Выбор технологического инструмента

К технологическому инструменту относятся буровой снаряд и буровой сальник. В состав бурового снаряда для бескернового бурения входит породоразрушающий инструмент, переходник, колонна бурильных труб и ведущая труба. В состав бурового снаряда для колонкового бурения входят: колонковый набор, колонна бурильных труб и ведущая труба.

Выбор породоразрушающего инструмента для бескернового бурения.

В качестве породоразрушающего инструмента при бескерновом бурении применяются различные типы долот – лопастные, шарошечные и алмазные. Выбор типа долота зависит от физико-механических свойств горных пород. Диаметр долот, применяющихся при геологоразведочном бурении, соответствует диаметру коронок, приведенному в табл.6, что позволяет чередовать колонковый и бескерновй способ при бурении скважины.

Лопастные долота применяют в мягких породах I-IV категорий по буримости. Лопастные долота (двух иди трехлопастные) выпускается диаметром 76 ¸ 151 мм.

Шарошечные долота (двух- и трехшарошечные) при бурении геологоразведочных скважин используют для проходки мягких, средней твердости, твердых и очень твердых пород. Наиболее широко применяют следующие типы шарошечных долот: М – по мягким породам I-IV категорий по буримости; С – по породам средней крепости IV-VII категорий по буримости; Т – по твердым породам VII-IX категорий по буримости; К и ОК (штыревые) – для бурения крепких и очень крепких пород IX-XI категорий.

Кроме перечисленных для бурения перемежающихся пород применяют следующие типы долот: КС – для бурения мягких пород с включением пород средней твердости IV-V категорий по буримости; СТ – для бурения пород средней твердости с включениями твердых пород VI-IX категорий по буримости; ТК – для бурения твердых пород с включениями очень твердых (крепких) пород IX-X категорий по буримости.

Алмазные долота предназначены для проходки небольших интервалов скважин без отбора керна при направленном и многоствольном бурении в твердых и очень твердых породах VIII-XI категорий по буримости. Они бывает однослойными 06А3, 09А3 и импрегнированными типа 08И3. Диаметры долот 46 - 76 мм.

Выбор породоразрушающего инструмента для колонкового бурения.

В качестве породоразрушающего инструмента для колонкового бурения применяют твердосплавные и алмазные коронки. Коронки входят в состав колонкового набора. Твердосплавные коронки используют для бурения мягких и средней твердости пород I-VIII и частично IX категорий по буримости (при отсутствии кварца). Алмазные коронки используются при бурении твердых и крепких пород VI – XII категории по буримости. Размеры стандартных коронок для одинарных колонковых наборов приведены в табл.6.

Таблица 6

Наружный диаметр коронок, мм	Внутренний диаметр коронок, мм
Твердосплавные коронки	Алмазные коронки
типа М	типа СМ, СТ, СА
	–
	–
	–
			92*
			–
			–

Для бурения мягких пород I-IV категорий по буримости применяют ребристые коронки типа М, изготовляемые в двух модификациях: М5 и М6. Коронки модификации М5 предназначены для бурения мягких однородных пород I-IV категорий по буримости; М6 – для бурения мягких неоднородных по строению пород, II-IV категорий по буримости, перемежающихся по твердости с включениями щебенчато-галечных отложений V-VI категорий.

Для бурения малоабразивных пород средней твердости IV-VII категорий по буримости применяются коронки типа СМ и СТ: СМ4 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород V-VI категорий и частично VII категории по буримости; СМ6 для бурения монолитных и трещиноватых горных пород VI-VII категорий по буримости; СТ2 для бурения малоабразивных трещиноватых и перемежающихся горных пород с твердыми включениями IV-VI категорий по буримости.

Для бурения абразивных пород средней твердости применяются твердосплавные коронки типа СА: СА4 для бурения монолитных и слаботрещиноватых горных пород VI-VIII и частично IX категорий по буримости; СА5 и СА6 для бурения монолитных и перемежающихся горных пород VI-VIII и частично IX категорий.

Твердосплавные коронки для бурения гидроударными и пневмоударными машинами выпускаются серийно и отличаются от обычных твердосплавных коронок. Для гидроударного бурения выпускаются коронки типа КГ диаметром 59-115 мм, для пневмоударного бурения – коронки типа КП, КПД, КПС диаметром 96-153 мм.

Для бурения пород VIII-XII категорий по буримости целесообразно применять алмазные коронки. Их выпускает однослойными и импрегнированными. Однослойные коронки армирует наиболее крупными алмазами от 2-5 до 40-60 шт./кар. и используют для бурения пород VIII-X категорий. Импрегнированные коронки армированы объемными алмазами зернистостью 90-600 шт./кар. и подрезными зернистостью 30-60 шт./кар. Их используют для бурения пород IX-XII категорий.

Характеристика алмазной коронки отражена в маркировке, например, 01А3, 02И4, 16А3.

01 (0,2... и т.д.) – порядковый номер конструкции коронки, характеризует форму торца матрицы;

А (И) – тип коронки – однослойная (импрегнированная);

3 (4, 5) – твердость матрицы (3 – нормальная для бурения в плотных монолитных мало- и среднеабразивных породах; 4 – твердая для бурения в среднеабразивных и абразивных, плотных, монолитных, а также трещиноватых породах; 5 – очень твердая для бурения в очень твердых трещиноватых, весьма абразивных породах).

В практике геологоразведочного бурения наиболее широко приме-няются следующие типы алмазных коронок: однослойные – 01А3, 01А4, 04А3, 07А3, 14А3, 15А3, 16АЗ для бурения горных пород VII-XI категорий по буримости; импрегнированные – 02И3, 02И4, 03И5, которые используются для бурения соответственно малоабразивных, абразивных и сильно абразивных горных пород IX-XII категорий по буримости. Коронки 01А3СВ, 01А4СВ, 02И3СВ, 02И4СВ, 15А3СВ армируются синтетическими алмазами.

Выбор элементов колонкового набора.

Кроме породоразрушающего инструмента в состав колонкового набора входят: кернорватели, алмазные расширители, колонковые трубы, переходники.

Кернорватели предназначены для отрыва и удержания керна при подъеме колонкового набора из скважины и устанавливаются между коронкой и колонковой трубой. При алмазном бурении для калибровки стенок скважины, повышения износостойкости алмазных коронок и стабилизации работы бурового снаряда применяются алмазные расширители. Алмазный расширитель выполняет также роль кернорвателя.

Колонковые трубы, входящие в состав одинарных колонковых наборов, выпускается по тому же стандарту, что и обсадные трубы ниппельного соединения (см. табл.3). В табл.7 приведены диаметры колонковых труб в зависимости от диаметра и типа коронок.

Таблица 7

Наружный диаметр коронок	Диаметр колонковых труб, мм
Алмазные коронки, твердосплавные коронки типа СМ, СТ, СА	Твердосплавные коронки типа М
	33,5	–
		–
		–
		–

 

Переходник служит для соединения колонкового набора с колонной бурильных труб.

Состав колонкового набора выбирается для каждого интервала бурения скважины.

Для колонкового бурения в монолитных и слаботрещиноватых породах, где плановый выход керна достигается без использования специальных технических средств, применяются одинарные колонковые наборы. Одинарный колонковый набор состоит из породоразрушающего инструмента, кернорвателя, колонковой трубы, переходника, иногда в состав колонкового набора включается шламовая труба. При алмазном бурении в состав колонкового набора рекомендуют включать алмазный расширитель. Колонковые наборы для бурения в сложных геологических условиях рассмотрены в разд. 5.3.

Выбор бурильных труб.

При геологоразведочном бурении используются следующие типы бурильных труб (краткая характеристика их приведена в табл.8): стальные бурильные трубы с приваренными замками; легкосплавные бурильные трубы ТБЛ; утяжеленные бурильные трубы ТБУ (ГОСТ Р 515100).

 

Таблица 8

Обозначение трубы	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Наружный диаметр замков или муфт, мм	Длина одной трубы	Масса 1 м трубы с соединениями, кг/м
Стальные бурильные трубы с приваренными замками ТБСУ
ТБСУ-43	43,0	4,5	43,5	1,7 – 4,7	15,0
ТБСУ-55	55,0	4,5	55,5	1,7 – 4,7	21,1
ТБСУ-63,5	63,5	4,5	64,0	1,7 – 6,2	25,5
ТБСУ-70	70,0	4,5	70,5	1,7 – 6,2	28,3
ТБСУ-85	85,0	4,5	85,5	1,7 – 6,2	37,6
Легкосплавные бурильные трубы ТБЛ
ТБЛ-43	43,0	7,0	43,5	1,7 – 4,7	9,0
ТБЛ-55	55,0	9,0	55,5	1,7 – 4,7	15,0
ТБЛ -63,5	64,0	9,0	64,0	1,7 – 6,2	18,8
ТБЛ-70	70,0	9,0	70,5	1,7 – 6,2	21,2
ТБЛ-85	85,0	9,5	85,5	1,7 – 6,2	29,3
Утяжеленные бурильные трубы ТБУ
ТБУ-57	57,0	12,0	57,5	1,7 – 6,2	13,4
ТБУ-73	73,0	19,0	73,5	1,7 – 6,2	25,0
ТБУ-89	89,0	22,0	89,5	1,7 – 6,2	36,0
ТБУ-108	108,0	26,0	108,5	1,7 – 6,2	52,0

Выбор бурильных труб зависит от конструкции скважины, конечного диаметра и способа бурения.

Ориентировочное значение диаметра бурильных труб можно определить из соотношения:

d _БТ ≈ 0,9 D _СКВ

где: d _БТ - диаметр бурильных труб; D _СКВ – диаметр скважины.

При выборе бурильных труб необходимо учитывать, что легко-сплавные бурильные трубы ниппельного соединения нельзя использовать в скважинах, имеющих ступенчатую конструкцию.

Утяжеленные бурильные трубы, включаемые в нижнюю часть бурильной колонны, служат для создания необходимой осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, улучшения условий работы бурильной колонны, уменьшения искривления скважин. Применяется, в основном, при бескерновом бурении. Длина колонны УБТ определяется в зависимости от осевой нагрузки:

1,25 Р_ОС

L_УБТ = –––––––––––––––––––––––

q_УБТ (1 – r_ж / r_ст ) Cos Θ_СР

 

где L_УБТ – длина УБТ, м; Р_ОС – осевая нагрузка, м; q_УБТ - вес 1 м УБТ, н/м; r_Ж - плотность очистного агента, кг/м³; r_СТ - плотность материала труб, кг/м³; q_СР - средний зенитный угол, град.