Выбор и обоснование способов бурения и основных параметров скважин.

Введение.

 

Разведочное бурение и горноразведочные выработки являются важнейшим средством поисков и разведки всех видов полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий.

Данный курсовой проект дает возможность ближе познакомиться с бурением и проходкой горных выработок. Целью курсового проекта является ознакомление студентов с имеющимися техническими средствами разведки месторождений полезных ископаемых, технологиями проведения геологоразведочных работ и проектированием геологоразведочных скважин.

По заданию № 1 необходимо:

1) подсечь тремя двухствольными скважинами жилообразную залежь титаномагнетитовых руд мощностью 20м с углом падения 35 на ЮВ, залегающую в массиве габбро. Глубина подсечения 750м от устья скважины. Приращение зенитного угла 2⁰(выполаживание), азимутального 1⁰(положительное), интервалы замеров через 50м;

Проектные геологические разрезы:

а) по стволу скважины: 0,0-10,0м – пески, 10,0-15,0 – кора выветривания по габбро, 15,0 и ниже – габбро с рудной залежью. В интервале 95,0-150,0 – зона поглощения.

 

 

Часть 1. Бурение скважин.

 

Выбор и обоснование способов бурения и основных параметров скважин.

При разведке твердых месторождений твердых полезных ископаемых применяются колонковое, роторное и ударно-канатное бурение скважин.

В данном проекте для бурения скважин выбран колонковый способ бурения.

Колонковое бурение является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Оно также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и на структурно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты.

Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам:

1. Оно помогает извлекать из скважины столбики породы – керна, по которым можно составить геологический разрез месторождения и опробовать полезное ископаемое.

2. Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.

3. Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

Глубины колонковых скважин различные – от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

К недостаткам колонкового бурения относятся высокая аварийность и низкий выход керна при проходке рыхлых, неустойчивых и трещиноватых пород.

Диаметры колонок скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента.

При алмазном способе скважины бурятся в основном коронками диаметром 76, 59 и 46мм. При твердосплавном бурении разведочных скважин чаще применяют коронки диаметром 92, 76, 59мм, а при инженерно-геологических изысканиях применяются коронки диаметром 190, 151, 132 и 112мм. (Воздвиженский, 1979)

Определение глубины скважины

В общем случае глубина скважин определяется необходимостью полного подсечения тела полезного ископаемого. При этом углубление в подстилающие рудный пласт породы должно быть в пределах 5-20м.

По условию глубина подсечения рудного пласта 750м, мощность пласта 20м, углубление в подстилающие породы принимаем 10м. Тогда общая глубина скважины составит 780м.

Составление ГТН.

Конструкция скважины определяется на основании геолого-технических условий бурения, выбранного конечного диаметра проектной глубины скважины.

Проектная глубина 780м.

d_к = 59мм.

Категория пород по буримости: I, VI, VIII.

Способы бурения основного ствола скважины:

- в интервале от 0,0 до 15,0м - твердосплавное бурение;

- в интервале от 15,0м до конца скв (780м) – алмазное бурение.

Интервалы бурения с осложненными условиями бурения, согласно приведенного геологического разреза, следующие:

1) пески 0,0-10,0;

2) зона поглощения 95,0-150,0.

Осложненными считаются условия, требующие специальных технологических операций при бурении в этих интервалах.

Предусматривается перекрытие интервалов с осложненными условиями бурения колоннами обсадных труб и производство затрубного цементного тампонажа на 10м выше и 10м ниже раздробленных пород.

Тампонаж проводится с целью гидроизоляции:

- устья скв в интервале 0,0 – 10,0м;

- зоны поглощения в интервале 85 – 160м.

Диаметры обсадных труб 89мм и 73мм соответственно интервалам.

Промывка основного ствола скважины:

- в интервале 0,0 – 15,0м – промывка глинистым раствором;

- в интервале 15,0 – 780,0м – промывка технической водой.

Способы бурения дополнительного ствола скважины:

- в интервале от 170,0 до 658,0м – алмазное бурение.

Промывка дополнительного ствола скважины:

- в интервале 170,0 – 658,0м – техническая вода. См приложение № 3.

Промывка скважин.

Колонковое бурение проводится с промывкой.

Основные назначения промывки скважин:

1) очистка забоя скв от разбуренной породы и вынос ее на поверхность;

2) охлаждение породоразрушающего инструмента;

3) укрепление неустойчивых стенок скв.

Схема промывки скважин.

Существует три способа промывки скв с выходом промывочной жидкости на поверхность земли: прямая, обратная и комбинированная.

В данном проекте выбрана прямая промывка. В этом способе промывочная жидкость, нагнетаемая насосом, проходит по колонне бурильных труб, затем между керном и колонковой трубой, омывает забой, охлаждает породоразрушающий инструмент, захватывает с забоя частицы разрушенной породы, поднимается вверх по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скв и, наконец, выходит на поверхность земли. (Воздвиженский,1979)

Достоинства прямой промывки:

1) способствует увеличению скорости бурения;

2) позволяет закреплять стенки скв;

3) технически простой и дешевый.

Недостатки прямой промывки:

1) размываются стенки скв;

2) низкий выход керна;

3) повышенный расход промывочной жидкости.

Для пород, слагающих заданный геологический разрез, указанные недостатки не имеют значения.

При прямой промывке жидкость насосом 1 нагнетается по нагнетательному шлангу 2 подается к забою по бурильной колонне 3, охлаждает породоразрушающий инструмент 4, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу. (Рис. 1.1.)

Рис. 1.1. Схема прямой промывки скважин.

Выбор промывочной жидкости.

Основные типы промывочной жидкости:

1) техническая вода (пресная, морская, рассолы) применяется при алмазном бурении в устойчивых породах;

2) глинистый раствор применяется при твердосплавном бурении в трещиноватых, рыхлых, сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, а также в трещиноватых скальных породах для борьбы с потерей циркуляции.

Назначение глинистых растворов:

1) глинизация стенок скв;

2) удержание шлама во взвешенном состоянии;

3) создание повышенного противодавления на пласт;

4) облегчение транспортирования шлама по стволу;

5) предохранение бурового инструмента от коррозии благодаря глинистой корке, покрывающей всю поверхность инструмента. (Воздвиженский, 1979)

В качестве промывочной жидкости:

- в интервале 0,0 – 15,0м – промывка глинистым раствором;

- в интервале 15,0 – 780,0м – промывка технической водой.

Тампонаж скважин.

Тампонирование скважины – комплекс работ по гидроизоляции отдельных ее интервалов.

Цели тампонажа:

1) разделение и изоляция водоносных и других горизонтов;

2) укрепление стенок скв;

3) ликвидация водопроявлений;

4) устранение поглощения промывочной жидкости;

5) защита подземных вод от загрязнения.

Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж.

Цементом называется вяжущее вещество, которое, будучи замешано с пресной водой в тесто, твердеет как в воздухе, так и в воде. Цемент изготавливают путем тонкого измельчения клинкера(обожженной до спекания смеси известняка и глины) совместно с гипсом в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания и твердения. (Воздвиженский,1979)

Тампонаж производится в интервалах зоны поглощения и самого нижнего слоя представленного песком, т.е. где установлены обсадные трубы с целью гидроизоляции:

устья скважины в интервале 0,0 – 10,0м;

зоны поглощения в интервале 85 – 160м.

Ликвидация скважин.

Пробурив скважину, производят контрольный замер ее глубины, измерение зенитного и азимутального углов через установленные интервалы (по условию через 50м) и геофизические исследования(каротаж). Затем приступают к извлечению обсадных колонн и ликвидационному тампонированию скважины.

Ликвидационное тампонирование. Цель ликвидационного тампонирования состоит в том, чтобы изолировать все водоносные пласты и пласты полезного ископаемого, подлежащего разработке, от поступления в них воды по скважине и по трещинам из изолируемого водоносного пласта и устранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ее ликвидации.

Для ликвидационного тампонирования скважины, пройденной в скальных и полускальных породах, применяют цемент, в породах глинистых – пластичную жирную глину. Скважина, пробуренная с применением глинистого раствора и тампонируемая цементом, перед тампонированием промывается водой для разгллинизации. Цементный раствор нагнетают насосом через бурильные трубы, опущенные до забоя. По мере заполнения скважины цементным раствором бурильные трубы приподнимают. После подъема насос и бурильные трубы должны быть промыты водой для очистки от остатков цементного раствора.

При тампонировании глиной ее замачивают, приготовляют густое глиняное тесто, затем с помощью глинопресса или вручную готовят цилиндры из глины. Глиняные цилиндры опускают на забой скважины в длинной колонковой трубе и, приподняв колонковую трубу на 1,0 -1,5м над забоем, выпрессовывают с помощью насоса давлением воды обычно при 1,0 -1,5МПа. Для надежности каждую порцию тампонажной глины трамбуют металлической трамбовкой.

Для ликвидационного тампонирования глубоких скважин хорошо зарекомендовали себя:

1. глинисто – цементный раствор, изготовляемый на базе глинистого раствора повышенной вязкости. На 1м³ глинистого раствора добавляют 120 – 130 кг тампонажного цемента и 12кг жидкого стекла;

2. в Донбассе для тампонирования законченных скважин применяют отверждаемый глинистый раствор(ОГР) следующего состава: нормальный глинистый раствор 64%; формалин- 11%; ТС-10 – 25%. ТС – 10 представляет собой темно-коричневую жидкость, изготовленную из смеси сланцевых фенолов, этиленгликоля и раствора едкого натра.

В ряде разведочных районов к тампонажным растворам добавляют песок.

При наличии полного поглощения промывочной жидкости на интервале скважины выше зоны поглощения устанавливают деревянные пробки.

В устье ликвидационной скважины оставляют обсадную трубу (репер) с цементной пробкой. На трубе отмечают номер и глубину скважины, а также предприятие, выполнявшее бурение. (Воздвиженский,1979)

Расчет количества ликвидационного материала.

, где

V_{л. м.} - объем ликвидационного материала;

D = 76мм = 0,076м– средний диаметр скв;

Н = 780м – высота скв;

=3,5 м³ для одной скв

V_{л. м.} *3 = 3,5*3 =10,6 м³ для трех скв

Техника безопасности.

При производстве буровых работ необходимо руководствоваться «Правилами безопасности при геологоразведочных работах».

Руководство буровыми геологоразведочными работами может быть возложено исключительно на лиц, имеющих на это право(инженер, техник, буровой мастер). Управление буровыми станками, буровыми механизмами, а также обслуживание двигателей, компрессоров электроустановок должно производиться лицами, имеющими на это право, подтвержденное соответствующим документом. Все рабочие, как вновь принимаемые, так и переводимые на др. работу, допускаются к выполнению работ только после прохождения инструктажа по вопросам техники безопасности и обучения безопасным методам труда. Повторный инструктаж всех рабочих по технике безопасности должен проводиться не реже одного раза в полугодие. Проведение обучения и повторного инструктажа должно быть зарегистрировано в «Журнале регистрации обучения и всех видов инструктажа по технике безопасности».

Буровой агрегат должен проверяться в начале смены бурильщиком и периодически, но не реже одного раза в декаду, буровым мастером.

Результаты проверки должны записываться бурильщиком в буровой журнал, а буровым мастером в «Журнал проверки состояния техники безопасности». Обнаруженные неисправности должны устраняться до начала работ.

Запрещается работать при неисправных узлах станка, насоса, двигателей пусковой аппаратуры, неисправном слесарном, буровом, вспомогательном и технологическом инструменте.

Буровая установка должна быть обеспечена комплектом приспособлений и устройств для безопасного ведения работ и средствами индивидуальной защиты. Особое внимание уделяется ограждению вращающихся частей механизмов и защите от поражения электротоком.

Буровое здание должно быть освещено в соответствие с санитарными нормами, обеспечено умывальником, полотенцами и мылом, бачком для кипяченой воды, аптечкой.

Все рабочие работают только в спецодежде и в защитных касках, для хранения одежды необходимо иметь специальное помещение или шкаф.

Технологические режимы бурения должны соответствовать, указанным в геолого-техническом наряде. Контрольно-измерительная аппаратура должна быть исправна.

В процессе работы систематически проводится проверка состояния техники безопасности и санитарии лицами, ответственными за состояние техники безопасности.

При использовании в зимнее время печного отопления буровых вышек необходимо серьезное внимание обращать на выполнение требований пожарной безопасности. Пол под печкой и вокруг нее на расстоянии 0,5м обязательно следует покрывать листовой сталью. Стену здания у печи необходимо оббить стальным листом с асбестовой прокладкой или засыпать песком пространство между листом и стеной. Расстояние от стены до печи должно быть не менее 0,7м. печные трубы должны быть выведены выше крыши бурового здания не менее чем на 1,5м, а в местах проведения их через деревянные конструкции должны быть обернуты асбестом.

Запрещается применять факелы и др. источники открытого огня для аварийного освещения, а также для разогрева дизельной установки и масляных баков буровых станков. (Правила безопасности при геологоразведочных работах, 1980; Советов, 1980)

 

 

Введение.

 

Разведочное бурение и горноразведочные выработки являются важнейшим средством поисков и разведки всех видов полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий.

Данный курсовой проект дает возможность ближе познакомиться с бурением и проходкой горных выработок. Целью курсового проекта является ознакомление студентов с имеющимися техническими средствами разведки месторождений полезных ископаемых, технологиями проведения геологоразведочных работ и проектированием геологоразведочных скважин.

По заданию № 1 необходимо:

1) подсечь тремя двухствольными скважинами жилообразную залежь титаномагнетитовых руд мощностью 20м с углом падения 35 на ЮВ, залегающую в массиве габбро. Глубина подсечения 750м от устья скважины. Приращение зенитного угла 2⁰(выполаживание), азимутального 1⁰(положительное), интервалы замеров через 50м;

Проектные геологические разрезы:

а) по стволу скважины: 0,0-10,0м – пески, 10,0-15,0 – кора выветривания по габбро, 15,0 и ниже – габбро с рудной залежью. В интервале 95,0-150,0 – зона поглощения.

 

 

Часть 1. Бурение скважин.

 

Выбор и обоснование способов бурения и основных параметров скважин.

При разведке твердых месторождений твердых полезных ископаемых применяются колонковое, роторное и ударно-канатное бурение скважин.

В данном проекте для бурения скважин выбран колонковый способ бурения.

Колонковое бурение является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых.

Оно также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и на структурно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты.

Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам:

1. Оно помогает извлекать из скважины столбики породы – керна, по которым можно составить геологический разрез месторождения и опробовать полезное ископаемое.

2. Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.

3. Бурить скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование.

Глубины колонковых скважин различные – от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

К недостаткам колонкового бурения относятся высокая аварийность и низкий выход керна при проходке рыхлых, неустойчивых и трещиноватых пород.

Диаметры колонок скважин зависят от целей их проходки и от типа породоразрушающего инструмента.

При алмазном способе скважины бурятся в основном коронками диаметром 76, 59 и 46мм. При твердосплавном бурении разведочных скважин чаще применяют коронки диаметром 92, 76, 59мм, а при инженерно-геологических изысканиях применяются коронки диаметром 190, 151, 132 и 112мм. (Воздвиженский, 1979)