В наиболее тяжёлых условиях в процессе эксплуатации находятся бурильные трубы и УБТ. Поэтому около 50% всех аварий в скважине происходит из-за поломки бурильных труб и их соединений.

Для обеспечения рациональной эксплуатации инструмента, прежде всего, необходим выбор оптимальной системы отработки бурильных труб. Эта система предусматривает комплекс организационно-технических мероприятий, в результате которых все элементы колонны бурильных труб исчерпывают свой ресурс одновременно.

3. Назначение и классификация буровых станков

Общая схема для механического колонкового бурения с применением буровой установки приведена на рис. 1. В вышке на фундаментах устанавливаются буровой станок 7, буровой насос (компрессор) 18, двигатели 19 для привода станка и насоса. При наличии электроэнергии станок и насос приводятся электродвигателями, а при её отсутствии - от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). После проверки и наладки буровой установки производится забуривание скважины в нужном направлении, после чего устье скважины закрепляется направляющей обсадной трубой 6. Одновременно оборудуется система для очистки промывочной жидкости от выбуренной породы (шлама).

Бурение скважины производится в следующей последовательности. При помощи лебёдки 16 в скважину спускается буровой снаряд, собираемый из следующих частей: породоразрушающего инструмента (коронки) 1, колонковой трубы 3, переходника 4. колонны бурильных труб 5, длина которой увеличивается по мере углубления скважины. Все детали бурового снаряда соединяются друг с другом при помощи герметичных и прочных резьбовых соединений.

Верхняя ведущая труба пропускается сквозь шпиндель вращателя 8 бурового станка и зажимается в патронах 9. На верх её навинчивается вертлюг-сальник 10, соединённый нагнетательным шлангом /7с буровым насосом 18. С вращением и промывкой доводят буровой снаряд до забоя и начинают процесс бурения.

Рис. 1. Общая схема установки для колонкового бурения: 1 - породоразрушающий инструмент; 2 - керн; 3 - колонковая труба; 4 - переходник с колонковой на бурильную трубу; 5 - колонна бурильных труб; 6 - направляющая обсадная труба; 7 — буровой станок; 8'- вращатель; 9 - зажимные патроны; 10 — вертлюг-сальник; 11 -талевой блок; 12 -талевой канат; 13 - крон-блок; 14 - ноги буровой вышки; 15 - буровое здание; 16 - лебедка станка; 17 - нагнетательный шланг; 18 - буровой насос; 19 -двигатели для привода станка и насоса; 20 - отстойник; 21 - желоба для очистки промывочной жидкости от шлама; 22 -приемная ёмкость; 23 - всасывающий рукав; 24 - индикатор массы бурового снаряда, включенный в неподвижный (мертвый) конец каната; 25 - шланг для сброса части промывочной жидкости.

В зависимости от физико-механических свойств проходимых пород, диаметра и типа породоразрушающего наконечника, шпинделю, а следовательно, и буровому инструменту, сообщают ту или иную частоту вращения и при помощи регулятора подачи создают необходимую осевую нагрузку, которая не должна зависеть от массы бурильной колонны. Частота вращения инструмента подбирается в зависимости от типа породоразрушающего инструмента, его диаметра и глубины скважины. Регулятор подачи позволяет создавать необходимую нагрузку на коронку и забой скважины независимо от массы колонны бурильных труб (глубины скважины). Вращаясь и внедряясь в породу, коронка выбуривает кольцевой забой, формируя керн 2. По мере углубления скважины керн заполняет колонковую трубу.

Для охлаждения коронки, очистки забоя от разрушенной породы и выноса её на поверхность применяют различные очистные агенты. Промывочная жидкость при промывке скважины через всасывающий шланг 23 подаётся насосом из приёмной ёмкости 22 и нагнетается к забою скважины через нагнетательный шланг 17, буровой вертлюг-сальник 10 и колонну бурильных труб 5.

Промывочная жидкость омывает забой, охлаждая резцы коронки, и транспортирует выбуренные частицы пород - шлам - с забоя на поверхность по стволу скважины. Из скважины жидкость направляется в отстойник и желоба 20, где частицы пород осаждаются, либо в специальный очистительный прибор, и очищенная жидкость попадает в приемную ёмкость 22, откуда вновь нагнетается в скважину. В процессе бурения происходит та или иная потеря промывочной жидкости. Эти потери должны своевременно восполняться.

Если бурение ведется по устойчивым породам, то для промывки скважины применяется вода. При бурении в недостаточно устойчивых породах очистку забоя скважины ведут глинистым или другим раствором, газожидкостными смесями и др., которые укрепляют малоустойчивые стенки скважины. При бурении в относительно безводных скважинах, а также в мерзлых породах с успехом может применяться продувка забоя сжатым воздухом или газом.

После того как колонковая труба наполнится керном, приступают к подъему инструмента на поверхность. При бурении в твёрдых и абразивных породах иногда приходится прекращать бурение и приступать к подъему инструмента из-за значительного снижения механической скорости бурения вследствие затупления резцов коронки. При бурении в трещиноватых породах часто производят подъём инструмента вследствие самозакаливания керна в колонковом снаряде, а также снижения скорости бурения. Перед началом подъёма керн должен быть надёжно заклинен в нижней части колонкового снаряда и отделен от массива горной породы. После заклинивания керна насос выключают и буровой снаряд при помощи лебёдки 16, талевого каната 12, кронблока 13, талевого блока 11с крюком и элеватором поднимают на поверхность, развинчивая колонну бурильных труб на отдельные свечи. Длина свечей определяется высотой буровой вышки и глубиной скважины. Свеча свинчивается из двух или трёх, а иногда и из четырёх бурильных труб. Длина свечи обычно на 3-6 м меньше высоты вышки. Свечи устанавливаются на подсвечник. Массу поднимаемой колонны можно определять с помощью индикатора 24.

После подъёма колонкового набора на поверхность коронку отвинчивают, керн осторожно извлекают из колонковой трубы, инструмент вновь собирают, опускают в скважину, и бурение продолжается. При каждом подъёме коронку осматривают и в случае её износа заменяют исправной.

Керн промывают, очищают от глинистой корки, замеряют его длину и укладывают в последовательном порядке в керновые ящики, отмечая глубину скважины, с которой он поднят, и процент его извлечения.

Если скважина пересекает неустойчивые породы, которые обваливаются или выпучиваются даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважины породоразрушающим инструментом меньшего размера. Через 50-100 м углубления измеряют угол наклона и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечёт полезное ископаемое и войдёт в пустые породы, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают. В скважине производят геофизические исследования, измеряют кривизну, температуру, глубину скважины, после чего производят её ликвидационное тампонирование или консервацию.

Основным оборудованием, участвующим в сооружении скважины, являются буровые станки, агрегаты и установки.

С целью сокращения номенклатуры, упорядочения проектирования и эксплуатации буровых станков и установок их типоразмеры и основные параметры в основном определены соответствующими государственными стандартами.

В настоящее время стандартизированы типы и основные параметры станков и установок с лебёдочным подъёмом для бурения на твёрдые полезные ископаемые (ГОСТ 29233-91) и для бурения гидрогеологических скважин (ГОСТ 2445-80).

Станки и установки для бурения на твёрдые полезные ископаемые выпускаются в стационарном, передвижном, самоходном и переносном варианте.

Установки для бурения гидрогеологических скважин - в передвижном и преимущественно в самоходном варианте.

4. Назначение и классификация буровых долот

Буровые долота в процессе вращательного бурения могут оказывать различное воздействие на горную породу. В зависимости от способа отделения частиц горной породы от ее массива на забое различают долота:

· дробящего (ударного) действия;

· дробяще-скалывающего (ударно-сдвигающего) действия;

· истирающе-режущего действия;

· режуще-скалывающего действия.

Бурят нефтяные и газовые скважины в основном долотами, разрушающими всю поверхность забоя. Такие долота относят к породоразрушающим инструментам сплошного бурения. В разведочном и поисковом бурении в определенных интервалах отбирается образец породы в виде столбика (керна) с помощью бурильных головок, разрушающих породу по кольцу. Для разбуривания цементных пробок, зарезки новых стволов при многозабойном бурении, расширения пробуренных скважин и других работ применяют специальные буровые долота.

Конструктивное оформление бурового породоразрушающего инструмента основано на реализации способа воздействия на горную породу и зависит от его назначения. Наибольшее распространение в практике буровых работ получили породоразрушающие инструменты следующих типов: шарошечные долота дробяще-скалывающего и дробящего действия для бурения пород любой твердости. В зависимости от конструктивного исполнения при разрушении горной породы производится ударное, или сдвигающее и ударное воздействие на забой вооружением шарошки. На шарошечные долота приходится более 90 % общего объема бурения; алмазные и твердосплавные буровые долота истирающе-режущего действия для бурения твердых, но хрупких пород. Особенно эффективны алмазные долота при бурении крепких пород на больших глубинах; лопастные долота режуще-скалывающего действия для бурения мягких и пластичных пород роторным способом.

Буровое долото испытывает при работе значительные статические и динамические осевые нагрузки и действие переменного крутящего момента. Поэтому их конструкция должна быть рассчитана на экономически обоснованный срок службы, так как долото является инструментом одноразового использования. Восстановление долот экономически не оправдывается при современной технике их производства. Попытки создания долот со сменными рабочими органами до настоящего времени не дали положительных результатов.

5. Конструкция и особенности эксплуатации турбобуров

Турбобур представляет собой забойный гидравлический двигатель, снабженный осевой опорой, в котором гидравлическая энергия потока промывочной жидкости преобразуется в механическую работу вала, к которому прикрепляют породоразрушающий инструмент. Турбобур опускают в скважину на бурильной колонне, которая по мере углубления скважины наращивается с поверхности новыми бурильными трубами. В качестве гидравлического двигателя в турбобуре применяют многоступенчатую осевую турбину.