Способы колонкового бурения скважин

Колонковое бурение широко применяется при разведке месторождений твердых полезных ископаемых, а так же при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях, структурно-картировочных изысканиях и поисках нефтяных и газовых месторождений.

Ни один из известных способов колонкового бурения (вращательный с его разновидностями твердосплавным, алмазным и бескерновым, ударно-вращательный гидро и пневмоударниками, комбинированный) не является универсальным, дающим высокие технико-экономические показатели при любых условиях. Внедрение одного из способов без достаточных оснований может привести к снижению технико-экономических показателей бурения.

Основные факторы при выборе способа бурения (оборудования и всех технических средств):

• геологические условия бурения (физико-механические свойства пород, наличие в разрезе зон осложнений, степени интенсивности водопритоков);
• глубина, диаметр и профиль скважины;
• географические условия размещения объекта разведки.

Выбрать способ бурения можно также на основании анализа статистического материала по ранее пробуренным скважинами. Если на данном объекте ранее не бурили ни одной скважины, способ бурения выбирают с учетом информации и опыта бурения по другим районам с аналогичными геологическими условиями.

Способ бурения рекомендуется выбирать по буримости пород для целых горнопромышленных районов, породы которых сходны по составу и физико-механическим свойствам (абразивности, твердости и динамической прочности).

Ниже на основании обобщения и анализа литературных данных и опыта геологоразведочных организаций приводятся рекомендации по рациональному применению способов бурения.

Вращательный способ:

• бурение на больших глубинах (свыше 1000 -1200 м), где основная задача, определяющая выбор способа бурения, глубина скважины при любых геологических условиях;
• бурение скважин в осадочных, основных и ультраосновных, глубинных изверженных горных породах, слабо и умеренно притупляющих породоразрушающий инструмент (К_абp≤l,5);
• бурение наклонно-направленных, многоствольных и горизонтальных скважин;
• бурение скважин, в которых требуется применение утяжеленных промывочных агентов (плотность более 1400 кг/м3);
• бурение скважин породоразрушающим инструментом большого диаметра (ISO мм и выше).

Для сокращения времени на спуско-подъемные операции при бурении глубоких скважин алмазными коронками в нормальных и сложных геологических условиях, в породах, где стойкость коронки составляет не менее 15 - 20 м, целесообразно применять снаряды со съемными керно-приемниками (ССК, КССК).

Ударно-вращательный способ с применением гидроударников:

• разбуривание сложного комплекса изверженных метаморфических и осадочных горных пород, сильно притупляющих породоразрушающий инструмент (К_абp≤2);
• бурение скважин глубиной до КИИ) 1200 м, разрез которых представлен породами с различными физико-механическими свойствами (динамическая прочность которых изменяется в широких пределах), но при наличии на объектах разведки водных источников и достаточно мощной энергетической базы (так как мощность электродвигателей при гидроударном бурении значительно выше, чем при вращательном).

Ударно-вращательный способ с применением пневмоударников разбуривание комплекса гранитоидов и вулканогенно-метаморфических горных пород, сильно притупляющих породоразрушающий инструмент (К_абp≤3), но при условии, что глубина скважин не превышает 300 м, а при наличии водопритоков - 150 м; бурение в пустынных, полупустынных районах, в зонах многолетней мерзлоты, а также в районах развития карста и трещиноватых зон, вызывающих катастрофическое поглощение промывочной жидкости.

Комбинированный способ (его целесообразность может быть определена в результате технико-экономических расчетов) с использованием пневмоударников до глубины 150 - 300 м (например, в кварцеодержащих породах с высокой абразивностью, затрудняющих применение вращательного способа бурения с использованием алмазного породоразрушающего инструмента), а глубже - гидроударный или вращательный.

Бескерновое бурение следует предусматривать при наличии в разрезах скважин интервалов пород большой мощности и достаточно хорошей их изученности с применением дополнительных (косвенных) методов получения геологической информации о породах, пройденных скважиной. Бескерновое бурение широко применяется при разведке угольных, железорудных и других месторождений и ведется без ущерба для качества работ.

Бескерновое бурение с использованием малогабаритных турбобуров и шарошечных долот рекомендуется применять при: значительных объемах бурения скважин без отбора керна диаметром 120,6 - 152,4 мм в породах высоких категорий по буримости и на большой глубине; бурении структурно-поисковых скважин на нефть и газ; благоприятных условиях для транспортировки более тяжелого оборудования с повышенной приводной мощностью и бурового инструмента.

Техническая характеристика малогабаритных турбобуров конструкции приведены в табл. 4.2.

Бурение скважин с гидротранспортом керна рекомендуется применять для сооружения скважин глубиной до 300м в породах II - IV категорий по буримости с пропластками пород до VI - VII категорий. Применение этого способа значительно (до 100%) повышает выход керна при существенном повышении производительности бурения.

Таблица 4.2. Техническая характеристика малогабаритных турбобуров

Показатель	TB1-I02		ТШ-108Б		ТГ-124
	3 сек- ции	4 сек- ции	2 сек- ции	3 сек- ции	2 сек- ции	3 сек- ции
Наружный диаметр, мм	102	102	108	108	124	124
Диаметр долота, мм	118-151		120,6-151,0		139,7-158,7
Расход жидкости плотностью 1000 кг/м3, л/с	8	11	10	10	12	12
Частота вращения вала, мин	900	900	990	790	900	750
Момент силы, Н·м	100	135	215	205	450	470
Перепад давления, МПа	9,0	12,0	9.4	9,0	8,9	9,3