Новые технологии в действии.
Практика работы Красноярской буровой компании показала, что повышение эффективности буровых работ возможно при существенном снижении времени сооружения геологоразведочных и технологических скважин.
Вместе с тем, получить существенный прирост скорости бурения, используя традиционные технологии, достаточно сложно. Только использование новых, нетрадиционных технологий позволяет получить увеличение производительности не на несколько процентов, а в несколько раз.
Один из ярких примеров решения традиционных технических задач при помощи применения новых технологических приемов является использование мощных пневмоударников в сочетании с газожидкостными системами очистки для сооружения водозаборных скважин большого диаметра и глубины.
Традиционные способы бурения скважин большого диаметра, в крепких породах, используют вращательный способ бурения роторными буровыми установками большой мощности. В качестве породоразрушающего инструмента используются, как правило, шарошечные долота.
Такая технология не позволяет получить высокой производительности, особенно, на начальном этапе бурения, когда глубина скважины мала, и нет возможности обеспечить высокую нагрузку на породоразрушающий инструмент. Бурение крепких пород, кроме малой производительности, сопровождается быстрым износом инструмента, что приводит к удорожанию сооружение таких скважин. Нередки случаи искривления и разработки ствола скважины на начальных интервалах, что затрудняет в дальнейшем спуск обсадных колонн и их закрепление.
Использование для сооружения таких скважин ударно-вращательного бурения позволяет успешно решать большинство обозначенных проблем.
Погружные пневмоударники в целом всегда обеспечивают более высокую производительность бурения, особенно в крепких породах, за счет более высокой механической скорости бурения. В скважинах большого диаметра увеличение производительности еще более заметно.
Породоразрушающий инструмент пневмоударных машин обеспечивает более длительный срок службы. Ресурс некоторых долот может достигать 14000 часов при работе в породах средней твердости.
Пневмоударные комплексы не требуют, для обеспечения высокой производительности, ни высоких частот вращения, ни больших осевых нагрузок, это позволяет использовать для бурения глубоких скважин большого диаметра сравнительно легкие установки средней мощности.
В результате использования минимальной осевой нагрузки отклонение и разработка ствола скважины крайне незначительны, снижению искривления способствует так же специальная форма породоразрушающего инструмента, в виде обратного конуса.
Использование мощных пневмоударных машин открывает реальные возможности сооружения технических, гидрогеологических и специальных скважин большого диаметра в чрезвычайно короткие сроки.
Для обеспечения успешной работы пневмоударного комплекса технологической группе ЗАО «Красноярская буровая компания» пришлось решить несколько технических и организационных задач.
Первое необходимое условие – наличие высокопроизводительного компрессора обеспечивающего давление не менее 25бар.
Давление воздуха является основной движущей силой в работе пневмоударной машины. Именно давление воздуха определяет энергию и частоту ударов. Высокая производительность компрессора обеспечивает поддержание необходимого давления на большой глубине, и вынос разрушенного шлама через кольцевое пространство.
Для обеспечения любых режимов работы пневмоударных машин в компании используется винтовой компрессор фирмы AtlasCopco XRXS 567, который обеспечивает давление воздуха не менее 30 бар при производительности 35 м3/мин.
Еще одной важной технологической задачей является удаление продуктов разрушение с глубины более 200м. При работе пневмоударника размер частиц шлама может достигать 5-7 мм и более. Количество шлама очень велико, так как диаметр скважины большой и забой разрушается полностью.
Вынести такое количество крупного шлама традиционным методом, восходящим потоком воздуха, с глубины более 100м практически невозможно. В задачи технологической группы входило обеспечение надежной очистки забоя при бурении на глубинах более 250м. Технологическая ситуация осложнялась наличием очень большого зазора между стенками скважины и колонной бурильных труб. Это приводило к снижению скорости воздушного потока и потере выносной способности.
Решение проблемы было найдено при содействии специалистов кафедры Технологии и техники разведки Института горного дела геологии и геотехнологий Сибирского Федерального университета. Для удаления большого количества шлама с большой глубины предложено было использовать газожидкостные смеси (ГЖС) или пены.
Пены, в качестве очистного агента, обладают рядом очень ценных свойств. Выносная способность газожидкостных смесей очень велика и не требует высоких скоростей восходящего потока. Это позволяет выносить крупные частицы шлама с очень большой глубины, в несколько сотен метров.
Пены, в отличие от жидкостей, не оказывают гидростатического давления на забой, и порода, не испытывающая сжатия, разрушается эффективнее. Поверхностно-активные вещества входящие в состав ГЖС дополнительно способствуют разрушению забоя.
Слой пены образует упругую амортизирующую среду, заполняющую все кольцевое пространство скважины. Это существенно снижает вибрации и ударные нагрузки, возникающие в бурильной колонне при работе пневмоударной машины. Газожидкостные смеси обладают хорошими смазывающими способностями, снижают трение о стенки скважины и износ бурового снаряда.
Еще одним важным достоинством является экологическая безопасность применения пенной очистки. ГЖС содержат минимум химических реагентов, в концентрациях совершенно безопасных для окружающей среды. Кроме того, пены легко разрушаются, не оставляя после использования никаких химических загрязнений.
Третьей важной задачей, решенной технологической группой, являлось создание высокоэффективного пеногенератора. Для её решения было сконструировано, а технической базой ЗАО «КБК» изготовлено и испытано, оригинальное устройство, обеспечивающее генерацию пены с производительностью до 35 м3/мин. Пеногенератор представляет собой автономный передвижной комплекс с электрическим приводом, легко подключаемый к буровым установкам любого типа. В конструкции пеногенератора кроме транспортной базы и емкости для раствора ПАВ имеются: дозировочный насос, для регулируемой подачи пенообразователя, узел пенообразователя, где происходит образование ГЖС, и узел смазки пневмоударника, используемый при работе на чистом воздухе без пены.
Благодаря такой конструкции, пеногенератор, путем несложных переключений, может обеспечивать, в процессе бурения одной скважины, промывку жидкостью, продувку воздухом, или работу с ГЖС любой концентрации.
Завершилось формирование технологического комплекса для бурения с пеной выбором наиболее оптимальной пневмоударной машины.
Технологической группой были проанализированы конструкции и технические характеристики ряда отечественных и импортных пневмоударных машин и возможность применения их совместно с имеющимся оборудованием и буровым снарядом.
В итоге были выбраны два пневмоударника фирмы Atlas Copco. Для бурения скважин диаметром до 152мм использовался пневмоударник COP 54, для бурения скважин диаметром до 311мм более мощный TD90.
Эксплуатация комплекса на нескольких объектах в течении лета 2010г показала правильность всех принятых решений.
Скорость бурения при проведении скважины диаметром 311мм в породах средней крепости и крепких достигала 16-18 м\ч. Исключая вспомогательные работы, скважина диаметром 311мм глубиной 200м была пройдена в течении 2-3 смен. Износ инструмента и расход материалов для приготовления промывочной жидкости были минимальны. Наиболее высокая производительность была получена в крепких скальных породах (известняках, сланцах, песчаниках).
В целом, можно сказать, что опыт применения пневмоударных машин большой мощности в сочетании с промывкой ГЖС оказался очень удачным.
