Правила эксплуатации алмазных буровых долот: пять ошибок, которые губят долото на первых десяти метрах.
Алмазные буровые долота не изнашиваются. Они ломаются. Из-за операторов, которые роняют их на дно скважины на полных оборотах. Из-за бурильщиков, которые продолжают работать, когда долото начинает полироваться. Из-за бригад, которые вытаскивают буровую колонну из глубокой скважины достаточно быстро, чтобы вызвать обрушение пласта. Каждый алмазный долото имеет потенциальный срок службы, измеряемый сотнями метров. Большинство не доживают до этого срока из-за ошибок, допущенных на первых и последних пяти метрах каждого прохода.
Если вы бурите алмазными долотами — будь то для бурения водяных скважин, разведки или геотехнических исследований — эти правила определяют, прослужит ли долото долго или нет.
Первое правило: алмазные сверла режут. Они не бьют молотком, не царапают и не сносят.
Алмазное долото работает за счет шлифовки. Открытые частицы алмаза на верхней поверхности — будь то природные алмазы, вкрапленные в матрицу, или синтетические алмазы в пропитанном слое — истирают породу микрон за микроном. Долото не дробит, как конусное, и не режет, как алмазное долото. Оно шлифует, и для эффективной шлифовки необходимы определенные условия.
Первое правило алмазного бурения: если долото не режет, не прилагайте чрезмерных усилий. Если скорость проходки внезапно падает — не постепенно, а резко — значит, что-то изменилось на дне скважины. Возможно, долото наткнулось на твердое включение, которое алмазная крошка не может эффективно удалить. Возможно, рыхлый керн блокирует рабочую поверхность долота. Возможно, кусок отслоившейся породы стенки заклинил в зазоре.
Ответ на любой из этих вопросов один и тот же: прекратите бурение и дерните за веревку. Не добавляйте груз. Не увеличивайте обороты. Не включайте насос на более высокую мощность, надеясь промыть засор. Алмазное сверло, вращающееся по поверхности, которую оно не может прорезать, просто полирует свою собственную режущую поверхность. Алмазы покрываются налетом, корпус сверла нагревается, и сверло функционально затупляется, хотя внешне выглядит нормально. Затупившиеся алмазы невозможно восстановить в полевых условиях. Сверло изношено.
То же правило применяется к расширению и очистке. Не используйте алмазное долото для расширения узкого отверстия, оставшегося после предыдущего долота. Не используйте его для удаления остатков керна со дна. Не пытайтесь просверлить стальной инструмент или фитинг, упавший в скважину. Алмазные долота предназначены для резки неповрежденной породы. Все остальное – это неправильное использование.
Правило второе: новым сверлам нужен период "приработки".
Совершенно новое алмазное буровое долото, только что из коробки, не готово к работе в полном объеме. На верхней поверхности имеются острые кромки, алмазное покрытие может быть неравномерным, и долото не было подобрано под конкретную породу, с которой ему предстоит столкнуться.
Процедура обкатки — называемая "dressing" или "initial grinding" — проста, но не подлежит обсуждению:
Осторожно опустите сверло до дна отверстия. Приложите небольшой вес — примерно одну треть от обычного веса сверла. Вращайте медленно — около 100 об/мин. Просверлите примерно 0,2–0,3 метра, или около одного фута, при этих уменьшенных параметрах. Затем постепенно увеличивайте вес и обороты на протяжении следующих полуметра, пока не достигнете обычного диапазона сверления.
Что происходит в течение первых нескольких дециметров: алмазные частицы на верхней поверхности обнажаются с разной скоростью. Металлическая матрица, удерживающая алмазы, слегка изнашивается, позволяя алмазам выступать на оптимальную высоту резания. Верхняя поверхность изнашивается, приобретая профиль, соответствующий дну отверстия. А любые микроскопические неровности в геометрии сверла — небольшая некруглость в месте измерения, незначительная шероховатость поверхности, возникшая при производстве — стираются о камень.
Первый проход с новым долотом должен быть коротким — извлеките его через метр-два и осмотрите корончатую поверхность. Вам нужно убедиться в равномерном износе по всей поверхности, равномерном обнажении алмазов и профиле коронки, соответствующем отверстию. Если износ неравномерный, скорректируйте параметры для следующего прохода. Если долото выглядит хорошо, вы можете увеличить длину прохода в последующих поездках.
Правило третье: начинайте вращение до того, как долото коснется дна.
Эта ошибка приводит к большему количеству поломок бурильных долот, чем любая другая. Долото опускается на дно скважины без вращения, бурильщик включает привод, и долото — неподвижно лежащее на дне под полным весом бурильной колонны — начинает вращаться против породы с места.
Крутящий момент, необходимый для преодоления статического трения между алмазным долотом и породой, может в несколько раз превышать нормальный рабочий крутящий момент. Этот внезапный скачок крутящего момента может привести к вырыванию алмазов из матрицы, растрескиванию верхней части долота или перегрузке соединения долота с его корпусом.
Правильная последовательность действий: опустить долото на несколько сантиметров от дна скважины. Запустить насос и обеспечить промывочный поток. Начать вращение на низкой скорости. Только после этого опустить долото на последние несколько сантиметров, пока оно не коснется породы. Долото входит в траншею уже вращающимся, с уже установленным промывочным потоком и с бурильной колонной, находящейся в натяжении, а не в сжатии. Все динамично и сбалансировано с первого контакта.
Правило четыре: Не добавляйте удилища во время заброса, не сняв при этом донные отложения.
В идеальном мире вы бы подобрали размер буровой колонны таким образом, чтобы можно было завершить весь проход керна без добавления буровых штанг. В реальной жизни иногда приходится добавлять штангу в середине прохода, потому что скважина оказывается глубже, чем ожидалось.
Если вам нужно добавить буровую штангу, сначала снимите долото со дна скважины. Не оставляйте долото лежать на дне скважины, пока вы разрываете соединение на буровой установке и добавляете новую штангу. Долото, неподвижно лежащее на дне во время добавления штанг, может опуститься в слой шлама, забиться вокруг верхней части скважины и либо не завестись снова, либо завестись под чрезмерной нагрузкой.
Снимите долото примерно на метр от дна, добавьте удилище, затем опустите обратно и начните заново в соответствии с Правилом третьим.
Правило пятое: медленно вытаскивайте и продолжайте качать.
Извлечение буровой колонны из глубокой скважины — это не просто обратный процесс извлечения. По мере того, как буровая колонна поднимается вверх, она действует как поршень в скважине — движение вверх создает эффект всасывания под долотом, снижая давление в скважине и потенциально затягивая в нее пластовую жидкость, рыхлую породу или неконсолидированный материал. Этот эффект наиболее силен в нижней части скважины, где зазор в затрубном пространстве наиболее мал, а долото и керноотборник создают наибольшее сопротивление.
В трещиноватых, неконсолидированных или набухших пластах прочистка скважины может привести к втягиванию стенок и обрушению скважины за бурильной колонной. Бурильная колонна остается целой, а в результате остается обрушившаяся скважина, которую приходится бурить заново.
Решение: медленно вытаскивайте долото — медленнее, чем вам кажется необходимым — и не прекращайте работу промывочного насоса на протяжении всего подъема. Непрерывный поток промывочной жидкости заполняет пространство, освобождаемое поднимающейся колонной, предотвращая падение давления, вызывающее разбрызгивание. В особо чувствительных пластах вытаскивайте долото на половинной скорости и не прекращайте подачу воды, пока долото не достигнет у основания.
