Обоснование конструкции скважины, выбор способа бурения и буровой установки

Конструкция скважины

Проектные глубины скважин варьируются от 127 м до 547 м. Зенитный угол заложения скважин от 75 до 90 градусов. Азимутальный угол наклонных скважин составляет 58 градусов СВ (см. таблицу 1). На основе данных о физико- механических свойствах пород, для более достоверного и качественного получения образцов вмещающих пород и образцов рудного тела, а также для проведения специальных работ в скважинах (каротаж) номинальным диаметром скважины принимается диаметр 76 мм. Обсадная колонна устанавливается на глубину 24 м. с целью перекрытия неустойчивых пород (глины, суглинки), склонных к набуханию, обрушению. В таблице 3 представлена конструкция скважины.

Способ бурения выбирается вращательный на протяжении всех глубин скважин. Тип бурения колонковый с использованием комплекса ССК. Этот комплекс обеспечивает оптимальный отбор керна. Комплекс ССК производства фирмы Atlas Copco представляет собой гладкоствольные бурильные трубу со способом крепления замка «труба в трубу». Каждая труба имеет длину три метра. Нижняя часть этого комплекса представлена двойным колонковым набором. В нижней части расположен ПРИ (алмазная коронка) затем алмазный расширитель. В верхней части с помощью адаптера с основной трубой устанавливается реликтовый переходник. Внутри адаптера находится опорное кольцо для фиксации керноприемной трубы.

Выбор способа бурения скважин

Проектом предусмотрено бурение скважин вращательным способом с применением прямой промывки полимерным раствором. Бурение будет осуществляться с применением алмазного породоразрушающего инструмента диаметром 76 мм. Данный способ обеспечивает проходку с минимальным естественным искривлением ствола скважины, увеличивает производительность и повышается устойчивость стенок скважины, а также оптимальный выход керна согласно геологическому заданию.

Таблица 3-Конструкция скважины

Характеристика пород	Интервал глубины,м	Мощнось слоя, м	Конструкция скважины
Глиы,суглинки	0-22	22	93 мм                   24 м
Алевролиты, песчаники, аргиллиты плотные,	22-75	75
Алевролиты с угольными пластами	75-547	450
			76 мм     547м

 

Выбор бурового станка

В данной главе проекта рассматриваем выбор буровой, рассматриваем характеристики данного станка и производим расчеты необходимые для обоснования выбора установки. Компактная и маневренная установка Christensen CS10 является самой малой буровой установкой во всем диапазоне и предназначена для разведочного бурения с поверхности. Все компоненты буровой установки размещены на раме смонтированной на колесном шасси. Такая комплектация позволяет быстро, в кратчайшее время, переместить установку при помощи трейлера с одного участка работ на другой. Ниже приведены технические характеристики, в таблице 4 приведены характеристики силового агрегата.

 

Технические характеристики буровой установки

Скорость подачи: ускоренная и замедленная с плавным регулированием

Осевое давление:                                                  59,6 кН(13 390 фунт)

 Тяговое усилие:                                                          90 кН (20 200 фунт)

Угол бурения:                                                                              45 - 90 град.

Длина вытягивания штанги:                                               6,09 м (20 фут)

Силовой привод: гидравлический двигатель с регулируемой скоростью

Шпиндель (внутренний диаметр):                               117 мм (4 5/8 дюйм)

Узел гидропатрона

Тип: открываемый гидравликой с пружинным смыканием Максимальный внутренний диаметр: 117 мм (4 5/8 дюйм) Удерживающая способность: 18 143 кг (40 000 фунт)

Штангодержатель

Тип: открываемый гидравликой с пружинным смыканием Максимальный внутренний диаметр: 210 мм (8,3 дюйм) Удерживающая способность: 13 000 кг (28 660 фунт)

Гидравлический насос Trido 140 для закачивания бурового раствора:

Макс. расход: 140 л/мин (37 гал/мин)

Макс. давление: 7 МПа (1 015 фунт на кв.дюйм)

 

 

Таблица 4-Техническая характеристика силового агрегата 

Параметры	Величина
Мощность двигателя	86,5кВт (116 л.с) при 2500 об/мин
Максимальное давление: главный насос вспомогательный насос	26 мПа 21 мПа
Максимальная производительность: - главный насос - вспомогательный насос	162 л/мин 30 л/мин
Масса	511 кг

 

     Далее производим расчет мощность силового агрегата, расходуемая в процессе бурения:

                                       N_Б = N_З + N_T + N_СТ + N_Н,                                      

где N_З – мощность, расходуемая на забое скважины, кВт;

   N_T – мощность, расходуемая на вращение бурильной колонны в скважине, кВт;

   N_СТ – мощность, расходуемая в других узлах бурового

станка, кВт;

    N_Н – мощность на привод бурового насоса.

 

    Величину затраченной мощности на разрушение породы в скважине находим по формуле:

                                     N_{З =} 2 · 10^-4 · P · n · D_ср,                                             

где P – осевая нагрузка на ПРИ = 1400 даН;

  n – частота вращения бурильной колонны, об/мин;

  D_ср – средний диаметр коронки, м;

                       D_ср =(Д₁+Д₂)/2 = (0,076+0,047)/2=0,0615м,                       

 где Д₁ и Д₂ – наружный и внутренний диаметр по резцам коронки

                   N_З = 2 · 10^-4 · 1400 · 1100 · 0,0615 = 19,1кВт.                           

Мощность на вращение бурильной колонны N_T составляет основную долю затраченной мощности на бурение скважины и складывается из двух параметров: N_хв – мощность, затраченная на холостое вращение бурильных труб в скважине, кВт; N_доп –мощность, затрачиваемая на вращение сжатой части бурильной колонны, которой создается осевая нагрузка на алмазный инструмент:

                                            N_T = N_хв + N_доп;                                                  

                                   N_доп = 2,45 · 10^-4 · δ ·P ·n, кВт,                                   

где δ – радиальный зазор, м:

                                          δ =  =  = 0,0035,                            

  D – диаметр скважины, м;

  d – наружный диаметр бурильных труб, м.

 

                   N_{доп =} 2,45 · 10^-4 · 0,0035 · 1400 · 1100 = 1,32 кВт,                   

N_хв = k_с (2,0 · 10^-6 · q · δ · n² + 0,8 · 10^-3 · q ·d² · n) · L = 1,2(2,0 · 10^-6· 11,6 · 0,0035 · 1100² + 0,8 ·10^-3 · 7,6 · 0,069² · 1100) · 547 = 9,24кВт,                

где q – масса 1 м бурильной колонны = 7,6 кг;

    L – глубина скважины = 547 м;

    k_с – коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости = 1,2.

                                      N_T = 9,25+1,32 = 10,57кВт;  

                                

                                                 N_СТ = B_C · n,                                                  

где B_C – опытный коэффициент, характеризующий переменные потери в станке, кВт ∙ мин/оборот.

   Потери мощности в станке: N_СТ ≈ 0,5кВт.

   Мощность двигателя для привода насоса Nн = 5,9 кВт.

   Общая необходимая мощность двигателя:

                            N_Б = 26,1+ 10,57 +0,5+5,9 = 43,07кВт.                            

Сравнивая результаты расчетов и мощность выбранной установки, которая равна 86,5 кВт, определяем  использование выбранной буровой установки технически обоснованным.