§ 5. Технология бурения скважин с продувкой воздухом в многолетнемерзлых породах

Бурение в породах, имеющих отрицательную температуру, осуществляется с использованием обычного оборудования, применяемого при бурении скважин с продувкой твердосплавным, алмазным и шарошечным ПРИ.

Условием успешного бурения скважин в мерзлых породах и льдах с продувкой сжатым воздухом является использование воздуха с температурой, близкой к нулю или отрицательной. Однако компрессор подает воздух с положительной температурой и с содержанием паров воды и масла. Проходя по колонне бурильных труб и в скважине, воздух охлаждается и из него выделяются капельки влаги. Если глубина скважины небольшая, то влага стекает к забою, смачивая керн, шлам и стенки скважины, что приводит к их оттаиванию, а это вызывает серьезные осложнения. При глубине скважин более 100 м влага, не достигая забоя, замерзает в бурильных трубах и соединениях, что приводит к прекращению циркуляции воздуха. Для устранения этих явлений воздух должен хорошо очищаться от влаги и масла с помощью влагоотделителей поверхностных и забойных, а в летнее время предварительно охлаждаться в специальных холодильных установках. В зимнее время это осуществляется пропусканием воздуха по длинной воздухопроводной сети или через холодильники батарейного типа.

Бурение твердосплавным ПРИ осуществляют в мерзлых льдистых или сухих породах IV —VIII категории по буримости. ПРИ подбирают в соответствии с характером и буримостью пород. При бурении льдистых пород (с содержанием льда до 70%) в результате трения коронки о породу образуется тепло, вызывающее таяние льда. Частицы шлама смачиваются и слипаются в агрегаты, размеры которых превышают циркуляционные зазоры, застревают в них, затем раздавливаются и образуют сальники на колонковой трубе. Давление воздуха возрастает, увеличивается действие сил трения бурового снаряда о стенку скважины, что усиливает влагообразо- вание и, в конце концов, приводит к прекращению циркуляции воздуха и углубки скважины. Во избежание таких осложнений следует использовать ребристые коронки, при работе которых формируются увеличенные зазоры между БС и стенкой скважины. В этом случае давление воздуха поднимается только вследствие заполнения колонковой трубы керном.

При бурении мерзлых пород IV—V категорий по буримости сцементированных льдом рёкомендуется пониженная частота вращения (60—70 об/мин), осевая нагрузка незначительной величины (200—500 даН) и скорость восходящего потока сжатого воздуха в пределах 12—13 м/с, имеющего температуру ниже температуры мерзлых пород.

Бурение в трещиноватых льдистых породах скального типа V —VI категорий по буримости успешно осуществляют коронками типа СМ4. Буровой снаряд при этом оснащают двумя расширителями-центраторами, обеспечивающими образование большого зазора меиоду БС и стенкой скважины. При этом снижается вероятность искривления скважин. Параметры режима бурения такие же, что и при бурении в льдистых породах IV —V категорий по буримости. Углубка за рейс достигает 3—4 м.

Бурение в мерзлых сухих породах VII —VIII категорий по буримости осуществляют коронками соответствующих этим породам типов (СМ4, СТ2 и др.). Достигаемая при этом механическая скорость в 2—3 раза йревышает скорость бурения с промывкой. Рациональная осевая нагрузка при бурении в таких условиях на коронку диаметром 91 мм составляет 800—1000 даН, частота вращения 200—300 об/мин при скорости восходящего потока 10-12 м/с.

Хорошим показателем условий работы БС в скважине служит изменение давления воздуха в нагнетательной линии, регистрируемое манометром. При нормальных условиях бурения по мере заполнения колонковой трубы керном и износа резцов ПРИ давление равномерно увеличивается на 60—100 МПа. В случае осложнений давление резко возрастает, часто скачкообразно: при полном заполнении колонковой трубы керном, его подклинивании, образовании сальника на колонковой трубе, повышении количества шлама в призабойной части скважины (в связи с заполнением шламоулавливающей трубы), полного износа резцов, вскрытия слоя подмерзлотных вод и др. В этих случаях бурение прекращают и делают попытку восстановить нормальные условия циркуляции жидкости (в случае образования сальника) путем расхаживания снаряда с продувкой. В противном случае рейс прекращают и БС извлекают на поверхность.

Бурение алмазными ПРИ с продувкой воздухом осуществляют в мерзлых породах VIII —XII категорий по буримости с применением специальных коронок. Параметры режимов бурения подбирают в соответствии с категорией и свойствами мерзлых пород применительно к конструкции коронок, как и их отработка по тем же методикам, что и при бурении с промывкой.

Режим продувки определяется условиями выноса продуктов разрушения, исходя из рациональной скорости восходящего потока 7—8 м/с. Воздух при этом должен охлаждаться до температуры мерзлых пород.

Бурение скважин в мерзлых породах шарошечным ПРИ особенно эффективно без получения керна. При этом используют долота типа М, С, Т и К в соответствии с характером разбуриваемых пород. В компоновку снаряда включают шламоулавливающие трубы закрытого (с окнами) и открытого типов и расширители-центраторы.

Параметры режима бурения подбирают, исходя из категории пород и конструкции долота. Так, при бурении в породах VI — VIII категорий по буримости рекомендуется осевая нагрузка из расчета 100—115 даН на 1 см диаметра долота (в два раза меньше чем при бурении с промывкой), при частоте вращения п = 120+150 об/мин и скорости восходящего потока 11—13 м/с.