25 Сур. Бұрандасыз қосылысты шнек

.Әдетте шнектің сыртқы диаметрі қашау диаметрінің 0,75-0,85 құрайды,бұл ұңғыда шінекті тізбектің еркін айналуына мүмкіндік береді. Винттік желіктің қадамы шінектің сыртқы диаметрінің 0,7-0,9 құрайды. Спиральдық көтерілу бұрышы 10-14 құрайды.

Күшейтілген шінек қашаудың үстіне орналастырылады, ал тау жыныстарының ірі кесектерін бұзуды және оларды шығаруды қамтамассыз етеді. Күшейтілген шінек шінектің спиральдары қалыңдатылған, спиральдың шеттері қайырылған және қатты қорытпалармен балқытылады. Күшейтілген шінектің параметрлері қарапайым шінектерге ұқсас, бірақ массасы үлкенірек болады.

Керн алып бұрғылау үшін магазинді шінек қолданылады, (26-сурет). Бір шетінен қарапайым шінекті тізбектіпен қосылатын алты бұрыш, ал екінші шетінен коронкамен қосуға арналған бұрандасы бар пісірілген спиралі бар құбыр болып келеді. Керн қабылдағыш кезі шінектің ішінде орналасқан. Сынау мәселелерін тиімді шешу ССК аспабы сияқты алынбалы грунт сорғышы бар ортасында тесік шінекті тізбекті қолдану.

Мұндай аспап 60 жылдардың басында бұрынғы КСРО-ның геологиялық қызметіне ойлап табылды. Қуысты шінектердің өзара байланысуы бұрандалы немесе қатырғыш винттардың көмегімен қосылады. Грунт қабылдағыш төменгі шінекте орналасады және жер бетіне арқанды ұстағыш көмегімен шығарылады. Шінектердің өткізгіш тесіктері олардың диаметрлеріне байланысты 50 ден 180 мм джейін құрайды. Құм сынамаларын алу үшін клапонды грунтсорғыштар пайдаланылады. Кернсіз бұрғылау үшін грунтсорғышты қашаулы алынбалы сердечникпен ауыстырады, талқандалған тау жыныстарынан шінектің ішкі қуыстар сенімде саңылаусыздандыру үшін сердечник нығыздама сақиналармен жабдықталады.

26 Сур. Магазинді шнек

Американдық МобилДрилинг фимрасы алмалы керн қабылдағышы бар қуысты аспап кешенін ойлап тапты. Алынбалы керн қабылдағыштың түптік бөлігі грунт қаттылығының шамасына сәйкес реттелген шінек тізбегінің коронкасынан шығып тұрады. Керн қабылдағыш толғаннан кейін ол сынамамен бірге шығырдың көмегімен жер бетіне көтеріледі және жаңасына айып бастайды. Сынамаларды алу керегі жоқ аймақтарда қуыс тізбекке пелотқашаулы жабдық түсіріледі, ол тібектің орталық тесігін жабады және тұтас забойлы бұрғылауды қамтамассыз етеді.

Бұрынғы КСРО-ң геологиялық қызметінде жарылатын ұңғыларды бұрғылау және жаруға дайындау үшін арналған қуысты шінектерді пайдаланудың біршама тәжірибесі жинақталған бұл мақсат үшін диаметрі 13мм, 118 мм ішкі каналы бар шінекті тізбек қолданылады. Ішкі каналдың диаметрі 60 мм-лі тратильшашкаларын түсіруге мүмкіндік береді. Төменгі шінекке корпусқа шанельді бекітілген қатты қорытпалы кескіті алынбалы қақпағы бар ашылатын қашаулар қосылған. Бұрғылау кезінде кескішті қақпақ корпусқа жабысды және қашау кораусының кескіштерімен кеңейетін диаметрлі пелот ұңғыны бұрғылауға мүмкіндік береді.

Анықталған тереңдікке дейін бұрғыланғаннан кейін тізбекке салмақты зат түсіреді. Ол қашауды ашып жарылғыш затты түсіреді. Шінектер тізбегі алынып ЖЗ сол тереңдікте қалдырылады. Жарғыш сым көтеру кезінде шінекті тізбектің ішкі каналымен сырғитын серіппелі өрмекшіге бекітіледі. Шінекті тізбекті алғаннан кейін шінектің қуысынан өрмекшіні алып сымды жарғыш машинаға қосады.

Қуысты шінекті тізбекті пайдаланып гидрогеологиялық ұңғыларды бұрғылау әдісі алғашқы рет бұрынғы КСРО геологиялық қызметімен және “геотехника Дрилинг Ко” (АҚШ) жасап шығарды, бұл үшін шінекті тізбектің қашауының үстінде перфорацияланған шінек орналастырады. Сулы горизонтқа жеткен кезде ұңғыны бұрғылау тоқтатылады. Сынамалы айдау және су сынамаларын алу жүргізіледі.

Ашылатын қашауы бар қуысты шінекті тізбек арқылы гидрогеологиялық ұңғыларды жабдықтау үшін сүзгілі тізбектерді отырғызу жүзеге асрылады. Сүзгі және батырмалы сорап бұрғылау кезінде төменгі шінекте орналасады. Бұрғылау тоқтағаннан кейін шінектерге сүзгілі тізбекті түсіреді және сүзгіге жалғайды.

Шнекті бұрғылау технологиясы

Бұрғылаудың технологиялық тәртібінің негізгі параметрлері қашауға түсірілетін өстік күш және оның айналу желілігі. Рейстің ұзақтығына байланысты үздіксіз және рейсті бұрғылау деп екіге бөледі. Үздіксіз бұрғылау шінекті тізбектің айналымын тоқтатпай жүргізеді, тек ұңғыны тереңдеткен кезде шінекті ұзарту үшін қажет уақытты есептейміз. Рейстік бұрғылау геологиялық қиманы түпкілікті зерттеу қажеттілігі болғанда пайдаланылады. Бір рейстік тереңдеудің шамасы терең емес тайыз ұңғыларды (8-10 метр) бұрғылағанда 0,2-0,6 метр және тереңірек ұңғыларды бұрғылағанда 0,5-1,5 метр құрайды.

Ұңғыларды жаңадан бұрғылаған кезде төмен айналу желілігі (60-70 айналым/минут) және төмен өстік күш беріп бұрғылайды. Өстік күшті жоғарлатқан сайын құмды сазды шөгінділерде бұрғылау жылдамдығының өсуіне алып келеді. Өстік күш шамасын 4-6 кНТ шамасында ұстап отыру керек. Өйткені өстік күшті көтерген сайын шінекте тау жыныстарының, тығындарының пайда болуына және бұрғыланған тау жыныстарын жер бетіне шығаруының тоқтауына әкеледі.

Шінекті бұрғылаудың технологиясының негізгі элементтерінің бірі ұңғы түбін шламнан тазарту болып табылады. Талқандалу өнімдерін шығарғандағы шінектің тасмалдау өнімділігі (см³/мин) келесі формуламен анықталады.

(30)

Мұндағы D және d – ребордаларының сыртқы және ішкі диаметрлері,

S – шінек ребордасының қадамы, см.

n – шінектің айналу жиелігі, айн/мин.

φ – 0,3-0,8 шінектің толу коэффиценті.

Аспаптың асналу жиелігі 0,8-0,2 м/с өзгеріп отыратын шінектердің айналуы айналу жылдамдығының тиімді шамасына байланысты таңдалынады. Осыны есепке ала отырып шінектердің ең көп тараған диаметрлері үшін айналу жиелігі 100-200 айн/мин құрайды, мұндағы ең аз шегі тұтқыр тау жыныстарын бұрғылауға арналған көрсетілген шінектен төмен айналу жиелігін азайту ұңғыны тазалаудың жағдайларын нашарлатады. Ал, оның жоғарлауы аспаптың дірілдеуіне алып келеді. Бұл шламды тасмалдауды нашарлатады және бұрғылауға кететін қуаттың жоғарлауына алып келеді.

Құрғақ және сулы құмдарды еш қиындықсыз бұрғылайды, бірақ ұңғы оқпанының орнықтылығын қамтамасыз ететін шамалар қолдану керек. Көрсетілген тау жыныстарының қалың емес қабаттарын ( 2,5-3 метр) бұрғылағанда аспапты айналдырып көтеріп түсіреді және ұңғы қабырғаларын нығыздау үшін реверс дейді. Орнықсыз тау жыныстарының қалың қабаттарын бұрғылағанда ұңғы оқпанын шегендеуші құбырларды орната отырып бұрғылайды. Шінекті тізбек шегіндеуші құбырлар ішіне орналасады да жиелігі 40-60 айн/мин болып айналады. Ұңғы тереңдеген сайын шегендеуші құбырлар өз салмағымен астыға түсе береді.

Тұтқыр және тыфғыз саздарды бұрғылау шінек спиралына шламның жабысуына және жыныстық тығындар құрауына байланысты аса қыйындықтар туғызады. Ұңғы диаметрі шінек диаметріне дейін азаюы жие болып тұрады. Бұл айналуға қуаттың шығындалуына немесе ұңғыларда аспаптың қысылып қалуына әкеледі. Егер ұздіксіз бұрғылауда жыныстық тығындарды жою мүмкін болмаса бұрғылауда қашаудан, 3-4 шінектен және бұрғылау құбырларының тізбегінен тұратын аспапты ұңғы түбіне түсіріп рейспен бұрғылау керек. Ұңғыны 1,5-2,5 метрге тереңдеткеннен кейін аспапты жер бетіне шығарып тазалайды.

Жұқа аз суланған сулы қабаттарда тез өтуге болады, өйткені төмен жатқан су өткізбейтін қабатты бұрғылаған кезде талқандалу өнімдері сулы горизонтқа қарсы ұңғы оқпанына сыланады да оқшауландырады және бекітіледі. Көшкін құмдарды бұрғылағанда аспаптың ұстап қалмас үшін шегендеуші құбырларды сала отырып бұрғылау қажет.

Тиімді тәртіпке ұңғыманы тереңдету процессін жүзеге асырудың негізгі шарты аспаптың айналу жиелігі мен оны беру жылдамдығының тиімді қатынасы. Бұл шарттарды орындау жоғарғы өстік күште пайда болатын шінек спералдарындағы жыныстық тығындарды жоюға мүмкіндік береді. Жыныстық тығындардың пайда болуымен күресу үшін аспапты көтеріп түсіру және реверс қолданылады; аспаптың айналу желілігін жоғарлатады және ұңғыға суды құюды азайтады. Соңғы шараның тиімділігі тау жыныстарының шінек спералына және ұңғы қабырғасына үйкелуін азайту болып табылады.

Шінекті бұрғылау кезінде геологиялық құжаттаманы ұңғы сағасына көтерілген немесе шінек қалақшаларындағы талқандалу өнімдері бойынша құрастырады, ал қажет болған жағдайда магазинді шінектер немесе алынбалы керн қабылдағыштар көмегімен керн алады. Үздіксіз бұрғылау кезінде қимадағы тау жыныстары қабаттарының жатуының, нақты тереңдігі 0,2-0,3 метр дәлдікпен анықталады, ұңғы тереңдігі 20 метрден асқан кезде ол 0,3-0,4 метрге дейін төмендейді.

Рейстік бұрғылау кезінде оның жату тереңдігін дәл табу жоғарлайды 0,1-0,3 метр. Рейстің ұзындығы әдетте шінектің ұзындығына тең (1,3-2 см) сынама әрбір 0,5-1 метр бұрғылағанда алынып отырады. Бұрғылайтын грунт – ұстағыштардың көмегімен керн алған кезде (магазинді шінектер) бұрғылаудың технологиялық тәртібінің келесі параметрлері қабылдануы тиіс өстік күш 1,5-2 кН , айналу жиелігі 60-70 айн/мин. Берілген параметрлер аспапты 0,2-0,5 метр жылдамдықпен беруді қамтамасыз етеді. Иілімді саздар және суға, қаныққан құмдардың сынамаларын ішкі диамертлері 100 мм кем емес жұқа қабырғалы грунт ұстағыштарды басып алады.

Дірілмен бұрғылау

Ұңғы бұрғылаудың бұл әдісі бұрғылау аспабына жоғары жиелікті тербелістер немесе соққылар беруге негізделген. Дірілдік және діріл соққылама болып екіге бөлінеді. Тербелістің генераторы реттінде жер бетінде орналасқан дірідеткіш болып табылады. Бұл бұрғылаудың бірінші түрінде дірілдеткіш бұрғылау аспабымен қатаң байланысқан ұңғыны бұрғылау кезінде бірегей тербелетін жүйені құрайды. Дірілдеме соққылама бұрғылауда бұрғылау аспабы дірдеткішпен сырғымамен байланысқан. Дірілдеткіш өзінің жұмысы нәтижесінде тербеліс күштерінің әсерінен төбеге лақтырылып, бүкіл массасымен бұрғылау аспабына соққы береді.

Дірілмен бұрғылауда ұңғыны құрастыру бұрғы аспабын қоршап тұрған тау жыныстарының бөлшектеріне тербеліс беру нәтижесінде жүзеге асады. Құмды жерлерде бұл құбылыс бөлшектер арасындағы қосылыс күштерінің күрт төмендеуіне және аспаптың қаптал беттері мен қоршап тұрған тау жыныстары арасындағы үйкелістің күрт төмендеуіне әкеледі. Бұрғылау аспабы мен дірілдеткіштің салмақ күші аталған тау жыныстарының кедергі күшінен асып түседі. Осылайша бұрғылау аспабы ұңғыны тереңдете отырып ұңғымаға бататын сияқты болады. Сазды тау жыныстарын бұрғылау кезінде тербелістердің әсерінен олардың арасынан байланысқан су шығады, ал аспаптың қаптал беттерін майлай отырып грунтқа кірген сайын үйкеліс күшін күрт төмендетеді.

Ұңғыманы құрастырудың дірілдеме соққылама тәсілі бұрылайтын тау жыныстарының ұсатылуы және нығыздалуы есебінен жүзеге асады. Қарастырылған бұрғылау тәсілдерінің ең көп қолданып жүрген тәсіл дірідеме соққылама бұрғылау болып табылады. өйткені тау жыныстарының кең диапозонын бұрғылай алады. Бұрғыланғыштығы бойынша 1-4 категориялы тау жыныстарында дірілдеме соққылама бұрғылау тиімді. Суланған саздықтардың бұрғыланғыштығы ең жоғары, ал төменгісі құрғақ тығыз саздар мен құмдар.Дірілдеме бұрғылаумен ірі сынықты тау жыныстары бұрғыланбайды. Жер бетінде орналасқан дірілді механизмдерді пайдаланғандағы ұңғылардың тереңдігі 25-30 метр құрайды. Ары қарай бұрғылаудың тиімділігі бұрғылау аспабы тербеліс энергиясының көп бөлігін жұтуы нәтижесінде күрт төмендейді.

Дірілдеткіштің жұмыс істеу принципі келесідей ( сурет-18) электр қозғалтқыштың білігі трансмиссия арқылы екі дискіге айналам береді. Олармен айналуға қатынасты r шамасына орын ауыстырған дебаланстармен қатаң байланысқан.

Массасы m дебайланыстар қарастырылатын уақыт моментінде бірдей (синфазалы) бұрышты құрай отырып бірдей бұрыштың жылдамдығымен айналады. m, r , w және φ шамаларының теңдігіне байланысты. Айналып тұрған дебайланыстарға тең центрден тепкіш күштер әсер етеді.

(31)

векторын горизонталь және вертикаль құраушыларға бөліп горизонталь күштері уақыттың әр моментінде бір бірін теңестіреді деген тұжырымға келеміз. Вертикаль қос құраушылар қосылып жалпы күш массасы келесіге тең болады.

φ =0 және φ=180ºC болғанда вибратордың жалпы күші максимум болатынын келесі формуладан көреміз:

(32)

Яғни қоздырғыш күшті жоғарлату үшін дебайланыстардың айналу жиелігін және массасын жоғарлату айналу өсіне қатысты олардың орын айыстыруын жоғарылату қажет.

27 –сурет. Дірілдеткіштің жұмыс істеу сұлбасы: 1 -электрқозғалтқышь; 2- трансмиссия; 3— корпус; 4 — дебаланстар; 5 — қысқыш патрон; 6—бұрғылау құбырлары; 7 — жынысталқандағыш аспап; S — диск; 9 —арқан; 10 — шығыр барабаны

28-сурет. Дірілмен бұрғылаудың жынысталқандағыш аспабы

Дірілмен бұрғылаудағы технологиялық аспап ұңғыға түсірілген және жыныс талқандағыш аспаппен қосылған бұрғылау құбырларының тізбегінен тұрады. Жыныс талқандағыш аспап ретінде виброзондтар виброжлонкалар және ұңғыны сақиналы түпбен бұрғылайтын грунт ұстағыштар пайдаланады. Виброзонд жоғарғы ұшында бұрғылау құбырлар мен қосылуға арналған аудармасы бар, ал төменгі ұшында үшкірленген конусты тореці бар башмактан құралған ұзындығы 1-3 метр құбыр болып келеді.Ұшталған конусты торец беріктендіріледі немесе қатты қорытпамен балқытылады. Башмактың диаметрі виброзонд тереңдеген сайын қапталы үйкеліс күштерін азайту үшін құбырға қатысты үлкендірек қылып жасалынады. Виброзондтың қаптал беттерінде керн алуды оңайлату үшін кесу бұрышы 90-160ºC көлденең тесіктер жасалынады.

Грун ұстағыш (28,б-сурет) морт тау жыныстарында керн алу үшін арналған және оның виброзондтан ерекшелігі корпустың ішінде орналасқан керн қабылдағыш гильзия және түзіліп жатқан керн түскен сайын грунт сұтағыштың ішкі бөлігіндегі қысымды төмендетуге арналған кері клапонды болуы. Грунтұстағыштың құрамына сонымен қатар башмак және аударма кіреді.

Виброжлонка үгітінді және қалқыма толу жыныстарын бұрғылағанда қолданады және арқанды соққылама бұрғылауда қолданылатын тегіс клапонды жлонкалардан еш ерекшелігі жоқ.

Дірілмен бұрғылау қондырғылары дірілдеткіштен бұрғылау аспабын көтеріп түсіруге арналған шоғырдан дірілдеткіштің электрқозғалтқышын қорыктендіруге арналған генератордан, мантадан оны көтеріп түсіретін құрылғыдан басқару пультіне, тасмалдау базасынан тұрады.

Ең кең тараған қондырғы АБВ-2M қондырғысы болып табылады. Оның негізгі ерекшелігі ұңғыны бұрғылағанда арқанды соққылама тәсілінде қолдану мүмкіндігі. Қондырғы дірілдеме соққылама тәсілімен диаметрі 108-168 мм тереңдігі 20 м дейін және арқанды соққылама тәсілімен 40 метрге дейін ұңғыларды бұрғылауға мүмкіндік береді. Діріл қоздырғыш ретінде максимум қоздырғыш күші 35 кН қуаты 7 кВт ВБ-7 дірілбалғасы қолданылады. Көтеріп түсіру операцияларын жүргізу үшін қондырғылар биіктігі 7,5 метр мачтамен және шоғырмен жабдықталған. Мачта кронблок және тәлблогымен жабдықталған. Арқанды соққылама бұрғылау жүргізу керек болса арқанға ұрғыш аспап жалғайды. Мачтаны көтеру және түсіру винтік көтергіш көмегімен асырылады. Аталып кеткен жабдықтар сонымен қатар генератор ГАЗ-66 автомобильінде жинақталған.

Дірілмен бұрғылау технологиясы

Бұрғылау аспабын түсіру забойды тереңдету аспапты көтеру және оны тау жыныстарынан тазарту сияқты циклдарды ауыстыру болып табылады. Бұрғылаудың тиімділігі діріл қоздырғыш параметрлеріне байланысты – дебаланстардың айналу моменті мен жиелігі, ал дірілбалғасын қолданғанда оның массасымен, соғу жиелігімен. Бұл параметрлер бұрғылау процессінде реттелмейді.

Сазды топырақтарды бұрғылағанда дебаланстарының моменті үлкен және жиелігі төмен батырғыш қолдануға кеңес беріледі. Құмды топырақтарда жоғары жиелікті дірілдеме батырмалар қолданып бұрғылау қажет. Құрғақ тығыз тау жыныстарында дірілдеткішке қарағанда діріл бағасын қолданған тиімдірек.

Дірілмен бұрғылауда рейстің оңтайлы ұзындығы ұңғыма тереңдігіне тікелей тәуелді және ұңғы тереңдігі 3 метрге тең болғанда екі метрден ұңғы тереңдігі 20 метр болғанда 0,6 метрге дейін өзгеріп отырады. Ұңғыманың бастапқы интервалдарын үлкен диаметрлі зондтармен бұрғылау қажет, ал ұңғыны тереңдеткен сайын кішірейте берген жөн. Қолданылатын зондтардың диаметрлері 219,168,146,127,108 мм. Мұндай технология зондтың ұңғыма қабырғасындағы тау жыныстарымен қысылып қалмас үшін қажет.

Дірілмен бұрғылаудың таза уақытты 25% құрайды. Сондықтан қосымша жұмыстарда механизациялауға аса көңіл бөлу қажет. Дірілмен бұрғылаудың өнімділігі ұңғы тереңдігіне тікелей байланысты. Мысалы: ұңғыма тереңдігі 10 метр болғанда. 3,4 категориялы тау жыныстарындағы бұрғылау жылдамдығы 50-60 метр смена құрайды, ал тереңдігі 20 метр болғанда жылдамдық екі есе азаяды.

Дірілмен бұрғылау сапалы геологиялық ақпарат алуды, керннің шығымын 100% қылуды және бұрғыланатын тау жыныстарының геологиялық қимасын дәл құрауды қамтамасыз етеді. Дірілмен бұрғылаудың кемшілігі – қолдану аймағының аздығы (жұмсақ тау жыныстар) және ұңғының аз тереңдігі. Бұрғылау тереңдігін жоғарлату үшін жыныс талқандағыш үстінен тікелей орнатылатын ұңғылық дірілдеткіштер жасап шығару қажет.