Материал: Морское бурение разведочных скважин

Для тяжелых грузовых операций с трубами будем использовать лебедку бурового станка СКБ-4 с талевой оснасткой. Буровой станок СКБ-4 представлен на рис.4, является шпиндельным станком моноблочной компоновки с продольным расположением лебедки и системой гидравлической подачи инструмента.

Рис. 4. Буровой станок СКБ-4

- станина; 2 - рама; 3 - сцепление; 4 - рукоятка сцепления; 5 - рукоятка включения лебедки; 6, 9 - рычаги тормозов подъема и спуска; 7, 8 - тормоза подъема и спуска; 10 - рычаг коробки передач; 11 - лебедка; 12 - рукоятка раздаточной коробки; 13 - трансмиссия; 14 - указатель давления; 15 - вращатель; 16 - гидросистема станка с автоперехватом; 17 - дроссель; 18 - прибор управления; 19 - регулятор подачи; 20 - распределитель; 21 - цилиндр перемещения станка.

На станине собраны: электродвигатель, коробка передач со сцеплением от автомобиля ЗИЛ-131, раздаточная коробка с закрепленным на ее фланце вращателем, лебедка, тормоза спуска и подъема, маслонасос с индивидуальным электроприводом, пульт управления гидросистемой, маслобак, ручной маслонасос и цилиндр перемещения станка с гидрозамком. Станина установлена на раме, которая является основанием станка, соединяющимся с основанием буровой установки или каким-либо другим фундаментом с помощью анкерных болтов.

К особенностям станка относятся: высокая частота вращения шпинделя и рациональное распределение диапазона скоростей; плавность подачи бурового инструмента с помощью новой гидросистемы с напорным золотником и дросселем на сливе; возможность бурения снарядами со съемным керноприемником (для чего увеличен диаметр проходного отверстия шпинделя); оснащение усовершенствованной системой автоматического перехвата ведущей трубы в процессе бурения без остановки вращения; установка указателя давления на забой киловаттметра, которые обеспечивают достаточную информацию о технологическом процессе. В станке применены автомобильная коробка скоростей и муфта сцепления автомашины ЗИЛ-131, имеющие высокую надежность. Технические характеристики бурового станка СКБ-4 представлены ниже в табл. 4.

Таблица 4.

Технические характеристики бурового станка СКБ-4.

В качестве одного из важнейших узлов - вращателя - будем использовать вращатель ВМБ-5. Наиболее простым в изготовлении, надежным и удобным в работе для бурения с ПБУ скважин глубиной до 100 метров, при глубине моря до 50 метров является вращатель для моского бурения ВМБ-5, представленный на рис. 5. Он состоит из станины на которой смонтировано серийно выпускаемое оборудование: электродвигатель, муфта сцепления, коробка передач, ротор буровой установки УРБ-3АМ. Конструктивная особенность ВМБ-5 - стол ротора, снабженный двумя вкладышами: наружным и внутренним. Причем внутренний вкладыш соединен с наружным, а последний со столом ротора шарнирно при помощи пальцев, установленных в двух диаметрально перпендикулярных плоскостях. Это исключает изгиб ведущей штанги при наклоне палубы ПБУ до 10°.

Рис. 5. Вращатель морской буровой ВМБ-5:

- станина; 2 - рото; 3 - наружный вкладыш; 4 - внутренний вкладыш; 5 - пальцы; 6 - коробка передач; 7 - электродвигатель; 8 - рельсовые пути; 9 - четырехгранная ведущая штанга; 10 - груз для передачи усилия на забой.

ВМБ-5 монтируют на установленных на ПБУ рельсах, с возможностью его перемещения по ним на роликах к скважине и от скважины и стопорения в этих положениях при помощи шаровых стопоров. Передвижение вращателя осуществляют тросом лебедки через канифас-блоки. Технические характеристики вращателя ВМБ-5 представлена ниже в табл.5.

Таблица 5.

Технические характеристики вращателя ВМБ-5.

Для ликвидации прихватов инструмента в неглубоких скважинах (до 100 - 150 м) будем использовать поверхностные вибраторы. Благодаря расположению их над устьем скважины и без ограничения в размерах, удается передать на бурильную или обсадную колонну продольную вибрацию значительной мощности. Выбираем вибратор ВБ-7М технические характеристики которого представлены ниже в табл. 6:

Таблица 6.

Технические характеристики вибратора ВБ-7М

По устройству вибратор состоит из корпуса в котором на горизонтальном валу расположен эксцентричный груз-дебаланс. Вал с дебалансом получает вращение через клиноременную передачу от электродвигателя, установленного через прокладку на корпусе вибратора.

Корпус имеет резьбовой ниппель для соединения с аварийной колонной и серьгу для соединения с канатом лебедки. Вибратор закрепляют на бурильной колонне, дают натяжку колонне лебедкой и после этого включают. Освобождение от легкого прихвата наступает через 15-20 минут работы вибратора. На тяжелый прихват может быть затрачено 4-5 часов. Эффективность применения вибратора снижается с увеличением глубины прихвата ввиду поглощения вибрации массой бурильных труб.

Буровые насосы предназначены для подачу в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола скважины от шлама и выноса его на поверхность, охлаждения ПРИ и привода в действие гидравлических забойных двигателей. Выбранный буровой насос представлен ниже на рис. 6.

Рис. 6. Буровой насос НБЗ-120/40.

- насос; 2 - приводной блок; 3,4 - раздельные рамы, соединенные болтами; 5 - клиноременная передача; 6 - ограждение; 7 - сальник с плунжером; 8 - манометр; 9 - предохранительный клапан.

Технические характеристики насоса НБЗ-120/40 представлены в табл. 7:

Таблица 7.

Технические характеристики насоса НБЗ-120/40

.3 Выбор бурового инструмента

Буровой инструмент для бурения инженерно-геологических скважин делится на 4 основные группы: технологический, вспомогательный, специальный, аварийный.

Технологический инструмент предназначен для разбуривания проходимых пород и отбора керна. При разведке морских россыпных месторождения и проведении инженерно-геологических изысканий с ПБУ применяют в основном не стандартный инструмент: стаканы забивные и гидропоршневые, гидростатические желонки и раскрепляемые в обсадной колонне керноприемники, ударная штанга при ударно забивном бурении и колонковый набор, бурильные трубы и т.д. при вращетельном бурении.

Вспомогательный инструмент предназначен для обслуживания технологического инструмента при бурении. Так же служит для проведения спускоподъемных операций с буровыми снарядами и обсадными колоннами, предотвращения или устранения геологических осложнений в скважине, разобщении пластов и др.

Вспомогательный инструмент представлен полуавтоматическим элеватором, шарнирным ключем для бурильных труб, шарнирным хомутом, подкладной вилкой, клещами короночными и шарнирным ключом для колонковых и обсадных труб.

Аварийный инструмент предназначен для предотвращения возникающих аварийных ситуаций. В качестве аварийного инструмента применяют: ерши, ловильные вилки, канаторезки, шлипсы и т.д.

А вот для специальных работ в скважинах, которые исправляют искривления и бурят в заданном направлении, служит специальный буровой инструмент, представленный обсадными трубами и принадлежностями к ним (наголовник, забивной снаряд, башмаки).

Из стандартного инструмента при бурении с ПБУ используют долота, делонки обыкновенные с плоским клапаном, штанги ударные, штанги раздвижные, канатные замки.

Технологический инструмент.

Забивные стаканы - служат для бурения связных пород типа увлажененных глин и суглинков с отбором образцов в виде керна. Схема забивных стаканов представлена на рис. 7:

а) глухой стакан:

- башмак; 2 - корпус; 3 - переходник; 4 - головка.

б) разрезной стакан:

- башмак; 2 - лепестковый клапан; 3 - корпус; 4 - крышка стакана; 5 - переходник; 6 - головка; 7 - язычок.

Рис. 7. Забивные стаканы.

Ударные штанги предназначены для увеличения массы инструмента в целях повышенной эффективности разрушения породы, сохранения вертикального направления бурового инструмента. Схема ударной штанги представлена ниже на рис. 8:

- ловитель (овершот, шлипс)

- штанга (m = 200-400 кг)

- канатный замок

- канат

Рис. 8. Ударная штанга.

Желонки - предназначены для непосредственного бурения в рыхлых породах (песках, супесях, галечниках) и для удаления из скважины шлама при бурении долотами в плотных твердых породах. В практике бурения при разведке россыпных месторождений применяют поршневые желонки конструкции ВНИИ-1 типа Р-8ЖА-4У с шаровым клапаном. Схема поршневых желонок представлена на рис. 9:

а) с плоским клапаном и поршнем: 1 - башмак; 2 - клапан; 3 - поршень; 4 - резиновый клапан; 5 - шарнир: 6 - корпус; 7 - окно; 8 - шток; 9 - кольцо для присоединения каната.

б) с шаровым клапаном и поршнем: 1 - башмак; 2 - шаровой клапан; 3 - поршень; 4 - поршень; 5 - втулка; 6 - гайка; 7,9 - резиновые амортизаторы; 8 - шток; 10 - дужка для присоединения клапана; 11 - манжеты.

При вращательном способе бурения в состав технологического инструмента входят: колонковый набор, представленный на рис. 10 (буровая коронка, кернорвательное устройство, колонковая труба, переходники, шламовая труба), бурильные трубы геологоразведочного сортамента.

Рис. 10. Набор инструмента для колонкового бурения:

- буровая коронка; 2 - колонковая труба; 3 - трубный переходник; 4 - шламовая труба; 5 - бурильные трубы; 6, 7, - ниппели для соединения бурильных труб (6 - ниппель типа Б; 7 - ниппель типа А); 8 - переходник для соединения бурового сальника с бурильной колонной; 9 - буровой сальник; 10 - полуавтома­тический элеватор; 11 - пробка; 12 - элеватор; 13 - шарнирный ключ для буриль­ных труб; 14 - шарнирный хомут; 15 - вилка подкладная; 16 - вилка ведущая; 17 - клеши короночные; 18 - шарнирный ключ для колонковых и обсадных труб; 19 - шланг нагнетательный; 20 - хомутики для крепления шланга к сальнику; 21 -шарик; 22 -корпус кернователя; 23 - кернорвательное кольцо

Буровая коронка - это породоразрушающий инструмент, предназначенный для разрушения горных пород. В зависимости от категории пород по буримости используют твердосплавные или алмазные коронки. Любая коронка состоит из стального корпуса и режущих элементов. В нижней части коронки находятся отверстия для прохода промывочной жидкости, верхняя часть коронки имеет резьбу для присоединения к трубе. Используем твердосплавные самозатачивающиеся коронки типа СА1. Режим бурения с твердосплавными коронками с наружным диаметром 112 мм:

тип коронки :СА1;

осевая нагрузка на коронку, кН: 8-12,8;

частота вращения снаряда, об/мин: 135-260;

расход промывочной жидкости, л/мин:90-140.

- корпус кернорвателя;

- рвательное кольцо

Рис. 11. Кернорвательное устройство для  твердосплавного бурения.

Кернорвательное устройство (кернорватель) - это часть колонкового набора, предназначенная для отрыва керна от массива горной породы и удержания его в колонковой трубе при подъеме бурового снаряда. Кернорватели и способы отрыва и удержания керна обеспечивают: беспрепятственное поступление керна в керноприемную трубу; свободный доступ промывочной жидкости к забою скважины; беспрепятственное формирование керна буровой колонной; надежный срыв и удержание керна при подъеме инструмента.

Кернорватель расположен между коронкой и колонковой трубой. Он состоит из полого цилиндрического корпуса с внутренней конической расточкой, расширяющейся кверху, в которой помещается рвательная пружина, представляющая собой разрезанное по образующей коническое пружинное кольцо с внутренними выступами. Во время бурения пружина кернорвателя не мешает вхождению керна в колонковую трубу, а при подъеме колонкового снаряда пружина вследствие трения о поверхность керна входит в суженную часть конической расточки корпуса, крепко сжимает керн и срывает его.

Колонковые трубы предназначены для приема керна, последующего транспортирования его на поверхность и поддержание заданного направления ствола скважины в процессе бурения. Колонковые трубы изготовляют из заготовок, предназначенных для обсадных труб. На обоих концах колонковой трубы нарезана внутренняя тапецеидальная резьба. Для их изготовления применяется сталь с пределом прочности при растяжении 650 МПа и пределом текучести не менее 380 МПа. Колонковые трубы изготовляются длиной 1,5 м, 3,0 м, 4,5 м и 6,0 м в зависимости от наружного диаметра трубы. В длинный колонковый набор трубы собираются с помощью ниппелей. Основные размеры колонковых наборов в мм: