Технические устройства для бурения геологоразведочных скважин на суше

Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы. - М.: Недра, 1989.

Высоконапорный погружной насос

    Предназначен для откачки чистой, а также с примесью твердой Фазы жидкости из скважин глубиной до 1000 м а также из стволов шахт диаметром до 5м, пройденных бурением.
     Насос содержит поршневой гидродвигатель с клапанным распределением рабочей жидкости и поршневой насос, собранные в одном корпусе.
     Для откачки жидкости скважина оборудуется колонной подъемных труб, в которую на силовых трубах опускается погружной насос. Погружной насос может также опускаться в скважину на силовых трубах и герметизироваться на необходимой глубине пакером. В этом случае подъемные трубы не опускаются, а их роль выполняют стенки скважины.
     В качестве привода гидродвигателя погружного насоса используется наземный насос.
     Напор погружного насоса зависит от давления наземного насоса в соотношении 1/0,7.

Ударные механизмы РШ-73 и УМ-89

     Предназначены для ликвидации прихватов бурового снаряда в скважинах.
     Ударный механизм на бурильных трубах опускается в скважину и соединяется с прихваченною частью бурового снаряда ловильным инструментом.
     Под действием усилия растяжения, создаваемого талевой системой или гидравликой станка колонна бурильных труб растягивается на некоторую величину и накапливает статическую силу в виде энергии деформации.
     Включается буровой насос. Под давлением промывочной жидкости поршень ударного механизма опускается вниз и освобождает фиксатор бойка, который вместе с растянутой колонной бурильных труб получает возможность свободно перемещаться и за счет накопленной энергии деформации с высокой скоростью устремляется вверх. В крайнем положении боек наносит мощный удар по прихваченной части бурового снаряда.
     Конструкция механизма позволяет наносить серию повторных ударов.
     По сравнению с известными механизмами для ликвидации прихватов в скважинах, разработанное устройство имеет следующие преимущества:

• возможность регулирования ударной нагрузки в процессе ликвидации аварии;
• возможность включения в состав бурового снаряда. что повышает оперативность и результативность ликвидации аварии.

 Техническая характеристика

Эрлифтный насос

   Предназначен для создания внутрискважинной обратной промывки при перебуривании в глубоких скважинах зон поглощений.
     Эрлифтный насос длиной 150 м состоит из воздухоподающих труб КССК-76 диаметром 70 мм, связанных с колонковым набором, и водоподъемных труб диаметром 42мм, заканчивающихся смесителем, который опускается ниже уровня жидкости в скважине. Для увеличения проходного сечения водоподъемных труб их высаженные концы проточены. Сущность созданиям внутрискважинной обратной циркуляции при помощи эрлифтного насоса заключается в следующем:
     Насос устанавливается таким образом, чтобы излив водоподъемных труб находился выше уровня жидкости в скважине. Компрессором сжатый воздух подается по шлангу через сальник-вертлюг, ведущую трубу и бурильную колонну в воздухоподающие трубы эрлифтного насоса, располагаемые в зоне динамического уровня жидкости. В смесителе воздух смешивается с жидкостью, находящейся в трубах. При насыщении воздухом ее удельный вес снижается, и возникает перепад давления в сообщающихся каналах "труба-скважина". Вследствие этого смесь воздуха и жидкости поднимается по водоподъемной колонне вверх и изливается в пространство между бурильными трубами и стенками скважины выше уровня жидкости в скважине. При этом жидкость из скважины под действием гидростатического давления начинает перетекать внутрь колонковой трубы, омывая забой и породоразрушающий инструмент. При изливе водовоздушной смеси из водоподъемных труб воздух отделяется от воды и поднимается к устью скважины, а жидкость изливается в скважину.
     По сравнению с известными конструкциями разработанный насос имеет следующие преимущества:
     Спускоподъемные операции проводятся по обычной технологии стандартным буровым инструментом т.к. при свинчивании свечей внутренние (водоподъемные) трубы уплотняются резиновыми манжетами а наружные (воздухоподающие) замковой резьбой.
     Эрлифтный насос опускается в скважину на обычным бурильных трубах диаметром 50 мм.
     За счет использования обратной промывки значительно возрастает механическая скорость бурения.

Техническая характеристика эрлифтного насоса

Технология призабойной пульсирующей промывки скважин с помощью погружных пневматических насосов.

    Обеспечивает возможность промывки скважин имеющейся в ней жидкостью даже в том случае, когда наличие последней незначительно. Это позволит повысить эффективность бурения в проницаемых зонах (зоны кливажа горных выработок и другие проницаемые для очистного агента интервалы скважин). Технология обладает следующими преимуществами:

1. Экономична, так как нет необходимости доставки на объект работ промывочной жидкости;
2. Экологична, поскольку осуществляется естественным очистным агентом без специальных реагентов, практически весь спектр которых токсичен;
3. Не требует наличия в скважине большого количества жидкости.

Гидравлический сигнализатор внезапного падения уровня жидкости в скважине.

    Обеспечивает резкое падение давления жидкости в нагнетательной линии гидравлического контура скважины в момент падения уровня жидкости в ней (непрогнозируемое пересечение проницаемой зоны). Это дает возможность своевременно прекратить процесс бурения и извлечь буровой снаряд из скважины, упреждая возникновение аварии (завал бурового снаряда обрушившимися стенками скважины).

Инклинометр ИОШ-2

     Предназначен для оперативного контроля положения скважин, пробуренных в угольных шахтах. Особенностью прибора является то, что фиксация магнитной стрелки осуществляется с помощью толкателя, проходящего через полую ось подвески буссоли. Это позволяет фиксировать стрелку при любом угле наклона скважины.
     Инклинометр измеряет угол наклона и азимут скважины в одной точке. В его конструкции использованы некоторые узлы и детали от серийного инклинометра КИТ. Доставка инклинометра в скважину на бурильных трубах. Привод системы фиксации осуществляется путем давления промывочной жидкости на мембрану. Для использования в наклонных скважинах прибор дополнительно снабжается компенсатором давления.

Техническая характеристика

Ориентатор

     Предназначен для ориентирования отклонителей любого типа преимущественно в горизонтальных, восстающих и пологонаклонных скважинах, пробуренных в угольных шахтах.
     Перед подачей в скважину отклонитель устанавливается в нужном положении, а ориентатор так, чтобы выступ втулки находился внизу в апсидальной плоскости.
     После подачи в скважину включают насос и наблюдают за показаниями манометра. Если шарик, который постоянно находится в нижнем положении, не совпадает с выступом, поршень с сердечником смещают его вправо до упора в торец втулки (холостой ход), открывается окно ,и существенного изменения давления не происходит. В искомом положении шарик смещается на величину рабочего хода, упирается в выступ, окно не открывается, на манометре фиксируется резкое повышение давления.
     Поиск осуществляется циклами “включение насоса – выключение насоса – сброс давления – поворот бурового снаряда на небольшой угол”.
     Подвижные детали ориентатора изолированы от внешней среды сильфонами. Полость заполнена глицерином.

Техническая характеристика

Технология изоляции верхнего конца потайных обсадных колонн (ПОК).

   Обычная технология изоляции верхнего конца потайных обсадных колонн (ПОК) заливкой тампонажного раствора сверху в зазор между стенкой скважины и трубой не всегда надежна из–за трудностей подачи вязкого раствора в малый зазор и неравномерного и неполного вытеснения промывочной жидкости из зазора.
     Предложены два варианта изоляции верха ПОК, предусматривающие подачу смеси в зазор снизу вверх и применение герметиков или быстросхватывающихся тампонажных смесей.
     В обоих случаях верхняя труба соединяется с остальной частью колонны уширенным ниппелем, имеющим уступ. В трубе выполнены отверстия, перекрытые эластичной втулкой.
     В первом варианте на уступе ниппеля размещают легкоразрушаемую перемычку. В трубу на переходнике и удлинителе введен поршень с манжетой. Под поршнем размещают пластичный герметик, применяемый в строительстве для гидроизоляционных работ. После установки на забой создают осевую нагрузку, срезают шпильки, и герметик выдавливается в зазор.
     Во втором варианте на уступ ниппеля опускают любое тампонажное устройство, дополнительно снабженное в нижней части манжетами. Отверстия смесителя располагаются напротив отверстий в трубе. Применяется любая быстросхватывающаяся смесь, которая нагнетается в зазор.
     Предлагаемый способ позволит повысить надежность изоляции ПОК и расширить область их применения.

Отклонитель непрерывного действия с гидравлическим распором

    Предназначен для искусственного искривления скважин, пробуренных из выработок угольных шахт. Отличительной особенностью отклонителя является возможность снятия осевой нагрузки и расхаживания без потери ориентации, что особенно важно для восстающих скважин. Повышенная жесткость корпуса позволяет задавать и регулировать интенсивность искривления.

Техническая характеристика

Буровой инструмент и технология спуска обсадных колонн секциями.

    Необходимость в секционном спуске обсадных колонн возникает при бурении глубоких технических скважин агрегатами УВБ-600 или 1БА-15В, когда скважина выходит в зону горных работ и остается сухой в результате катастрофического поглощения жидкости. Это делает невозможным спуск обсадной колонны “на плаву”, в то время как вес колонны превышает грузоподъемность мачты.
     Состав работ по секционному спуску включает 1) спуск нижней секции на разъединителе и ее цементирование, 2) пробный (контрольный) спуск нижней части верхней секции на бурильных трубах, и установку разделительной пробки, 3) спуск верхней секции и цементирование секций, 4) стыковку секций, 5) спуск бурового снаряда для разбуривания пробки и разрушаемых частей внутри стыковочного узла.