При бурении интервалов геологоразведочных скважин.

Применение забойных винтовых гидравлических двигателей

Геологоразведочное бурение (как и бурение эксплуатационных скважин на нефть, газ и воду) – это механическое вращательное бурение. Даже при применении ударных импульсов для разрушения породы на забое скважины, вращательное движение породоразрушающего инструмента является обязательным. Вращение в геологоразведочном бурении создается вращателем бурового станка и передается на ПРИ колонной бурильных труб. Вращение бурильной колонны является серьезной проблемой вращательного бурения: - значительные затраты мощности, пропорциональные глубине скважины и практически квадрату частоты вращения, износ и обрывы достаточно дорогих бурильных труб, возникновение вибрации при высоких оборотах, влияние на искривление оси скважины. Изначально буровики искали возможности обеспечить вращение ПРИ без вращения бурильной колонны, в двадцатые годы прошлого века в нашей стране был разработан работоспособный забойный двигатель – турбобур.Однако турбобур, будучи гидравлическим двигателем динамического действия, мог работать только на сравнительно высоких оборотах (600 – 800 об/мин.), что вызывало проблемы с износом шарошечных долот. Малогабаритные турбобуры пригодные для геологоразведочного бурения были изготовлены в восьмидесятые годы прошлого века в Китайской Народной Республике. Турбобур имел диаметр 52 мм., развивал 2600 об/мин. и мощность 7,2 кВт. и обеспечил бурение разведочных скважин глубиной до 880 м. с производительностью более высокой, чем обычное алмазное бурение. В нашей стране в те же годы турбобур для бурения разведочных скважин диаметром 76 мм. был изготовлен и успешно испытан энтузиастом этого дела В. Большаковым из Иркутского ПТИ. Однако дальнейшее развитие и внедрение бурения геологоразведочных скважин малогабаритными турбобурами не получило применения, по-видимому из-за дороговизны и сложности эксплуатации в геологоразведочных условиях.

В нефтяном бурении серьезный прорыв во внедрении бурения с забойными двигателями произошел при создании забойных гидравлических винтовых двигателей. Эти двигатели объемного действия, развивают умеренную частоту вращения (150 – 300 об/мин.) и большой крутящий момент и, в отличие от турбобуров, успешно работают с шарошечными долотами. Наряду с рабочими винтовыми гидравлическими двигатели, нефтяники разработали и малогабаритныевинтовые двигатели с диаметром корпуса 54 и 70 мм. для разбуривания парафиновых пробок внутри нефтеподъемных труб. Размеры этих двигателей идеально подходили для геологоразведочного бурения, где наиболее распространены диаметры скважин 59 и 76 мм. Однако оказалось, что при использовании обычных буровых насосов мощность, развиваемая этими двигателями, недостаточна для бурения на рациональных режимах. Так двигатель Д-54развивает максимальную мощность до5 кВт. и максимальную частоту вращения до 500 об/мин. при подаче жидкости с расходом 180 л/мин. и при перепаде давления на двигателе 4,0 МПа. Учитывая гидравлические сопротивления в циркуляционной системе скважины, такие параметры можно получить только при использовании самого мощного бурового насоса геологоразведочного бурения НБ 320/100 и при не очень большой глубине скважины. Расчет забойной мощности по формуле: Nзаб. = 10^-4·, где β = (μ + А·hоб) обобщенный коэффициент сопротивления для алмазного бурения β ≈ 0.4, Сос. = 10 кН, для Д=59 мм. r = 0,03, показывает:

5кВт= 10^-4·0,4·10⁴·0,03·n = 0,012·n, что мощности двигателя Д-54 достаточно лишь для бурения при Сос. = 10 кН, с частотой вращения до 250 об/мин. т.е. на пониженном режиме при максимально возможной гидравлической мощности насоса.

И расчеты и практика показали, что использовать забойные гидравлические двигатели для обычного геологоразведочного бурения не целесообразно и не рентабельно.

Однако, еще при начале турбинного бурения нефтяных скважин было отмечено, что отсутствие вращения бурильной колонны, создает отличные условия для направленного бурения! Над турбобуром или другим забойным двигателем устанавливается «кривой» переходник, колонна ориентируется в нужном направлении и далее вращается долото или коронка, а колонна с кривым переходником и корпусом забойного двигателя остаются неподвижны в заданном направлении, куда и отбуривается ствол скважины с заданной интенсивностью.

Именно такое применение и получили забойные гидравлические двигатели в геологоразведочном бурении – для отбуривания отдельных участков скважин в заданном направлении и с заданной интенсивностью при направленном или многозабойном бурении. Для этих целей бурение может вестись и на пониженных значениях параметров режима бурения – выигрыш в качестве за счет некоторого проигрыша в производительности.