Руководство поможет студентам специальности 0101 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых»

Вид материала

Содержание

При бурении монолитных, слаботрещиноватых пород
При бурении сильно трещиноватых пород и с частой перемежаемостью по твердости
Легкоразмываемые породы
Самозатачивающиеся коронки
Тип коронки
Параметры алмазных коронок
Внутренний диаметр,мм
Техническая характеристика комплексов снарядов со съемными керноприемниками
Режим работы цементировочных агрегатов
Расчет метода привода лебёдки
Рекомендуемая литература
Геолого - технический наряд

Подобный материал:

1 2

§8 Меры борьбы с искривлением скважин

Для того, чтобы фактическое направление скважины было близко к проектному,необходимо в процессе бурения регулярно контролировать положение ствола скважины в пространстве.

Искривление скважины зависит от трех групп факторов:геологических, технических, технологических.

Среди геологических факторов существенную роль играет угол встречи бурового наконечника с падением или напластованием горных пород.

Установлено, что при углах встречи более 25-30⁰ скважины обычно искривляются в направлении, нормальном к плоскости напластования пород, а при углах встречи менее 25-30⁰ – в направлении,параллельном плоскости напластования.

При угле встречи 90⁰ искривления, как правило , не наблюдаются.

С целью облегчения процесса бурения в заданном направлении рекомендуется добиваться угла встречи оси скважины с плоскостью пласта более 25-30⁰.

Для уменьшения искривления скважины под действием технических причин необходимо придерживаться следующих рекомендаций:
- Не допускать работу криволинейными бурильными трубами;

Их кривизна не должна превышать 1-1,5 мм

на 1м трубы;

Использовать в компоновке бурильной колонны центраторы или алмазные расширители;
Применять в ряде случаев УБТ;
При переходе с большего диаметра бурения на меньший использовать специальные отбурочные снаряды, состоящие из колонковых труб большего и меньшего диаметра.

К технологическим факторам относится, главным образом , режим и способ бурения. Повышенная нагрузка на буровой наконечник, особенно когда не применяются УБТ и центраторы, может привести к существенному искривлению скважины.

Искривление скважины может произойти при сильных вибрациях бурового инструмента, особенно при отсутствии антивибрационных смазок.

Особую осторожность в вопросе направления скважин следует проявлять при бурении кавернозных, размываемых или выщелачиваемых пород , а также в породах, резко перемежающихся по твердости.

В проекте буровых работ должны быть даны рекомендации по частоте замеров зенитного и азимутального углов с указанием аппаратуры для измерения.

§9 Мероприятия по повышению выхода

керна

На выход керна при колонковом бурении влияют много факторов, среди которых можно выделить следующие: тип и способ промывки скважины ,параметры режима бурения, конструкция бурового инструмента, способ заклинки керна.

При бурении монолитных, слаботрещиноватых пород IV-XII категорий по буримости обычно формируется достаточно прочный керн.Бурение в таких условиях практикуется одинарными колонковыми трубами с использованием алмазных коронок.

В целях предотвращения механического разрушения керна, и как его следствия, самозаклинки и истирания керна, предусматриваются меры по снижению вибрации бурильной колонны, применению центраторов,контролю за прямолинейностью колонковых и бурильных труб.

Срыв и удержание керна необходимо осуществлять с помощью кернорвателей.

При бурении сильно трещиноватых пород и с частой перемежаемостью по твердости керн разрушается и истирается довольно интенсивно.В этих породах целесообразно применять двойные колонковые трубы, эжекторные или эрлифтные снаряды (инструменты с обратной призабойной циркуляцией).

Легкоразмываемые породы I-II категорий по буримости целесообразно бурить двойными колонковыми трубами либо безнасосным способом.

Необходимо помнить, что из промывочных жидкостей наиболее агрессивной по отношению к керну является вода.Применение глинистых растворов улучшает выход керна.

При выборе параметров режима бурения надо знать, что во многих случаях снижение осевой нагрузки , частоты вращения бурового инструмента, расхода промывочной жидкости приводит к повышению выхода керна.

Самозатачивающиеся коронки СА

Таблица №8

Тип коронки	Диаметр коронки
Тип коронки	36	46	59	76	93	112	132
СА1	6	8	8	12	16	16	20
СА2	4	4	6	8	-	-	-
СА4	-	6	6	8	10	10	12
СА5	-	-	6	8	-	-	-
СА6	-	-	-	-	10	10	-

Параметры алмазных коронок

Таблица №9

Тип коронки	Наружный диаметр,мм	Внутренний диаметр,мм	Площадь торца,см²
01А; 04А;07А	36	22	3
02Н;03Н	46	31	7,5
А400;И4ДП	59	42	11,5
БС	76 93	59 73	15,0 21,0

Техническая характеристика комплексов снарядов со съемными керноприемниками

Таблица №10

Показатели	ССК-46	ССК-59	ССК-76	КССК-76
Глубина скважины*,м	1000	1200	1200	2000
Категория пород по буримости	VII-X	VII-X	VII-X	V-IX
Размеры алмазной коронки,мм
Наружный диаметр	46	59	76	76
Внутренний диаметр	24	35.4	48	40
Ширина торца матрицы	11	11.8	14	18
Наружный диаметр алмазного расширителя,м	46.4	59.4	76.4	76.6
Промывочная жидкость	Вода,эмульсионные жидкости	Вода,эмульсионные жидкости,слабые глинистые растворы		Вода,глинистые и эмульсионные растворы
Режим бурения: Максимальная частота вращения,об/мин Предельная осевая нагрузка,кН Расход промывочной жидкости,л/мин	1500	1500	1000	1000
	12	16	18	26
	10-20	20-30	30-70	30-100

*Угол наклона скважины 90-75⁰.

§10 Расчет цементирования

Упрощенный расчет цементирования скважин сводится к определению следующих параметров:

Объем цементного раствора:

V_ЦР= ^π^{. k . [ (}^D²_c^-^D²^{) ·} h_Ц + d² ^· h_c ] , м³ (10)

4

Где k- коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора за счет наличия трещин и каверн

( k = 1,2 – 2,5);

^D_c^{– средний диаметр ствола скважины на участке цементирования, м;}

h_u – длина интервала цементирования, м

d – утренний диаметр колонны, м

h_c – расстояние от упорного кольца до лезвия башмака колонны, равное высоте цементного стакана,м

Объем буферной (продавочной ) жидкости:

V_ПР= ^π^{. k .} d²^{. (Н - h}_c⁾ , м³ (11)

4

Где k- коэффициент, учитывающий сжимаемость жидкости

(k = 1,0 – 1,05;

d – утренний диаметр обсадной колонны, м;

H – длина колонны, м

h_c – высота цементного стакана,м

Давление на головке колонны к моменту окончания цементирования

P = 0.001·g [(H - h_Ц)(ρ₂ – ρ₁) + (h_Ц - ^h_c⁾ · (ρ_Ц – ρ₂)] + 0,001· H + 1,6 МПа (12)

Где ρ₁ – плотность промывочной жидкости, г/см³;

ρ₂ – плотность продавочной жидкости, г/см³

ρ_Ц – плотность цементного раствора (1,7-1,95 г/см³);

g – удельная сила тяжести (9,81 Н/кг)

По полученному давлению выбирается цементировочный агрегат (табл.№19)

Режим работы цементировочных агрегатов

Таблица №19

Скорость агрегата	Q_на, л/с	P₁ МПа	Q_на, л/с	P₁ МПа	Q_на, л/с	P₁ МПа
Цементировочный агрегат ЦА - 300
	D = 100 мм		D = 115 мм		D = 127 мм
I	1,3	-	1,72	-	2,1	-
II	2,36	30,8	3,12	23	3,8	19,1
III	4,5	16,2	5,95	12,2	7,25	10,0
IV	8,05 10,35	9,2 7,0	10,62 18,65	6,8 5,3	12,96 16,6	5,6 4,4
Цементировочный агрегат ЦА – 320М
I	1,4	40	1,74	32	2,35	2,4
II	2,55	32	3,16	26,6	4,28	19,6
III	4,8	16,5	5,98	14	8,1	10,3
IV	8,65	9,5	10,7	7,8	14,5	5,8
Цементировочный агрегат ЗЦА – 400
I	6,5	40	8,6	30,5	11,25	23,2
II	9,6	17	12,7	20,5	16,1	16,3
III	14,2	18,2	18,7	13,5	23,8	11,0
IV	19,7	13,1	26	10	33,0	7,9
Цементировочный агрегат ЗЦА – 400А
I	6,6	40	8,8	30	11,2	23,5
II	9,5	27,5	12,6	21	16,1	16,2
III	14,1	18,5	18,6	14	23,8	11,0
IV	19,5	13,5	23,4	10	33	8,0

Примечание:

Q_на – производительность, P – давление насоса, d – диаметр поршня

Продолжительность цементирования

t_ц = 60 ^V_цр⁺^V_пр

^Q_ца

Где _Q_ца_{– производительность цементировочного агрегата, м³/ч}

§11 Расчет мощности, потребляемой при бурении

Мощность двигателя в процессе бурения расходуется на выполнение следующих работ:

На разрушение горной породы на забое N_3,на холостое вращение буровой колонны N_хв , на дополнительные затраты мощности при создании осевой нагрузки на забой, N_доп .

N = N₃ + N_хв + N_доп , квт (13)

1) Мощность затрачиваемая на забое

N₃ = 0,6· 10^-6^{µ С}ⁿ⁽^R₁⁺^R₂^{) , квт (14)}

Где С – осевая нагрузка, н

ⁿ^{– частота вращения коронки, об/мин}

^R₁^и^R₂^{– наружный и внутренний радиус коронки, см.}

^{µ - коэффициент трения резков коронки о породу забоя.}

^{Значения µ для разных типов пород.}

^{глина 0,15 -0,20}

^{глинистый сланец 0,15 – 0,25}

^{мергель 0,18 – 0,27}

^{известняк 0,30 – 0,40}

^{доломит 0,25 -0,40}

^{песчаник 0,30 – 0,50}

^{гранит 0,30 – 0,40}

^{При бескерновом бурении}

N = N₀ F₃, квт (15)

^гдеN₀ – удельная мощность, отнесенная к 1 см² забоя

N₀ = 0,1 – 0,15 квт*см²

F₃ – площадь забоя, см²

^{2)Мощность на вращение бурильной колонны}

N_хв = 2,5*10^-10К₁ К₂ К₃(0,9 +0,2δ)qdn^1.83L^0.75, квт (16)

где К₁ = 1,0 для ниппельных соединений

К₂= 1,3 для муфтовых замковых соединений

К₃ = 1,0 для нормального геологического разреза

К₃= 1,5 для сложного разреза

К = 0,75 в обсадных трубах

L – глубина скважины, м

δ – забор между бурильными трубами и стенкамии скважины, мм

q – масса 1 м труб, кг

d – диаметр бурильных труб, мм

n – частота вращения об/мин

3) Дополнительная мощность

N_доп = 8,0*10^-5Сn, квт (17)

где С – нагрузка на забой, Н

n – об/мин

Расчет метода привода лебёдки

N_л = KQ_лV_к/ 100η_л, квт (18)

где Q_л – грузоподъёмность лебедки, по паспорту, кН

V_к – скорость подъёма лебедки, м/с

K – коэффициент возможной перегрузки лебедки

K = 1,1 – 1,2

η_{л –}КПД лебедки 0,88 – 0,95

§12 Расчет давления насоса

Общие потери давления при бурении определяются из следующего выражения:

Р_∑ = K(P_тр + P_кп + P_кн + P_об) (19)

где K – коэффициент учитывающий необходимость запаса давления

К = 1,3 – 1,5

P_тр – потери давления в бурильных трубах

P_кп– потери давления в кольцевом пространстве (между бурильными трубами и оценками скважины)

P_кн – потери давления в колонковом наборе

P_об – потери давления в объвязке насоса

Потери давления при движении жидкости в бурильных трубах

P_тр= LV_тр²/200g [λ_тр/d_тр + 1,5[(d_тр/d_з)² – 1]² /l] МПа (20)

где L – длина бурильной колонны, м

l – длина бурильной трубы, м

d_тр – внутренний диаметр бурильной трубы, м

V_тр – скорость движения жидкости в трубах, м/с

λ_тр– коэффициент гидравлических сопротивлений

λ_тр= 0,02 – 0,025

d_з – внутренний диаметр замка, м

V_тр = 2,1*10^-5 Q/ d_тр² м/с (21)

где Q – количество жидкости, прокачиваемой в скважину, л/мин

Потери давления в кольцевом пространстве

Р_кп = λ_кп*L/D_c - d_тр*(V_кп²/200g), МПа (22)

где λ_кп – коэффицент гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве

λ_кп = 0,03 – 0,04

D_c– диаметр скважины, м

Принимается больше номинального диаметра колонны на 2-3 мм в твердых породах и на 4-5 мм в мягких породах

d_тн– наружный диаметр бурильных труб, мм

V_кп – скорость движения жидкости в кольцевом пространстве, м/с

V_кп = 2,1*10^-5 Q/ D_c² – d_тн² , м/с (23)

Потери давления в колонковом наборе

Р_кп = P_к+ λ_кп*l_ктV_кз²/(D_с - D_кт) 200g, МПа (24)

где P_к – потери давления в колонке . Можно принять

P_к = 0,1 – 0,2 для твердосплавных колонок

P_к = 0,3 – 0,5 для алмазных колонок

l_кт – длина колонковых труб, м

D_кт – наружный диаметр колонковой трубы, м

V_кз– скорость движения жидкости в зазоре между стенками скважины и колонковой трубой, м/с

V_кз = 2,1*10^-5 Q/ D_c² – d_кг² , м/с (25)

Потери давления в обвязке

P_об= 0,05 – 0,1 МПа

При бурении скважин с использованием забойных двигателей формула (19) приобретает вид:

Р_н = P_тр + P_кп + P_об+ P_зд (26)

где P_зд – потери давления в забойном двигателе, которые принимаются по характеристике забойной машины на расчетном режиме её работы.

Имея значения Q и Р_нопределяют мощность двигателя для привода бурового насоса.

N_н = P_нQ/61,2 η, квт (27)

где Q – производительность насоса л/мин

P_н– давление насоса , МПа

η – КПД насоса 0,75 – 0,85

§13 Бурение скважин из подземных горных выработок

Из подземных горных выработок скважины бурят ена самые различные глубины и под разными углами к горизонту: вертикальные, наклонные, горизонтальные и восстающие.

Особенностью бурения скважин из подземных горных выработок является сооружение специальной камеры для размещения бурового оборудования и инструмента. Размер камер зависит от размеров бурового оборудования, которое предполагается разместить в камере.

В зависимости от угла заложения скважин камеры бывают четырех типов:

- для горизонтальных и слабонаклонных скважин;

- для вертикальных и крутопадающих скважин;

- для скважин, заданных под большим углом наклона;

- для восстающих скважин.

Проектирование подземного разведочного бурения производится в том же порядке, что и поверхностного. Особое внимание необходимо уделить: а) выбору размера камеры; б) креплению камеры (если необходимо); в) подводу электроэнергии и воды; г) вентиляции; д) освещения; е) безопасности работ.

§14 Организация буровых работ

Успешное проведение буровых разведочных работ во многом зависит от продуманной системы расстановки кадров, распределения оборудования, организации ремонта оборудования, монтажа вытек, снабжения энергией и промывочной жидкостью.

Студенту необходимо описать организацию работ по подготовке к бурению и при непосредственном бурении скважин. Бурение необходимо вести в течении суток, без каких-либо перерывов.

Необходимо указать число вахт, их состав и продолжительность работы, график выходов на работу, необходимую документацию.

§15 Мероприятия по технике безопасности и охране недр.

В проекте бурения скважин должны быть изложены основные мероприятия по технике безопасности проходки проектируемой скважины, промсанитарии, противопожарным мероприятиям и меры по охране природы, которые предусматривают ликвидацию пробуренных скважин и изоляции водоносных горизонтов.

Заключение

В завершающей части проекта студент приводит ожидаемые результаты проходки скважин, дает спецификацию бурового оборудования. В качестве приложения даются графические материалы. Заканчивается проект списком использованной литературы.

Рекомендуемая литература:

А.Г. Калинин и др. Разведочное бурение. Москва. Недра 2000 г.

Н.И. Сердюк и др. Бурение скважин различного назначения. Москва. РГГРУ 2006 г.

А.С. Волков. Машинист буровой установки. Москва. ВИЭМС 2003 г.

У

правление Приложение 2

^ГРП

^{Проектная глубина скважины Станок}

^{Угол наклона скважины Двигатель}

^{ГЕОЛОГО - ТЕХНИЧЕСКИЙ НАРЯД}

Линейный масштаб	Глубина, м	Стратиграфическая колонка	Мощность слоя	Характеристика пород	Категория пород по буримости	Конструкция скважины	Режим бурения			Тип и качество промывочной жидкости	Примечание
							нагрузка на коронку, кН	частота вращения, об/мин	промывка л/мин

Blog

Руководство поможет студентам специальности 0101 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых»

Содержание