7.7.4.Буровой инструмент

Буровой инструмент комплексов КГК изготавливается в виде наборов, укомплектованных всем необходимым для ведения буровых работ в течение 1-2 полевых сезонов. В зависимости от решаемых геологических задач в состав комплектов бурового инструмента включаются специальные буровые снаряды и технические средства, обеспечивающие их выполнение. Типовой набор инструмента (рис. ) содержит двойные стальные или легкосплавные бурильные трубы 1, керноприемные трубы 9, 12 и 14 для различных геолого-технических условий бурения, твердосплавные коронки 11 и 13 различных диаметров, снаряды для бурения шарошечными долотами 10, лопастные долота 8, соединительные переходники 6 и 7 и вспомогательные инструменты 2-5.

Бурильная колонна комплексов состоит из секций двойных труб, соединенных между собой ниппелями и муфтами с помощью слабоконической ленточной резьбы. Конструкция стальной двойной трубы (рис. ) содержит концентрично расположенные наружную 4 и внутреннюю 5 трубы. К наружной трубе присоединены детали разъемного замкового соединения – ниппель 6 и муфта 2, а к внутренней – элементы телескопического соединения – штуцер 8 и гильза 1. Штуцер снабжен резиновыми кольцами 9, обеспечивающими герметичность телескопического соединения при сборке колонны. Трубы 4 и 5 связаны посредством верхнего центратора 10, установленного в обойме 3, размещенной в зарезьбовой расточке муфты 2. Центратор состоит из трех радиальных выступов, приваренных к гильзе 1. Центраторы входят в прорези обоймы 3 (сечение А-А) для исключения возможности проворота внутренних труб во время бурения скважины. Относительное перемещение наружных и внутренних труб в осевом направлении ограничивается зазором, максимальная величина которого обусловлена допусками на линейные размеры при изготовлении деталей. Концентричное расположение нижних концов труб достигается центратором 7, содержащим три радиальных выступа, приваренных к штуцеру 8. Гильза 1 имеет уширение для размещения в нем штуцера 8 при сборке труб в ·колонну.

Сборка наружной трубы с ниппелем и муфтой осуществляется с применением канифоли сосновой и приложением момента затяжки до 20 кН· м. Такая технология сборки предотвращает развинчивание резьбовых соединений во время проведения спуско-подъемных операций с использованием вращателя буровой установки.

Лекгосплавные двойные трубы аналогичны по конструкции стальным колоннам. Соединение наружной трубы с ниппелями и муфтами осуществляется с помощью цилиндрической или конической резьбы, которая имеет стабилизирующий конус для повышения прочности соединения. При затяжке такого соединения сопряжение деталей осуществляется как по коническим поверхностям, так и по торцам сопрягаемых деталей. При этом натяг соединения выбирается таким образом, чтобы напряжения в деталях в области стабилизирующего конуса не превышали напряжений, характерных для прессовой насадки. При испытаниях на выносливость образцы соединения со стабилизирующим конусом выдержали в 5 раз большее количество циклов нагружений, чем образцы с цилиндрической резьбой по (ГОСТ 6238-77) и в 1,5 раза большее по сравнению с конической резьбой (ГОСТ 631-75). На рис. приведено соединение внутренних труб двойной бурильной колонны повышенной надежности и герметичности. В этой конструкции разобщение центрального и кольцевого каналов осуществляется V-образными манжетами с установленными в противоположные стороны лепестками, что способствует их сохранению в процессе сборки и разборки колонны при спуско-подъемных операциях. В табл. приведены характеристики двойных бурильных труб. В состав бурового снаряда для бурения с гидротранспортом керна входят керноприемные трубы. Конструкция керноприемной трубы (рис. ), предназначенной для бурения в породах средней крепости, содержит переходник с резьбой для присоединения к двойной бурильной колонне, в корпусе которого размещен керноприемный патрубок, снабженный твердосплавным клиновым керноломом. Керноприемный патрубок удерживается в корпусе трехрядным шарикоподшипником, предотвращающим вращение патрубка после соприкосновения клинового кернолома со столбиком керна. Твердосплавный кернолом обеспечивает скол столбиков керна длиной не более 120 мм, что обеспечивает их беспрепятственное прохождение по изгибам керноотводящего рукава. Нижний конец корпуса имеет резьбу для соединения с коронкой. Для бурения в мягких породах внутренний патрубок изготавливается без кернолома. Комплексы КГК-А и КГК-Т комплектуются керноприемными трубами (рис. ) предназначенными для бурения скважин коронками диаметром 84 и 93 мм. Внутренняя труба (см.рис. ) снабжена шариковым керноломом. Для обеспечения скалывания керна шарики выступают в полость внутреннего патрубка на 1,5 и 3 мм, что обеспечивает радиальное воздействие на твердые столбики керна и не препятствует прохождению пластичных пород через полость внутреннего патрубка. Внутренний патрубок 3 (см.рис ) снабжен шламопроводящими пазами 1, которые улучшают условия очистки забоя и уменьшают деформации керна при бурении в мягких породах. Наружная поверхность корпуса 2 наплавляется твердосплавным материалом для повышения износостойкости. Труба применяется с коронками, имеющими шламопроводящие пазы на торце, которые ориентируются в соответствии с пазами 1 керноприемной трубы. Рассмотренные конструкции труб используются для бурения скважин с диаметром, близким к диаметру керноприемной трубы. Для бурения скважин увеличенного диаметра используется керноприемная труба (рис. ) состоящая из переходников и корпуса, к которому присоединяются коронки. Внутри корпуса размещен шламоприемный конус, соединенный с керноприемным патрубком. Верхний торец большого переходника по наружному диаметру армирован твердосплавными резцами. К резцам выведены каналы для промывочной жидкости, сообщающиеся с центральным каналом и перекрытые подпружиненным патрубком. При бурении скважин промывочная жидкость нагнетается в полость шламоприемного конуса через клапанное устройство, откуда вместе с осколками разрушенной породы поступает в осевой канал керноприемного патрубка. В аварийных ситуациях через двойную бурильную колонну в центральный канал керноприемной труб сбрасывается шарик, который зависает на уступе подпружиненного патрубка. Затем по центральному каналу колонны нагнетается промывочная жидкость, под давлением которой подпружиненный патрубок смещается и открывает доступ жидкости в каналы армированного переходника. Освобождение прихваченной керноприемной трубы осуществляется с размывом, вращением и приложением осевой нагрузки. Клапанное устройство, состоящее из кольцевого клапана и эластичной пластины, предотвращает зашламование кольцевой полости после прекращения подачи очистного агента.

Для бурения скважин шарошечными долотами применяется специальный снаряд (рис. ), содержащий эжекторное устройство, которое обеспечивает отсос промывочной жидкости из затрубного пространства скважины через боковые шламозаборные окна. При бурении на забой скважины подается только половина объема нагнетаемой жидкости, остальная ее часть питает эжекторное устройство. Эжекторный снаряд позволяет осуществлять бурение скважин в условиях поглощения без потерь промывочной жидкости. Деление потока жидкости осуществляется с помощью калиброванной насадки и сопла эжектора. В составе бурового инструмента при бескерновом бурении применяется лопастное долото (рис. ). Оно состоит из корпуса 4, снабженного шламозаборным конусом, в полости которого установлен породоприемный патрубок 5, соединяющийся с внутренней трубой двойной бурильной колонны. К корпусу приварены две или три лопасти 2, армированные породоразрушающими элементами.

В осевой части долота имеется полость, частично закрытая шламозаборными крыльями 1, которые обеспечивают механическое транспортирование разрушенной породы в полость шламоприемного конуса, выше которого установлено кольцо 3, обеспечивающее эжекционный эффект при бурении. На рис. показано лопастное долото, в котором с целью улучшения очистки забоя в осевой части установлено сопло, увеличивающее скорость восходящей струи промывочной жидкости. При бурении скважин осколки разрушенной породы захватываются потоком очистного агента и направляются в полость породоприемного патрубка.

Комплексы КГК для бурения скважин, по диаметру незначительно превышающих диаметр бурильной колонны (на 15020%), комплектуются коронками со спиральными или смещенными относительно осей ребрами (рис ). Поверхность между ребрами имеет коническую форму и способствует смещению разрушенной породы в центральный канал бурильной колонны. Ребра армируются породоразрушающими элементами различной формы: круглыми, шестигранными или квадратными. Коронки предназначены для бурения мягких пород с незначительным содержанием твердых пропластков. Торцевая поверхность ребер имеет коническую форму для предотвращения заклинивания обломков породы, а на наружной поверхности имеются пазы.

Важным элементом коронки является наличие на внутреннем уступе тороидальной канавки, способствующей в сочетании с внутренним патрубком керноприемной трубы переходу нисходящего потока очистного агента в восходящий. При отсутствии такой канавки в процессе бурения резко возрастают потери очистного агента. Производственными организациями (ПГО "Востокгеология", КазИМС и др.) изготавливаются коронки, отличающиеся степенью насыщения твердым сплавом и его формой, а также размещением вооружения на режущих ребрах. Для бурения скважин, по диаметру значительно (в 1,5-2 раза) превышающих диаметр бурильной колонны, используются коронки, общий вид которых показан на рис. . Коронка состоит из корпуса и лопастей, соединенных в центральной части кольцевой вставкой с внутренним диаметром, соответствующим номинальному диаметру керна. Лопасти коронок армируются твердосплавными элементами круглой формы. Конструкция лопастей способствует перемещению керношламового материала в полость шламоприемного конуса керноприемной трубы.

Конструкция алмазных коронок для бурения с гидротранспортом керна практически не нашла применения из-за недостаточной стойкости. Предлагаемые промышленностью алмазные коронки типа В-06 и В-09 уступают твердосплавным по скорости проходке в рыхлых отложениях и незначительно превышают их показатели в крепких породах.

Для отбора проб крепких пород комплексы КГК комплектуются специальными снарядами, позволяющими использовать стандартные алмазные коронки для колонкового бурения.

Существующие способы отбора проб коренных пород могут быть разделены на две группы (рис. ). К первой группе относятся способы отбора образцов, осуществляемые без подъема бурильной колонны из скважины, ко второй – способы отбора образцов, требующие извлечения бурильной колонны. Первая группа способов наиболее эффективна, когда извлечение бурильной колонны из скважины приводит к потере ее ствола. В этом случае отбор образцов коренных пород может осуществляться за счет использования коронок с расширенной областью применения, обеспечивающих высокую скорость бурения в осадочных отложениях и достаточную величину углубки в коренные породы, применения съемных грунтоносов, опускаемых через колонну двойных труб, и бурения трубами меньшего диаметра через колонну двойных труб, оставленную в скважине в качестве обсадной.