Geum.ru

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

Вид материалаРуководство

Содержание


Миним. Диам.
Виды исследований
Техническая характеристика наиболее распространенных буровых установок колонкового бурения
Ребристые коронки
Резервные коронки
Расход промывочной жидкости
Бурение алмазными коронками
Д (7)Где: Q – расход промывочной жидкости, л/мин; q – удельный расход жидкости, л/мин; Д –
Число оборотовдолота
Количество промывочной жидкости
Длина УБТ (м) находится из следующего выражения
Технические данные УБТ
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
...
Полное содержание
Подобный материал:
  1   2

Введение:


Практическое руководство поможет студентам специальности 0101 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» разработать вопросы курсового и дипломного проектирования , а также окажет помощь в решении многих задач при изучении курса «Разведочное бурение».

Каждый студент в ходе курсового и дипломного проектирования должен разработать следующие вопросы:
  1. целевое задание и геологические условия бурения;
  2. выбор и обоснование способа бурения;
  3. выбор и обоснование конструкции скважины;
  4. выбор бурового оборудования;
  5. выбор породоразрушающих наконечников;
  6. выбор промывочной жидкости (или продувки)
  7. определение параметров режима бурения;
  8. мероприятия по повышению выхода керна;
  9. меры борьбы с искривлением скважин, замеры искривления;
  10. проверочные расчеты выбранного оборудования, инструмента и технологии бурения;
  11. бурение скважин из подземных горных выработок;
  12. организация буровых работ;
  13. определение времени соооружения типовой скважины;
  14. определение количества одновременно работающих буровых установок;
  15. мероприятия по технике безопасности.

Графическим приложением проекта является геолого-технический наряд на бурение типовой скважины.


§1 Целевое задание и геологические условия бурения


В разделе указывается целевое задание разведочных работ, в том числе бурение скважин. Кратко излагаются геологические условия буровых работ, главным образом по по разрезам скважин. Особое внимание уделяется описанию буримости, устойчивости, закарстованности и водоносности пород. Желательно привести данные о твердости пород по классификации Л.А. Шрейнера, их абразивности.

Далее следует назвать зоны, при бурении которых могут возникнуть осложнения (поглгщение промывочной жидкости, обвалы стенок кважин и др.), зоны тектонических разломов, особо указать состояние полезного ископаемого, возможности отбора керна по рудной зоне.

В этом разделе, также указываются:глубина скважины,угол заложения скважины , возможность бескернового бурения и другие данные, являющиеся исходными для технологии и организации буровых работ.


§2 Выбор способа бурения


Способ бурения выбирается с учетом задач разведочных работ, глубины и угла наклона скважин и геологического разреза. При выборе способа бурения необходимо ориентироватья на прогрессивные методы, учитывать геологические особенности месторождения и опыт бурения в данном районе, а также в других районах с аналогичными геологическими условиями.

При бурении разведочных скважин основным способом бурения является колонковый способ с его разновидностями: твердосплавным и алмазным. Используется также ударно-вращательное (пневмо- и гидроударниками), а на некоторых глубинах бескерновое бурение.При бурении алмазными коронками для сокращения затрат времени на спуско-подьемные операции можно использовать снаряды со съемными керноприемниками (ССК).

Твердосплавное бурение рекомендуется применять в породах до VIII-IX категорий по буримости, алмазное бурение в породах VIII-XII категорий по буримости, ударно-вращательное – в породах VI-X категорий.Бескерновое бурение , как более производителное , следует применять в тех случаях, когда геологический разрез хорошо изучен и нет необходимости в получении керна (детальная или эксплуатационная разведка). Чаще всего таким способом бурят верхние слои пород, не представляющие большого интереса для изучения геологиии данного месторождения.


§3 Выбор и обоснование конструкции скважины.


Обоснование и разработка конструкций скважин производится с учетом конечного диаметра скважины, ее глубины, геолого-технических условий, целей и способа бурения.

Запроектированный конечный диаметр скважины должен обеспечивать надежность опробования вскрытия рудного тела. Во все диаметры выбранной конструкции скважины должны проходить все геофизические приборы , необходимые для проведения исследований, в том числе и измерения искривления скважин.

Таким образом, разработка конструкции скважины начинается с обоснования ее конечного диаметра. А затем определяютя вышестоящие (ближе к устью) диаметры бурения и способ крепления стенок скважины.

Как правило, все колонны обсадных труб выходят на поверхность. Спуск в скважину «хвостовиков» допускается в исключительных случаях.

С целью предохранения устья скважины от размыва во всех случаях (с креплением и без крепления) следует ставить направляющую трубу (до глубины 2-10).

При проектировании надо стремиться к упрощению конструкции скважин и уменьшению диаметра их бурения.

Учитывая возможные осложнения в скважине (на случай аварии,которую невозможно будет ликвидировать), выбранный диаметр бурения следует оставлять запасным.В этом случае все диаметры конструкции соответственно увеличиваются на один порядок.

При наличии в геологическом разрезе песчано-глинистых работ, способных к обвалам и пучению, обсадные трубы должны быть на один диаметр меньше, чем диаметр бурения (например, при диаметре бурения 112 мм, обсадные трубы должны быть диаметром 89 мм).

В табл. №1 приводятся минимально допустимые диаметры керна по различным типам рудных месторождений исходя из отечественного и зарубежного опыта.

Минимально допустимые диаметры скважин в зависимости от габаритных размеров геофизической аппаратуры приведены в табл.№2


Таблица №1


№п/п
Генетические типы месторождений иглавнейшие промышленные типы руд
Рекомендуемые минимально допустимые диаметры керна, мм
Миним.

Диам.

Бурения,

мм

1
2
3
4

1.
Собственно магматические месторождения:









хромитовые
22
36




титано-магнетитовые
32
46




медно-никелевые
32- 42
46-59




редкометальные
32
46

1
2
3
4

2.
Пегматитовые месторождения:









редкометальные
42-60
59-76

3.
Контактово-метосоматические(скарновые) месторождения:









железные
32
46




молибденово-вольфрамовые
32-60
46-76




медные
32
46




руды других металлов

(золото,цинк,свинец)
32
46

4.
Гидротермальные месторождения:









медно-порфировые
42
59




колчеданные
32
46




медистые песчанники
22
36




сидеритовые
22
36




вольфрамово-молибденовые
32-60
46-76




оловянные
32-42
46-59




свинцово-цинковые
32-42
46-59




сурьмяно-ртутные
60
76




золотые
22-32
36-46




уран-ванадиевые
22
36

5.
Метаморфогенные месторождения:









железистые кварциты
32
46



Таблица №2


Виды исследований
Наружный диаметр скважинного прибора, мм
Номинальн.

Диаметр

скважины, мм

Радиометрические исследования

(ГК,ГГК,ННК,НГК и др.)
26-60
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

Амплитудно-фазовые измерения
36-48
46-59

Кернометрия
57-73
59-76



Данные по выбранной конструкции скважины приводятся в таблице №3.


Таблица №3


Ном. слоя
Геологич.

Колонка
Интервал,

м
Назв.

Пород
Категор.

По буримости
Констр.

Скв.

От
до
























§4 Выбор бурового оборудования


Буровые установки выбираются в соответствии с глубиной и конструкцией скважины, а также способом бурения.Необходимо также учитывать грузоподьемность буровой лебедки для наиболее тяжелой колонны обсадных или бурильных труб.


Таблица №5


Техническая характеристика наиболее распространенных буровых установок колонкового бурения

Параметры
УКБ-3
УКБ-4п
УКБ-5п
УКБ-7п

Глубина бурения в пласте при конечн.

Диаметре скв.












93 мм
200
300
500
1200

59 мм
300
500
800
2000

Началь

ный диаметр скваж.,мм
132
151
151
214

Диаметр буриль

ных труб,мм
42;50;54
42;50;54;55
50;54;63,5;68
50;54;55;63,5

Частота вращен. Об/мин
110;200;

355;555;

815
155;280;

390;430;

680;710;

1100;1615
120;260;340;410;540;720;1130;1500
0-1200

Наибольшее усилие подачи,кн
30
40
65
120

Грузоподьемность лебедки,кг
2000
2500
3500
5500

Мощность эл. двигат. Для привода бур.станка
13
22
30
52

Тип насоса
НБ120/40
НБ120/40
НБ120/40
НБ320/63

Мощн-ть привода

насоса,

квт
7,5
7,5
7,5
22

Числитель-максимальная производительность л/мин

Знаменатель-максимальное давление кг/см2


Максимальная грузоподьемность буровой установки Qкп может быть расчитана по формуле:

Qкп =Кдоп(αgl), кн (1)

Где Кдоп –коэффициент дополнительных нагрузок

(Кдоп=1,2-1,3 при глубине скважины более 500м в устойчивых породах; Кдоп=1,4-1,6 в искривленных скважинах глубиной до 500м)

α-коэфффициент,учитывающий вес соединительных элементов бурильной колонны

(α=1.04-1.06 в колоннах ниппельного соединения)

α =1,06-1,1 в колоннах муфтово-замкового соединения)

g-масса (м. гладный трубы); кн

l-длина бурильной (обсадной) колонны,м


§5Выбор породоразрушающих наконечников


Тип бурового наконечника выбирается в соответствии с принятым способом бурения.

При вращательном бурении колонковым способом коронки выбираются в зависимости от буримости и абразивности пород.В зависимости от буримости (категории пород) применяют твердосплавные или алмазные коронки.Бурение сплошным забоем (без керна) ведут долотами лопастными, шарошечными или алмазными.

Диаметры буровых наконечников должны соответствовать конструкции скважины.

Выбирается тот тип наконечника, который обеспечивает наибольшую производительность бурения в конкретных геологических условиях.

Твердосплавные коронки подразделяются на следующие группы:
  • Ребристые, для бурения мягких пород:М5
  • Резцовые,для бурения малоабразивных пород средней твердости: СМ4; СМ5;СМ6;СТ2(для для трещиноватых пород)
  • Самозатачивающиеся коронки для бурения абразивных пород средней твердости: СА1,СА2,СА4,СА5,СА6.

Алмазные буровые коронки подразделяются на две группы:
  • Однослойные алмазные коронки,предназначаются для бурения монолитных горных пород малой или средней абразивности VI, VII, VIII категорий по буримости.Это коронки:01A3, 01A4.
  • Импрегнированные алмазные коронки, предназначаются для бурения твердых горных пород и трещиноватых IX-XII категорий по буримости.

Для одинарных колонковых труб применяются коронки: 02ИЗГ- для малоабразивных пород; 02И4-для абразивных пород; 02И5-для сильноабразивных пород.

Для снарядов со съемными керноприемниками (ССК) и двойных колонковых труб используются алмазные коронки следующей конструкции (имеют увеличенную ширину торца)

Бурение алмазными коронками сопровождается применением расширителей.Они служат для поддержания постоянного диаметра скважины.

Для одинарных колонковых наборов выпускаются расширители типа РСА-46, РСА-59, РСА-76, РСА-93.

В проекте привести характеристики выбранных буровых наконечников.

Параметры твердости коронок

  1. Ребристые коронки М


Таблица№6


Тип
Диаметр,мм
Число

ребер
Число твердосплавн. Резцов
Масса

Колонки,кг

Наруж.
Внутр.
По торцу
калибрующих
всего

М5-53
93
59
4
16
4
20
1,05

М5-112
112
73
4
16
4
20
1,30

М5-132
132
91
6
24
6
30
1,70

М5-151
151
112
6
24
6
30
1,80


Примечание: Используемые с ними колонковые трубы имеют размер на диаметр меньше(73,108,127,146 мм соответственно.

  1. Резервные коронки СМ,СТ


Таблица №7

Наруж.диам.

Колонк.

Трубы
Диам.коронки

(по резцам)мм
Число резцов

СМ4
СМ6
СТ2

Наруж.

Dн
Внутр.

Dв
Осн
Подр.
Осн.
Подр.
Осн.
Подр.

44
46
31
-
-
12
2
6
2

57
59
44
-
-
12
4
6
3

73
76
58
9
3
12
4
6
3

89
93
74
9
3
18
6
8
4

108
112
93
9
3
18
6
10
2

127
132
113
12
4
24
8
12
8

146
151
132
12
4
24
8
12
6


Техническая характеристика алмазных коронок для снарядов со съемным керноприемником

Таб.11

Тип коронки
Конструктивные признаки коронок
Число секторов (зубьев, резцов)
Размеры алмазов, шт/кар
Мааса алмазов, кар

объемных
подрезных

Пилот
Ступени (конус)

Для ССК-46

К-90
Трехступенчатая однослойная
4
30-20
30-20
30-20
5,7-8,6

К-90-1
Четырехступенчатая однослойная
4
50-30
50-30
30-20
4,6-7,4

К-90-2
Пятиступенчатая однослойная
4
60-40
60-40
50-30
4,5-6,9

Для ССК-59

К-01
Трехступенчатая однослойная
4
30-20
30-20
30-20
9,1-13,6

К-01-1
Четырехступенчатая однослойная
4
50-30
50-30
30-20
6,9-11,4

К-01-2
Пятиступенчатая однослойная
4
60-40
60-40
50-30
5,8-9,0

К-02
Зубчатая с импрегнированным слоем
16
20-12 или 12-8 и 400-150
-
20-12
12,0-18,4











































К-08
Комбинированная четырехступенчатая
4
400-150
60-30
60-30
16,0-19,0

Для ССК-76

КАСК-4С
Четырехступенчатая однослойная
8
30-20
30-20
30-20
14,1-21,2

КАСК-К
Конусная однослойная
8
30-20
30-20
30-20
14,4-21,6

КАСК-3
Зубчатая с импрегнированным слоем
20
20-12 или 12-8 и 400-150
-
20-12
16,0-22,9

КАСК-Р
Резцовая
40
5-2
-
20-12
9,2-20,7

Для ССК-76

17А4
Пятиступенчатая
6
30-20
30-20
30-20
15,1-22,6

К-16
Четырехступенчатая
6
50-30
50-30
30-20
18,0-20,0

К-30
Ступенчато-зубчатая
12
30-20
20-12
20-12
9,0-10,0

Примечание: Твердость HRC матрицы коронок от 20-30 до 30-35.


Техническая характеристика бурильных труб

Таб.12

Показатели
ССК-46
ССК-59
ССК-76
КССК-76

Диаметр труб, мм:

наружный

внутрений

по внутренней высаженной части


43,0

33,4

-


55,0

45,4

-


70,0

60,4

-


70,0

61,0

53,0

Толщина стенки, мм
4,8
4,8
4,8
4,5

Длина, м
1,5; 3,0; 4,5
1,5; 3,0; 4,5
1,5; 3,0; 4,5
4,5

Масса 1 м, кг
4,5
6,0
7,7
8,3

Материал
Сталь 38XHM
Сталь 36Г2С

Тип соединения
Труба в трубу
Муфтово-замковое

Муфта трубная:

диаметр наружный, мм

диаметр внутренний, мм


-


-


-


-


-


-


73


53

Замок:

диаметр наружный, мм

диаметр внутренний, мм

масса, кг

-


-


-

-


-


-

-


-


-

73


53


5,8

Зазор между бурильной колонной и скважиной, мм
1,7
2,2
3,2
3,2; 1,7 (по муфте)


Техническая характеристика колонковых наборов

Таб. 13

Показатели
ССК-46
ССК-59
СС-76
КССК-76

Наружная колонковая труба:

наружный диаметр, мм

толщина стенки, мм


44


4,5


56


5,5


73


6,5


73


6,5

Керноприемная труба:

наружный диаметр, мм

толщина стенки, мм

30


2,2

42


2,5

56


2,8

48


3,0

Зазоры, мм

между керноприемной и колонковой трубами

2,5

1,5

2,0

6,0

между керном и керноприемной трубой между колонковой трубой и скажиной

0,8


1,2

0,8


1,7

1,2


1,7

1,0


1,7

Длина, мм
2350; 3850; 5760*
2450; 3950;5450
2700; 4200
6845

Масса, кг
16; 25,5; 35
31; 41; 55
44; 66
104

*Сращивание двух труб



§6. Выбор промывочной жидкости


Для очистки скважины от выбуренной породы (шлама), охлаждения буровогонаконечника и закрепления неустойчивых стенок применяются различные типы промывочных жидкостей или продувка воздухом. В насоящее время, чаще всего используют для этой цели воду глинистые или безглинистые растворы, эмульсионные и растворы и т.д.

Вода используется при бурении устойчивых пород, при хорошем выходе керна. Глинистые растворы применяются при бурении неустойчивых пород, склонных к обвалам, осыпям; в породах трещиноватых; породах, где возможно получение промывочной жидкости.

Параметры глинистого раствора в нормальных условиях бурения должны быть следующими:
  • плотность 1050-1300 кг/м3;
  • условная вязкость 20-25
  • водоотдача 10-20 см3 за 30 мин.;
  • СНС 1,5-4 Па;
  • Содердание песка от 4%.

Широкое распространение имеют эмульсионные глинистые растворы с давлением 15-30% углеводородов (нефть,дизельное топливо), с обязательным получением эмульгаторов (1,5-2%).

Параметры таких растворов могуть быть такими:

плотность 950-1100 кг/м3;

вязкость 120-200

водоотдача 0-1 см3;

СНС 0,5-1,0 Па.

При бурении растворимых солей и пород вечной мерзлоты используют солевые растворы.

Сжатый воздух используют при бурении многолетнемерзлых и необводненных пород, а также в безводных районах; его подают в скважину с помощью компрессоров.

При работе над курсовым проектом необходимо выбрать тот или иной вид очистного агента в зависимости от условий бурения. Затем следует обосновать параметры промывачного раствора, привести реагенты для обработки. Сведения о растворах вносятся в таблицу.

Таб.14

Тип промывочной жидкости
Интервал бурения, м
Параметры промывочной жидкости
Химическая обработка

Ρ кг/м3
В см3
Т сек
СНС

Па



§7. Выбор параметров режимов бурения


Бурение твердосплавными коронками

  1. Частота вращения


n , об/мин (мин-1) (2)


Vокр = 1,4-1,5 м/с;

Дкор – м.

в мягких Vокр = 1,2-2,0 м/с;

  1. Осевая нагрузка


Сос = Суд ·m, кН (3)


Суд – рекомендуемая нагрузка

m –


Таб.15

Категория пород по буримости
Нагрузка на резец, кн




Коронки ребристые и резцовые (М, СМ, СТ)
Колонки самозатачивающиеся (СА)

I
0,4-0,5
-

II
0,4-0,5
-

III
0,5-0,6
-

IV
0,6-0,8
-

V
0,6-0,8
1,0-1,2

VI
0,8-1,0
1,2-1,4

VII
1,0-1,2
1,4-1,6

VIII-IX
-
1,6-1,8


При бурении трещиноватых и абразивных пород рекомендуемые значения уменьшаются на 30%.

  1. Расход промывочной жидкости


Q = Кк ·Докр л/мин (4)


Кк – расход жидкости, приходящейся на 1 см внешнего диаметра колонки, л/мин·см;

Докр – внешний диаметр колонки, см.


Рекомендуемые значения удельного расхода промывочной жидкости.

Таб.11

Тип коронки
Удельный расход, л/мин·см

Категория пород по буримости

I-II
III-IV
V
VI
VII-VIII

М

СМ, СТ СА
8-14

-

-
12-16

12-16

-
-

10-14

-
-

8-12

8-12
-

6-8

6-8


Бурение алмазными коронками

  1. Осевая нагрузка


Сос = Судfкор. кн (5)


Суд – удельная нагрузка на 1 см2 площади торца коронки кн/см2;

fкор – площадь торца, см2.


Алмазное бурение
  1. Рекомендуемые значения удельных нагрузок на торец алмазной буровой коронки:

Таб.16

Удельная нагрузка, кн/см2
Категория пород

0,6-0,75
VI-IX

0,7-0,9
IX-X

0,9-1,2
X-XI

1,2-1,5
XI-XII

При бурении трещиноватых пород осевую нагрузку понижают на 30-50% по сравнению с нагрузкой для монолитных пород.

  1. Число оборотов коронки


n (мин-1) (6)


Здесь  = 1,0-1,3 м/с для однослойных коронок;

 = 2,0-4,0 м/с для импрегнированных коронок.

  1. Расход промывочной жидкости


Q = q Д (7)


Где: Q – расход промывочной жидкости, л/мин;

q – удельный расход жидкости, л/мин;

Д – наружный диаметр коронки, см. q = 4-8 л/мин на 1 см диаметра колонки.

q = 4 – 8 л/мин на 1 см диаметра коронки

В мягких породах с увеличением механической скорости бурения, количество шлама увеличивается, поэтому удельный расход промывочной жидкости повышают, а при бурении плотных твердых пород – уменьшают.

Бескерновое бурение

  1. Осевая нагрузка


Сос = Суд.·Д (8)


Где: Суд – удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, КН;

Д - диаметр долота в см.


Рекомендуемые удельные нагрузки КН/см

Таб.17

Тип
Категория пород по буримости

I-II
III
IV-V
VI-VII
VIII-IX
X-XII

М
0,15-0,20
0,2-0,3
-
-
-
-

С
-
-
0,2-0,3
0,2-0,3
-
-

Т
-
-
-
0,25-0,35
0,25-0,4
-

К
-
-
-
-
0,25-0,4
-

ОК
-
-
-
-
0,3-0,5
0,4-0,5



  1. Число оборотовдолота


При бурении мелкоабразивных пород окружная скорость долота рекомендуется в пределах 1-2 м/с, а в абразивных породах не более 1,0 м/с. Обычно частота вращения долота не превышает 300 об/мин.
  1. Количество промывочной жидкости

Для эффективной очистки забоя от шлама скорость восходящего потока промывочной жидкости должна быть не менее 0,8 м/с при бурении мягких пород и не менее 0,4 м/с при бурении твердых пород.

Очистка забоя от шлама обеспечивается при подаче промывочной жидкости в пределах 0,35 – 0,55 л/с на 1 см диаметра скважины. Нижний предел для твёрдых пород, верхний – для мягких.
  1. Длина УБТ (м) находится из следующего выражения

lубт = 1,25 С/ q (1- pж/рм) (9)

где С – осевая нагрузка, кН

q – вес 1 м УБТ в кН

pж – плотность промывочной жидкости, кг/л

рм - плотность материала УБТ, кг/м3

1,25 – коэффициент увеличения осевой нагрузки

Дубт = (0,8 -0,85) Ддол


Технические данные УБТ


Параметры
УБТ -57
УБТР -73
УБТ – РПУ -89
ТБУ - 108

Наружный диаметр, мм
57
73
85
108

Толщина стенки, мм
12
19
22
26

Внутренний диаметр соединения, мм
22
22
28
28

Диаметр скважины к которой применяется УБТ, мм
59 (76)
76 (93)
112 (132)
132 (151)

Длина УБТ, мм
4700
4700
4700
4700

Вес 1 м кг/м с учетом соединений
0,137
0,216
0,309
0,530