Лопастные долота

Двухлопастные долота 2Л (рис. 1) применяются для бурения мягких и вязких пород с пропластками пород средней твердости. Долота диаметром 97, 140, 151 и 161 мм выпускаются с замковой резьбой по ГОСТ 5286—75. Долота диаметром 76, 93, 112, 118 и 132 мм применяются для бурения геологоразведочных скважин, они имеют присоединительную резьбу по ГОСТ 7918—75.

Более широко применяются трехлопастные долота, выпускаемые с обычной промывкой ЗЛ и с гидромониторной промывкой ЗЛГ (рис2). Индекс Г относится к долотам с гидромониторной промывкой.

Долота снабжаются сменными гидромониторными насадками с размером сопел 10—16 мм. Насадки крепят к корпусу долота, что позволяет производить замену насадок на буровой.

Трехлопастиые долота обеспечивают более высокие проходки за рейс, чем двухлопастные. Передние и боковые грани лопастей армируются пластичными и зерновыми металлокерамическими пластинами твердым сплавом.

Долото З-ЗЛГ-269 разработано АЗИНМАШ и выпускается Бакинским машиностроительным заводом «Большевик», оно обеспечивает большие проходки за рейс, чем долота типа ЗЛ и ЗЛГ. Боковые грани этого долота армированы зубками твердого сплава, а не пластинками, которые часто выпадают.

Такая армировка улучшает калибровку стенок скважины и уменьшает износ долота по внешнему размеру. Пластинки из твердого сплава на передней грани лопасти располагаются в профрезерованных пазах, что также позволяет избежать их выпадения.

Режущеистирающие долота ИР и ИРГ предназначены для бурения мягких и средних по твердости пород с пропластками твердых и абразивных пород. Долота этого типа выпускаются с гидромониторными насадками и с обычной промывкой.

Шестелопастные долота ИР и ИРГ (рис. 3) армируются зубками твердого сплава ВК-8. Три лопасти являются рабочими, а три укороченных в основном выполняют роль калибратора диаметра скважины.

Рис 1

В мягких породах долото работает тремя рабочими лопастями в режиме резания и скалывания породы. Наличие заднего угла скоса лопастей и расположение зубков твердого сплава на разной высоте обеспечивает высокие удельные давления на породу.

В твердых породах долото работает в режиме истирания и резания породы. По мере износа переднего ряда зубков твердого сплава в работу поочередно вступают второй и третий ряды. Сработка периферийных зубков на рабочих лопастях позволяет ввести в работу укороченные лопасти.

Долото 2ИР-190С применяется в мягких, вязких и малоабразивных породах средней твердости. Режущие кромки расположены под углом 45° к оси долота, грани лопастей скошены под углом 30°. Армировка торцов лопастей осуществлена зубками твердого сплава ВК-8 и релитом. Долото с гидромониторными насадками имеет шифр 2ИРГ. В породах средней твердости и перемежающихся с твердыми породами могут применяться долота типа СТ. Они отличаются от 2ИР-С и 2ИРГ-С более усиленной армировкой рабочих органов твердым сплавом.

Трехлопастное гидромониторное долото типа ЗИРГ 296МС (рис. 2) предназначено для бурения мягких и средних по твердости пород с пропластками твердых и абразивных пород. Армировка лопастей выполнена твердосплавными штырями.

Долота ступенчатые гидромониторные, трехлопастные, истирающее-режущего и скалывающего типа ДСГЗЛИР и ДСГЗЛР применяются в тех же условиях, что и долота ИРГ и ЗЛГ. Хорошие результаты бурения этими долотами получены в породах средней твердости, часто перемежающихся с пластичными и абразивными породами. Долота отличаются в основном количеством лопастей и схемой армирования их твердым сплавом. Армирование лопастей долот осуществляют зубками твердого сплава ВК-8 и зернистым твердым сплавом ТЗ-4.

Рис. 2 Долота ЗЛ и ЗЛГ

Завод «Большевик» выпускает долота истирающее-режущего типа Д2СГЗЛИР-243 (двухступенчатое, трехлопастное), Д4СГЗЛИР-269 (четырехступенчатое, гидромониторное, трехлопастное) и ДЗСГЗЛИР394 (трехступенчатое, гидромониторное, трех лопастное).

Трехлопастные, двухступенчатые, гидромониторные долота режуще-скалывающего типа ДСГЗЛИР выпускаются диаметром 243 и 394 мм. Эти долота отличаются от долот Д2СГЗЛИР тем, что задний угол лопастей увеличен до 75°. Армировка передних граней лопастей осуществлена пластинками твердого сплава так, что поверхность забоя имеет гребенчатую форму; калибрующие поверхности лопастей армированы зубками твердого сплава ВК-8В.

Долота эллиптические ЗДЭГ-1-190 и ЗДЭ-190 применяются для бурения мягких и средней твердости пород; они имеют цельнокованый корпус с двумя лопастями. Армирование лопастей выполнено пластинками твердого сплава и трубчато-зернистым сплавом релит. Профиль долота выполнен по линии равного износа, что обеспечивает более полную отработку долота и увеличивает ресурс его работы.

Трест Востокбурвод изготавливает и широко применяет лопастные долота ступенчатой конструкции со сменными рабочими лопастями (рис. 3). Долото этой конструкции хорошо зарекомендовало себя при бурении мягких пластичных и малоабразивных пород. Оно имеет корпус с забурником и три сменные лопасти гребенчатой формы, армированные твердым сплавом релит, и др.

Рис. 3 Шестилопастные долота

Профиль лопастей выполнен так, что их скос к оси долота увеличивается от периферии к центру. Это позволяет получить профиль, близкий к профилю его износа.

Наклон лопастей создает благоприятные условия для интенсивного удаления шлама с забоя скважины, повышает скорость бурения и проходку на долото. Долото может быть использовано для бурения скважин диаметром 190 и 243 мм, что достигается сменой лопастей, в то время как корпус остается тем же.

Долото ЗДР1-132М характеризуется тем, что лопасть имеет угол наклона к поверхности забоя 75°, в торцовой части лопасти сделаны пазы для увеличения удельных нагрузок. Лопасти армированы пластинками твердого сплава ВК-6. Два промывочных отверстия служат для подачи бурового раствора или воды к лопастям долота. Долото разработано СКВ НПО «Геотехника» Министерства геологии СССР и изготовляется Щигровским заводом геологоразведочного оборудования. СКВ НПО «Геотехника» созданы долота 6ДР-132МС диаметром 132 мм. Это долото армировано зубками твердого сплава ВК-8 и является долотом истирающе-режущего типа, оно применяется для бурения пород II—IV категорий по буримости с содержанием валунов и гальки, а также в многолетнемерзлых породах. Отличительной особенностью долота является расположение лопастей по винтовой линии, что увеличивает скорость бурения.

Рис. 4

Отечественный и зарубежный опыты подтверждают применение лопастных долот с прерывистым и ступенчатым расположением лопастей. При этом достигается более эффективное разрушение горных пород на забое скважины и снижение моментоемкости долота.

Рис. 5 Долото ДЗСГЗЛИР - 394 Рис. 6 трехступенчатое долото

треста востокобурвод

Высокая моментоемкость лопастных долот является основным сдерживающим фактором их широкого внедрения в производство буровых работ на воду.

В Казахском гидрогеологическом управлении используются гидромониторные долота со сменными лопастями ДСЛ. Комплект лопастей позволяет бурить скважины диаметром 119, 126, 146, 151, 190 и 243 мм. Лопасти вставляются в пазы корпуса и закрепляются штифтами. Внутренний диаметр насадок применительно к насосам 11Гр и 9МГр составляет соответственно 8 и 10 мм.

При использовании комплекта бурильных труб геологоразведочного стандарта могут применяться пикобуры. Широкое применение в породах III—V категорий (ЕНВ Мингео СССР, 1964 г. ) получили пикобуры В. П. Новикова и П. М. Воронова. Лопасти пикобуров армированы резцами твердого сплава типа ВК-8.

Пикообразные долота типа ГИД, ПР и ПКО предназначены для расширения (проработки) ствола скважины, а также для отвода металлических предметов, оставшихся на забое.

Пикообразные долота типа ПЦ применяются для разбуривания цементного камня во избежание повреждения обсадных колонн боковые грани лопастей долота укрепляются твердым сплавом. Шнековые забурники применяются для забуривания скважин в необводненных и мерзлых породах I—IV категорий по буримости.

Лопастные шнеки позволяют забуривать скважины рейсами при помощи установок УРБ-ЗАМ и 1БА-15В на глубину до 8—12 м диаметром 250—1200 мм. В пробуренный ствол устанавливается кондуктор (направление).

Рис. 7 Рис. 8

Лопастные забурники весьма экономичны и производительны, так как не требуется глинистого раствора, а скорости шнекового бурения превышают скорости бурения шарошечными или лопастными долотами большого диаметра при ограниченной интенсивности промывки скважин.

Шнековые забурники отличаются по количеству витков спирали шнека, форме и вооружению лопастного долота.

Особенности эксплуатации шнековых забурников заключаются в том, что порода, срезаемая на забое скважины, подается на лопасть шнека на 0, 5-1, 5 витка, а затем накапливается над лопастью шнека, подпираемая движущейся с забоя породой. После заглубления рейсового шнека на величину заходки 0, 6— 0, 9 м производят его подъем с породой на поверхность и сброс породы. Применительно к установке УРБ-ЗАМ частота вращения шнека в процессе бурения должна соответствовать первой частоте вращения ротора— 109 об/мин, а при сбросе породы со шнека третьей частоте—313 об/мин.

Глубину бурения скважин рейсовыми шнеками определяют в основном двумя факторами: устойчивостью буримых пород, длиной рабочей бурильной трубы. Практические результаты бурения рейсовыми шнековыми забурниками свидетельствуют, что в породах (глинах, суглинках, песках могут быть и валуны размером 100—150 мм) скважины глубиной 8—12 м и диаметром 600—1200 мм проходят - за 40—50 мин, а в мерзлых грунтах за 1, 5—2 ч.

Неметаллические обсадные трубы

Глубины скважин на воду по сравнению с глубинами нефтяных и газовых скважин невелики и нагрузки, действующие на колонны обсадных труб, незначительны, что позволяет использовать трубы из менее прочных материалов, чем сталь.

Рис. 15

Рис. 16 Рис. 17

Во многих водохозяйственных организациях с успехом освоены и используются для крепления скважин асбоцементные трубы.

Эти трубы рекомендуется применять для крепления скважин на глубину до 350—400 м главным образом при вращательном способе бурения.

Преимущество асбоцементных труб по сравнению со стальными заключается в том, что они значительно легче металлических, не подвержены действию коррозии и отложений минеральных солей, а также хорошо схватываются с цементом при затрубном цементировании колонны. По сравнению со стальными обсадными трубами асбоцементные при бурении скважин на воду дают экономию металла около 50—60 кг на 1 м скважины и снижают ее стоимость на 60—65%. Недостатком асбоцементных труб является их хрупкость и довольно низкие прочностные показатели. При использовании таких труб усложняются монтажнодемонтажные работы и возникают трудности при транспортировке.

Асбоцементные трубы изготовляются из хризотилового асбеста (15%) и цемента (85%).

Прочность труб зависит от длины волокон асбеста и состава цемента.

Асбоцементные трубы характеризуются следующими показателями:

Пределы прочности, кгс/см²:

при сжатии 150

при растяжении155

Средняя плотность, г/см³ 2, 5

Для крепления скважин можно использовать трубы, рассчитанные на давление не ниже 6 кгс/см², т. е. трубы типов ВТ6, ВТ9 и ВТ12 (рис. VIII. 17). Трубы ВТ6 применяют до глубин 30-40 м.

Асбоцементные трубы соединяются между собой с помощью муфт. Муфты могут быть из асбоцемента, пластмассы и стали.

Предпочтение следует отдать стальным муфтам, так как они при прочих равных условиях имеют меньший наружный диаметр и, следовательно, могут быть использованы в скважинах меньшего диаметра. Соединение труб с муфтой может быть резьбовое и на заклепках.

Разработан способ соединения труб с помощью асбоцементных муфт на ленточной резьбе. Герметичность обеспечивается применением битумной смазки. Такие колонны спускают на глубину до 200 м.

Получила применение конструкция соединения асбоцементных труб с помощью фанерных муфт с использованием резиновых прокладок, предложенная В. М. Гаврилко. Колонну спускают на бурильных трубах с нижней поддержкой. Могут быть применены муфты из отрезков стальных труб на винтах-нагелях диаметром 12—14 мм, завинчивающихся отверткой.

В настоящее время в связи с бурным ростом химической индустрии в качестве обсадных колонн начинают применять трубы из полимеров.

С точки зрения молекулярного строения полимеры образуют веществ, состоящих из очень больших цепных линейных или разветвленных молекул. Основной особенностью полимеров, отличающей их от низкомолекулярных соединений, являются большие величины молекулярных весов, а также наличие кристаллической и аморфной фаз. Продольные размеры молекул полимеров гораздо больше их поперечных размеров, что обеспечивает их гибкость.

К эксплуатационным преимуществам труб из полимеров относятся: устойчивость против коррозии и хорошие санитарно гигиенические качества; гидравлическая гладкость, обеспечивающая повышенную пропускную способность и меньшие потери напора; стойкость в отношении зарастания внутреннего сечения различного рода отложениями, что обеспечивает относительное постоянство пропускной способности труб; большая стойкость к гидравлическим ударам из за низкого значения модуля упругости материала; низкие диэлектрические свойства и отсутствие электрохимической коррозии.

Устойчивость против коррозии — один из основных факторов, определяющих возможность применения труб из различных материалов в качестве обсадных колонн. Анализ данных, полученных в результате многолетней эксплуатации скважин на воду, показывает, что под воздействием различных внешних условий обсадные колонны быстро выходят из строя. В отдельных районах (с особо агрессивными водами) наблюдается катастрофический (менее чем за год) износ обсадных труб. Основными причинами коррозии материала обсадных труб являются: агрессивность и газонасыщенность вод, химический состав вмещающих пород, температурные воздействия электрохимическая коррозия и ряд других факторов.

В результате этого воздействия стальные обсадные колонны во многих районах в течение всего лишь нескольких лет приходят почти в полную негодность и скважины подлежат ликвидации во избежание смешания вод различных горизонтов и ввиду невозможности их нормальной эксплуатации. При этом затрачиваются значительные средства на сооружение новых скважин.

Из многих видов полимерных труб, выпускаемых отечественной промышленностью, наиболее применимы в качестве обсадных колонн трубы из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, винипласта и стеклопластиков.

Полиэтилен — высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Полиэтилен, полученный при высоком давлении, называется полиэтиленом низкой плотности (ПНП), а полиэтилен, полученный при низком давлении, — полиэтиленом высокой плотности (ПВП). ПВП—материал более прочный, твердый, термостойкий и менее эластичный, чем ПНП, так как содержание аморфной фазы в ПНП при температуре 20° С достигает 35—40%, а в ПВП— 10—20%. Благодаря наличию аморфной фазы полиэтилен сочетает в себе прочность и твердость с эластичностью как при обычных температурах, так и на морозе.

ПВП имеет плотность 0, 94—0, 96 г/см^а, предел текучести при растяжений 200—250 кгс/см² относительное удлинение при разрыве 200—900%, твердость по Шору —100, коэффициент линейного расширения на 1° С (в интервале температур от 0 до 50° С)—, 0, 0001.

Свойства полиэтилена ухудшаются под влиянием старения. Решающим фактором старения полиэтилена в атмосферных условиях является солнечная радиация, которая повышает его жесткость и хрупкость. При отсутствии прямого солнечного излучения и при обычной температуре заметных изменений свойств полиэтилена не происходит. Полиэтиленовые трубы гигиеничны и легко поддаются различным видам механической обработки.

Трубы из полиэтилена высокой плотности диамётром до 40 мм включительно и, из полиэтилена низкой плотности диаметром до 63 мм включительно длиной 6, 8, 10 и 12 м могут изготавливаться в бухтах.

Освоенные отечественной промышленностью трубы из полипропилена выгодно отличаются от полиэтиленовых. Достаточно сказать, что при меньшем удельном весе предел прочности полипропилена на растяжение почти в 2 раза выше, чем полиэтилена.

Полипропилен — продукт полимеризации пропилена, являющийся отходом нефтеперерабатывающей промышленности:

Плотность, г/см³ 0, 90—0, 91

Предел прочности, кгс/см² 240—300

Относительное удлинение при разрыве, % 300—500

В практике водохозяйственного строительства применяются и трубы из винипласта (ПВХ), сырьем для которых служит поливинилхлоридная смола, получаемая полимеризацией хлористого винила.

Основные физико-механические свойства винипласта при температуре 20° С:

Плотность, г/см³ 1, 38—1, 43

Твердость по Шору 200

Относительное удлинение при разрыве % 20

Предел прочности, кгс/см²:

при растяжении. . . 600

при статическом изгибе 900

при сжатии 800

Коэффициент линейного расширения 0, 00007

Предел текучести, кгс/см² 500 Морозостойкость, С 10

Несмотря на ряд перечисленных выше положительных качеств, трубам из полимерных материалов свойственны и недостатки, Которые необходимо, учитывать при производстве работ. Так, механическая прочность труб из полимерных материалов невелика и постепенно снижается с увеличением нагрузки. Кроме того, трубы из полимерных материалов подвержены старению и ползучести. Особенно характерно это для полиэтиленовых труб, ползучесть которых начинает проявляться уже при температуре порядка 20° С.

Резкое снижение механической прочности полиэтиленовых труб при их надрезе вызывает необходимость изменения отдельных технологических операций при проведении монтажно-демонтажных работ и разработки ряда приспособлений, обеспечивающих сохранность труб.

Коэффициент линейного расширения полимерных труб во много раз больше, чем стальных, что необходимо учитывать во избежание возможных чрезмерных деформаций.

Сравнительно невысокая механическая прочность полимерных труб, их овальность, разностенность, резкое ослабление прочности трубы при надрезе и текучесть материала исключают применение резьбового соединения при спуске обсадных колони из полимерных труб толщиной менее 10 мм. При использовании толстостенных термопластных труб (б > 10 мм) может быть рекомендовано резьбовое соединение типа труба в трубу. Согласно исследованиям Г. М. Гульянца и С. М. Лермана, целесообразно применение ленточной резьбы прямоугольного профиля с шагом 8—10 мм и высотой витков не менее 2—2, 5 мм. По данным Главспецпромстроя Минмонтажспецстроя СССР, успешно использовалась и коническая резьба.

Более целесообразным при соединении полимерных труб в обсадную колонну является метод сварки встык.

Под сваркой полимерных материалов понимают такой способ соединения, при котором одно полимерное тело непосредственно переходит в другое. Зона контакта при этом не характеризуется границей раздела, а механическая прочность и другие физико-химические свойства материала в месте соединения близки к свойствам свариваемых материалов.

Сварка термопластных труб основана на предварительном оплавлении соединяемых поверхностей с последующим сопряжением их под давлением. При этом происходит диффузия макромолекул из одного слоя в другой, что обеспечивает прочную связь сопрягаемых торцов. Сварка должна происходить в определенном диапазоне температур: выше температуры размягчения и ниже температуры разложения материала.

Контактная сварка встык состоит в том, что соединяемые торцы труб прижимаются к нагретой поверхности элемента и доводятся до вязкотекучего состояния, после чего нагреватель удаляют, а размягченные торцы под давлением соединяют друг с другом и охлаждают. Сварку встык целесообразно применять для соединения труб диаметрами от 50 до 250 мм с толщиной стенки более 6 мм. Этот тип сварки является наиболее технологичным, так как при этом можно использовать нагревательный инструмент одного размера для сварки труб различных диаметров. Однако указанный способ сварки требует тщательной центровки свариваемых концов труб, так как термопластные трубы в большинстве случаев отличаются разностенностью и овальностью. При сварке враструб осуществляется самоцентровка свариваемых труб, однако в этом случае технология сварки труб (особенно труб больших диаметров) более сложна; кроме того, для сварки такого типа необходим набор нагревательных инструментов для различных диаметров труб.

Высокое качество шва может быть получено лишь при соблюдении правильного технологического режима, точного совмещения торцов соединяемых труб и предварительной их подготовке под сварку.

Предварительная обработка кромок труб заключается в их торцовке и зачистке, что обеспечивает снятие окисленной пленки и плотное прилегание сопрягаемых поверхностей. Между свариваемыми торцами при их соприкосновении не должно быть видимого зазора, так как в противном случае поверхность торцов будет оплавляться неравномерно, что может привести к непроварам и трещинам в сварном стыке. Смещение кромок труб не должно превышать 10% толщины стенок; этого достигают вращением одной из них в центрирующем приспособлении или прокладками. Для лучшего качества сварки торцы труб должны быть обезжирены ацетоном, так как наличие масел, нефтепродуктов и других веществ может вызвать растрескивание шва в период эксплуатации.

Наиболее рациональная температура для сварки труб из ПВП 200—220° С, более низкая температура вызывает необходимость увеличения времени плавления торцов, а более Высокая приводит к образованию чрезмерно большого валика на месте стыка. Рациональная продолжительность нагревания и оплавления торцов определяется опытным путем.

После окончания оплавления, что визуально можно установить по образованию равномерного валика высотой 1—2 мм, торцы труб отрывают от нагревателя, последний удаляют и оплавленные торцы труб прижимают друг к другу. Величина давления при оплавлении торцов не оказывает столь решающего влияния на прочность шва, как температурный режим. Давление торцов труб на нагревательный инструмент должно быть в пределах от 0, 75 до 1 кгс/см² площади сечения, что обеспечивает быстрое снятие неровностей на торцовых поверхностях.

При соединении оплавленных труб давление в месте контакта должно быть не менее 1, 5—1, 0 кгс/см², при этом из шва вытесняются пузырьки воздуха, что обеспечивает хорошее качество сварки. Свариваемые трубы должны выдерживаться под этим давлением не менее 3 мин.

Повышение давления приводит к выдавливанию значительного количества расплавленного материала и ухудшает качество шва.

Промежуток времени между снятием оплавленных торцов с нагревательного инструмента и их сжатием должен быть минимальным, так как в противной случае прочность шва резко снижается вследствие быстрого охлаждения свариваемых поверхностей. Охлаждение сварного шва— естественное.

На открытом воздухе трубы можно сваривать при отсутствии атмосферных осадков и температуре не ниже 5° С. При отрицательной температуре воздуха необходимо место работы утеплять.

Сварка труб из полипропилена имеет некоторые особенности, связанные с тем, что вязкость расплавленного полипропилена ниже, чем вязкость полиэтилена, и с повышением температуры падает более резко. Поэтому несмотря на более высокую температуру плавления полипропилена для его сварки не нужна более высокая температура.

При сварке полипропиленовых труб давление прижатия торцов труб к нагревательному инструменту не должно превышать 0, 75 кгс/см², а оплавленных торцов труб друг к другу— 1, 5 кгс/см², так как при большем давлении менее вязкий расплав полипропилена выжимается наружу. При сварке полипропиленовых труб с толщиной стенки более 8 мм получаются хрупкие швы. Во избежание этого концы труб следует предварительно нагреть до температуры 150—160° С. Шов хорошего качества получается при температуре нагревательного инструмента 200° С и менее, но при соответственном увеличении времени нагрева.

Для обеспечения качественной сварки следует применять специальные нагревательные инструменты. Кроме того, важную роль играют центрирующие и торцующие приспособления.

На рис. 18 представлен общий вид установки для сварки полимерных труб.

Рис. 18

Нагревательные приборы представляют собой Диски, состоящие из двух половин с проточенными внутри кольцевыми пазами, в которые помещена нихромовая электроспираль в керамических изоляторах.

Следует учесть, что с момента нагрева диска температура на его поверхности быстро возрастает до 290—305° С, и только после этого срабатывает биметаллический терморегулятор, настроенный на поддержание температуры диска 210° С.

Это объясняется тем, что температура воздуха, окружающего биметаллическую пластину терморегулятора, возрастает медленнее, чем температура диска, и достигает 210° С в тот момент, когда на поверхности диска температура значительно выше (290—305°). Поэтому сварку труб необходимо начинать после стабилизации температуры диска на уровне 210° С, т. е. через 40—50 мин с момента включения.

В процессе работы необходимо периодически (после каждой сварки) удалять налипающий расплав с помощью алюминиевого скребка. Кроме того, целесообразно обработать поверхность диска специальными составами, что уменьшает налипание расплава. Рекомендуется периодически проверять нагревательный прибор, определяя температуру на поверхности диска и точность ее поддержания терморегулятором. Качество сварных стыков контролируют прежде всего внешним осмотром.

В последнее время за рубежом все более широкое распространение получает сварка трением. При этом качество шва зависит от выбора правильного технологического режима сварки, определяемого скоростью вращения, прилагаемой нагрузкой и временем. При больших частотах вращения и давления скорость образования расплава увеличивается, при этом расплав отбрасывается с внутренней стороны торца трубы на внешний. При получении расплава в околошовной зоне давление увеличивают, после чего вращающуюся трубу мгновенно останавливают и шов под давлением охлаждается.

Рис. 19

Согласно проведенным исследованиям, при сварке полиэтиленовых труб окружная скорость должна быть в пределах 3 м/с, что обеспечивается вращателем бурового станка. Более высокие скорости вращения приводят к интенсивной деструкции материала, повышению вибрации и нарушению центровки контактируемых поверхностей. При скоростях вращения меньше рекомендуемых требуемая температура нагрева не достигается и происходит шлифование материала. Вследствие теплопроводности термопластов зона сварки приобретает температуру, при которой макромолекулы диффундируют из одного пограничного слоя в другой. Поэтому достаточно обеспечить соосное вращение одной трубы относительно другой при соответствующей осевой нагрузке, чтобы в течение нескольких секунд концы труб нагрелись до вязкотекучего состояния, затем вращение прекращают и под действием осевой нагрузки происходит процесс сварки.

Опытными данными установлено, что давление, при сварке трением должно зависеть от типа и марки термопласта (в пределах 1—15 кгс/см^а), причем по мере размягчения поверхности оно должно возрастать, оставаясь постоянным в процессе охлаждения. В момент остановки вращения трубы осевую нагрузку увеличивают до 50 кгс/см². Следует избегать чрезмерного выдавливания расплавленного материала. Учитывая линейную зависимость, существующую между усилием прижатия и скоростью вращения, можно их менять в определенных пределах.

Трубы из стеклопластиков имеют механическую прочность, близкую к прочности стали, причем последняя зависит от направления укладки волокон и резко в (15—20 раз) меняется в продольном и поперечном направлениях.

Основные свойства стеклопластиков следующие:

Содержание стекловолокна, % 60—75

Плотность, г/см² 1, 4

Прочность, кгс/см²:

па растяжение. . 450—700

Прочность, кгс/см²:

на изгиб 700—1200

на сжатие 600—900

Модуль упругости при изгибе, кгс/см² (26—30)10²

В настоящее время трубы из стеклопластиков в 2—3 раза дороже, чем стальные, и при температуре более 100— 120°С они значительно снижают свои прочностные свойства и устойчивость.

Кроме того, выпускаемые отечественной промышленностью стеклопластиковые трубы имеют низкую герметичность, поэтому требуется дополнительная футеровка эпоксидными смолами и другими веществами, что ухудшает их санитарно-гигиенические качества.

Соединение стеклопластиковых труб может быть резьбовое с помощью муфт и ниппелей. При этом возможно перерезание продольных волокон и значительное снижение прочности соединения. Более совершённым является изготовление специальных полукруглых резьб путем их намотки и склеивания с трубой, а также склеивание концов труб с металлическими муфтами.

Способы цементирования

Цементирование проводят для изоляции водоносных пластов, вскрытых при бурении скважин, удержания обсадной колонны в' подвешенном состоянии, защиты обсадной колонны от коррозии, ликвидации поглощений промывочной жидкости.

Одноступенчатое цементирование

Из существующих способов цементирования в практике бурения скважин на воду чаще всего применяют наиболее простой—способ одноступенчатого цементирования.

Рис. 20

При этом способе на обсадную колонну навинчивают цементировочную головку, представляющую собой отрезок трубы, в котором монтируются цементировочные пробки; через 2—3 штуцера, установленных в этой головке, возможна закачка промывочной жидкости и цемента выше цементировочных пробок или ниже их

Цементирование можно осуществлять с одной или двумя разделительными пробками. Разделительные пробки исключают смешивание цементного раствора с продавочной жидкостью. Смешивание цементного раствора с продавочной жидкостью тем больше, чем больше диаметр скважин.

При бурении скважин на воду всегда рекомендуется проводить цементирование с двумя разделительными пробками.

Такое цементирование проводится следующим образом: скважину тщательно промывают до полного удаления шлака. Затем в обсадную колонну вставляют нижнюю разделительную пробку. Пробка продавливается к башмаку колонны при нагнетании цементного раствора насосом цементировочного агрегата или буровой установки. После закачки расчетного количества цементного раствора (заданный интервал кольцевого пространства и участок обсадной колонны нижнего упорного кольца) опускается верхняя разделительная пробка. На верхнюю разделительную пробку закачивают продавочную жидкость.

Нижняя пробка останавливается на упорном кольце выше башмака обсадной колонны. Поскольку закачка жидкости в колонну продолжается, то давление над пробкой возрастает. Под влиянием этого давления диафрагма нижней пробки разрушается, и цементный раствор поступает в затрубное пространство.

В процессе цементирования давление в колонне меняется. Поскольку удельный вес цементного раствора выше удельного веса промывочной жидкости, то по мере заполнения цементным раствором колонны давление в насосах уменьшается. Когда цементный раствор начинает выходить в кольцевое пространство и подниматься к устью, давление в насосах и цементировочной головке вновь возрастает. При посадке верхней пробки на нижнюю происходит скачок давления (гидравлический удар), что служит сигналом для прекращения закачки продавочной жидкости в обсадную колонну. Разделительные пробки изготавливают из легкоразбуриваемых материалов (дерево, резина, пластмасса)

Рис. 21

Рис. 22

Рис. 23

Двухступенчатое цементирование

Двухступенчатое цементирование применяется в том случае, когда при большом интервале цементирования возникает опасность гидроразрыва пластов или в разрезе скважин имеются зоны поглощений. Сущность такого цементирования сводится к приведению работ в два этапа (рис. VIII. 32). В зависимости от цели и условий цементирования приблизительно в середине колонны устанавливают специальную муфту, через которую возможно сообщение с затрубным пространством. Первый этап цементирования предусматривает подъем цементного раствора в затрубном пространстве до цементировочной муфты обычным способом с двумя разделительными пробками. Второй этап заключается в цементировании затрубкого пространства от цементировочной муфты до устья скважины. Для срабатывания муфты опускается специальная пробка, которая обычно бывает одновременно нижней разделительной пробкой для второй порции цемента.

Рис. 24 Рис. 25 Рис. 26

Манжетное цементирование

В практике бурения скважин на воду иногда приходится цементировать обсадную колонну, спущенную вместе с фильтром. В этом случае применяют манжетное цементирование. Обсадную колонну оборудуют обратным клапаном с отверстиями для выхода промывочной жидкости и цементного раствора выше зоны фильтра и специальной манжетой, представляющей собой воронку высотой 60—70 см и диаметром, превышающим на 25—35% диаметр скважины. Непосредственно над самым фильтром ставят клапан с целью предотвращения попадания цементного раствора в фильтр. Манжетное цементирование проводится так же, как и цементирование с двумя пробками, с той лишь разницей, что нижняя пробка конструктивно ничем не отличается от верхней и в процессе цементировки она должна опускаться ниже обратных клапанов в колонне, чтобы дать возможность цементному раствору пройти через клапаны.

Цементирование хвостовиков

Такое цементирование осуществляется в одну ступень через башмак хвостовика без нижней разделительной пробки. Бурильные трубы присоединяют к хвостовику при помощи специального разъединителя, в который заранее закладывается нижняя секция разделительной пробки. Верхнюю секцию этой пробки спускают внутри бурильных труб до посадки на нижнюю. Затем под давлением срезаются шпильки, удерживающие нижнюю секцию, и пробки вместе с цементным раствором продавливаются до упорного кольца.

Обратное цементирование

Этот способ цементирования применяется в том случае, если необходимо уменьшить давление на Стенки скважины; кроме того, при обратном цементировании требуется значительно меньшая мощность насосов. При обратном цементировании цементный раствор закачивается в затрубное пространство, для чего устье скважин необходимо оборудовать специальной головкой.

Вторичное цементирование

Способы вторичного цементирования предусматривают доставку тампонажного раствора до зоны, требующей исправления, иногда с задавкой его в зоны, поглощающие раствор. Обычно такое цементирование осуществляется под давлением, для чего устье скважины герметизируют по способу Н. К. Байбакова.

Цементирование через заливочные трубки

При необходимости подбашмачного цементирования, отсутствии цементировочного агрегата или достаточно мощного бурового насоса можно применять цементирование с помощью заливочных трубок. Эта схема проста и не требует специального оборудования.