Виды колонн при бурении твердосплавным ПРИ

1 июня 2021

Разбуривание твердосплавным инструментом - это вид вращательного колонкового метода, при котором разрушение породы производится за счет армированных твердосплавных резцов. Данный метод является самым распространенным: занимает лидирующее место и около 1/3 всех буровых механических работ совершаются этим методом. Используется он при бурении мягких/рыхлых (I-IV категории по буримости) и средних (V-VII категории по буримости) горных пород, потому что скорость разбуривания этих пород выше, чем алмазного.

При этом надо понимать, что длина рейса при твердосплавном бурении, из-за относительно малой износостойкости резцов и ограниченной длины колонковой штанги, не большая (не больше 3-5 м), поэтому чтобы повысить производительность при бурении почвы средней категории часто вместо твердосплавного колонкового метода используют алмазный - снаряды со съемными керноприемниками, оснащенными специальными зубчатыми и резцовыми алмазными коронками. Механическая скорость разбуривания такими коронками немного ниже, чем твердосплавными, но длина рейса при этом варианте значительно возрастает. За счет этого факта становится более перспективным алмазное бурение, что дает потенциал в развитии данного инструмента у производителей.

Выгоды использования твердосплавного метода в отличие от алмазного:

1. Лучшая конструкция коронок, резцы больше выходят из короночного кольца и поэтому происходит более глубокое врезание в почву средних категорий и механическая скорость разбуривания становится выше;
2. При вибрации буровой колонны происходит меньшее разрушение резцов, они более устойчивы к динамическим ударным силам. Поэтому нет необходимости проводить усиленный комплекс антивибрационных мероприятий;
3. Цена на расходный твердосплавный инструмент значительно ниже;
4. Простота использования.

Читайте так же: Шнеки буровые и лопастные шнековые долота

Недостатки:

1. Малая износостойкость, быстро изнашивается инструмент.
2. Малая термостойкость.

Эти минусы значительно уменьшают длину рейса и производительность буровых работ.

Бурильный инструмент, за счет которого производится процесс разбуривания называют, технологическим инструментом, а набор этих инструментов, смонтированных в единый состав с нужной последовательностью - буровым снарядом. Бурильный снаряд состоит из буровой колонны и забойного снаряда (колонкового набора).

Буровую колонну монтируют из свечей, соединенных между собой замками, а свечи - из нескольких буровых штанг, соединенных муфтами или ниппелями.

Задача компаний производителей совершенствовать буровые колонны и делать более эффективным их отработку, здесь кроется огромный потенциал повышения производительности бурения.

При твердосплавном бурении используют такие варианты буровых колонн:

1. стальные бурильные трубы с приварными замками ТБСУ
2. стальные буровые трубы с муфтово-замковым соединением (СБТМ);
3. стальные буровые трубы с ниппельно-замковым соединением (СБТН);
4. легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ);
5. утяжеленные буровые трубы (УБТ).

Буровые колонны из стальных буровых труб с муфтово-замковым соединением до текущего дня занимают лидирующее место при бурении твердосплавным ПРИ за счет ряда преимуществ этих соединений. Их используют при разбуривании скважин большого диаметра (76 мм и более) и значительной глубины.

Читайте так же: Породоразрушающий инструмент, буровые твердосплавные и алмазные коронки

Достоинства муфтово-замковых соединений:

1. Увеличенная толщина стенок соединений, если сравнивать с ниппельными соединениями, за счет этого более высокая их прочность;
2. Конусная резьба замков, за счет такого решения достигнута лучшая герметичность, удобство монтажа;
3. Центрирование буровой колонны в скважине и увеличение износостойкости за счет увеличенного диаметра соединений в сравнении с диаметром буровой трубы;
4. Увеличенные внутренние диаметры соединения, в сравнении с ниппелями, это ощутимо уменьшает гидравлические сопротивления при циркуляции жидкости.

Недостатки:

1. Увеличенный зазор между буровыми штангами и стенками скважины, что влечет при увеличенных нагрузках к изгибу труб.
2. Из прошлого минуса вытекает следующий - повышена вибрация снаряда.

Буровую колонну с ниппельным соединением (СБТН) при вращательном твердосплавном бурении используют для скважин не большого диаметра глубиной до 1500 - 2000 метров. Колонна состоит из стальных буровых штанг, ниппелей и ниппельных замков.

Преимущества и недостатки

1. Соединение с помощью ниппеля менее герметичны в сравнении с с муфтово-замковыми,
2. для монтажа/демонтажа/свинчивания требуется больше времени,
3. они обладают диаметром, близким диаметру буровых штанг: 34; 43; 55 и 63,5 мм, что уменьшает зазор между скважиной и бурильной трубой, увеличивается площадь соприкосновения, а значит, уменьшается их вибрация, 
4. СБТН дает возможность применять буровые штанги для бурения скважин малых диаметров и обеспечивать не большие зазоры между буровыми штангами и стенками скважины.

Для центрирования и защиты буровой колонны от износа используют стабилизаторы, армированные твердым сплавами, и центрирующие ниппели, для скважин большого диаметра - протекторы и фонари.

Помимо всего, ниппельные соединения с цилиндрической резьбой показали себя менее удобными при монтаже замков, так как при спуске снаряда, вследствие ударов, соединения деформируются, наблюдаются заедания в резьбе и выход их из строя.

Буровые колонны из легкосплавных труб (ЛБТМ) при твердосплавном бурении используются крайне редко для скважин глубиной от 800 до 2000 м большого диаметра (76-93 мм). Материал изготовления - алюминиевый сплав Д16Т, замков - сталь 40ХН, муфт - сталь марки 36Г2С. Толщина стенки - 7,5 мм.

Комплектация нижней части буровой колонны утяжеленными буровыми трубами УБТ предназначена для:

1. создания осевой нагрузки,
2. уменьшения искривления скважины,
3. улучшение показателей жесткости
4. увеличение износостойкости в сжатой части буровой колонны.

С помощью УБТ колонна буровых штанг поддерживается в растянутом состоянии, это уменьшает их трение, износ и расход энергии на вращение снаряда. Буровые штанги твердосплавного бурения выбирают в зависимости от того какую конструкцию скважины надо получить.

Скважины маленького диаметра (76 мм и меньше) рекомендуют использовать стальные буровые штанги ниппельного соединения типа СБТН, а для разбуривания скважин большого диаметра (76 мм и больше) – буровые штанги муфтово-замкового соединения. Диаметры буровых штанг предпочтительно выбирать максимально близкими к диаметру коронки. При ступенчатой конструкции скважины необходимо выбирать ступенчатую буровую колонну.

Буровые штанги диаметром 42 мм рекомендуют использовать для бурения скважин 700 метров и меньше. Для скважин глубиной больше 1000 метров, при этом большого диаметра используют буровые трубы диаметром 63,5 мм, а для скважин не большого диаметра достаточно использовать легкосплавные бурильные штанги типа ЛБТН-54.

Нижнюю часть колонны при разбуривании скважин большого диаметра желательно усиливать УБТ.

Компания Геомаш в городе Щигры (Курская область) и в г. Владимир имеет производственные площадки, на базе которых производят следующее оборудование:

1. Буровой инструмент для колонкового бурения с отбором проб грунтов (керна), в том числе бурильные трубы (ТБСУ) d=43-89 мм, буровые коронки d=59-151 мм (твердосплавные).
2. Инструмент для шнекового бурения  шнеки буровые d=62-500 мм, долота шнековые лопастные d=75-530 мм и т.д.
3. Оборудование для ударно-канатного бурения.

С полным перечнем оборудования можно ознакомиться в каталоге бурового инструмента