Раздел 1. Основы бурения и физико-механические свойства горных пород

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА БУРЕНИЯ СКВАЖИН

А.П. НАЗАРОВ

БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Методические указания

• Специальность 0714 «Экономика и управление на предприятии»

Утверждено Редакционным советом центра дистанционного образования

МОСКВА 2010

Назаров А.П.

Бурение скважин./

Методические указания. М.: РГГРУ. 2009. ­ 40 с.: ил.

ISBN 5 – 247 – 03365 – 5

Приведены основные сведения по проектированию буровых работ, рассмотрены различные способы бурения геологоразведочных скважин, приведены рекомендации по построению проектных конструкций скважин, выбору оборудования и инструмента, расчету технологических параметров режима бурения, разработке мероприятий по повышению выхода керна и проведению скважины по проектной трассе, организации работ и ликвидации скважин.

Для студентов геологических и экономических специальностей вузов и студентов, обучающихся по программе дистанционного образования, изучающих дисциплину «Бурение скважин».

ПРОГРАММА КУРСА

ЛЕКЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Содержание и значение курса. Роль бурения в геологоразведочных работах, добыче полезных ископаемых и др. Краткий исторический очерк.

Раздел 1. Основы бурения и физико-механические свойства горных пород

Тема 1. Основные понятия и определения. Элементы буровой скважины. Классификация буровых скважин по назначению. Способы бурения скважин. Общая схема бурения.

Тема 2. Физико-механические свойства горних пород: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность, буримость. Классификация горных пород по буримости, способы определения категории буримости.

Раздел 2. Колонковое бурение

Тема 1. Общая схема колонкового бурения. Преимущества и недостатки. Производственный цикл бурения скважины.

Тема 2. Буровые установки для колонкового бурения. Станки и насосы. Вышки и мачты. Организация спуско-подъемных операций. Способы транспортировки и монтажа бурового оборудования.

Тема 3. Инструмент для колонкового бурения. Состав бурового снаряда. Назначение отдельных элементов. Колонковый набор. Твердосплавные и алмазные коронки. Бурильные трубы, способы их соединений. Легкосплавные и утяжеленные бурильные трубы. Вспомогательный и аварийный инструмент.

Тема 4. Крепление скважин. Обсадные трубы и их соединения. Конструкции скважин. Выбор конечного диаметра скважины.

Тема 5. Удаление шлама с забоя скважины. Промывка скважин. Схемы промывки. Вида промывочных жидкостей, их основные свойства. Продувка скважин, область применения.

Тема 6. Технология бурения. Роль технологических параметров режима бурения. Подбор рациональных параметров для твердосплавного и алмазного бурения.

Тема 7. Отбор керна при бурении. Понятие «выход керна». Причины снижения выхода керна. Способы повышения выхода керна.

Тема 8. Ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение. Гидроударники и пневмоударники. Преимущества, область применения способов.

Тема 9. Искривление скважин, направленное и многозабойное бурение. Причины искривления. Технические средства направленного бурения. Многозабойное бурение. Кернометрия.

Тема 10.Осложнения при бурении, методы борьбы. Аварии и методы их предупреждения и ликвидации. Аварийный инструмент.

Раздел 3. Бурение неглубоких скважин

Тема 1. Общие сведения. Способы бурения неглубоких скважин. Ударно-канатное бурение. Область применения. Общая схема станка. Состав бурового снаряда. Технология бурения.

Тема 2. Медленно-вращательное бурение. Область применения. Инструмент, особенности технологии.

Тема 3. Шнековое бурение. Область применения. Оборудование и инструмент. Технология бурения. Комбинированное бурение.

Тема 4. Вибрационное и пенитрационное бурение. Области применения. Схемы, особенности технологий.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

Занятие 1 Состав бурового снаряда. Твердосплавные и алмазные коронки.

Занятие 2. Крепление скважин. Обсадные трубы. Выбор конечного диаметра скважины. Построение проектной конструкции скважины.

Занятие 3. Расчет параметров режима бурения

Занятие 4. Двойные колонковые снаряды, комплексы КГК и ССК

КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

По целевому назначению скважины подразделяются на добычные, геологоразведочные и технические. Бурение геологоразведочных скважин является основным способом поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. В данной контрольной необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки твердого полезного ископаемого.

При изучении курса студенты должны приобрести теоретические сведения и практические навыки решения задач, связанных с составлением проекта на бурение разведочных скважин, научиться ориентироваться в различных способах бурения скважин, самостоятельно строить проектные конструкции скважин, выбирать буровое оборудование и инструмент, определять рациональную технологию бурения.

В процессе изучения курса предусмотрено написание контрольной работы. В контрольной работе должны быть решены следующие задачи:

1. - выбор способа бурения;

2. - построение проектной конструкции скважины;

3. - выбор бурового оборудования;

4. - выбор бурового инструмента;

5. - выбор типа очистного агента;

6. - расчет рациональных параметров режима бурения;

7. - разработка мероприятий по повышению выхода керна;

8. - ликвидация скважины;

9. - составление геолого-технического наряда.

Ниже приведены десять вариантов проектных геологических разрезов, для которых составляется проект на бурение геологоразведочных скважин.

Вариант контрольного задания соответствует последней цифре шифра студенческого билета.

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Вариант 6

Вариант 7

Вариант 8

Вариант 9

Вариант 0

ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ

Выбор способа бурения скважин зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины, тип полезного ископаемого, физико-механические свойства горных пород.

В данной контрольной необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки месторождения твердого полезного ископаемого. Тип полезного ископаемого приведен в контрольном задании (полезное ископаемое – предпоследний слой).

Основными физико-механическими свойствами горных пород, определяющими выбор способа и технологии бурение скважин, являются: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность. Для проектирования и нормирования бурения геолого-разведочных скважин используется обобщенный показатель физико-механических свойств горных пород – буримость. Для вращательного бурения скважин в настоящее время принята классификация горных пород по буримости, включающая 12 категорий. Породы I – IV категории называ-ются мягкими, V – VIII категории – породами средней твердости, IX – X категории – твердыми, XI – XII категории – крепкими. Категории пород по буримости приведены в задании.

Бурение геологоразведочных скважин осуществляется механическим способом, при котором горная порода на забое разрушается под воздействием породоразрушающего инструмента. В зависимости от характера движения породоразрушающего инструмента к механическим способам бурения относятся: вращательное, ударно-вращательное и ударное.

Наиболее распространенным является вращательное бурение. Вращательное бурение подразделяется на бескерновое и колонковое.

При бескерновом бурении горная порода разрушается по всей площади забоя, бурение производится без отбора керна. Бескерновое бурение применяется при разведке жидких и газообразных полезных ископаемых. При разведке твердых полезных ископаемых бескерновое бурение применяется на стадии детальной разведки при проходке верхних, хорошо изученных, слоев пород. Бескерновое бурение позволяет повысить производительность геологоразведочных работ, но обязательно должно сопровождаться геофизическими исследованиями в скважинах.

При колонковом бурении горная порода разрушается по кольцевому забою, а в центре скважины остается ненарушенный столбик породы – керн. Керн используется для изучения структуры и вещественного состава горных пород. Колонковое бурение является основным способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Кроме того, колонковое бурение широко применяется при бурении картировочных, структурно-поисковых, инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.

Магматические месторождения

Пегматитовые месторождения

Осадочные месторождения

ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Бурение разведочных скважин производится установками, в состав которых входят: буровой станок, насос и их привод (электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания), буровая вышка иди мачта, транспортная база, буровое здание, система очистки промывочной жидкости, КИП.

Выбор бурового оборудования определяется проектной конструкцией скважины, способом бурения, параметрами бурового инструмента, а также требованиями к транспортабельности буровой установки.

Для вращательного бурения колонковым способом применяются станки со шпиндельными или подвижники вращателями, оборудованные гидравлическим механизмом подачи, что позволяет создавать необходимую осевую нагрузку на забой при любой глубине и направлении скважины. Основные параметры буровых установок, серийно выпускающихся в России, приведены в табл.5.

На основании проектной глубины скважины, выбранного конечного диаметра и способа бурения производится выбор буровой установки и оборудования, входящего в ее состав.

Пример. Выбрать буровое оборудование для условий бурения, приведенных в табл.4.

Учитывая глубину и диаметр бурения, а также угол наклона скважин, выбираем буровой станок СКБ-5. Он предназначен для бурения геологоразведочных скважин алмазными коронками диаметром 59 мм на глубину до 800 м. Буровой станок СКБ-5 имеет высокие скорости вращения шпинделя, что особенно важно при бурении алмазными коронками. Он оснащен необходимой контрольно-измерительной аппаратурой.

В качестве привода может быть использован электродвигатель мощностью 30 кВт или дизель. В комплект буровой установки входит мачта БМТ-5, буровой насос НБ-120/40.

Далее следует привести краткую характеристику выбранного бурового оборудования.

ВЫБОР БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

Буровой инструмент для бурения скважин подразделяется на техно-логический, вспомогательный и аварийный. Технологический инструмент является основным инструментом для бурения скважин. Вспомогательный инструмент предназначен для обслуживания технологического инструмента, аварийный инструмент предназначен для ликвидации аварий при бурении.

Выбор очистного агента

Для очистки забоя скважины от выбуренной породы (шлама), охлаждения породоразрушающего инструмента, привода забойных механизмов и закрепления неустойчивых стенок скважины применяют различные очистные агенты. Они способствуют также предотвращению, а в некоторых случаях и ликвидации осложнений в скважинах в процессе бурения. Для промывки скважин применяют жидкости: техническую воду, глинистые растворы, различные специальные растворы (эмульсионные, аэрированные и др.) и сжатый воздух. Для продувки скважин применяют сжатый воздух.

Техническую вода самый дешевый вид промывочной жидкости. Ее можно применять при бурении устойчивых пород с хорошим выходом керна.

Глинистые растворы применяют при бурении рыхлых, трещиноватых и неустойчивых пород, склонных к обвалам и поглощению промывочной жидкости. Растворы приготовляются на поверхности из местных глин или глинопорошков, а также непосредственно в скважине при разбуривании глинистых пород (естественные глинистые растворы).

Безглинистые растворы (известковые, кальциевые и др.) используют для бурения в карбонатных породах и в обводненных песчаных отложениях, а также для предотвращения обвалообразований при бурении скважин в глинистых породах.

Эмульсионные растворы получили широкое применение при алмазном бурении. Их использование способствуют: снижению вибрации бурильной колонны; уменьшению самозаклиниваний керна; снижению затрат мощности при бурении; повышению механической скорости бурения за счет более высоких оборотов бурового инструмента. Основой для приготовления этих эмульсионных растворов в настоящее время являются следующие поверхностно-активные вещества: ЭЛ-4, ЭН-4, Ленол-10 и др.

Полимерные промывочные жидкости позволяют снизить потери промывочной жидкости при бурении в пористых и трещиноватых породах, улучшают качество вскрытия водоносных горизонтов. Полимерные промывочные жидкости представляют собой растворы водорастворимых полимеров: полиакрилонитрила (гипана, К-4, К-9), полиакрилоамида, карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и др.

Солевые растворы применяют при бурении растворимых солей и многолетнемерзлых пород. При проходке соляных толщ необходимо, чтобы химический состав разбуриваемых пород и солевого раствора был одинаковым. При бурении мерзлых пород рекомендуется применять охлажденный водный раствор.

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

При бурении скважин со сложным геологическим разрезом могут оказаться эффективными несколько видов очистных агентов.

Ликвидация скважин

После окончания бурения и проведения необходимых исследований каждая скважина должна быть закрыта (ликвидирована). Работа по ликвидации скважин предусматривают следующие цели: необходимо исключить обводнение продуктивных горизонтов пластовыми водами, что очень важно при последующей добыче полезных ископаемых, а также предотвратить смешение вод различных водоносных горизонтов. Последнее играет большую роль по охране от загрязнения многих водоносных горизонтов, если учесть, что во многих местах верхние водоносные горизонты уже являются загрязненными. При пересечении скважиной напорных водоносных горизонтов происходит самоизлив воды, а это приводит к большим тратам водных запасов.

Разрешение на закрытие скважины дает геолог партии или экспедиции. Основанием для закрытия скважины является выполнение поставленной задачи, а также возникновение тяжелых аварий и осложнений в скважине, вследствие чего дальнейшее ее бурение становится невозможным.

Перед закрытием скважины производят контрольный замер глубины, инклинометрию, каротаж, гидрогеологические исследования. В дальнейшем выполняют следующие работы: извлекают на скважины обсадные трубы; надежно перекрывают водоносные горизонты; ствол скважина заливают

густым глинистым раствором; надежно перекрывают устье скважины путем прочной забивки деревянного столба или обсадной трубы с пробкой; устанавливают опознавательный знак, на котором несмываемой краской отмечают номер и глубину скважины и наименование организации, проводившей бурение, дату начала и окончания бурения; наносят устье скважины на карту района работ с привязкой к существующей сети триангуляции; составляют акт о закрытии (ликвидации) скважины.

При закрытии скважины необходимо принять все меры к извлечению обсадных труб. Оставлять трубы в скважине можно только в случае необходимости (для перекрытия водоносных горизонтов, сохранения ствола и т.д.).

Методы и приемы перекрытия водоносных горизонтов разрабатываются на месте в зависимости от свойств пород и интенсивности водопроявлений.

К ликвидационному тампонажу предъявляют большие требования, так как это связано с охраной недр. Студенту необходимо выбрать наиболее эффективный способ изоляции водоносных и рудных горизонтов.

Список рекомендуемой литературы:

1. Соловьев Н.В. Бурение разведочных скважин. М. Высшая школа. 2007

2. Воздвиженский Б.И. и др. Разведочное бурение, М., Недра, 1979.

3. Козловский Е.А. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, т.I,II. М., Недра, 1964.

4. Володин Ю.И. Основы бурения. М., Недра, 1986.

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА БУРЕНИЯ СКВАЖИН

А.П. НАЗАРОВ

БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Методические указания

• Специальность 0714 «Экономика и управление на предприятии»

Утверждено Редакционным советом центра дистанционного образования

МОСКВА 2010

Назаров А.П.

Бурение скважин./

Методические указания. М.: РГГРУ. 2009. ­ 40 с.: ил.

ISBN 5 – 247 – 03365 – 5

Приведены основные сведения по проектированию буровых работ, рассмотрены различные способы бурения геологоразведочных скважин, приведены рекомендации по построению проектных конструкций скважин, выбору оборудования и инструмента, расчету технологических параметров режима бурения, разработке мероприятий по повышению выхода керна и проведению скважины по проектной трассе, организации работ и ликвидации скважин.

Для студентов геологических и экономических специальностей вузов и студентов, обучающихся по программе дистанционного образования, изучающих дисциплину «Бурение скважин».

ПРОГРАММА КУРСА

ЛЕКЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Содержание и значение курса. Роль бурения в геологоразведочных работах, добыче полезных ископаемых и др. Краткий исторический очерк.

Раздел 1. Основы бурения и физико-механические свойства горных пород

Тема 1. Основные понятия и определения. Элементы буровой скважины. Классификация буровых скважин по назначению. Способы бурения скважин. Общая схема бурения.

Тема 2. Физико-механические свойства горних пород: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность, буримость. Классификация горных пород по буримости, способы определения категории буримости.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов