1.1 Опис технологічного процесу буріння
Буреніе- процес утворення гірничої виробки переважно круглого перетину шляхом руйнування гірських порід переважно буровим інструментом (рідше термічним, гідроерозіонним, вибуховим і іншими способами) з видаленням продуктів руйнування.
При бурінні руйнування ведеться по всій площі вибою (бескерновим буріння), рідше тільки по кільцевому простору для вилучення керна (Колонкове буріння). Діаметри пробурюють виробок складають десятки міліметрів (шпури), сотні міліметрів (свердловини), тисячі міліметрів (стовбури шахтні). Глибина буріння визначається областю його застосування і становить кілька метрів (в основному шпури), десятки метрів (свердловини для розміщення вибухових речовин, закріплення гірських порід цементуванням, заморожуванням та ін.), Сотні і тисячі метрів (свердловини - розвідувальні на воду, нафту і газ , експлуатаційні та ін.). Процес спорудження глибоких свердловин включає також кріплення стінок стовбура обсадними трубами з закачуванням цементного розчину в кільцевий зазор між трубами і стінками.
Буріння глибоких свердловин здійснюють буровими установками, вибухових - буровими верстатами, шахтних стволів - стволопрохідницьких агрегатами, шпурів - бурильними молотками, свердлами та ін. Технічні засоби буріння включають також буровий насос або компресор для подачі бурового розчину і газу, бурильні труби, бурову вишку з талевої системою, породоразрушающий інструмент, обладнання для приготування промивальної рідини, її очищення від шламу і дегазації, противикидне обладнання і контрольно-вимірювальну апаратуру. Буріння проводиться в основному механічним способом: буровий інструмент безпосередньо впливає на гірські породи, руйнуючи їх (див. Бурове долото, бурова коронка); при бурінні вибухових свердловин в кварцсодержащих гірських порід застосовують термічне буріння (струменем полум'я). Механічні способи буріння за методом впливу інструмента на вибій поділяють на обертальне буріння, ударне буріння, ударно-поворотне і обертально-ударне буріння. За типом бурової машини, буріння різниться на - перфораторное буріння, пневмоударное буріння, Гідроударний буріння, роторне буріння, турбінне буріння. У даній роботі, буде розглянуто турбінне буріння.
Турбінне буріння - спосіб обертального буріння з застосуванням в якості робочого органу турбобура. Ведеться трехшарошечние, алмазними і безопорними долотами з композиційних надтвердих матеріалів на глибині до 2500-3000 м з частотою обертання долота 300-400 об / хв, а в більш глибоких свердловинах - 200-250 об / хв. Залежно від умов буріння застосовуються турбобури з різними характеристиками і конструктивними особливостями. Наприклад, при бурінні з промиванням свердловин водою використовують турбобури з підвищеними витратами рідини. У твердих і міцних породах турбінне буріння здійснюється із застосуванням пристроїв для придушення вібрації долота, що збільшує його стійкість. У породах м'якою і середньої міцності застосовуються турбобури з великим запасом крутного моменту, ніж при бурінні міцних порід.
Кущова буріння - спорудження групи похилих свердловин з загального підстави обмеженій площі, на якому розміщуються бурова установка і гирлове обладнання. При кущовий бурінні продуктивні горизонти розкриваються похило-спрямованими свердловинами в заданих точках (Рис. 1.1). Кущова буріння іноді виявляється найбільш економічно доцільним інженерним рішенням - при розробці нафтових і газових родовищ, розташованих в акваторії морів, сильно заболоченій місцевості або в місцевості зі складним рельєфом поверхні. У цих випадках кущова буріння дає значну економію на спорудженні штучних підстав і вишкомонтажних роботах. Кустованіе усть свердловин скорочує витрати на обладнання промислу, спрощує автоматизацію процесів видобутку і обслуговування. На практиці кількість свердловин одного куща не перевищує 20, хоча відомо, що в Каліфорнійській затоці 68 свердловин було пробурено з насипного острова розміром 60'60 м. Збільшення витрат і витрат матеріалів, викликане подовженням стовбура похило-спрямованої свердловини, і зниження швидкості буріння - недоліки кустарного буріння.
Мал. 1.1 - Схема кущового буріння
Турбобур - забійний гідравлічний двигун, вал якого обертає гідравлічна турбіна, яка отримує енергію від потоку, що нагнітається в свердловину промивної рідини. Використовується для буріння глибоких свердловин переважно на нафту і газ. На першому етапі (1924-34) застосовувався турбобур, винайдений в CCCP в 1922. У цьому турбобура високооборотна одноступенева турбіна передавала обертання долота через планетарний, заповнений маслом редуктор. З 1938 в промисловості використовується безредукторний турбобур потужністю 100 кВт і більше на базі з багатоступеневою турбіною, вал якої безпосередньо обертає долото (винайдений П. П. Шуміловим, Р. А. Іоаннесяном, Е. І. Тагієвим, М. Т. Гусманія). Принципова відмінність багатоступінчастого турбобура полягає в тому, що це забойная машина відкритого типу, вал якої обертається в радіальних і осьових гумово підшипниках, змащуваних і охолоджуваних циркулюючої промивної рідиною. Загальний перепад тисків диференціюється за ступенями турбіни турбобура, а момент на валу визначається сумою моментів, що розвиваються кожною сходинкою. Турбіни виконують суцільнолитими, загальне число ступенів турбіни в секції досягає 120, робочі діаметри для буріння глибоких і надглибоких свердловин - 164, 172, 195, 215, 240, 280 мм, робоча частота обертання валу 250-600 об / хв. З 1950 для зниження числа оборотів, збільшення крутного моменту на валу і ефективності шарошечні доліт застосовують багатосекційні турбобури, в яких послідовно з'єднуються 3, а іноді до 6 турбін турбобура.
У даній роботі був обраний турбобур ТПР-105. Турбобур призначений для розбурювання цементних стаканів, мос-тов і технологічних пробок при капітальному ремонті свердловин і для буріння глибоких свердловин діаметром 118-140 мм з використанням в якості робочої промивної рідини води, бурового розчину або нафти щільністю не більше 1,3-10 3 кг / м 3 при забійній температурі не більше 300 ° С.
Схема турбобура приведена на малюнку нижче (рис.1.2.).
Мал. 1.2 - Турбобур ТПР-105
Технічні характеристики турбобура ТПР-105 наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Технічні характеристики турбобура ТПР-105