Колонковая труба и буровой инструмент при колонковом бурении

22 декабря 2023

Колонковое бурение часто применимо при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, структурно-картировочных изысканиях нефтяных и газовых месторождений. Эта технология дает возможность извлекать из скважины образцы породы керн, благодаря которому составляют геологический разрез месторождения и опробуют полезное ископаемое.

Колонковым методом можно разбуривать скважины под разными углами к горизонту, ПРИ* для пород разной твердости и устойчивости, при этом существует возможность возведения глубоких скважин с использованием относительно легкого и компактного оборудования.

В отличие от бескернового вращательного бурения, при котором углубка скважины продолжается до достижения проектной глубины или износа породоразрушего инструмента, при колонковом бурении углубка скважины ведется ограниченными рейсами, как правило имеющими протяженность от 0.5 до 3 метров. В конце каждого рейса колонковый снаряд поднимается на поверхность для раскладки керна и его документирования. Исключение составляет бурение с использованием специальных комплексов, речь о которых пойдет ниже.

Колонковые снаряды для рейсового бурения могут несколько отличаться друг от друга по комплектации в зависимости от буримых пород, конструкции и назначения скважин.

Колонковый снаряд включает в себя колонковую трубу, с внутренней ленточной резьбой на обоих концах. Верхний конец трубы соединена с переходником на колонну бурильных труб, а нижний – с кернорвательным стаканом, внутри которого установлено сменное кернорвательное кольцо.

Читайте так же: Обзор и характеристика роторных буровых установок УРБ 3А3, 1БА15 и УРБ-25

Кернорвательный стакан, в свою очередь, соединен ленточной резьбой с буровой коронкой.

При отборе проб грунта для инженерно-геологических исследований, а также поисках и разведке месторождений строительных материалов колонковый снаряд оснащается твердосплавной коронкой, которая зачастую соединяется непосредственно с колонковой трубой.

В данном случае разбуривание ведется чаще всего без использования очистных агентов, а после заполнения колонковой трубы керном выполняется его затирка кратковременным вращением снаряда на забое скважины без углубки.

Такая методика применима для грунтов II-IV категорий по буримости.

Существует также технология колонкового бурения с призабойной циркуляцией промывочной жидкости без организации нагнетания очистного агента буровым насосом, и в данном случае в верхней части колонковой трубы вместо стандартного переходника устанавливается переходник с шаровым клапаном.

При необходимости опробования коры выветривания, сложенной породами IV-VI категорий по буримости, а также материала фундаментов инженерных сооружений бурение выполняется с промывкой и в этом случае рекомендуется вводить в состав колонкового снаряда кернорвательный стакан.

Кернорвательный стакан представляет собой полый цилиндрический корпус с внутренней конической расточкой, расширяющейся кверху, в которую помещают кенорвательное коническое кольцо.

При разбуривании кольцо поднимается в широкую часть конусной расточки под давлением керна и под действием упругой силы увеличивается в , свободно пропуская керн внутрь колонковой трубы. После заполнения колонковой трубы, остановив вращение буровой колонны, колонковый снаряд поднимают над забоем, при этом кернорвательный стакан сжимает коническое кернорвательное кольцо на керне и последний отрывается от породного массива.

При разбуривании в многолетне- и вечномерзлых почвах, в породах, склонных к набуханию, проходке протяженных зон полного поглощения очистного агента рекомендуется выполнять очистку забоя и ПРИ* сжатым воздухом.

При наличии значительных водопритоков, в особенности при использовании компрессорных агрегатов малой мощности, очистка забоя сжатым воздухом затруднена из-за набухания частиц разрушенной породы. В данном случае рекомендуется добавлять в нагнетательную линию компрессора жидкие пенообразователи (возможно использовать для этой цели бытовое жидкое мыло). Жидкий пенообразователь, смешиваясь с воздухом на выходе из колонкового снаряда, образует пену, благодаря чему подъемная сила восходящего потока несколько увеличивается.

Читайте так же: бурильные трубы и другой ПРИ при вращательном бескерновом бурении

При колонковом разбуривании с продувкой рекомендуется включать в состав колонкового снаряда шламовую трубу, улавливающую тяжелые и крупные частицы шлама, которые не могут быть вынесены на поверхность восходящим потоком очистного агента.

В этом случае соединение колонковой трубы с буровой колонной выполняется через тройной переходник в верхней части которого выполнена внутренняя замковая резьба для соединения с буровой трубой и наружная ленточная резьба для соединения со шламовой трубой. Верхний конец шламовой трубы открыт и таким благодаря этому между 24 наружной поверхностью бурильной трубы и внутренней поверхностью шламовой образуется кольцевое пространство.

При разбуривании скорость движения восходящего потока воздуха в кольцевом зазоре между стенками скважины и колонковым снарядом достаточна для подъема с забоя тяжелых и крупных частиц шлама до верхнего уреза шламовой трубы, где за счет увеличения сечения кольцевого зазора скорость и напор восходящего потока снижаются и шлам выпадает в шламовую трубу.

При поисках и разведке месторождений полезных ископаемых в геологических разрезах, сложенных породами VII-XII категорий по буримости колонковые снаряды для рейсового бурения включают в себя коронки с вооружением из сверхтвердых материалов, представляющих собой спеки синтетических алмазов, композицию твердого сплава и алмазного напыления, и т.п., или коронки с резцами из природных и синтетических алмазов, а при разбуривании пород с VIII по XII категорий по буримости на место кернорвательного стакана устанавливается расширитель с алмазным вооружением для предотвращения уменьшения скважины вследствие износа калибрующего вооружения коронки.

Если бурение ведется по устойчивым породам, то для промывки скважины применяется техническая вода. При проходке скважины в недостаточно устойчивых породах промывку выполняют глинистыми растворами, при необходимости добавляя в них химические реагенты для повышения эффективности очистки скважины и закрепления ее стенок.

После того как колонковая труба наполнится керном, приступают к подъему инструмента на поверхность.

При разбуривании в крепких и абразивных породах порой приходится прекращать разбуривание и приступать к подъему инструмента из-за значительного снижения скорости бурения вследствие ихноса резцов коронки или из-за самозаклинивания керна в колонковом снаряде.

При использовании установок для бурения с подвижными вращателями подъем буровой колонны выполняется механизмом подачи с поочередным отвинчиванием бурильных труб вращателем с рамочным элеватором.

После извлечения колонкового снаряда на поверхность коронку демонтируют, керн достают из колонковой трубы, инструмент вновь собирают, опускают в скважину и возобновляют бурение. При каждом подъеме коронку визуально осматривают и если наблюдается значительный износ заменяют новой.

Читайте так же: Шнеки для бурения скважин, буровой инструмент и технологии бурения

Если скважина пересекает неустойчивые породы, склонные к обрушению или вспучиванию даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважины коронкой меньшего ⌀.

Глубины скважин при колонковом бурении могут составлять от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

бурения зависят от назначения скважин и типа ПРИ*.

При инженерно-геологических исследованиях чаще всего используют твердосплавные коронки 112 и 132 мм с колонковыми трубами ⌀ 108 и 127 мм.

Колонковые снаряды этих типоразмеров обеспечивают получение проб грунтов ⌀ от 90 до 110 мм, пригодных для лабораторных исследований.

При поисках и разведке месторождений полезных ископаемых в коренных породах чаще всего применяются коронки из сверхтвердых материалов и алмазные коронки 59, 76 и 93 мм и колонковые трубы 57, 73 и 89 мм.

При разведке некоторых полезных ископаемых требуется больший объем пробы. Например, при разведке химического сырья и стройматериалов керна должен быть не менее, чем 90 мм, и разбуривание выполняется колонковыми снарядами с коронками 112-230 мм.

Буровой инструмент

Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный.

Технологический инструмент служит непосредственно для разбуривания и, соединенный в определенной последовательности, именуется буровым снарядом.

В состав бурового снаряда входят колонковый снаряд (колонковый набор) и собранные в колонну буровые трубы.

Типоразмер буровых труб, используемых при вращательном колонковом бурении, определяется проектными глубинами скважин, способом очистки забоя, колонковых снарядов.

Вспомогательный инструмент служит для обслуживания технологического инструмента при разбуривании – монтажа/демонтажа бурового снаряда и обсадки скважины. В состав вспомогательного инструмента входят обсадные трубы и их соединительные элементы, башмаки обсадной колонны, пробки опуска обсадных колонн, трубные ключи, подкладные вилки, хомуты для обсадных труб.

Аварийный инструмент служит для ликвидации разного рода осложнений, препятствующих рабочему процессу бурения

ПРИ * - породоразрушающий инструмент