книги из ГПНТБ / Царицын В.В. Бурение шарошечными долотами

В. В. ЦАРИЦЫН, Н. А. ЖИДОВЦЕВ

Бурение

шарошечными

долотами

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

технической литературы УССР

П Р Е Д И С Л О В И Е

Г"1ланом развития народного хозяйства на ближай- * 'шие 20 лет предусматривается значительный рост добычи нефти и газа, а также твердых полезных иско­ паемых. Для обеспечения проектируемых темпов раз­ вития добычи нефти и газа, а также необходимого при­ роста их запасов только на Украине предполагается про­ бурить уже в 1965 г. свыше 1 млн. м скважин. Успех буровых работ в первую очередь зависит от работоспо­ собности применяемых долот. Несмотря на то, что механические скорости бурения долотами вследствие форсирования режимов бурения и применения забойных двигателей возросли в 2—3 раза, проходка на долото почти не увеличилась. Это объясняется низкой стой­ костью применяемых долот и увеличением глубин бу­ рения.. Вместе с тем при применении одних и тех же долот в разных районах получаются разные результаты их работы. Так, по Украине средние механическая скорость бурения и проходка за долбление примерно в 2 раза ниже, чем по Союзу.

Так как шарошечные долота при бурении нефтяных и газовых скважин составляют примерно 85—90% от общего числа типов применяемого бурового инструмента, изучение их работы и определение области рациональ­ ного применения являются одним из важных вопросов повышения эффективности буровых работ.

1*

3

Совершенствованием технологии процесса бурения и, в частности, бурения резцовыми долотами занимались многие исследователи, тогда как изучением работы шарошечных долот занималось ограниченное число специалистов. В этой области заслуживают внимания многолетние исследования проф. В. С. Федорова и института ВНИИБТ, позволившие совершенствовать шарошечные долота, а также процесс бурения.

Непостоянство физико-механических свойств гор­ ных пород, слагающих геологические разрезы, отсут­ ствие достаточных данных по физике разрушения твердого тела, наличие столба жидкости в скважине, качество изготовления долот и другие факторы значи­ тельно усложняют решение задачи по взаимодействию долота с породой. Достаточно сказать, что до послед­ него времени не находила решения контактная задача при взаимодействии зубьев шарошек с горной породой.

Большинство исследователей, рассматривающих про­ цессы ударного разрушения горных пород, исходили из силовых зависимостей, мотивируя это ясностью ре­ шения, хотя этого недостаточно для объяснения про­ цесса разрушения породы даже при прямом ударе клина.

Впредлагаемой работе основное внимание уделено . рассмотрению физической стороны явлений, происхо­ дящих при разрушении горной породы шарошечными долотами, с учетом энергии, идущей на разрушение. Должное внимание также уделено очистке забоя сква­ жины от бурового шлама, которая в значительной мере определяет успех работы долота на забое.

Вработе не затрагиваются вопросы производства,

армирования долот, подбора материалов для их изго­ товления, а также установления режимов отработки долот, так как основной целью является ознакомление

4

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ

ЗАМЕЧАНИЯ

Бурение скважин является важнейшим технологичес­ ким процессом при разведке и эксплуатации нефтя­ ных, газовых, угольных и рудных месторождений. В настоящее время широкое применение получили способы бурения, связанные с механическим воздейст­ вием на горную породу; другие способы (термический, электроискровой, гидравлический и т. и.) находятся по­

ка в стадии экспериментов.

Основные способы механического бурения с приво­ дом от двигателей, применяющиеся в настоящее время, приведены в табл. 1.

При бурении на нефть и газ самое широкое при­ менение получил вращательный способ бурения (ро­ торное, турбинное, электробурение).

Сущность вращательного способа бурения заклю­ чается в том, что инструмент, разрушающий породу, приводится во вращение или через колонну бурильных труб с помощью двигателя, установленного на поверх­ ности (роторное бурение), или с помощью забойного двигателя (турбинное, электробурение), устанавливае­ мого непосредственно над долотом. Разбуриваемая до­ лотом горная порода циркулирующей жидкостью вы-

6

Таблица 1

геологического бурения мелких скважин

7

носится на дневную поверхность или собирается в шламоулавливателях, устанавливаемых над двигателем (электробурение на канате), с последующим подъемом на дневную поверхность.

Подъемный механизм служит для производства спускаподъема при замене долота и других вспомогательных операций, а также для осуществления подачи долота и наращивания инструмента в процессе бурения. Та­ левая система состоит из неподвижного блока или крон­ блока, устанавливаемого на верху вышки, подвижного или талевого блока 12, крюка 10 и талевого каната 13. Один конец каната (ходовой) 11 крепится к барабану лебедки, а другой (мертвый) 14 — к подроторному брусу основания вышки. При наматывании каната на бара­ бан лебедки происходит подъем талевого блока, а с ним

ротора может осуществляться от лебедки через цепную передачу или от индивидуального привода (при ротор­ ном бурении). Рабочая труба проходит через ротор, имеющий вкладыши квадратного (или шестигранного) сечения, и соединяется с колонной бурильных труб 3. Для соединения вращающейся колонны бурильных труб с невращающейся талевой системой служит верт­ люг 9.

3. Насосная группа, состоящая из буровых насосов 17 (от одного до трех) с двигателями 18 и служащая для осуществления циркуляции промывочной жидкости в системе устье скважины— забой — устье скважины.

8