 |
Выбор параметров режима бурения.
|
|
|
|
Методические указания по выполнению практических,
самостоятельных и контрольных работ.
Пермь,2016
Оглавление.
Введение...................................................................................................2
1.Выбор способа вращательного бурения..............................................2
2.Разработка проектной конструкции скважины....................................4
3.Выбор бурового оборудования............................................................ 11
4.Выбор бурового инструмента...............................................................13
4.1.Выбор технологического инструмента.............................................13
4.2.Выбор вспомогательного инструмента.............................................23
4.3.Выбор аварийного инструмента........................................................ 24
5.Выбор технологии бурения....................................................................26
5.1.Выбор очистного агента......................................................................26
5.2.Выбор параметров режима бурения...................................................27
5.3.Мероприятия по повышению выхода керна.....................................30
5.4.Предупреждение искривления скважин............................................31
6.Составление геолого-технического наряда......................................... 32
7.Ликвидация скважин.............................................................................. 33
Список использованной литературы......................................................34
Приложения..............................................................................................35
Введение.
Бурение скважин один из основных способов получения образцов горных пород и полезных ископаемых для дальнейшего их изучения, с целью полу-чения необходимых сведений о их составе, построения геологических раз-резов и карт.
При изучении данного курса, студенты должны приобрести теоретические знания и практические навыки решения задач, связанных с разработкой проектов на бурение геологоразведочных скважин в различных горно-геоло-гических условиях.
|
|
|
Целью контрольной работы является решение следующих задач:
- выбор способа бурения скважин;
- разработка проектной конструкции скважин;
- выбор типа буровой установки;
- выбор бурового инструмента;
- выбор очистного агента и подбор реологических свойств;
- расчет параметров режима бурения;
- составление геолго-технического наряда;
- подбор специальных технических средств и технологических приемов по повышению выхода керна;
- разработка мероприятий по ликвидации скважин и рекультивации.
В контрольной работе необходимо составить технический проект бурения скважины при разведке месторождения твердого полезного ископаемого.
Контрольные работы выполняются в соответствии с проектными геологи-ческими разрезами приведенными в приложении.
Вариант контрольного задания соответствует последней цифре номера студенческого билета.
1.ВЫБОР СПОСОБА ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ.
Выбор способа бурения геологоразведочных скважин зависит от многих факторов, основными из которых являются глубина скважины, физико-ме-ханические свойства горных пород, вид полезного ископаемого.
К физико-механическим свойствам горных пород, влияющим на выбор способа и технологию бурения скважин, относятся: прочность, твердость, абразивность, пористость, связность, устойчивость, растворимость, плот-ность. Обобщающим показателем физико-механических свойств горных пород, при бурении геологоразведочных скважин, является “буримость”. Для вращательного способа бурения геологоразведочных скважин принята классификация горных пород по буримости разбитая на 12 категорий.
Породы 1- 1V категории называют мягкими, V – V111 категории – поро-дами средней крепости, 1X – X категории – твердыми, X1 – X11 категории – крепкими.
|
|
|
Наиболее распространенным, при бурении разведочных скважин, является механическое вращательное бурение. Вращательное бурение подразделяет-ся на бескерновое и колонковое. При бескерновом бурении горная порода разрушается по всей площади забоя. Бескерновое бурение применяется при проходке хорошо изученных интервалов месторождений, где нет необходи-мости отбора ненарушенных образцов горных пород. Очень широко приме-няется при разведке месторождений с простым геологическим строением (нефтяных, газовых, угля, и.т.д.). Бескерновое бурение позволяет повысить производительность буровых работ, но для получения достоверной геологи-ческой информации должно сопровождаться геофизическими исследова-ниями в скважинах. При проведении поискового бурения не применяется.
При колонковом бурении горная порода разрушается по кольцевому забою, а в центре скважины остается ненарушенный столбик породы-керн.
Керн извлекается на поверхность и используется для изучения геологичес-ких и физико-химических свойств пород и полезного ископаемого.
В зависимости от типа применяемого породоразрушающего инструмента различают твердосплавное и алмазное бурение (до 80гг. прошлого века применялось дробовое бурение, а при бурении глубоких скважин колонко-вые долота).
Твердосплавное бурение применяется при бурении пород 1-V111 категорий по буримости, алмазное – V1-X11.
Для повышения производительности колонкового бурения разработан ряд технических средств позволяющих повысить и качество работ.
Снаряды со съемными керноприемниками (ССК, КССК) позволяют бурить скважины с извлечением керна без подъема колонны бурильных труб, для его извлечения. Из за высокой стоимости комплекта его применение эконо-мически целесообразно при глубине скважин более 500м.
При ударно-вращательном бурении, между колонковым набором и колон-ной бурильных труб, устанавливается ударный механизм, в результате чего на породоразрушающий инструмент кроме осевой нагрузки и крутящего момента, передаются ударные импульсы. В качестве ударных механизмов используются гидроударники и пневмоударники. Их применение повышает скорость бурения, особенно в хрупких породах.
|
|
|
Гидроударное бурение рекомендуется применять в монолитных породах при глубине скважин до 1000м.
Пневмоударное бурение применяется для проходки скважин глубиной 150-300м, в слабообводненных породах, вечной мерзлоте, безводных или пус-тынных районах.
При бурении скважин, в зависимости от горно-технических условий, можно
чередовать различные способы бурения: твердосплавное и алмазное, колон-ковое и бескерновое, вращательное и ударно-вращательное.
В каждом конкретном случае, выбор способа бурения зависит и от геологи-ческого(технического) задания, определяющего глубину скважин, требова-ния к отбору образцов пород и.т.д.
2.РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНОЙ КОНСРУКЦИИ СКВАЖИНЫ.
Конструкция, это техническая характеристика скважины, характеризующая ее глубину и направление, диаметры бурения на различных интервалах глубины, интервалы крепления скважины обсадными трубами, диаметры обсадных труб и толщины их стенок.
Исходными данными для построения проектной конструкции скважины являются: глубина и угол залегания полезного ископаемого, физико-меха-нические свойства горных пород и горно-геологические условия их залега-ния, выбранный способ бурения.
Выбор диаметров скважины, на различных интервалах глубины, произво-дится снизу- вверх, начиная с определения диаметра последнего интервала скважины (конечного диаметра бурения). Конечный диаметр бурения дик-туется: видом и свойствами полезного ископаемого, представительностью керновой пробы, размерами скважинного оборудования, размерами геофи-зических приборов.
При бурении скважин на твердые полезные ископаемые конечный диаметр определяется объемом образца необходимого для проведения всех исследо-ваний физико-механических, химических, технологических и иных свойств, т.е. представительностью пробы.
В табл. 1 приведены величины минимально допустимых диаметров керна и диаметров скважин для различных генетических типов месторождений и промышленных типов руд.
При выборе конечного диаметра скважины необходимо учитывать степень устойчивости пород к избирательному истиранию, приводящему к разубо-живанию или обогащению исходного материала пробы и применять необхо-димые технологические приемы или технические средства предотвращаю-щие данный процесс. Как правило это приводит к увеличению конечного диаметра скважины.
|
|
|
Таблица 1.
Минимальные диаметры скважин обеспечивающие представительность
опробования.
Генетические типы месторождений и Минимально допус- Диаметр
главнейшие промышленные типы руд тимый диаметр керна, скважины,
мм. мм.
Магматические месторождения.
Хромитовые 22 36
Титаномагнетитовые 32 46
Медно-никелевые 32-42 46-59
Редкометальные 32-45 59-76
Контактово-метасоматические (скарновые) месторождения.
 |
Железные 32 46
Молибдено-вольфрамовые 32-60 46-76
Медные 32 46
Руды других металлов (Au, Pb, Zn) 32 46
|
Гидротермальные месторождения.
Меднопорфиритовые 42 59
Колчеданные 32 46
Медистые песчаники 22 36
Сидеритовые 22 36
Вольфрамо-молибденовые 32-60 46-76
Оловянные 32-42 46-59
Свинцово-цинковые 32-42 46-59
Сурьмяно-ртутные и мышьяковые 60 72
Золотые 22-32 36-46
|
|
|
Урано-ванадиевые 22 36
Осадочные месторождения.
 |
Силикатно-никелевые 22-42 36-59
Золотоносные “шляпы” 32 46
Бокситы 32-42 46-59
Метаморфогенные месторождения.
 |
Железистые кварциты 32 46
Золотоносные конгломераты с ураном 32 46
|
Долото большего диаметра применяется при бурении трещиноватых пород.
При бурении по нерудным полезным ископаемым минимальный диаметр бурения 93 мм.
При разведке угольных месторождений рекомендуются следующие диа-метры бурения: по мягким углям -93 мм; по средним – 76 мм: по плотным –59-76 мм.
При бурении скважин на нефть и газ конечный диаметр скважины опреде-ляется диаметром эксплуатационной колонны:114 мм колонна – 132-151мм; 127 мм колонна – 146-161мм; 146 мм колонна – 190-215 мм.
При бурении скважин на воду определяющими факторами по выбору конеч-ного диаметра являются дебит и габариты водоподъемного оборудования.
При выборе конечного диаметра скважин на твердые полезные ископаемые неоходимо учитывать и диаметр скважинной аппаратуры для геофизичес-ких исследований (ГИС). Минимально допустимые диаметры скважин с учетом необходимости проведения комплекса ГИС приведены в табл.№2.
Таблица 2.
Зависимость конечного диаметра скважины от проводимых ГИС.
 |
Виды геофизических Наружный диаметр Номинальный диаметр
исследований. скважинного прибора,мм. скважины, мм.
Радиометрические(ГК,
ГГК, ННК, НГК и др) 28-60 36-76
Магнитометрия 36-40 46
Термокаротаж 36 46
Резистивиметрия 60 76
Инклинометрия 28-70 36-76
Кавернометрия 60-70 76
Радиопросвечивание 36-48 46-59
Кернометрия 57-73 59-76
|
После определения конечного диаметра бурения необходимо наметить интервалы крепления скважины обсадными трубами, выбрать диаметры и глубины спуска обсадных колонн.
Обсадные трубы предназначены: для крепления устья скважны; предохра-нения устья скважины от размывания;отвода промывочной жидкости в цир-куляционную систему; закрепления неустойчивых пород; изоляции погло-щающих интервалов; разобщения водоносных горизонтов.
Первая обсадная колонна называется направлением, вторая-кондуктором, последующие-технические. Обсадные колонны не имеющие выхода на по-верхность называются “хвостовиками” или “летучками”. Последние колон-ны в нефтяных, газовых,термальных скважинах называются эксплуатацион-ными. Фильтровая колонна (фильтр-хвостовик) – перфорированная эксплуа-тационная колонна.
Нижний конец (башмак) обсадной колонны должен находится на 3-10 м ниже интервала требующего крепления.
Обсадные трубы в колонну соединяются с помощью ниппелей, муфт или “труба в трубу”. Для обсадных геологоразведочных труб, как правило ис-пользуются ниппельные соединения, обладающие достаточной прочностью.
Краткая техническая характеристика обсадных и колонковых труб приве-дена в табл.3.
Таблица №3.
Трубы обсадные и колонковые, ГОСТ 6238 – 77.
Параметры Значение
1.Наружный диаметр труб,мм. 33,5 44 57 73 89 108 127 146
2.Толщина стенки трубы,мм. 3,0 3.5 4,5 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
3.Внутренний диаметр труб,мм 27,5 37 48 63 79 98 117 136
4.Внутренний диаметр ниппеля,мм 24,5 34 46 62 78 95,5 114,5 134
5.Длина труб,м 1,5-3,0 1,5-4,5 1,5-6,0
6.Масса 1м гладкой трубы, кг 2,26 3,5 5,83 8,38 10,4 12,7 15,0 17,4
Диаметр скважины закрепляемый обсадной колонной должен быть больше диаметра обсадных труб в твердых, крепких и устойчивых породах на 3 –5 мм, а в слабосвязных, неустойчивых и склонных к разбуханию породах 10 – 20 мм.
Пример. Построить проектную конструкцию скважины для условий бурения данных в табл. 4. Бурение предусматривается с полным отбором керна.В интервале 180-700м необходим отбор ориентированных образцов керна для изучения элементов залегания пород. Проведение геофизических исследований и ин-клинометрии по всему стволу скважины.
Решение. Исходя из буримости пород выбираем бурение в интервале 0-600
м. с применением твердосплавных коронок, а в интервале 600-700 м алмаз-ными коронками.
Конечный диаметр бурения, необходимый для обеспечения представитель-ности керна, выбираем руководствуясь данными табл.1 – 59мм.
Согласно данных табл.2 минимальный диаметр скважины для проведения
кернометрии составляет 59 мм, соответствует выбранному ранее диаметру.
Диаметр приборов, для проведения геофизических исследований, также на-
ходится в пределах выбранного ранее.(см.табл.2) Таким образом принимаем
конечный диаметр бурения равным 59мм.
Для закрепления устья скважины, предохранения его от размыва, отвода про-мывочной жидкости в желобную систему, в интервале 0-4м предусматриваем установку напрвления. Для предотвращения утечки промывочной жидкости по затрубному пространству и перемещения направления при бурении под следующий интервал, предусматриваем цементирование затрубного прост-ранства цементным раствором.
Следующий интервал скважины, до глубины 62м, сложен глинистыми поро-дами склонными к набуханию, уменьшению диаметра скважины, обрушени-ям,сальникообразованию и т.д. Данные породы подлежат перекрытию обсад-
ной колонной (кондуктор). Обсадная колонна должна перекрывать весь неус-тойчивый интервал, с выходом в устойчивые породы. Принимаем глубину спуска кондуктора 65м. Башмак кондуктора(нижняя часть колонны) должен быть зацементирован, во избежание смещения колонны при дальнейшем бурении.
Далее, до проектной глубины разрез представлен устойчивыми породами не требующими крепления обсадными трубами, возможные осложнения в виде поглощений промывочной жидкости, осыпей предупреждаются технологи-ческими приемами.
Диаметры бурения отдельных интервалов скважины и диаметры обсадных колонн определяем в направлении снизу вверх. Исходя из конечного диамет-ра скважины 59мм, (интервал 700-65м) выбираем обсадные трубы для кон-дуктора диаметром 73мм (интервал крепления 65-0м), внутренний диаметр труб 63мм, ниппеля -62мм.
Так как данный интервал сложен породами склонными к набуханию, для га-рантированного спуска колонны на проектную глубину, интервал бурения 4-65м предусматриваем коронками диаметром 93мм.
Для напрвления(0-4м) выбираем обсадные трубы диаметром 108 мм, через которые свободно проходят коронки диаметром 93мм(см. табл.3).
Бурение под напрвление, по условиям устойчивости пород и необходимости цементирования, принимаем равным 132мм. Результаты расчетов сведены в табл.4.
При бурении поисково-разведочных скважин в неизученных горно-геологи-ческих условиях, необходимо предусматривать так называемый “резервный” диаметр, т.е. предусматривать запасной диаметр, для доведения скважины до проектной глубины, при выявлении непредвиденных обстоятельств. Тогда конструкция скважины будет выглядеть следующим образом(см.табл.5).
Всегда необходимо стремиться к выбору наиболее простой конструкции скважин с применением минимального количества обсадных колонн.
Это облегчает бурение скважин, сокращает набор буровых инструментов, снижает металлоемкость, расход материалов и химреагентов и снижает себе-стоимость работ.
Таблица 4.
Расчет проектной конструкции скважины.
 |
Номер Интервал,м. Наименование Категория Конструкция
Слоя от до всего пород по буримости скважины
 |
1 0 3 3 Супесь 11 132
108
2 3 40 37 Глина песчаная 111 4 м 76
73
3 40 62 12 Глина плотная 11-111
4 62 180 118 Алевролит V-V1
65 м
 | |||
 | |||
5 180 600 420 Переслаивание 59
аргиллитов, V1-V11
алевролитов и
песчанников
|
6 600 670 70 Пегматит
трещиноватый V111-X1
(редкометальная
рудная зона)
|
7 670 700 30 Фельзиты X-X1
700 м
|
Таблица 5.
Расчет проектной конструкции для поисково-разведочных скважин.
|
Номер Интервал,м. Наименование Категория Конструкция
Слоя от до всего пород по буримости скважины
|
1 0 3 3 Супесь 11 151
127
2 3 40 37 Глина песчаная 111 4 м 112
89
3 40 62 12 Глина плотная 11-111
4 62 180 118 Алевролит V-V1
65 м
| | |||
| | |||
5 180 600 420 Переслаивание 76
аргиллитов, V1-V11 (59)
алевролитов и
песчанников
|
6 600 670 70 Пегматит
трещиноватый V111-X1
(редкометальная
рудная зона)
|
7 670 700 30 Фельзиты X-X1
700 м
|
3.ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.
Бурение колонковых скважин производится буровыми установками, в состав которых входят: буровой станок, буровой насос, буровая вышка (мачта), буровое здание, циркуляционная система, контрольно-измеритель-ные приборы, привод(электродвигатели или ДВС), транспортная база.
Выбор бурового оборудования определяется проектной конструкцией скважины, способом бурения, требованиями к транспортабельности.
Для вращательного бурения колонковым способом применяются буровые станки со шпиндельными или подвижными вращателями, оборудованные гидравлическим механизмом подачи, что позволяет создать необходимую осевую нагрузку на забой скважины, при любой ее глубине и направлении.
Возможно применение для колонкового бурения буровых установок обо-рудованных вращателем роторного типа, при этом для создания необходи-мой осевой нагрузки на забой используются утяжеленные бурильные трубы.
Основные параметры буровых установок, выпускаемых в России, для ко-
лонкового бурения, приведены в табл.6.
На основании разработанной конструкции скважины и планируемого спо-
соба бурения производися выбор буровой установки и вспомогательного
оборудования.
Пример. Необходимо выбрать основное буровое оборудование для усло-
вий бурения приведенных в табл.4.
Учитывая глубину и конечный диаметр бурения по табл.6 выбираем буровой станок СБА-800 или ЗИФ-650М. Данные станки предназначены для бурения геологоразведочных скважин глубиной до 800м, конечным диамет-ром 59мм. В текстовой части проекта необходимо привести краткую техни-ческую характеристику выбранного бурового оборудования.
Таблица 6.
Краткая техническая характеристика буровых установок.
 |
Параметры Тип буровой установки
буровых установок
УКБ-12/25 БСК-2М- УКБ-200/ СБА-500 СБА-800 ЗИФ-650 ЗИФ-1200
100 300
|
1.Глубина бурения, м
-твердосплавное бурение 12,5 50 200 300 500 650 1200
-алмазное бурение 25 100 300 500 800 800 2000
2.Грузоподъемность лебед-
ки, кН
-номинальная 1,25 6,3 20,0 32,0 50,0 125,0 200,0
-максимальная 2,0 10,0 32,0 50,0 80,0 200,0 320,0
3.Диаметр бурения, мм
- начальный 93 93 132 151 190 215 295
- конечный, твердосплав-
ный/алмазный инструмент 76/36 59/ 46 93/59 93/59 93/59 93/59 93/59
4.Мощность привода,кВт 2,9 7,5 13,0 22,0 30,0 30,0 55,0
5.Частота вращения буро-
вого снаряда(шпинделя),
прямой ход,об/мин 100-1200 300,600 100-815 120-1015 130-800 87-800 75-600
6.Ход шпинделя, мм 1600 450 500 400 500 500 600
7.Усилие подачи шпинде-
ля, кН
- вверх 4 10 40 60 85 80 150
- вниз 4 10 30 42 65 65 120
8.Угол бурения к гори-
зонту, градус 0-60 0-360 90-70 90-45 90-60 90-60 90-80
9.Буровой насос НБ-25/16 НБ-60/40 НБ-60/40 НБ-120/40 ГР-16/40 ГР-16/40 НБ-320/63
- -подача, л/мин 25 30, 60 30, 60 15-120 32-267 32-267 35-320
-давление нагнетания Мпа 1,6 4 4 4 4 4 6,3
10.Буровая мачта(вышка) _ _ МР-6 БМТ-4А, БМТ-5 ВМ26/50,
МРУГУ-2 МРУГУ-3 ВРМ24/30
|
4.ВЫБОР БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА.
Буровой инструмент для бурения скважин подразделяется на технологи-ческий, вспомогательный и аварийный. Технологический инструмент явля-ется основным для бурения скважин. Аварийный инструмент предназначен для ликвидации аварий происходящих в стволе скважины. Вспомогатель-ный инструмент предназначен для обслуживания технологического и ава-рийного инструмента.
4.1.Выбор технологического инструмента.
В состав технологического инструмента при колонковом бурении входят: колонковый набор (коронка, колонковая труба, кернорватель, переводник), переходники, бурильные трубы, ведущая труба, буровой сальник-вертлюг.
При бескерновом бурении: долото, утяжеленные бурильные трубы, пере-ходники, бурильные трубы, ведущая труба, буровой сальник-вертлюг.
При применении специальных технологий в состав бурового снаряда могут включатся: гидроударники, пневмоударники, эжекторные снаряды, двойные колонковые трубы, расширители, стабилизаторы и.т.д.
Для колонкового бурения в монолитных и слаботрещиноватых породах, где плановый выход керна достигается без использования специальных техни-ческих средств, применяются одинарные колонковые наборы. Одинарный колонковый набор состоит из коронки, кернорвателя, колонковой трубы, пе-реходни
|
|
|
12 |
