Шарошечное бурение скважин

Шарошечное бурение – один из наиболее востребованных способов получения нефтегазовых, глубоких артезианских или взрывных скважин. В основе работы – проделывание отверстия в земной коре путем вращения шарошечного долота. Впервые такая технология была использована в 20-е годы прошлого века в Америке. В России метод начал применяться уже с 30-х годов 20 столетия и с той поры пользуется популярностью.

Рабочий инструмент

Скальные и каменистые породы подвергаются разрушению посредством долота, оснащенного шарошками с режущими элементами. Шарошка представляет собой металлический цилиндр или конус с высокопрочными зубьями либо лопастями.

Наиболее эффективными для разрушения твердых и абразивных пород, особенно на глубине от 2000 м, является шарошечное долото с алмазными напайками или зубьями. Для работы с мягкими и среднетвердыми породами применяется лопастный инструмент режущего типа.

Кинематика работы

Шарошки устанавливаются на подшипниках скольжения или качения. Во время рабочего процесса происходит вращение самого долота и шарошек, которые вращаются с большой скоростью (до 600 об/мин) не только вокруг собственной оси, но и вокруг оси долота. Зубья шарошек создают давление (до 2000 кг/см²) и напряжение на грунт в местах контакта, что приводит к расколу, раздавливанию или дроблению, разрушению пород.

Различаются шарошки с одним и более конусами. Долото с многоконусными шарошками способно самоочищаться, а также обладает большим объемом и эффективностью, обеспечивает равномерность распределения нагрузки и создание повышенного давления.

Виды рабочего инструмента

Корпусное долото

В состав входит литой корпус с опорным и промывочным узлом, лапами, шарошками и другими элементами. Промывочный узел может содержать сопла для выпуска бурового раствора под большим напором. Кроме того, для вывода жидкости в корпусе предусмотрены специальные отверстия.

Головка корпуса служит для присоединения долота к переходнику или низу буровой колонны. Лапы с шарошками устанавливаются в пазы на нижней части корпуса и привариваются прочными сварными швами.

Секционное долото

Инструмент состоит их нескольких секций, которые соединяются сваркой по внешнему контуру. Верхние части секций формируют головку, На которой нарезается наружная резьба для присоединения к буровой колонне или переходнику. На лапах размещаются шарошки и бобышки для монтажа насадок для вывода промывочной жидкости.

Очищение скважины

Для охлаждения работающего долота и вывода отработанного грунта со скважины используется промывка и/или продувка.

Промывка раствором

Для быстрого и эффективного вывода отработанной породы из скважины применяется промывка водой, глинистым или глинопесчаным абразивным раствором.

Различается прямая и обратная промывка. В первом случае жидкость подается к рабочему инструменту по бурильным трубам, выводится вместе со шламом, поднимаясь по кольцевому зазору между трубной колонной и стенками забоя. При обратной промывке жидкость закачивается через устье скважины, выводится по трубам.

Воздушная продувка

Технология прямой продувки идентична промывке жидкостью. Только вместо воды выполняется подача сжатого воздуха, который и выдувает частицы грунта на поверхность.

Бурение скважины с продувкой широко используется для разработки мерзлых пород, которые при контакте с промывочной жидкостью могут оттаивать. Также метод актуален для пород, способных впитывать воду и разбухать, для устойчивых грунтов, не контактирующих с грунтовыми водами.

Бурильные трубы

Обеспечивают передачу крутящего момента и осевой нагрузки от ротора двигателя к рабочему инструменту, а также подачу промывочного раствора для охлаждения инструмента и вывода шлама.

Виды труб

• ЛБТ – изделия из легких сплавов, используются для бурения алмазными коронками.
• УБТ – толстостенный трубопрокат для создания повышенной нагрузки на долото.
• Ведущие – передают вращение от бурильного станка на трубную колонну бурения.
• ТБСУ – наиболее востребованные трубы, отличаются наличием приварных концов.

Буровые установки

Агрегат, предназначенный для шарошечного бурения скважины, состоит из станка, привода и насоса для подачи промывочной жидкости и/или компрессора для подачи воздуха под давлением.

Стационарные, самоходные или передвижные буровые установки представляют собой целый технологический комплекс для бурения глубоких скважин с промывкой/продувкой. Система состоит из следующих элементов:

• электродвигатель – для получения энергии, заставляющей долота вращаться;
• трансмиссия – трансформирует, регулирует и распределяет энергию;
• вращатель – передает крутящий момент на буровую колонну;
• лебедка – обеспечивает возможность спуска и подъема оборудования;
• гидросистема и/или пневмосистема – для управления механизмами всего бурового комплекса;
• ходовая часть – гусеничное или колесное шасси с платформой, на которой установлено все элементы бурового станка.

Тампонаж скважины

Если скважина не будет использоваться в дальнейшем, то по завершению буровых работ скважина тампонируется, то есть герметично закрывается, чтобы предотвратить проникновение талых и дождевых вод, предупредить загрязнение водоносного горизонта.