Роторное бурение скважин большого диаметра с обратной промывкой

Роторное бурение скважин под воду большого диаметра с обратной промывкой получает с каждым годом все большее распространение. При этом способе бурения по внутреннему сечению колонны бурильных труб откачивают эрлифтом или центробежным насосом промывочную жидкость, которая поднимается со скоростью 1,5—3 м/с. Куски и частицы разбуренной породы отсасываются через отверстие в долоте и восходящим потоком быстро выносятся на поверхность. Ствол скважины непрерывно самотеком заполняется технической водой, вытекающей из большой емкости отстойника. Вода медленно движется к забою, не размывая стенок скважины. Этим способом рекомендуется бурить в мягких, рыхлых породах. Устойчивость стенок скважины в этом случае обеспечивается избыточным гидростатическим давлением столба жидкости в стволе, которое должно превышать пластовое не менее чем на 0,03 МПа.

Преимущества этого способа бурения: большая скорость бурения (продолжительность всего цикла сооружения скважин глубиной до 100 м составляет не более 3—5 сут); отсутствие необходимости применения глинистого раствора и значительное сокращение расхода обсадных труб; возможность сооружения скважин большого диаметра (до 1500 мм и более); возможность бурения на всю глубину скважины долотом одного диаметра; надежность отбора проб проходимых пород; увеличение дебита скважины и ее долговечности.

Недостатки: большое количество воды для бесперебойного бурения скважины, трудности бурения крепких прослоек.

Технология бурения скважин под воду с обратной промывкой в значительной степени отличается от вращательного бурения с прямой промывкой. Если при бурении с прямой промывкой главное влияние на производительность оказывает осевая нагрузка и частота вращения, а количество промывочной жидкости имеет важное, но подчиненное значение, то при бурении с обратной промывкой определяющую роль играет скорость восходящего потока, то есть производительность всасывающего насоса или эрлифтного водоподъемника. Это объясняется различием в разрушении пород. Если при роторном бурении лопастными долотами происходит резание и истирание породы, а шарошечными долотами — дробление и скалывание, то при бурении лопастными долотами с обратной промывкой скважин большого диаметра происходит только разрыхление породы. Таким образом, при роторном бурении скважины механическая скорость зависит в основном от скорости разрушения породы и ограничена прочностью инструмента. При бурении же с обратной промывкой механическая скорость ограничивается главным образом насыщенностью пульпы твердой фазой, в свою очередь, определяется производительностью водоподъемного устройства и размером выносимых частиц, зависящих от диаметра проходного сечения и скорости восходящего потока.

Проведенные исследования показали, что при глубине скважины до 5 м эрлифт не может обеспечить производительность, необходимую для достижения оптимальной скорости бурения при имеющемся весе инструмента, поэтому бурение в этом случае следует вести со значительной разгрузкой. Начиная с глубины 6 м производительность эрлифта возрастает втрое, что позволяет при проходке глин и валунно-галечниковых отложений использовать вес бурового инструмента. На глубинах 10 м при бурении в песках следует несколько снизить осевую нагрузку, а при бурении в супесях, суглинках, гравийно-галечниковых отложениях и глинах уменьшить количество промывочной жидкости.

В интервале от 10 до 100 м бурение в любых разрезах ведется с пониженным расходом промывочной жидкости. На глубине свыше 100 м при бурении в песках следует давать разгрузку 300—500 кг.

Снижение осевой нагрузки при бурении в песках на глубине до 10 м и после 100 м необходимо для предотвращения образования песчаных пробок в пульпопроводной магистрали.

При проходке валунно-галечниковых отложений количество откачиваемой пульпы (при D = 900 мм) должно быть не менее 100 л/мин, так как в противном случае из-за большого размера и веса выносимых частиц скорость восходящего потока будет недостаточна для производительного бурения.

В отдельных случаях можно с успехом использовать комбинированный способ бурения скважин под воду. Последний применяют для вскрытия напорного и слабонапорного водоносных горизонтов. В этом случае бурение до водоносного горизонта ведется роторным способом, а вскрытие водоносного пласта осуществляется ударно-канатным способом.