широкое применение получил автоматической регулятор типа БАР).

Регулятор Подачи Долота Электрический-3 обеспечивает поддержание: Заданной осевой нагрузки на долото; нагрузка задается бурильщиком с пульта управления; постоянной скорости подъема или подачи бурильной колонны; скорость задается бурильщиком с пульта управления.

Осевая нагрузка на долото измеряется с помощью электрического датчика 6 и передается на пульт управления 5, где сравнивается с величиной F0, задаваемой бурильщиком. Разность суммарных F сигналов поступает на усилители, установленные на станции управления 1. Усилитель действуют на обматку возбуждения мотор-генератор 2,вращаемого асинхронным электродвигателем, питающимся от системы электроснабжения буровой. Мотор-генератор 2 питает двигатель постоянного тока 3, установленный на приводе редуктора 4 и соединенный через цепную передачу и муфты с подъемным валом лебедки.

Рис. 1 Схема регулятора подачи РПДЭ-3

Рис. 1.2 схема стабилизатора массы 1 -- барабан лебедки; 2 -- механизм обратной связи; 3 -- гидравлический индикатор массы; 4 -- пульт управления; 5 -- поршневой механизм

Автоматическое подержание заданной осевой нагрузки на долото может осуществляться при помощи стабилизаторов массы. Наиболее широко используется стабилизатор массы типа СВМ конструкции ВНИИБТ, который можно устанавливать на буровых лебедках при наличии пневмосистемы с давлением ноздуха 0,6.„О,9 Мпа.

Все известные системы устройств для подачи долота можно подразделить на следующие основные группы:

• * автоматы подачи, работающие в зависимости от величины выделяемой на бурение мощности;
• * автоматы подачи, работающие в зависимости от натяжения талевого каната (нагрузки на долото);
• * регуляторы подачи, осуществляющие равномерную подачу инструмента (регуляторы отличаются от автоматов подачи в основном тем, что у них отсутствует реверс бурильной колонны);
• * стабилизаторы массы (веса), осуществляющие подачу инструмента при постоянстве заданной величины осевой нагрузки на долото.

Стабилизатор состоит из исполнительного пневматического поршневого механизма 5, соединяемого с рукояткой ленточного тормоза буровой лебедки; пульта управления 4 с электроконтактным манометром и рукоятками для установки осевой нагрузки на долото и подачи инструмента за один импульс; механизма обратной связи 2, соединяемого с барабаном лебедки / с помошью фрикционного ролика; соединительного электрического кабеля.

Перед включением стабилизатора массы типа СВМ в работу по шкале прибора на пульте управления задается величина осевой нагрузки на долото, которую необходимо поддерживать в процессе бурения.

Стабилизатор осуществляет импульсную подачу бурильной колонны, прерывая или возобновляя ее в процессе бурения, если фактическая нагрузка на долото отличается от заданной более чем на ±3 кН по гидравлическом индикатору массы 3. При необходимости бурильщик может в любой момент затормозить лебедку простым нажатием на тормозную рукоятку.

Стабилизаторы массы полностью не решают вопросов автоматизации, но зато позволяют в значительной мере облегчить труд бурильщиков.

Особенности режима бурения алмазными долотами

Алмазные долота с алмазно-твердосплавными резцами (АТР), алмазно-твердосплавными монолитными резцами (АТРМ) или с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП) перспективны и находят широкое применение в практике бурения. Технико-экономические показатели алмазного бурового инструмента (АБИ) зависят от качества подготовки бурового оборудования и скважины к продолжительному бурению. При бурении АБИ с алмазно-твердосплавными резцами, алмазно-твердосплавными монолитными резцами и алмазно-твердосплавными пластинами необходимо руководствоваться Инструкцией по эксплуатации породоразрушающих инструментов, оснащенных природными, синтетическими алмазами, композиционными алмазосодержащими материалами РД 39-0148052-526-86 и Инструкцией по эксплуатации долот и бурильных головок с твердосплавной матрицей, оснащенных АТР (АТРМ) и АТП.

Для приработки и придания забою соответствующей формы следует медленно довести инструмент до забоя с промывкой буровым раствором, приподнять АБИ от забоя на 0,3...0,5 м, промыть забой скважины в течение 10 мин. После этого при медленной подаче АБИ следует коснуться забоя скважины и произвести приработку его к забою, углубляя скважину на 0,3...0,5 м с нагрузкой на АБИ 10...20 кН (1...2 тс) при максимально допустимом расходе бурового раствора, а затем при плавной подаче инструмента довести осевую нагрузку на АБИ до оптимальной.

Увеличение осевой нагрузки до максимальной величины без увеличения механической скорости проходки приводит к преждевременному износу АБИ. По манометру оптимальную осевую нагрузку определяют путем ступенчатого изменения осевой нагрузки при разных частотах вращения АБИ, одновременно фиксируя величину крутящего момента. Оптимальный режим бурения устанавливается после получения максимальной механической скорости проходки при минимальном крутящем моменте. АБИ, оснащенные АТР, АТРМ, АТП, имеют небольшую площадь контакта с забоем, поэтому эффективное разрушение горной породы таким инструментом производится при сравнительно небольших осевых нагрузках (в 3... 5 раз меньше, чем на шарошечный породоразрушающий буровой инструмент).

Значение оптимальной осевой нагрузки следует выбирать в зависимости от проходимых пород, частоты вращения бурового инструмента и расхода бурового раствора. Породы повышенной абразивности рекомендуется разбуривать при частоте вращения АБИ 100...300 об/мин.

Вязкие, липкие, пластичные горные породы для избежания их налипания на породоразрушающие элементы алмазного бурового инструмента рекомендуется бурить при максимально возможном расходе бурового раствора. В буровой раствор рекомендуется вводить маслянистую нефть и другие смазывающие добавки. При резком падении механической скорости бурения (в два раза и более) или прекращении углубления забоя в течение 15...20 мин необходимо приподнять инструмент над забоем и с плавной подачей АБИ начать бурение с минимальной нагрузкой, выбирая ее оптимальную величину. Указанная операция повторяется 2... 3 раза. Если после неоднократного изменения режима бурения скорость углубления не увеличивается, инструмент необходимо поднять для выяснения причин.

В процессе бурения необходимо постоянно следить по манометру за давлением в промывочной системе. При повышении давления АБИ должно быть приподнято над забоем. Если в момент отрыва АБИ от забоя давление быстро снижается, то это указывает на закупорку промывочных каналов АБИ разрушенной породой, образование сальника или износ АБИ на глубину каналов. Для очистки промывочных каналов разрешается резкий спуск бурового инструмента в призабойной зоне, не допуская удара АБИ о забой скважины. Размыв сальника происходит также при установке АБИ в непосредственной близости от забоя и увеличении расхода бурового раствора до максимального значения.