Специфика бурения скважин с одновременной обсадкой

Бурение по мягким породам затрудняется обрушением стенок шахты, поглощением бурового раствора. Обвал происходит очень быстро.

Специалисты не успевают выполнить крепление, что приводит к дополнительным временным затратам, необходимым на очистку скважины и повторный спуск обсадной трубы. Высок риск искривления ствола, недостижения проектной глубины. Всё это сказывается на качестве и производительности.

Для избавления от этих трудностей была изобретена новая технология: бурение скважин с одновременной обсадкой. Глубина разработки зависит от вида породы и может доходить до 250 метров.

Преимущества бурения скважин с параллельным обустройством обсадными трубами

Бурение скважинметодом синхронной обсадки позволяет за короткое время создать скважину нужных параметров.

Во время работы обсадная труба входит в грунт за счёт ударной нагрузки пневмоударника. Так как труба во время разработки не крутится, трение о стенки шахты существенно снижается. Такой подход помогает предотвратить осыпание и попадание влаги.

Технология обеспечивает прямолинейность скважин, даёт возможность достичь нужной глубины. Поэтому рассматриваемая методика – самый эффективный способ разработки в условиях сложных грунтов и рыхлых пород.

Системы одновременной обсадки

ODEX

Основными компонентами системы являются пневмоударник, пилотное долото с эксцентриковым расширителем, колонный башмак. Технология основана на применении эксцентрикового расширителя, разбуривающего скважину по окружности большего размера, чем обсадная туба, и направляющего долота. ODEX используется для бурения неглубоких скважин, диаметр которых в пределах 89–273 мм.

Symmetrix

Конструкция позволяет выполнять работы в любых грунтах и под произвольным углом на глубину до 100 метров.

Она состоит из стопорного кольца, колонного башмака, пневмоударника, кольцевого и пилотного долота. В отличие от асимметричных систем, при применении Symmetrix проблемы, которые появляются из-за заклинивания долота и отклонения направления бурения, сведены к минимуму. Возможные габариты обсадки – от 0,076 до 1,22 м.

Superbit

Установка прекрасно проявила себя в разработке нетвёрдых участков горных пород. Она состоит из кольцевого колонного башмака, пилотного долота, механизма лопастей, который складывается во время спуска и подъёма. При соприкосновении с забоем лопасти раздвигаются и сверлят отверстие большей ширины, чем обсадная труба.

Elemex

Системы Elemex позволяют сооружать прямые и глубокие скважины, имеют высокую производительность. В них можно контролировать скорость движения поршня, что позволяет не допускать перебура. Установка состоит из пилотного долота, колонного башмака и симметричной буровой головки.

Читайте также:

– Данное оборудование предназначено для бурения и одновременного обсаживания скважин в неустойчивых грунтах и горных породах (галечники, валуны и т.д.) – теперь можно брать любые скважины в работу вне зависимости от их сложности и получать дополнительные объемы работ по бурению

– Бурение осуществляется с одновременной обсадкой скважины трубами, что позволяет Вам быстро, спокойно и без рисков потери инструмента проходить неустойчивые грунты.

– За счет того что данная технология адаптирована под российское (советское) оборудование можно начинать использование ее в любой момент, не внося принципиальных изменений в работу станка и буровой бригады.

– Возможность эффективно и безопасно работать в неустойчивых грунтах может стать Вашим конкурентным преимуществом на рынке буровых работ.

– Данная система, с учетом ее простоты, эффективности и повсеместной необходимости в ближайшее время станет неотъемлемой частью снаряжения буровой бригады. Вопрос лишь в том кто первым осознает и уже сейчас станет использовать эту возможность быть на шаг впереди остальных.

― Существует постоянная поддержка клиентов в реальном времени.

Т.е. специалист всегда готов ответить на любые вопросы связанные с использованием системы. Также накоплен огромный опыт работы данными снарядами и все возможные вопросы уже имеют решение. ― В случае необходимости можно получить консультацию от буровых мастеров, которые уже пользуются данной системой.

 

1. Сущность работы данного снаряда.

Сущность работы данного снаряда заключается в том, что бурение осуществляется погружными пневмоударниками 1 со специальным породоразрушающим инструментом 2, который за счет оригинальной конструкции обеспечивает диаметр бурения больший по отношению к диаметру обсадной трубы 3. После завершения бурения породразрушающий инструмент 2 изменяет свои габаритные размеры до внутреннего диаметра обсадной трубы 3 и с легкостью извлекается из скважины 4.

1 – погружной пневмоударник;2 – корпус долота;3 – обсадная труба;4 – скважина;5 – хвостовик долота;6 – стартовая втулка;6 – стартовая втулка; 7 – сегмент долота

2. Особенности конструкции: корпус долота изготовлен из легированной хромоникелевой стали с термообработкой, имеет на конце шлицевое соединение; сегменты долота изготовлены из легированной хромоникелевой стали с закалкой до 42 HRC; забойная часть долота армирована сферическими твердосплавными вставками ВК8ВК диаметром 12 и 13 мм. Особенностью вооружения является наличие бокового армирования для уменьшения износа долота и предотвращения его заклинивания в скважине, крепление твердосплавных вставок – прессованное (запатентованная технология запрессовки);

 конструкция бурового долота позволяет заменять отработанные сегменты при их износе (для этого убирается стопорное кольцо, выбивается палец, производится замена сегмента). Ресурса работы корпуса долота хватает на 2-3 комплекта сегментов.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам и устройствам для бурения скважин с одновременной обсадкой.

Способ включает разрушение периферийной и центральной частей забоя скважины посредством ударно-вращательного действия на него обсадно-буровым инструментом, содержащим кольцевую коронку и центральное долото, при одновременном продвижении обсадной трубы в сторону забоя под действием ударных импульсов. Сначала разрушают периферийную часть забоя кольцевой коронкой с образованием в центральной части забоя керна до его контакта с торцем центрального долота, после чего – керн, продолжая разрушать периферийную часть забоя кольцевой коронкой. Устройство включает обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, погружную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, содержащим местную циркуляционную систему энергоносителя, кольцевую коронку с головной и хвостовой ступенями, последняя из которых размещена свободно в обсадной трубе, и центральное долото, установленное в погружной ударной машине с возможностью взаимодействия с кольцевой коронкой при передаче ей ударных импульсов и крутящего момента.

Центральное долото установлено на торце хвостовой ступени кольцевой коронки, которая снабжена муфтой, взаимодействующей с внутренним выступом обсадной трубы и соединенной с центральным долотом посредством подвижного шлицевого соединения. Повышается эффективность способа за счет снижения энергоемкости процесса разрушения забоя скважины, улучшения условий передачи крутящего момента и повышения надежности за счет упрощения конструкции устройства. 2 н.

и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Техническое решение относится к горной промышленности, а именно к способам и устройствам для бурения скважин с одновременной обсадкой, и может найти применение также в строительстве.

Известен метод «Odex» бурения скважин с одновременной обсадкой (см. «Atlas Copco Manual», third edition, Copyright Atlas Copco AB, Stockholm, Sweden, 1978 г., стр.251, 386), заключающийся в том, что предварительно выбуривают центральную часть забоя скважины, а затем расширяют его периферийную часть посредством ударно-вращательного действия на него обсадно-буровым инструментом с расширительной ступенью при одновременном продвижении обсадной трубы в сторону забоя под действием ударных импульсов.

Недостатком метода «Odex» является то, что предварительно выбуривают центральную часть забоя, а затем расширяют периферийную его часть, поэтому при бурении перемежающихся пород с включениями валуно-галечных отложений процесс расширения периферийной части забоя вызывает осложнения и приводит к искривлению скважины. Метод используют только при бурении однородных рыхлых осадочных пород.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является известный метод «Symmetrix» (см. журнал «Горное дело & строительство», 2005 г., №1, изд. фирмы «Atlas Copco», стр.22, 23), который заключается в том, что предварительно выбуривают центральную часть забоя скважины с образованием периферийного кольцевого выступа и последующим его разрушением.

Недостатком метода «Symmetrix» является то, что разрушение центральной части забоя скважины происходит в сплошном горном массиве без наличия свободных обнаженных поверхностей. С точки зрения энергоемкости бурения такая последовательность разрушения забоя скважины неэффективна.

Известно устройство для промывки бурильного инструмента по патенту США №5040621, кл. Е21В 7/20, 10/32, 10/60, 21/10, опубл. 20.08.91, которое включает обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, призабойную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, состоящим из наковальни, взаимодействующей с обсадной трубой, и породоразрущающей коронки, имеющей хвостовую часть, пилотную и расширительную ступени, выполненные за одно целое, и закрепленной хвостовой частью в наковальне эксцентрически с возможностью осевого перемещения и поворота на 180° относительно наковальни, причем расширительная ступень размещена эксцентрически оси наковальни, а пилотная ступень – эксцентрически оси хвостовой части породоразрушающей коронки.

Недостатком этого устройства является то, что при бурении перемежающихся пород с включениями валуно-галечных отложений породоразрушающая коронка, закрепленная эксцентрически, испытывает значительные изгибающие напряжения, что приводит к искривлению скважины и поломке устройства.

Известно также буровое устройство для проходки скважин в неустойчивых породах по патенту РФ №2125147, кл. Е21В 7/20, опубл. в БИ №2, 1999 г., включающее обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, призабойную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, состоящим из наковальни, взаимодействующей с обсадной трубой, и породоразрушающей коронки, имеющей хвостовую часть, пилотную и расширительную ступени, выполненные за одно целое, и закрепленной хвостовой частью в наковальне эксцентрически с возможностью осевого перемещения и поворота на 180° относительно наковальни.

Расширительная ступень размещена эксцентрически оси наковальни, а пилотная ступень – эксцентрически оси хвостовой части коронки, которая имеет кулачок, выполненный за одно целое с ней. Коронка закреплена в наковальне посредством ведущей втулки и двух полуколец, размещенных в проточке хвостовой части коронки. Ведущая втулка снабжена торцевым кулачком, выполненным с возможностью взаимодействия с кулачком коронки.

Недостатком такого бурового устройства с эксцентрической породоразрушающей коронкой является то, что при наличии в мягких и сыпучих породах включений из крепких горных пород (валунов) процесс бурения значительно осложняется из-за асимметричности осевой силы, действующей на эксцентрическую породоразрушающую коронку, возникновения большого крутящего момента и искривления скважины.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для реализации метода «Symmetrix» (см. журнал «Горное дело & строительство», 2005 г., №1, изд. фирмы «Atlas Copco», стр.22, 23).

Устройство включает пилотное долото с большими внутренними промывочными отверстиями и внешними промывочными канавками, симметричную кольцевую коронку с внутренним штыковым соединением и забивной башмак для продвижения обсадной трубы. Пилотное долото закреплено к симметричной кольцевой коронке штыковым соединением, а забивной башмак приварен к обсадной трубе. При бурении обсадная труба не вращается.

Недостатком известного устройства является то, что разрушение забоя скважины пилотным долотом с опережением симметричной кольцевой коронки приводит к необходимости увеличения массы пилотного долота, усложняет его конструктивное исполнение и ухудшает передачу ударной мощности симметричной кольцевой коронке.

Техническая задача – повышение эффективности способа бурения скважин с одновременной обсадкой за счет снижения энергоемкости процесса разрушения забоя скважины, улучшения условий передачи энергии удара и крутящего момента и повышения надежности устройства, реализующего способ, за счет упрощения конструкции.

Поставленная задача решается посредством того, что в способе бурения скважин с одновременной обсадкой, включающем разрушение периферийной и центральной частей забоя скважины посредством ударно-вращательного действия на него обсадно-буровым инструментом, содержащим кольцевую коронку и центральное долото, при одновременном продвижении обсадной трубы в сторону забоя под действием ударных импульсов, согласно предлагаемому техническому решению сначала разрушают периферийную часть забоя кольцевой коронкой с образованием в центральной части забоя керна до его контакта с торцем центрального долота, после чего разрушают керн, продолжая разрушать периферийную часть забоя кольцевой коронкой.

Первоначальное разрушение периферийной части забоя кольцевой коронкой значительно снижает прочностные свойства центральной его части за счет образования керна с наружной обнаженной поверхностью, поэтому при разрушении керна центральным долотом снижается энергоемкость процесса разрушения, что повышает эффективность способа бурения скважин с одновременной обсадкой.

Задача решается также тем, что в устройстве для бурения скважин с одновременной обсадкой, включающем обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, погружную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, содержащим местную циркуляционную систему энергоносителя, кольцевую коронку с головной и хвостовой ступенями, последняя из которых размещена свободно в обсадной трубе, и центральное долото, установленное в погружной ударной машине с возможностью взаимодействия с кольцевой коронкой при передаче ей ударных импульсов и крутящего момента, согласно предлагаемому техническому решению центральное долото установлено на торце хвостовой ступени кольцевой коронки, которая снабжена муфтой, взаимодействующей с внутренним выступом обсадной трубы и соединенной с центральным долотом посредством подвижного шлицевого соединения.

Такое исполнение устройства позволяет существенно уменьшить массу центрального долота и упростить его конструкцию по сравнению с прототипом, что повышает его надежность, а также улучшает условия передачи энергии удара и крутящего момента кольцевой коронке, что повышает эффективность бурения скважин с одновременной обсадкой.

Целесообразно местную циркуляционную систему в обсадно-буровом инструменте выполнить в виде продувочных и шламоотводных каналов в центральном долоте, продольных продувочных пазов на внутренней поверхности выступа обсадной трубы и радиальных торцевых пазов на головной ступени кольцевой коронки.

Такое исполнение позволяет подавать весь поток энергоносителя вначале для очистки периферийной части забоя, а затем его центральной части, что улучшает очистку периферийной части забоя, устраняет повторное дробление разрушенной породы, снижает энергоемкость процесса разрушения, повышая эффективность бурения.

Сущности способа бурения скважин с одновременной обсадкой и устройства для его осуществления поясняются примерами реализации способа и конкретного исполнения устройства и чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез устройства, общий вид в статическом состоянии; на фиг.2 – разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 – разрез Б-Б на фиг.1.

Способ бурения скважин с одновременной обсадкой реализуют с помощью устройства (фиг.1), которое включает обсадную трубу 1 с внутренним выступом 2 в передней части, погружную ударную машину 3 с обсадно-буровым инструментом, состоящим из кольцевой коронки 4 с головной и хвостовой ступенями и центрального долота 5, установленного на торце 6 хвостовой ступени кольцевой коронки 4, которая снабжена муфтой 7, взаимодействующей с внутренним выступом 2 обсадной трубы 1 и соединенной с центральным долотом 5 посредством подвижного шлицевого соединения 8 (фиг.2). Головная ступень кольцевой коронки 4 и центральное долото 5 армированы породоразрушающими штырями 9, посредством которых разрушают периферийную 10 и центральную 11 части забоя скважины.

Местная циркуляционная система энергоносителя выполнена в виде продувочных каналов 12, 13 в центральном долоте 5, кольцевого зазора 14 между муфтой 7 и обсадной трубой 1, продольных продувочных пазов 15 на внутренней поверхности выступа 2 обсадной трубы 1 (фиг.3), торцевого зазора 16 и радиальных торцевых пазов 17 на головной ступени кольцевой коронки 4. Шламоотводные каналы 18, 19 и 20 выполнены в центральном долоте 5. Для отвода шлама из скважины используют также кольцевой зазор 21 между корпусом погружной ударной машины 3 и внутренней поверхностью обсадной трубы 1.

Способ бурения скважин с одновременной обсадкой осуществляют следующим образом. В погружную ударную машину 3 подают энергоноситель и приводят ее в ударно-вращательное действие.

Центральное долото 5 передает крутящий момент муфте 7 посредством подвижного в осевом направлении шлицевого соединения 8. Муфта 7 закреплена на кольцевой коронке 4, которая свободно вращается в обсадной трубе 1 в зоне выступа 2. Ударную мощность центральное долото 5 передает кольцевой коронке 4 через кольцевую площадку на торце 6 хвостовой ступени кольцевой коронки 4.

При этом породоразрушающие штыри 9, закрепленные в головной ступени кольцевой коронки 4, разрушают периферийную часть 10 забоя с образованием центрального керна 11 и последующим его разрушением породоразрушающими штырями 9, запрессованными в призабойной части центрального долота 5. В процессе бурения периферийную часть 10 забоя углубляют, увеличивая торцевой зазор 16 до некоторой заданной величины, а нижний торец муфты 7 при этом перемещают до контакта с торцем выступа 2 обсадной трубы 1. Ударные импульсы через кольцевую коронку 4 и муфту 7 воздействуют на торец выступа 2, и обсадная труба 1 перемещается в осевом направлении в сторону головной ступени кольцевой коронки 4, уменьшая при этом торцевой зазор 16.

Далее процесс бурения и одновременной обсадки повторяют. В процессе бурения осуществляют вынос разрушенной породы с периферийной 10 и центральной 11 частей забоя скважины за счет постоянной подачи энергоносителя магистрального давления через каналы 12 и 13 в центральном долоте 5, кольцевой зазор 14 между муфтой 7 и обсадной трубой 1, продольные пазы 15 на внутренней поверхности выступа 2 обсадной трубы 1, торцевой зазор 16 и через радиальные торцевые пазы 17 на головной ступени кольцевой коронки 4 в зону разрушения периферийной части 10 забоя скважины. Шлам удаляют по зазору между керном в центральной части 11 забоя и внутренней поверхностью кольцевой коронки 4, а также через каналы 18, 19, 20 в центральном долоте 5 и через кольцевой зазор 21 между корпусом погружной ударной машины 3 и внутренней поверхностью обсадной трубы 1.

1. Способ бурения скважин с одновременной обсадкой, влючающий разрушение периферийной и центральной частей забоя скважины посредством ударно-вращательного действия на него обсадно-буровым инструментом, содержащим кольцевую коронку и центральное долото, при одновременном продвижении обсадной трубы в сторону забоя под действием ударных импульсов, отличающийся тем, что сначала разрушают периферийную часть забоя кольцевой коронкой с образованием в центральной части забоя керна до его контакта с торцем центрального долота, после чего разрушают керн, продолжая разрушать периферийную часть забоя кольцевой коронкой.

2. Устройство для бурения скважин с одновременной обсадкой, включающее обсадную трубу с внутренним выступом в передней части, погружную ударную машину с обсадно-буровым инструментом, содержащим местную циркуляционную систему энергоносителя, кольцевую коронку с головной и хвостовой ступенями, последняя из которых размещена свободно в обсадной трубе, и центральное долото, установленное в погружной ударной машине с возможностью взаимодействия с кольцевой коронкой при передаче ей ударных импульсов и крутящего момента, отличающийся тем, что центральное долото установлено на торце хвостовой ступени кольцевой коронки, которая снабжена муфтой, взаимодействующей с внутренним выступом обсадной трубы и соединенной с центральным долотом посредством подвижного шлицевого соединения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что местная циркуляционная система энергоносителя в обсадно-буровом инструменте выполнена в виде продувочных и шламоотводных каналов в центральном долоте, продольных продувочных пазов на внутренней поверхности выступа обсадной трубы и торцевых радиальных пазов на головной ступени кольцевой коронки.

ГлавнаяБурение скважин на водуСкважины на плывуне

Плывуны, песчаные или глиняные слои грунтов, насыщенные водой, доставляют немало проблем как владельцам колодцев, так и копщикам и бурильщикам скважин на воду.

Главное свойство такого участка грунта – это то, что они часто разжижаются, особенно при механическом воздействии на участок, деформируя даже кольца колодца или трубы скважин. Таким образом, трудно не только пробурить скважину на воду на плывуне, но и эксплуатировать ее впоследствии, так как насосы могут засоряться при неправильной установке. Скважина на плывуне – трудозатратная, но исключительно водоносная, поэтому для хозяина самая большая проблема будет найти действительно квалифицированных специалистов.

Что такое глиняный плывун в скважине и почему он опасен для скважины?

Что такое песчаный или глиняный плывун в скважине, из чего он состоит, как с ним бороться, как его пройти и как использовать скважину, пробуренную на плывуне, – это вопросы и проблемы, волнующие не только обычных владельцев приусадебных участков, но и самих профессиональных бурильщиков.

Плывун – это слой грунта, состоящий из мелкого песка, похожего на пыль, с глинистыми вкраплениями.

Частицы песка и глины настолько микроскопичны, что когда такой грунт смешивается с водой, получается кашеобразная ползущая масса. Эта масса опасна при бурении, прежде всего, тем, что она сразу же попадает в мотопомпу, которая не справляется с возросшей нагрузкой и может выйти из строя. Грунт «плывет», движется, глина залепляет оборудование, заполняет затрубное пространство скважины, это существенно тормозит процесс бурения, и есть даже вероятность потерять буровую колонну.

Песко-глиняный плывун может иметь несколько состояний: подвижное и неподвижное, однородное и неоднородное, он может быть крупно- и мелкозернистым. Подвижный плывун под напором воды преодолеть чрезвычайно трудно, обязательно требуется высокопроизводительная техника и немалые затраты, как умственные, так и физические.

Как пройти плывун при бурении скважины на плывуне: популярные способы, используемые профессионалами

Специалисты-бурильщики хорошо знакомы, по крайней мере, с тремя основными способами того, как пробурить скважину в плывуне. В каждом отдельно взятом случае используется свой способ, в зависимости от характера плывуна и основного грунта:

Способ параллельной обсадки,Способ с использованием металлического «кондуктора»,Способ с использованием бентонита

Способ параллельной обсадки

Очень трудоемкий способ.

Обсадную трубу опускают в отверстие скважины очень медленно, по мере бурения, вместе с буровой колонной, вслед за долотом. Труба буквально вползает в колонну сантиметр за сантиметром, не давая плывуну заполнить пространство.  Для извлечения буровой колонны используют специальный складной бур.

Способ с использованием металлического «кондуктора».

Процесс бурения такой скважины проходит без обсадной трубы. Бурение продолжается строго до плывуна, а в момент встречи с плывуном используется вставленный «кондуктор» – это металлическая труба, заполняющая скважину по ширине и изолирующая стенки скважины от оплывания. В момент установки кондуктора ставят новое долото, меньшее по размеру, чтобы оно могло разместиться внутри «кондуктора».

Способ с использованием бентонита

Бентонит – природный материал, который может разбухать в 15-16 раз от своего первоначального объема при контакте с водой. Как только бур натыкается на плывун, бентонит активно взаимодействует с водой и образует плотный гель, препятствуя смешиванию воды с мелким песком и оплыванию стенок скважины. Использование бентонита стало инновационным в технике гидробурения, эта техника позволяет закреплять стенки скважины, кроме того, бентонит обладает смазывающими свойствами для буровых инструментов и продлевает время эксплуатации бурильных головок.

Схема прохождения плывуна с помощью технологии гидробурения

Гидробурение на плывуне с компанией «Контракт» 

Бурение скважин на плывуне – чрезвычайно трудная задача, за решение которой лучше не браться самостоятельно, а выбрать опытную компанию профессионалов.

Опытные специалисты компании «Контракт» подтвердят, что, несмотря на все трудности с процессом бурения, плывун на участке – это большая удача, ведь на таких песчаных грунтах встречается большое количество воды, которого хватает для потребления не только жителями загородного дома, но и посетителями средней автомойки. «Контракт» с уверенностью может предложить вам услуги по бурению скважин на воду и открыть для вас отличный источник питьевой воды.

При бурении скважины на воду на плывуне специалисты компании «Контракт» учитывают все тонкости этой непростой задачи и задействуюю в равной степени все три вышеперечисленных способа бурения скважины на плывуне.

Чаще специалисты используют метод гидробурения на плывуне, задействуются переносные буровые установки и инновационные технологии гидробурения.

Также может быть выбран способ бурения с добавлением клеевого порошка для удерживания стенок скважины от расползания. Бурение скважины на плывуне, кроме применения технологий гидробурения и применения специальных составов типа бентонита, часто сопровождается практически ювелирной работой вручную. Какой бы трудной и утомительной ни была работа по бурению скважины в плывуне, результат стоит затрат – специалисты знают практически всё о новейших технологиях бурения и способны безупречно справиться с самой сложной задачей.

Источники:

• trubavoz.ru
• ooo-demidovo.ru
• www.findpatent.ru
• moskontrakt.ru