Алмазное бурение

Для изготовления алмазных коронок и расширителей применяют дорогостоящий материал - алмаз. Все операции с алмазным инструментом должны производиться с максимальной осторожностью и с выполнением определенных требований.

При забуривании скважины необходимо применять коронки с малым выходом резцов во избежание их скалывания. Оставшиеся на забое кусочки резцов могут способствовать быстрому износу породоразрушающего инструмента при его работе. Для забуривания в очень твёрдых породах следует использовать импрегнированные алмазные коронки.

Забуривать скважину нужно на пониженных оборотах снаряда, используя первую скорость станка, при осевой нагрузке, не превышающей 2,5-3 кН, и при достаточном количестве промывочной жидкости.

Если на забое скважины оставлен керн от предыдущего рейса высотой более 20 см, то его необходимо разрушить. Спускать алмазную коронку категорически запрещается, если на забое находятся куски керна и металлические частицы, их необходимо раздробить и поднять специальным инструментом.

При сборке колонкового набора его необходимо тщательно осматривать. Колонковые и бурильные трубы должны быть прямолинейными, без вмятин, заусенцев, трещин и без следов глубокой коррозии. Резьбы труб, переходников, ниппелей, замков, алмазных коронок, кернорвателей и расширителей должны быть исправными, чистыми, смазанными консистентными смазками и плотно затянутыми. На буровой должно быть два колонковых набора: один - в работе, другой можно заблаговременно собрать, тщательно проверив исправность.

Собирая кернорватель, необходимо проверить положение рвательного кольца; оно должно свободно перемещаться по внутреннему конусу корпуса кернорвателя и перед спуском колонкового набора в скважину занимать в нём крайнее верхнее положение.

Для предотвращения утечки жидкости, а также для облегчения развинчивания бурильных труб необходимо смазывать их резьбовые соединения. Для этой цели применяют солидол- и нигролграфитовые смазки Р-2, Р-113, Р-416 и др. Применение солидола для этой цели недопустимо.

Алмазные коронки и расширители необходимо навинчивать и отвинчивать только специальными штифтовыми ключами, так как обычные трубные шарнирные ключи вызывают смятие коронки или расширителя и скалывание алмазов.

Алмазный породоразрушающий инструмент навинчивается в последнюю очередь, непосредственно перед спуском бурового снаряда в скважину.

При спуске снаряда необходимо аккуратно направлять алмазную коронку и расширитель в ствол скважины, не допуская ударов их о труборазворот или о торец обсадных труб.

Чтобы предупредить случайное падение в скважину инструментов или кусочков металла, необходимо сразу после подъёма инструмента закрывать скважину пробкой, а после спуска инструмента устанавливать на устье скважины фланец с отверстием для прохода бурильных труб.

При спуске бурового снаряда запрещается над устьем скважины заменять ниппеля, муфты, замки во избежание падения в скважину кусочков металла.

В процессе алмазного бурения необходимо следить за очисткой промывочной жидкости от песка и шлама, которые приводят к повышенному износу корпуса и матрицы коронки, ее «размыву», оголению алмазов, прихвату снаряда.

Приёмные ёмкости и желоба очистной системы необходимо регулярно очищать от шлама. Клапан всасывающего шланга бурового насоса не должен касаться дна приёмной емкости, он должен находиться от дна на высоте не менее 0,5 м.

Поднимают буровой снаряд из скважины осторожно, без резких рывков и ударов, особенно при установке снаряда на подкладную вилку. Это предупреждает выпадение керна из колонковой трубы.

Навивка троса на барабан лебёдки должна осуществляться ровными рядами, что обеспечивается тросоукладчиком.

Однослойные коронки снимаются с работы по достижении ими рационального уровня отработки, составляющего 80-85% от потенциально возможной проходки на коронку. Импрегнированные коронки отрабатываются до полного износа матрицы.

Режим алмазного бурения, как и твердосплавного, обусловлен также тремя параметрами:

• частотой вращения коронки;
• осевой нагрузкой на коронку;
• количеством промывочной жидкости.

Основной параметр режима алмазного бурения - частота вращения коронки, которая должна быть максимально возможной. Возникающие на больших частотах вращения вибрации губительно действуют на алмазную коронку, поэтому их стараются уменьшить. Частоту вращения коронки приходится снижать до минимальной в станке в случае бурения абразивных, сильно изнашивающих буровой инструмент пород. Частоту уменьшают также в трещиноватых породах. В общем случае, чем меньше размер торцовых алмазов в коронке, тем большие частоты вращения необходимо применять.

Рекомендуемые значения окружных скоростей алмазных коронок в зависимости от характера буримых пород приведены в табл. 10.

Таблица 10. Окружные скорости вращения алмазных коронок

 

Коронка	Породы	Категория пород по буримости	Окружная скорость алмазной коронки, м/с
Однослойная	Монолитные Трещиноватые	VI-VIII IX-X	1,4 — 2,5 0,8 — 2,0
Импрегнированная	Монолитные Трещиноватые	XI-XII IX-X XI-XII	2,0 — 3,0 2,0 — 2,6 1,6 — 2,2

На использование высоких частот вращения бурового снаряда большое влияние оказывают глубина скважины и её диаметр, тип и диаметр бурильных труб, мощность станка. При использовании антивибрационных средств глубина бурения на высоких частотах вращения бурового снаряда может быть увеличена.

При выборе осевой нагрузки на коронку необходимо учитывать принятую частоту вращения. С повышением частоты вращения осевую нагрузку на коронку следует увеличивать. Чем тверже породы, тем больше осевые нагрузки. Чем крупнее объёмные алмазы в коронке, тем больше должна быть осевая нагрузка. В процессе бурения по мере затупления алмазов осевую нагрузку на коронку следует плавно повышать. Осевая нагрузка на коронку увеличивается, если она заправлена овализованными объёмными алмазами.

В трещиноватых породах нагрузку на коронку и частоту вращения снижают, а количество очистного агента увеличивают.

Для охлаждения алмазной коронки и для очистки забоя от шлама необходимо подавать на забой строго определённое количество промывочной жидкости. При недостаточной подаче промывочной жидкости на забое скапливается шлам, который сильно изнашивает алмазы и матрицу, снижает механическую скорость бурения и общую проходку на коронку. При увеличенной подаче промывочной жидкости плохо обнажаются алмазы в матрице и увеличивается размыв керна, а при бурении с глинистым раствором возможен и размыв матрицы коронки. Рекомендуемые параметры режима бурения с одинарными колонковыми трубами алмазными коронками в зависимости от категории буримых пород и диаметра коронки приведены в табл. 11.

Таблица 11. Рекомендации по выбору параметров режима бурения алмазными коронками

Диаметр коронки, мм	Категории пород по буримости
	VI-VII	VII-IX	IX-XI	XI-XII	VI-VII	VIII-IX
	Частота вращения, об/мин.				Осевая нагрузка, кН
36	-	900-1700	1400-2500	1000-1700	-	3-5
46	500-900	600-1200	1000-1700	800-1300	3-5	4-7
59	400-700	500-1200	800-1700	600-1000	4-8	6-10
76	300-500	400-700	600-1000	400-700	5-10	8-13
93	200-350	250-450	400-700	-	6-13	9-16
112	150-300	200-350	300-500	-	8-16	12-20
Диаметр коронки, мм	Категории пород по буримости
	IX-XI	XI-XII	VI-VIII	VIII-IX	IX-XI	XI-XII
	Осевая нагрузка, кН		Расход промывочной жидкости, 102 л/мин
36	4-7	5-8	-	0,2-0,3	0,15-0,25	0,1-0,15
46	5-9	7-10	0,3-0,5	0,3-0,4	0,2-0,3	1,15-0,2
59	8-13	10-16	0,5-0,8	0,4-0,6	0,3-0,5	0,2-0,3
76	10-17	13-20	0,8-1,0	0,5-0,8	0,4-0,6	0,25-0,4
93	13-20	-	0,8-1,3	0,6-0,9	0,5-0,8	-
112	16-25	-	1,2-2,0	0,9-1,4	0,7-0,2	-

Примечание. В конкретных условиях эти значения должны уточняться с доведением их до оптимальных на основании наблюдений за работой выбранных типов алмазных коронок и имеющейся практики их применения.

При работе на высоких частотах вращения снаряда возникают вибрации бурильной колонны, вызывающие интенсивное разрушение и заклинивание керна, повышенный износ алмазов и разрушение коронки. Бурильные трубы при вибрации испытывают большие нагрузки: расход мощности на вращение колонны сильно возрастает.

Для обеспечения нормальной работы бурильной колонны при больших частотах её вращения необходимо применять гладкоствольные бурильные трубы (типа ТБСУ или ЛБТН) диаметром как можно более близким к диаметру скважины. Колонковый снаряд должен быть хорошо отцентрирован, а буровой станок прочно закреплен на фундаменте.

Для снижения вибрации колонны бурильных труб в буровой снаряд следует включать специальные технические средства (центраторы, стабилизирующие переходники, забойные амортизаторы), которые устанавливают в нижней части колонны, что придает ей прямолинейность в призабойной зоне и уменьшает поперечные колебания.

Стабилизирующими переходниками соединяют бурильную колонну с колонковым набором. Имея большую, чем стандартные переходники, длину и диаметр, равный наружному диаметру коронки, стабилизирующие переходники предотвращают деформацию и отклонение оси колонковой трубы от оси скважины, уменьшают поперечные колебания бурильной колонны.

Забойные амортизаторы, компенсируя изменения нагрузки на породоразрушающий инструмент, поглощают продольные колебания и предупреждают вибрацию бурильной колонны.

В 80-е годы широкое применение получило весьма действенное средство уменьшения вибраций - покрытие колонны бурильных труб антивибрационной смазкой. Антивибрационные смазки КАВС-1(21), КАВС-2 применялись при промывке скважины только технической водой; КАВС-45, КАВС-58 и КАВС-59 - при промывке скважины технической водой и эмульсионными растворами; КАВС-40 - при промывке скважины глинистыми растворами, в том числе обработанными УЩР, а также технической водой.

Смазка наносилась на сухую поверхность труб. Периодически по мере стирания смазки оголенные участки труб подмазывались при спуске снаряда вручную. Стойкость смазки составляла 3-5 сут. (с учетом периодической подмазки). Однако в силу требований защиты окружающей среды антивибрационные смазки уступили место эмульсолам.

Эмульсионные промывочные жидкости оказывают комплексное воздействие на процесс бурения. Эмульгирующая добавка к промывочной жидкости значительно снижает продольные и поперечные колебания бурильных труб, трение между ними и стенками скважины. Снижение трения уменьшает необходимую мощность привода станка. Кроме того, некоторые поверхностно-активные вещества (ПАВ), используемые для получения эмульсии, снижают твердость, что вместе с гашением вибраций способствует повышению механической и рейсовой скорости проходки на коронку; снижению расхода алмазов.

В настоящее время разработано и опробовано много различных эмульсионных растворов. Наибольший практический интерес представляют те из них, которые изготовляются на основе доступных, недефицитных товарных продуктов нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

В практике работ широко применяют эмульсии из кожевенной эмульгирующей пасты, эмульсии на основе омыленной смеси гудронов (ОСГ), мылонафтовые эмульсии, эмульсии на основе лесо- и нефтехимических эмульсолов ЭЛ-4, ЭН-4 и СТП-10, эмульсии на основе нигрола и ПАВ.