Оптимизация технологии формирования скважин для роторных буровых установок: индивидуальные решения обеспечивают эффективное геологическое бурение.

Качество и эффективность бурения скважин роторными буровыми установками являются ключевым фактором успеха или неудачи строительства свайных фундаментов, напрямую определяя общий график проекта, стоимость и конструктивную безопасность. Физические свойства различных геологических условий (таких как песок, глина, твердые породы, галечные слои и т. д.) сильно различаются. Использование универсального процесса бурения чревато такими проблемами, как низкая эффективность, обрушение стенок скважины и повышенный износ оборудования. Поэтому, исходя из геологических особенностей, оптимизация процессов бурения, подбор уникальных параметров бурения и конфигураций оборудования являются ключевыми путями для максимизации эффективности бурения и обеспечения качества бурения в различных геологических условиях, а также неизбежными требованиями для тщательного управления строительством роторной буровой установки.

Геологический классификационный анализ — основная предпосылка для оптимизации технологии образования пор.

Суть оптимизации технологии образования пор заключается в «точной адаптации», а предпосылкой для точной адаптации является точное определение и классификация геологических условий в зоне строительства. В реальном строительстве к распространенным геологическим условиям относятся рыхлые песчаные слои, связные грунтовые слои, слои гальки (гравия), твердые горные породы и комбинированные слои (с множественными геологическими пересечениями). Между каждым геологическим условием существуют значительные различия в гранулометрическом составе, плотности, сцеплении и абразивности. Например, песчаные слои обладают высокой пористостью и низкой стабильностью, что делает их склонными к обрушению стенок скважин во время строительства. бурениеТвердые горные породы обладают высокой абразивностью и твердостью, что приводит к значительному износу бурового инструмента и низкой эффективности бурения; свойства сложных пластов разнообразны, что требует более высокого уровня контроля оборудования. Перед началом строительства необходимо получить детальное представление о ключевых параметрах, таких как распределение грунта, влажность и прочность горных пород на сжатие, посредством геологических изысканий, бурения на месте и других методов, чтобы обеспечить научную основу для последующей оптимизации процесса и подбора параметров, а также избежать строительных заторов, вызванных несоответствием между выбором процесса и геологическими характеристиками.

Песчаные и гравийные слои: приоритет отдается стабильному порообразованию, и применяется двойной подход, сочетающий эффективное порообразование.

Песчаные (особенно иловые и мелкозернистые) и гравийные слои представляют собой распространенные трудности при бурении скважин. буровые установки роторного типаОсновная проблема заключается в нестабильности стенок отверстия и высоком сопротивлении бурению.
Ключевым моментом оптимизации процесса для рыхлых песчаных слоев является «стабилизация пор». Приоритет может отдаваться технологии статической защиты стенок скважины с помощью бурового раствора, при этом буровой раствор с различной плотностью и вязкостью (например, бентонитовый раствор) может быть подобран в соответствии с размером частиц песчаного слоя, чтобы обеспечить образование плотной и прочной корки на стенке скважины, изолировать влагу за пределами скважины, укрепить стенку скважины и предотвратить обрушение. Одновременно с этим, для быстрого сбора песка с помощью зубьев ковша выбирается зубчатый ковш, что сокращает время нахождения бурового инструмента в скважине и минимизирует воздействие на стенку скважины. Для галечных слоев следует выбирать подходящие буровые инструменты в зависимости от размера частиц гальки. Для более крупных галечных слоев следует использовать двухдонный зубчатый ковш для повышения эффективности захвата материала. Для бурения смешанных слоев твердых пород и гравия используется цилиндрическое колонковое бурение в сочетании с высоким крутящим моментом и низкой скоростью бурения, что позволяет сначала измельчить гравий, а затем сформировать отверстие, избегая заклинивания бурения и засыпания грунта. Кроме того, можно комбинировать режим работы с коротким ходом и частым бурением, что позволяет контролировать длину каждого хода в разумных пределах, своевременно удалять обломки из отверстия и снижать влияние наносов на эффективность бурения.

Связный слой грунта: защита от застревания при бурении, акцент на повышение скорости и качества.

Основными проблемами, связанными с образованием пор в связных грунтовых слоях (глина, илистая глина), являются застревание бурового инструмента и уменьшение диаметра пор, что легко может привести к плохому удалению обломков и деформации стенок пор.
Оптимизация процесса требует сосредоточения внимания на решении проблемы сцепления, чего можно достичь с помощью сухое бурениеТехнология промывки водой или защиты стенок скважины с помощью низковязкого бурового раствора снижает сопротивление сцеплению между буровым раствором и глиной. При использовании длинного спирального бурового долота или конического пескоуборника угол резания долота позволяет быстро срезать глину, а шлак эффективно удаляется через нижний шлакоотводной патрубок ковша, предотвращая накопление глины внутри ковша. Что касается параметров бурения, используется комбинация средней скорости и среднего крутящего момента, чтобы избежать прилипания глины, вызванного низкой скоростью, при этом контролируется скорость бурения для предотвращения усадки стенок скважины из-за перерезания. Для высокопластичных и высоковязких глинистых слоев во время бурения можно добавлять соответствующее количество бентонита или добавок для улучшения характеристик бурового раствора, повышения стабильности стенок скважины, балансировки эффективности и качества бурения, а также предотвращения трудностей при последующей установке стальной обсадной колонны из-за уменьшения диаметра.

Формирование твердых горных пород: разрушение породы как ядро, инновационные технологии для снижения затрат и повышения эффективности.

Основным препятствием при бурении в твердых горных породах (таких как гранит, известняк, песчаник) является сложность разрушения породы, быстрый износ бурового инструмента и, как правило, низкая эффективность.
Традиционный одноступенчатый режим бурения сложен в применении, поэтому необходимо внедрить комплексную оптимизацию процесса «разрушение породы + бурение». Во-первых, следует выбрать специализированный буровой инструмент для разрушения породы в зависимости от прочности породы на сжатие: для пород средней твердости использовать зубчатое роликовое буровое долото* для резки и разрушения породы с помощью зубьев; для твердых и сверхтвердых пород в качестве буровых долот используются роликовые резцы для дробления и измельчения породы. Эффективность разрушения породы увеличивается более чем на 301 тонну по сравнению с кирковым бурением. Во-вторых, следует оптимизировать параметры бурения, используя режим бурения с низкой скоростью и высоким крутящим моментом, сочетающий высокое давление и короткий ход, чтобы обеспечить полный контакт бурового инструмента с породой и эффективное разрушение породы. Кроме того, следует продвигать сочетание роликовых буровых долот и технологии циркуляции бурового раствора, используя раствор для выноса порошкообразной породы из скважины, одновременно охлаждая буровой инструмент, снижая температуру внутри скважины и продлевая срок службы бурового инструмента. Для бурения сверхглубоких скважин в твердых породах может применяться сегментированная технология бурения, при которой для верхнего слоя грунта используются обычные буровые инструменты, а для нижнего слоя твердых пород — специализированные инструменты для разрушения горных пород. Это позволяет эффективно бурить весь участок скважины и избежать потерь эффективности, вызванных плохой совместимостью одного бурового инструмента.

Составные комплексные образования: совместная адаптация, динамическая корректировка процессов.

Сложные геологические пласты (например, верхний слой песчаной почвы + нижний слой твердой породы, верхний слой глины + нижний слой гальки) представляют собой сложные условия работы для бурения с помощью роторной буровой установки, и один технологический процесс с трудом может охватить все требования данного участка.
Суть оптимизации заключается в «сегментированной адаптации и динамическом переключении». В соответствии с геологической стратификацией скважины точно разделяются на секции, и для каждой секции используются буровые инструменты и параметры, соответствующие геологическим характеристикам. Например, для верхней песчаной секции используется защита стенок из глины и пескоструйная обработка для быстрого бурения, в то время как нижняя секция твердых пород переключается на бурение роликовым долотом в режиме низкой скорости и высокого крутящего момента. Одновременно с этим, благодаря интеллектуальной системе мониторинга условий работы*, осуществляется мониторинг геологических изменений и сопротивления бурению внутри скважины в режиме реального времени, динамическая регулировка таких параметров, как скорость, крутящий момент и скорость бурения, чтобы избежать заклинивания и обрушения, вызванных геологическими изменениями. Кроме того, мы усилим оптимизацию комбинаций буровых инструментов, будем использовать многофункциональные комбинированные буровые инструменты, учитывать потребности бурения в различных геологических условиях, сократим количество замен инструментов, повысим непрерывность строительства и эффективно сократим цикл бурения сложных пластов.

Оптимизация и согласование процессов, обеспечивающие повышение эффективности на протяжении всего процесса.

Оптимизация технологии бурения не ограничивается только самим процессом бурения, но также требует всесторонней предварительной подготовки и контроля процесса для обеспечения эффективности технологии.
Во-первых, это тщательный подбор бурового инструмента, адаптированного к различным геологическим условиям, например, пескоуборочных ковшей, зубчатых и роликовых бурильных колонн, что обеспечивает высокую степень соответствия бурового инструмента геологическим условиям и снижает потери эффективности, вызванные несоответствием требованиям. Во-вторых, это динамическая оптимизация характеристик бурового раствора. Различные геологические условия предъявляют разные требования к плотности, вязкости и содержанию песка в буровом растворе. Необходимо отслеживать показатели бурового раствора в режиме реального времени и корректировать их соотношение. Например, в твердых горных породах плотность бурового раствора необходимо увеличить для переноса крупных частиц горной породы, а в песчаных породах — вязкость бурового раствора для повышения эффективности защиты стенок скважины. В-третьих, это точный контроль состояния оборудования. Перед запуском проводится комплексная проверка основных компонентов буровой установки, таких как головка бурового инструмента, гидравлическая система и буровые штанги, чтобы обеспечить стабильную выходную мощность и предотвратить износ или заклинивание бурового инструмента, избегая остановки бурения из-за поломки оборудования. Четвертая задача — повысить квалификацию строительного персонала, усилить подготовку операторов по ключевым аспектам различных геологических процессов, стандартизировать рабочие процедуры, избежать снижения эффективности из-за неправильной эксплуатации, обеспечить фактическую реализацию плана оптимизации технологии бурения и добиться двойного повышения эффективности и качества бурения на различных геологических роторных буровых установках.