Реферат: Разведочное бурение
ПолитехническийУниверситет
Институт Геологии и НефтегазовогоДела
Геологоразведочныйфакультет
Кафедра техники
разведки
Расчётно-пояснительная записка
ккурсовому проекту по разведочному бурению
Выполнил:
Студент группы
Принял:
Преподаватель
Содержание
Введение
1.Геолого-технические условия бурения
1.1.Геологический разрез и краткая характеристика пород
1.2.Геолого-технические условия отбора керна
2.Способ бурения и конструкция скважины
2.1.Обоснование и выбор способа бурения
2.2.Выбор и обоснование конструкции скважины
3.Разработка режимов бурения скважины
3.1.Выбор и обоснование породоразрушающего инструмента
3.2.Расчёт и обоснование принятых осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент
3.3.Расчёт и обоснование принятых частот вращенияпородоразрушающего
инструмента
3.4.Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости
3.5.Расчёт и обоснование принятых значений расходапромывочной жидкости по интервалам
4.Повышение качества отбора керна
4.1.Отбор керновых проб по вмещающим породам
4.2.Отбор керна по полезному ископаемому
4.2.1.Анализ факторов, снижающих выбор керна
4.2.2.Выбор, обоснование и описание снарядов для отборакерна полезного ископаемого
4.2.3.Разработка специального режима бурения при проходке по полезному ископаемому
5.Искривление скважин и инклинометрия
5.1.Предупреждение и борьба с искривлением скважин
5.2.Инклинометрия скважин
6.Буровое оборудование и инструмент
6.1.Выбор и описание буровой установки
6.2.Описание процесса монтажа и демонтажа буровой установки
6.3.Выбор и описание бурильных труб вспомогательного иаварийного
инструментов
7.Производственные процессы при сооружении скважин
7.1.Процесс забуривания скважины
7.2.Спуско-подъёмные операции
7.3.Крепление скважины обсадными трубами
7.4.Тампонажные работы
7.5.Предупреждение и ликвидация аварий
8.Организация водоснабжения, энергоснабжения, приготовленияпромывочной жидкости
9.Охрана природы
10.Специальный вопрос: Бурение снарядами ССК.
11.Расчёт потребного количества буровых установок
1.Геолого-техническиеусловия бурения
1.1.Геологическийразрез и краткая характеристика пород
Геологическийразрез проектируемой скважины представлен следующими породами:
Мощность, м Наименование пород От до 7 Суглинок 7 230 Туфы 230 300 Кварц-эпидотовые сланцы 300 330 Туфы и туффиты 330 410 Сланцы эпидот-гранатовые 410 445 Руда магнетитовая 445 515 Порфириты
· Суглинкиотносятся ко II категории пород по буримости,породы малой твёрдости и абразивности.
· Туфы и туффитыотносятся к VII категории пород по буримости, породысредней твёрдости и абразивности. Плотная вулканическая горная порода,образовавшаяся в результате цементации вулканического пепла, шлака, лапиллей идругих выбросов вулкана в процессе его извержения. Состоят из обломковвулканического стекла, пемзы.
· Сланцы эпидот — гранатовые относятся к VIIкатегории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Этогорные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях так называемой зеленосланцевойфации на относительно малых глубинах; в их составе, кроме слюды, многозелено-цветных минералов (хлорита, эпидота и различных амфиболов). Образуютсяиз осадочных и вулканических пород.
· Магнетитовая рудаотносится к VI категории пород по буримости, породаумеренной твёрдости и абразивности.
· Порфиритыотносятся к IX категории пород по буримости, породытвёрдые и абразивные.
· Кварц — эпидотовые сланцы относятся к VIIкатегории по буримости, породы средней твердости и абразивности. Это горныепороды, подвергнутые метаморфизму в условиях зеленосланцевой фации наотносительно малых глубинах.
[Н.И.Любимов,, Принципыклассификации и эффективного разрушения горных пород при разведочном бурении”]
1.2. Геолого-технические условия отбора керна
Припоисках и разведке полезных ископаемых буровыми скважинами одной из главныхзадач является получение керна – основного фактического материала длявыявления, изучения и оценки промышленного потенциала месторождения. При этомдостоверность оценки месторождения тем выше, чем больше получено керна и чемполнее он отражает основные свойства и вещественный состав пробуренных пород ируд. Керн позволяет наиболее точно составить геологический разрез, определитьусловия залегания и запасы полезного ископаемого.
Отсюдавидно, какую ценность для геологов и буровиков представляет керновый материал игеолого-технические условия его отбора.
Выходкерна определяется в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход кернапозволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровойскважиной, и определять запасы полезного ископаемого.
Внашем случае отбор керна будем осуществлять, начиная с глубины 7 метров. Повсем интервалам бурения, кроме как по полезному ископаемому в интервале бурения410-445 метров, плановый выход керна соответствует фактически возможному. Винтервале бурения 410-445 метров по полезному ископаемому фактически возможныйвыход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. В связи с этим будемиспользовать оборудование для увеличения выхода керна – специальный снаряд сосъёмным керноприёмником ССК.
2.Способбурения и конструкция скважины
2.1.Выбори обоснование способа бурения
Работы в области разведочного бурения направлены в основномна обеспечение сохранности керна, извлекаемого с большой глубины, а основнымсредством поисков и разведки полезных ископаемых и инженерно-геологическихизысканий, дающим возможность извлекать из земных недр образцы горных пород ввиде кернов, является колонковое бурение.
Колонковое бурение — вращательное бурение, при которомразрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу ссохранением внутренней части породы в виде керна.
Проектом предусматривается бурение скважины с отборомкерна, начиная с глубины 7 метров. В соответствии с заданием и геологическимиусловиями в нашем случае будет применено колонково — вращательное бурениешарошечным долотом и алмазными коронками.
В нашем случае выборколонково — вращательного бурения имеет место потому, что при этом способебурения:
· извлекают из скважиныкерны, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезноеископаемое;
· бурят скважиныпод различными углами к горизонту (в нашем случае под углом 70О кгоризонту), различными породоразрушающими инструментами в породах любойтвёрдости и абразивности;
· бурят скважинымалых диаметров на большие глубины, применяя относительно лёгкое оборудование;
2.2.Выбор и обоснование конструкции скважины
Выбор и обоснование конструкции скважины являетсяважнейшим исходным моментом при проектировании и играет решающую роль вуспешном проведении скважины до проектной глубины с лучшимитехнико-экономическими показателями, в обеспечении оптимальных условий буренияи опробования.
Подконструкцией скважины понимают характеристику буровой скважины, определяющую изменениееё диаметра с глубиной, также диаметры и длинны обсадных колонн. Исходнымиданными для построения конструкции скважины колонкового бурения являютсяфизико-механические свойств горных пород, наличие пористых и неустойчивых интервалов, и, главное, конечныйдиаметр бурения. Конструкция скважины влияет на все виды работ, составляющиепроцесс бурения, и определяет их стоимость и качественное выполнениегеологического задания.
При бурении на различные виды полезных ископаемыхприменяются разные конструкции скважин в зависимости от допустимого диаметракерна. Конечный диаметр скважины определяется минимально допустимым диаметромкерна конкретного полезного ископаемого (в нашем случае магнетитовой руды).
Исходя из общегопредставления о типе месторождения, определяем допустимый минимальный диаметркерна по полезному ископаемому и конечный диаметр скважины.
Минимально допустимыйдиаметр керна для месторождений магнетитовых руд, обеспечивающийпредставительность опробования — 32 мм.
При бурении обычным колонковым снарядом диаметрскважины при пересечении магнетитовых руд должен быть 46 мм
Построениеконструкции скважины по проектному геологическому разрезу ведут снизувверх. Бурение в интервале 0 — 7 м предполагается вести с применениемшарошечного долота, в интервале 7-515 м алмазными коронками. Конечный диаметрбурения для обеспечения представительности керн ( бурение по магнетитовым рудам) рекомендуется 59мм. Принимаем этот диаметр.
Интервалскважины 0 — 7 м представлен суглинками – неустойчивыми породами, и поэтому его необходимо перекрывать обсадными трубами. Глубина бурения под этуобсадную колонну должен превышать 7 метров с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были посажены втвердые монолитные породы. Принимаем ее равной 8 м. Низ обсадной трубыдолжен быть затампонирован. Диаметр выбранных обсадных колонн определяемснизу вверх. Для прохождения коронки диаметром 59 мм минимальный наружныйдиаметр обсадной трубы – 73 мм. Принимаем трубы этого размера.
Длягарантированного спуска этих труб в осыпающихся породах проектируем бурение породоразрушающиминструментом диаметром 93 мм. Эта обсадная колонна будет являться и направляющей трубой.[5, стр.8]
3.Разработкарежимов бурения скважины
3.1.Выбори обоснование породоразрушающего инструмента
Наинтервале скважины 0 — 7 м, сложенном суглинками, отбор керна не нужен, поэтомубудем бурить шарошечным долотом типа М (рис.4), предназначенным для бурения впородах I-IV категории по буримости.
Длябурения пород VI-VIII категорий по буримости применяем алмазную однослойнуюзубчатую коронку типа К-02(рис.2).
КоронкиК-02 является специальной алмазной коронкой для бурения скважин снарядами сосъёмными керноприёмниками типа ССК.
Прибурении снарядом со съёмным керноприёмником ССК-59 будем использовать алмазныйрасширитель РСА-1.
3.2.Расчёт и обоснование принятых осевых нагрузок
1.Осевая нагрузка на шарошечное долоторассчитывается исходя из удельной нагрузки на 1 см диаметра долота в пределахот 100 даН для пород Iкатегории до 300 даН для пород IVкатегории по буримости.
Для расчёта принятой осевой нагрузкина шарошечное долото применяем следующую формулу: C= CD (1)
Где C0 - осеваянагрузка на 1 см диаметра долота (даН)
D - диаметр долота (см)
Тип долотаКатегории
пород по буримости
Удельная нагрузка на 1 см диаметра долота C0, даН
Окружная скорость вращения долота, м/с Удельный расход промывки на 1 см диаметра долота Шарошечное типа М I-III 150-250 1.4 – 1.2 40-30[Спиридонов Б.И. ,, Разведочное бурение’’Методические указания, стр.19]
C = (150÷250)•9.3 = 1395÷2325(даH)
Принимаем осевую нагрузку величиной 2325 да/>Н.
2.При бурении алмазнымикоронками с комплексом ССК-59 будем использовать стандартную осевую нагрузкудля этого комплекса, она принимается равной 17 кН.
[11, часть 1,стр.360]
Тип коронки и расширителя Шифр Диаметр коронки, ммОднослойная
Зубчатая
К-02 59 / 35.4 Расширитель для ССК — 59 РСА — 1 59.4[1 ,, Колонковое бурение”,стр.209]
3.3.Расчёти обоснование принятых частот вращения
1.Частота вращения шарошечного долотапринимается в соответствии с диаметром долота (в нашем случае 93 мм) в пределах100-300 об/мин.
[4. ,, Разведочное бурение’’, стр.286]
2.Частоту вращения алмазных коронокберём стандартную для комплекса ССК-59, равную 1500 об/мин.
[11, часть 1, стр.360]
3.4.Выбори обоснование параметров промывочной жидкости
В современных условиях геологоразведочного буренияочистка скважины от шлама разбуренной породы проводится непрерывно в процессебурения промывкой технической водой, специальными жидкостями и растворами.
Наиболее распространённый способ очистки скважины — промывка различными промывочными жидкостями. Промывочная жидкость, применяемаяв бурении, должна удовлетворять следующим требованиям:
· полностью очищатьзабой скважины от разбуренной породы, чтобы породоразрушающий инструмент могработать всё время на чистом забое
· закреплять стенкискважины при бурении в осадочных неустойчивых рыхлых породах, способных кобвалам и обрушениям
· предупреждатьвозможность прорыва пластовых вод в скважину в процессе бурения
· поддерживатьчастицы выбуренной породы во взвешенном состоянии во время перерывов в работе,когда промывочная жидкость в скважине в полном покое
· интенсивноохлаждать породоразрушающий инструмент в процессе бурения
Для приготовления промывочной жидкости в нашем случаебудем использовать глинопорошок. Качество глинопорошков и глинистых растворовиз них зависит от технических условий. Все глинопорошки поставляются в бумажныхмешках массой по 40 кг; мешки маркируются, каждая партия глинопорошка должнаиметь паспорт с указанием даты изготовления и качественных показателейглинопорошка.
Будем использовать глинопорошок для приготовленияпромывочной жидкости со следующими качественными показателями:
· Вязкость-22 с
· Плотность-1.21г/см3<sub/>
· Водоотдача-14 см3<sub/>/30 мин
· Толщина корки неболее 2 мм
· Стабильность–0.01 г/см3<sub/>
· Содержаниепеска-3%
[Справочник инженера побурению геологоразведочных скважин, часть 2, стр.111]
Для приготовления промывочной жидкости будемиспользовать глиномешалку МГ-2-4.
3.5.Расчёти обоснование принятых значений расхода
промывочнойжидкости по интервалам
Прибурении по суглинкам в интервале 0-7 м будем применять глинистыйвысококачественный раствор нормальной концентрации.
Далеебурение идёт по устойчивым породам, вследствие чего будем применятьмалоглинистый водный раствор.
Расходпромывочной жидкости Qопределятся по формуле:
Q=kD
Гдек — расход промывочной жидкости на 1 см диаметра породоразрушающегоинструмента
D-диаметрпородоразрушающего инструмента
1.Прибурении шарошечным долотом будем использовать рекомендуемый расход промывочнойжидкости, равный 200 литр/мин.
[4.,, Разведочное бурение’’, стр.286]
2.Прибурении комплексом ССК-59 будем использовать рекомендуемый расход промывочнойжидкости для породоразрушающего инструмента комплекса, равный 60 литр/мин.
[Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, часть1, стр.360]
4.Повышениекачества отбора керна
4.1.Отборкерновых проб по вмещающим породам
Отбор керновых проб по вмещающимпородам будем вести, начиная с глубины 7 метров алмазными коронками сприменением специального снаряда со съёмным керноприёмником ССК-59.
4.2.Отборкерна по полезному ископаемому
Перед началом отбора керна по полезному ископаемомуопределяется контакт вмещающей породы с полезным ископаемым, который позволитпринять необходимые меры, обеспечивающие получение заданного выхода керна.Контакт породы с полезным ископаемым определяют по изменению механическойскорости бурения. Встретив кровлю полезного ископаемого, бурение прекращают,скважину тщательно промывают, заклинивают керн и поднимают его на поверхность.В процессе подъёма производят контрольный замер глубины скважины. В зависимостиот физико-механических свойств полезного ископаемого устанавливается режимбурения.
Породы, по которымведётся бурение, относятся к IVгруппе по отбору керна, поэтому углубка за рейс составит 2.5 м.
[11,часть 1, стр.321]
4.2.1.Анализфакторов, снижающих выбор керна
Выходкерна при колонковом разведочном бурении зависит от целого ряда факторов,которые можно объединить в несколько групп: геологические, технические,технологические и организационные.
· Геологические
Горныепороды при колонковом бурении рассматриваются главным образом с точки зрения ихбуримости, выхода керна и устойчивости на стенках скважины. В большинствеслучаев мягкие, рыхлые породы легко бурятся, но дают низкий выход керна инеустойчивы на стенках скважины. Эти показатели зависят от физико-механическихсвойств горных пород.
Знаниегеологических условий позволяет заранее принять меры по обеспечению хорошеговыхода керна и нормального процесса бурения.
Основнымифизико-механическими свойствами горных пород, оказывающими влияние на процессыбурения, являются прочность, твёрдость, абразивность и устойчивость.
Всегорные породы и полезные ископаемые целесообразно разделить на группы попризнакам разрушения керна, что позволит наметить конкретные мероприятия пообеспечению выхода керна.
· Технические
Техническиефакторы, оказывающие влияние на выход керна и его качество, определяютсяглавным образом конструктивными особенностями колонкового снаряда ипородоразрушающего инструмента, а также условия их работы. Сюда относятсяканалы, направляющие поток промывочной жидкости до начала и во время бурения,каналы дренажа жидкости из керноприёмной трубы, конструкция керноприёмной трубыи её соединений, способ заклинки керна, конструкция породоразрушающегоинструмента, диаметр и наклон скважины, качество промывочного агента и вибрация.
· Технологические
Ктехнологическим факторам, влияющим на сохранность керна при бурении, относятся:количество подаваемой жидкости на забой скважины во время бурения, скоростьвращения породоразрушающего инструмента, осевое усилие на породоразрушающийинструмент, величина проходки за рейс.
· Организационные
Успешноеполучение качественного керна в значительной мере зависит от умения буровогоперсонала правильно применять наиболее эффективные средства в данных условияхбурения и правильно организовывать производство буровых работ.
Основнымиорганизационными мероприятиями, способствующими повышению выхода керна,являются:
Ø Квалифицированныйинструктаж бурового персонала со стороны технического и геологическогоруководства персонала по применению наиболее эффективных методов и средствполучения керна в данных геологических условиях бурения.
Ø Обеспечениебуровых бригад техническими средствами и поддержании их в исправном состоянии.На буровой должно быть несколько однотипных колонковых снарядов, что даётвозможность при работе одним снарядом одновременно подготавливать к работедругой.
Ø Непрерывныйконтроль за процессом бурения по полезному ископаемому и своевременнаядокументация поднятого керна. Выполнение этих мероприятий обеспечивает привязкукернового материала к сопутствующему интервалу скважины, существенно облегчаяразбивку рудного тела на зоны и предохраняет геологическую службу от ошибок приопробовании, связанных с неравномерным выходом керна. Кроме того тщательная иточная документация рудного керна, производимая сразу вслед за подъёмом его изскважины, позволит провести анализ зависимости выхода керна от технологиибурения и немедленно принять конкретные меры по улучшению результатов бурения.
Ø Оснащениебурового агрегата контрольно — измерительной аппаратурой, что позволяет болееточно регулировать основные параметры режима бурения.
Ø Наличиена буровой проектного геологического разреза скважины, который должен бытьболее полно соответствовать фактическому. Буровая бригада должна хорошо изучитьпроектный геологический разрез скважины, что позволит более точно определитьмомент вхождения породоразрушающего инструмента в полезное ископаемое.
4.2.2.Выбор,обоснование и описание снарядов для отбора керна
полезногоископаемого[11, часть 1, стр.359-369]
Получение представительногокерна из толщи полезного ископаемого является основной задачей всех поисковых иразведочных колонковых скважин, поэтому при бурении принимают все меры к тому,чтобы получить необходимый по количеству и качеству керн, используя наиболеесовершенные технические средства и методы его отбора.
Успех получения представительного керна в тех или иныхгеологических условиях зависит от выбора типа забойного инструмента,конструкции бурового снаряда, способа транспортировки продуктов разрушения,качества транспортирующего агента и режима бурения.
В интервале бурения 410-445 метров по полезному ископаемомуфактически возможный выход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. Всвязи с этим будем использовать оборудование для увеличения выхода керна – специальныйснаряд со съёмным керноприёмником ССК-59
Он разработан для бурения вгеологических разрезах, представленных в основном твердыми породами VIII—Хкатегорий по буримости и породами средней твердости V—VII категорий спропластками более твердых пород, и позволяет извлекать керн из скважины спомощью съемного керноприемника
По сравнению с технологией бурения сотбором керна колонковыми трубами этот метод и технические средства существенноповышают производительность бурения и улучшают качество отбираемого керновогоматериала. увеличивают ресурс породоразрушающего инструмента. Повышениепроизводительности бурения достигается главным образом за счет увеличенияпроходки за рейс без подъема бурильной колонны с забоя при высокой механическойскорости. Качество кернового материала улучшается благодаря возможностиподъема керноприемника в случае самозаклинивания керна. Увеличение ресурсакоронки объясняется возможностью бурения значительных интервалов без извлечениякоронки из скважины.
Этот метод способствует также устойчивости стенок скважины иобеспечивает улучшение условий труда буровой бригады вследствие сокращенияспуско-подъемных операций. Перед началом бурения съемный керноприёмник,сбрасываемый с поверхности через колонну бурильных труб, фиксируется вколонковой трубе запорным механизмом. В процессе бурения приемная трубакерноприемника не вращается. Керн заклинивается кернорвателем в момент отрывабурового снаряда от забоя. Извлекают съемный керноприемник ловителем на канате,который под действием собственного веса опускается внутрь бурильных труб.Спускают и поднимают ловитель с керноприемником при помощи лебедки. Послеизвлечения керна из съемногокерноприемника цикл операций повторяется.
1—станок;
2— сальник;
3 — бурильные трубы:
4 — трос;
5 — ловитель;
6— съемный керноприемник;
7 — наружная колонковая труба
/>
Основные элементы комплекса технических средств для бурения ССК-59
Вкомплект технических средств входят: специальные бурильные трубы, промывочныесальники типа СП, гидравлический трубодержатель ТР-12.5, комплект КМСП(наголовники для соединения бурильных труб с полуавтоматическим элеватором приспуско-подъёмных операциях, подпятники и решётка подсвечника).
· Промывочный сальник типа СП
/>
Промывочный сальник типа СП
Бурение с ССК можно нести с использованием ведущих труб инаращиванием бурильной колонны через устье скважин. При таком способе проходки в качестве промывочных применяются сальники типа СА или СА-В. Принаращивании труб через шпиндель станка съемный керноприемник извлекают изабрасывают через специальные сальники, получившие название проходных (СП). Ихособенностью является наличие широкого внутреннего отверстия в стволе,позволяющего осуществлять спуско-подъемные операции с керноприемником.
Сальник состоит из корпуса б, имеющего в верхней частивнутреннюю" резьбу, с помощью которой осуществляется соединение с крышкой 2.Надежность крепления обеих деталей достигается путем затягивания болта 3.Внутри корпуса на двух радиальных подшипниках 5 вращается' стволсальника 7. Нижняя часть его соединена с цанговым переходником 8, которыйплатками 9 прижимает бурильную трубу к своему корпусу, препятствуяразвинчиванию трубы, имеющей правую нарезку. Набор уплотнительных манжет 4имеет самоподвижную конструкцию. В крышке корпуса имеется пробка /, которая прибурении фиксируется в закрытом положении. При извлечении съемногокерноприёмника пробка снимается и на ее место устанавливается воронка сошлангом, позволяющая отводить изливающуюся жидкость в определенное место.
· Гидравлическийтрубодержатель ТР2-12.5
Трубодержатели предназначены для удержания колонныгладкоствольных бурильных труб на весу при спуско-подъемных операциях и отпроворачивания колонны при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений.Конструкция трубодержателя обеспечивает предохранение тонкостенных бурильныхтруб от смятия и повреждения их в месте захвата. Гидравлический трубодержательТР2-12.5— рычажно-кулачкопого типа с эксцентричными зажимными плашками, оснащендистанционным управлением и приводом от гидросистемы бурового станка. Вконструкцию трубодержателя входят кулачковые рычаги 7 с опорными накладками 8для регулирования усилия зажима и кулачковыми накладками 5, стенки 1. оси 6,гидроцилиндр двойного действия 3, опорная плита 9, синхронизаторповорота 2 кулачковых рычагов и обоим 4. Обойма состоит изкорпуса 10, эксцентричной плашки 11, упорного болта 12,возвращающего устройства 13 и зубчатого клинового компенсатора износа14.При зажиме бурильной трубы срабатывает гидроцилиндр 3 и с помощьюосей 6 разворачиваются кулачковые рычаги 7,. которые подвигают к трубеобоймы 4, скользящие по направляющим в стенках 1. Происходит сцеплениетрубы с зубчатыми плашками и труба зажимается с силой, соответствующейфактическому весу колонны. Раскрытие трубодержателя происходит с помощьюгидросистемы. Зажимом (и разжимом) управляют дистанционно с помощьюраспределительного золотника. При развинчивании резьбовых соединений плашки 11,сцепленные с трубой, проворачиваются на некоторый угол относительно корпусовобойм, создавая дополнительный зажим трубы с силой, соответствующей фактическомумоменту затяжки резьбового соединения. Износ деталей трубодержателя (зубьевплашек, контактных поверхностей кулачковых рычагов и др.) компенсируется перемещениемзубчатого клина относительно зубчатой поверхности обоймы, в результате чегоувеличивается размер Н. Это исключает необходимость ремонта деталейтрубодержателя.
/>
Гидравлический трубодержатель ТР2-12,5 (с) и обойма с эксцентричной плашкой (б)
· Комплект КМСП для механизации спуско-подъемныхопераций
Вкомплект КМСП, помимо трубодержателя типа ТР2-12,5 с дистанционным управлением 4,входят наголовники 2 на бурильные трубы 3 для работы сполуавтоматическим элеватором МЗ-50-80 1, подпятники 5, решетка подсвечника 6.Комплект средств КМСП позволяет проводить спускоподъемные операции безверхового рабочего, облегчает и делает безопасными условия труда буровойбригады.
Наголовник предназначен для соединениябурильных труб ССК с полуавтоматическим элеватором МЗ-50-80. Наголовникавтоматически стопорится от самоотвинчивания в процессе спуско-подъемныхопераций
/>
Комплект КМСП Решетка подсвечника с подпятником
колонныбурильных труб. При подхвате элеватором наголовника, навинченного на трубу,толкатель 4, взаимодействуя с рукояткой 2, выводит палец 1 изпаза корпуса наголовника 5. Под действием пружины 3 эксцентрик 6поворачивается в рабочее положение и заклинивает наголовник относительнотрубы, что и исключает его самоотвинчивание. Наголовник нельзя отвинтить, невыведя эксцентрик из контакта с бурильной трубой.
Подпятник предназначен для установки на негосвеч, предотвращения смятия упорного торца наружной резьбы бурильной трубы иоблегчения передвижения свечи по направляющим решетки подсвечника. Подпятник 2представляет собой стальной ступенчатый цилиндр, имеющий снизу сферическоеоснование, опирающееся в дно решетки, а сверху — конус, направляющий бурильнуюсвечу при постановке ее на подпятник.
Решеткаподсвечника служитдля размещения бурильных труб 1, установленных на подпятники 2.Направляющие обоймы 3 позволяют размещать свечи рядами и удерживают подпятникипри снятии с них бурильных труб. Решетка используется самостоятельно (какподсвечник) и как сменная часть в обогреваемом подсвечнике типа ПО конструкцииВИТР.
· Колонковыенаборы
Вколонковый набор, предназначенный для бурения снарядом со съемнымкерноприемником, входят: наружная колонковая труба 16;внутренняякерноприемная труба 17; кернорвательное кольцо 21 и кернорватель 22,подшипниковый узел 7, опорное кольцо 5, стабилизатор 18, специализированныйпереходник 6, переходник на бурильные трубы 1.
/>
Колонковый набор снаряда со съемным керноприемником конструкцииВИТРа
1—переходникс наплавками релита; 2 — головка подшипникового узла; 3 — возвратнаявтулка; 4 — пружина; 5 — стопоры; 6—переходник наружнойколонковой трубы; 7— подшипниковый узел; 8—опорное кольцо; 9 — вал; 1О — контргайка; 11—резиновые манжеты; 12— резиновые кольца: 13 —направляющая втулка; 14— упорны» шарикоподшипник; 15—пружина;/б—наружная колонковая труба; 17—керноприемная труба;
/в—стабилизатор; 19—алмазный расширитель; 20 — упорноекольцо; 21—кернорвательное кольцо; 22—корпус кернорвателя; 23—алмазнаякоронка
Наружныеколонковые трубы, имеющие значительную толщину, воспринимают крутящий момент,осевую нагрузку и усилие при срыве керна. В целях обеспечения хорошейсбалансированности колонковых наборов к наружным трубам предъявляютсяповышенные требования по точности изготовления, чистоте обработки,разносторонности и кривизне. Допуск по наружному и внутреннему диаметрам недолжен превышать ±0,2мм; наружная поверхность должна иметь четвертый,а внутренняя пятый классы чистоты; кривизна труб не должна быть больше 0,2 ммна 1 м длины; трубы изготовляют из стали 40Х.
Внутренниекерноприемные трубы колонковых наборов в процессе эксплуатации не испытываютбольших нагрузок, и толщина их в связи с этим составляет 2,2—2,8 мм. Однакотребования к точности изготовления керноприемных труб, чистоте поверхности,прямолинейности так же высоки, как и для наружных колонковых труб. На обоихконцах керноприемной трубы имеется наружная колонковая резьба: в колонковыхнаборах ССК-59 это специальная резьба, разработанная ВИТР; Нижняя частькерноприемной трубы центрируется с помощью стабилизатора 18,представляющего собой бронзовый подшипник скольжения. Стабилизатор размещен вцилиндрической проточке алмазного расширителя и имеет различное число выступови впадин. К керноприемной трубе 17 снизу присоединяется кернорватель 22.Верхняя часть внутренней керноприемной трубы соединяется с подшипниковымузлом 7, который исключает вращение керноприемной трубы в процессе бурения,обеспечивая сохранность керна от разрушения. За головку 2 осуществляетсязахват и извлечение съемного керноприемника. В подшипниковом узле имеются две резиновыеманжеты 11, предназначенные для сигнализации о заполнении керноприемнойтрубы керном или о самозаклинивании керна. При самозаклинивании кернакерноприемная труба, зависнув на керне, прекращает поступательное движение, вто время как наружная труба продолжает опускаться вниз. Торцовой поверхностьюпереходник 6 начинает передавать осевую нагрузку на защелки и далеечерез удлинитель. В результате этого резиновые манжеты начинают сжиматься и,увеличиваясь по наружному диаметру, перекрывают доступ промывочной жидкости кзабою. Повышение давления, означающее самозаклинивание керна, отмечаетсяманометром промывочного насоса.
4.2.3.Разработкаспециального режима бурения при проходке по полезному ископаемому
Как говорилось выше, перед началом прохода пополезному ископаемому определяется контакт вмещающей породы с полезнымископаемым, который позволит принять необходимые меры, обеспечивающие получениезаданного выхода керна. Контакт породы с полезным ископаемым определяют поизменению механической скорости бурения. Встретив кровлю полезного ископаемого,бурение прекращают, скважину тщательно промывают, заклинивают керн и поднимаютего на поверхность. В процессе подъёма производят контрольный замер глубиныскважины. В зависимости от физико-механических свойств полезного ископаемогоустанавливается режим бурения.
В случае нашей проектируемой скважины нам заданыстандартные режимы бурения, что говорит о том, что мы можем пренебречьнекоторой долей рациональности параметров работы инструмента. Однако, цель любогоинженера бурильщика в рациональном сочетании и изменении параметров режимаработы породоразрушающего инструмента — это является одним из основных факторовуправления процессом бурения.
Породы, по которымведётся бурение, относятся к IVгруппе по отбору керна, поэтому углубка за рейс составит 2.5 м.
5.Искривлениескважин и инклинометрия
5.1.Предупреждениеи борьба с искривлением скважин
[6стр.299-301]
Разведочныескважины могут иметь любое первоначальное направление в зависимости отпоставленной геологической задачи и местоположения точки заложения скважины. Впроцессе бурения скважины отклоняются от прямолинейного первоначальногонаправления, т.е. искривляются. Отклонение скважины от прямолинейногонаправления называется искривлением скважины.
Обискривлении скважины свидетельствуют повышенный износ бурильных труб и ихсоединений, задержки снаряда и снижение нагрузки на крюке, увеличение мощностина вращение инструмента, перегрузка двигателя и связанный с ней нагревотдельных узлов станка.
Основныепричины искривления скважин:
· Геологические
Пересечениепод острым углом буровым снарядом перемежающихся по твёрдости слоёв,тектонических нарушений, однородных пород, имеющих различную твёрдость в разныхнаправлениях, встреча твёрдых включений в мягких породах.
· Технические
Неправильнаяустановка станка, потеря жёсткости крепления шпинделя, забуривание скважины безнаправляющей трубы, эксцентричное закрепление труб в патроне, погнутость труб,короткий колонковый набор, переход с большого диаметра скважины на меньший безнаправляющий.
· Технологические
Чрезмернаяосевая нагрузка при пониженной частоте вращения, повышенный расход промывочнойжидкости, большой зазор между колонковым набором и стенками скважины, наличиекаверн.
Значительнаякривизна скважины осложняет режим работы, часто приводит к поломке бурильныхтруб, затрудняет производство ловильных работ и искажает истинную мощностьпород. Поэтому необходимо принимать все возможные меры к тому, чтобы скважинабурилась с наименьшим углом отклонения от заданного направления.
Чтобыизбежать искривления скважины нужно правильно обосновать и выбрать рациональнуюдля данных условий бурения траекторию скважины, правильно рассчитать траекториюскважины и выбрать технические средства и режимы бурения.
Бурениескважины должно сопровождаться систематическим контролем за кривизной еёстволов. Своевременное обнаружение аномального отклонения ствола скважины отзаданного проектного профиля позволяет вовремя принять необходимые меры по егоустранению.
Контролькривизны делится на два вида: 1) оперативный контроль, осуществляемый буровойбригадой через определённые интервалы в процессе проходки скважины; 2) плановыйконтроль, осуществляемый каротажными отрядами по окончании бурения скважины повсему её стволу или в определённых интервалах.
Дляконтроля отклонений ствола скважины применяют разного рода инклинометры.
5.2.Инклинометрияскважин
Положениескважины в пространстве определяется с помощью инклинометрических измерений.Инклинометрия является одним из методов геофизических исследований в скважинах,который использует особенности некоторых геофизических полей для определенияпространственного положения скважины в пространстве.
Инклинометрия скважин — метод определения основныхпараметров (угла и азимута), характеризующих искривление буровых скважин, путёмконтроля инклинометрами с целью построения фактических координат бурящихсяскважин. По данным замеров угла и азимута искривления скважины, а также глубиныствола в точке замера строится план (инклинограмма) — проекция оси скважины нагоризонтальную плоскость и профиль — вертикальная проекция на плоскостьмагнитного меридиана, широтную или любую др. Таковой обычно принимаетсяплоскость, в которой составляется геологический разрез по месторождению,проходящий через исследуемую скважину. Наличие фактических координат бурящихсяскважин позволяет точно установить точки пересечения скважиной различныхучастков геологического разреза, т. е. установить правильность бурения взаданном направлении.
Для определения угла иазимута искривления буровой скважины с целью контроля её пространственногоположения используют инклинометр. Инклинометры, обеспечивающие измерениеискривления скважины включаются в состав каротажных станций, монтируемых наспециальных машинах, которыми оснащаются геофизические отряды.
6.Буровоеоборудование и инструменты
6.1.Выбори описание буровой установки
[11,часть 1, стр.78-81]
Для бурения данныхскважин будем использовать передвижную буровую установку УКБ-5П .Буровая установка предназначена для бурения вертикальных и наклонных (90 – 600)геологоразведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые глубиной до 800 малмазными коронками диаметром 59 мм и шарошечными долотами. В комплектпередвижной буровой установки УКБ-5П входят:
· буровой станокСКБ-5
· труборазворотРТ-1200М
· насос НБЗ-120/40
· контрольно-измерительнаяаппаратура Курс-411
· мачта скомплектом грузоподъёмных приспособлений МБТ-5
· передвижноебуровое здание ПБЗ-5
· транспортная базаТБ-15
Установка включает весь комплекс оборудования, необходимыйдля бурения скважин, имеет широкий диапазон частот вращения шпинделя,гидравлическую подачу с регулированием на сливе и автоматическим перехватом,дополнительный редуктор для уменьшения частот вращения. Блочная конструкцияустановки обеспечивает раздельную перевозку здания и мачты. Транспортировказдания осуществляется на подкатных тележках на пневматических шинах смаксимальной скоростью 40 км / час. В качестве тягача используется трактор илиавтомобиль.
Подъём и опускание мачты обеспечиваются гидравлическойсистемой установки. Установка позволяет бурить скважины с применением снарядаССК, для чего в станке предусмотрена лебёдка съёмного керноприёмника и увеличендиаметр проходного отверстия шпинделя, предусмотрено перекрепление бурильнойтрубы без остановки вращения.
Буровое здание оснащенокомплексом оборудования, обеспечивающим комфортные условия работыобслуживающему персоналу. Полезная площадь здания 23 м 2. Системаобогрева помещения – электрическая. Автономная система водоснабжения включаетбак, насос, водонагреватель.
Станок СКБ-5, которым оснащаются установки УКБ-5П,предназначен для колонкового геологоразведочного бурения вертикальных инаклонных скважин на твёрдые полезные ископаемые в различныхгеолого-технических и климатических условиях.
Техническая характеристика буровойустановки УКБ-5ПУгол бурения к горизонту, градус 90-60Тип вращателя шпиндельныйДиаметр проходного отверстия шпинделя,мм 75Диаметр бурильных труб, мм 68;54;50;42Механизм подачи Поршневой гидравлическийс автоперехватомДлина хода подачи, мм 500Максимальное усилие подачи, кН:Вверх 65Вниз 85Грузоподъёмность лебёдки, кН 35Мачта трубчатая
Грузоподъемность, кН
Номинальная 50
Максимальная 80
Высота мачты в рабочем положении, м 19.0Длина свечи, м 13.5Тип электродвигателя АО2-31-4Мощность приводного двигателя станка, кВт 30
Суммарная установленная мощность, кВт 98
Габариты, мм:
Станка 1905 х1000 х1925
Передвижного здания 7500 х3200 х2550
Установки в рабочем положении 10700 х4600х19100
Масса, кг:
Станка 2400
Насоса 680
Бурового здания 5200
Мачты 6380
Транспортной базы 5300
Установки 17500
/>
Буроваяустановка УКБ-5П
· Буровой станок СКБ-5
СтанокСКБ-5, которым оснащается установка УКБ-5П, предназначен для колонковогогеологоразведочного бурения вертикальных и наклонных скважин на твёрдыеполезные ископаемые в различных геолого-технических и климатических условиях.Станок оснащён контрольно-измерительными приборами.
Техническая характеристика бурового станка СКБ-5Глубинабурения, в м, стальными бурильными трубамиДиаметром, мм:
68…………………………………………………………………………………………………………………………………500
54…………………………………………………………………………………………………………………………………800
Диаметр скважины, мм:
Начальный………………………………………………………………………………………………………………………151
Конечный при глубине скважины,м:500……………………………………………………….…………………………93
800…………………………………………………………………………………………………………………………………..59
Вращатель…………………………………………………………………савтоперехватом двумя гидропатронами
Угол наклона вращателя к горизонту,градус………………………………………………………………………...90-60
Частота вращения шпинделя (прямой иобратный ход), об/мин…………120;257;340;407;539;715;1130;1500
Усилие подачи шпинделя, кН:
Вверх……………………………………………………………………………………………………………………………78.4
Вниз………………………………………………………………………………………………………………………………58.8
Грузоподъёмность лебёдки, т:
Номинальная…...……………………………………………………………………………………………………………….3.5
максимальная……………………………………………………………………………………………………….………….4.2
Скорость навивки каната на барабанлебёдки
(второй слой), м/с…………………………………………………………………………………………0.81;1.73;2.73;3.61
Мощность приводного электродвигателя,кВт:
станка……………………………………………………………………………………………………………………………30
пульта гидроуправления………………………………………………………………………………………………………2.2
насоса буровогоНБ3-120/40……………………………………………………………………………………………..…7.5
Масса, кг:
станка……………………………………………………………...………………………………………………………….2400
пульта гидроуправления…………………………………………………………………………………………………….350
насоса бурового НБ3-120/40……………………………………………………………………………………………...180
Буровой станок СКБ-5
А)Общий вид
1-основание
2-электродвигатель
3-планетарная лебёдка
4, 5-тормоза лебёдки
6-раздаточная коробка
7, 9-гидропатроны
8-вращатель 10-коробка перемены передач
Б)Выносной пульт управления станком
1-приборная панель
2-манометр системы гидропатронов 3-указатель освеой на при 4-амперметр
5-кнопки пуска и остановки приводов 6-панель гидравлического управления 7-распределитель подачи с дросселем 8-регулятор подачи бурового снаряда
9-распределитель патронов
/>
· ТруборазворотРТ-1200М
Механизмустанавливается на устье скважины, пропускает свечу через центральное отверстиев корпусе, имеет замкнутый контур редуктора вращателя. Конструкция егопредставляет собой редуктор, передающий от электродвигателя водилу вращение,которое воздействует на ведущую вилку, вставленную в прорезь замка трубы.Нижняя часть замкового соединения удерживается в корпусе механизма подкладнойвилкой. Он предназначен для свинчивания и развинчивания бурильных труб впроцессе спуско-подъёмных операций. Его применяют с обычным иполуавтоматическим элеваторами при бурении вертикальных и наклонных скважин.
Техническаяхарактеристика труборазворота РТ-1200М
/>Труборазворот РТ-1200М
1-вращатель 2-центратор 3-водило 4-подкладная вилка 5-ведущая вилка 6-электродвигатель
Максимальный крутящий момент, Н*м…….3500 Частота вращения водила,об/мин……………75Время свинчивания и развинчивания, с……4-5Тип редуктора …….Двухступенчатый сЦилиндрическими зубчатыми парамиПередаточное отношение редуктора……..…19Диаметр проходного отверстия, мм …………205Электродвигатель: фланцевый АОПС2-31-4Вс влагостойкой изоляцией класса В иклеммной коробкой К-3мощность, кВт …………………………………...3частота вращения, об/мин …………………...1350габариты, мм………………………… 885х495х376Масса (без вилок), кг ………………………….….246· насосНБЗ-120/40
Предназначен дляобеспечения циркуляции промывочной жидкости при бурении геологоразведочныхскважин.
Техническаяхарактеристика насоса НБЗ-120/40
/>
Насосная установка НБЗ-120/40 Общий вид установки 1-буровой насос 2-электродвигатель 3-фрикцион 4-коробка скоростей 5-муфта 6-рама
Тип насоса………… горизонтальный
трехплунжерный
одинарного
действия
Подача, л/мин 15;19;40;70;120
Давление, МПа4.0;4.0;4.0;4.0;2.0
Диаметр цилиндра
(плунжера), мм………………63
Длина хода плунжера, мм ….60
Частота вращения коленчатого вала,
об/мин 31;38;80;146;249
Способ регулирования
подачи встроенной
автомобильной коробкой скоростей
Тип приводного
двигателя …………………… А02-51-4
Мощность двигателя, кВт…….…… 7.5
габариты, мм……… 945х610х400х400
Масса
(без рамы и двигателя), кг 400
· контрольно-измерительнаяаппаратура Курс-411
Для измерения и контроля параметроврежима бурения геологоразведочных скважин.
Обеспечиваетрегистрацию нагрузки на породоразрушающий инструмент или на крюке на суточнойдиаграмме и отмечает моменты перехвата бурового снаряда, а также обеспечиваетсветовую и звуковую сигнализацию при уменьшении расхода промывочной жидкостиниже допустимого предела.
Техническаяхарактеристика аппаратуры Курс-411
Верхние пределы измеряемыхпараметров:
Усилие на крюке, кН…………………………….80
Осевая нагрузка на
породоразрушающий инструмент,кН………..30
давление промывочной жидкости,MПа……..10
Расход промывочной жидкости,л/мин..150 и 300
Механическая скорость бурения,м/ч…..…3 и 15
Размеры пульта
показывающих приборов,мм………700х650х300
Масса пульта
показывающих приборов, кг неболее…………50
· мачта скомплектом грузоподъёмных приспособлений МБТ-5
Особенностьюмачты является наличие вынесенного за пределы рабочей зоны А-образного портала,на который шарнирно опирается трубчатый несущий ствол мачты. Для приданиястволу мачты устойчивости он раскреплён двумя подкосами. Установка мачты назаданный угол бурения осуществляется путём изменения длины продольногорегулирования подкоса. Ствол мачты наклонён над устьем скважины. На небольшиерасстояния установку перебазируют волоком на полозьях. Конструктивныеособенности мачты позволяют сократить затраты времени на монтажно-демонтажныеоперации.
6.2.Описание процесса монтажа идемонтажа буровой установки
[7стр.117]
[11, часть 1, стр.78]
Ксооружениям, входящим в буровую установку, относятся: буровая мачта, буровоездание, очистная система. Буровая установка собирается из отдельных блоков,узлов или непосредственно на рабочей площадке или узлы их заранее монтируютсяна транспортной базе: санях, прицепах, шасси автомобиля или трактора.
Блочнаяконструкция установки УКБ-5П обеспечивает раздельную перевозку здания и мачты.Буровое здание установки — контейнерного типа. Транспортировка зданияосуществляется на подкатных тележках на пневматических шинах с максимальнойскоростью 40 км/час. В качестве тягача используется трактор или автомобиль.Подкатные тележки оснащены колодочными тормозами с пневмоприводом.
Мачтамонтируется на общем основании со зданием, в котором размещается буровоеоборудование, и устанавливается на металлические полозья санного типа. Мачта внеразобранном виде транспортируется тракторами.
Подъёми опускание мачты осуществляется с помощью трактора. Возможна горизонтальнаясборка мачты с последующим подъёмом одним блоком с помощью трактора. Обеспеченавозможность центрирования оси кронблока относительно оси скважины. Установкумонтирует буровая бригада.
Операциипо монтажу буровых агрегатов являются важными операциями в общей схемепроведения подготовительных работ при бурении скважины. Площадка для установкибуровой установки должна быть очищена от пней, крупных валунов и прочего.
Схемамонтажа оборудования при бурении ССК обуславливается как геологическими, так итехническими условиями работ. В переднем левом углу бурового здания на бетонномфундаменте массой не менее 2000 кг устанавливается лебёдка для съёмногокерноприёмника. Для ускорения работ с керноприёмной трубой и наращиванияинструмента с правой стороны от бурового станка бурятся две вспомогательныескважины.
Одновременнос монтажом бурового оборудования сооружается система для циркуляции промывочнойжидкости и приспособлений для очистки воды или глинистого раствора отвыбуренной породы. Эта система состоит из желобов и отстойников, связанныхмежду собой в непрерывную цепь.
Внепосредственной близости от отстойника, служащего для приёма жидкости насосом,монтируется глиномешалка и гидроциклон для очистки глинистого раствора.
Послеокончания бурения и проведения необходимых исследований скважина должна бытьзакрыта, если она не будет применяться в дальнейшем как эксплуатационная.
Всёбуровое оборудование перевозиться на новое место. Из скважины извлекаютсяобсадные трубы. Ствол скважины и система желобов и отстойников заполняетсятампонажным материалом (глинистый раствор, вязкая глина, цемент). В устьескважины прочно закрепляется репер с номером и глубиной скважины.Восстанавливается почвенно-растительный слой, нарушенный в процессе бурения, исоставляется акт на закрытие скважины.
6.3.Выбор и описание бурильных труб,вспомогательного и аварийного инструмента
· Бурильныетрубы
Прибурении шарошечным долотом будем использовать утяжелённые бурильные трубы (УБТ)для поддержания рациональной нагрузки на забой, так как при шарошечном буренииосевые нагрузки могут достигать значительных величин.
Прибурении алмазными коронками с использованием комплекса ССК-59 используемспециальные бурильные трубы.
Параметры бурильных труб ССК-59
/>
Бурильная труба для ССК-59
Диаметртрубы, мм: Наружный……………………… 55
Внутренний…………………….45.4
Толщинастенки, мм………….4.8
Длина,м………………………………..1.5;3;4.5
Масса,кг………………………………………..6
Типсоединения……………… труба в трубу
Зазор междубурильными трубами
и стенкойскважины, мм…………………..2.2
Кривизнатрубы, мм/м……………………..0.3
· Вспомогательныйинструмент
Прибурении с комплексом ССК-59 будем использовать следующие вспомогательныеинструменты:
1.Овершот
Предназначендля спуска, захвата и подъёма керноприёмника из колонны бурильных труб наспециальной лебёдки
Техническая характеристика овершотадля ССК-59
Наружныйдиаметр, мм……………………………………40
/>
Длина в растянутомположении, мм……….1850
Грузоподъёмность,кг……………………………300
Масса,кг……………………………………………..8.5
Масса сутяжелителем, кг……………………….12
Овершот
1-трос 2-нижняя пробка 3-бронзовая пята 4-втулка 5-передвижной груз 6-нижняя пробка 7-тяга 8-корпус 9-пружины 10-ось 11-защёлка
2.Гладкозахватныйключ КГ
Применяютсядля сохранения межтрубных зазоров и ровной поверхности трубы. Они не создают натрубах вмятин, задиров.
/>
Гладкозахватный ключ КГ
1-гладкозахватная часть 2-зажим 3-упор 4-рукоятка
3. Опора для монтажа керноприемныхтруб
В связи с тонкостенностью керноприёмных
/>
Опора для монтажа керноприёмных труб
труб монтажные работы с нимиосуществляются на специальной опоре, состоящей из основания 3, стойки 1 ификсирующего винта 2. Стойка вставлена в трубчатую часть основания и можетперемещаться по высоте, что позволяет устанавливать опору на удобном для работыуровне. Основание состоит из плиты, трубы и рёбер. В плите имеются отверстиядля крепления опоры.
· Аварийныйинструмент
[11, часть 1,стр.344-357]
На каждой буровойустановке всегда должен быть необходимый комплект аварийного инструмента. Крометого, следует иметь набор ловильных инструментов и бурильных труб с левойрезьбой. Длина последних должна соответствовать максимально возможной глубинескважины.
Ø Метчики
Метчиком называетсяловильный резьбонарезной инструмент с конической наружной нарезкой длясоединения с внутренней поверхностью извлекаемых труб. В зависимости отназначения и конструктивных особенностей различают универсальные, специальные иосвобождающие метчики.
Ø Колокола
Представляют собойловильный резьбонарезной инструмент с внутренней конической нарезкой длясоединения с наружной поверхностью извлекаемых труб.
Ø Труболовки
Предназначены дляизвлечения труб и других пустотелых элементов с цилиндрической внутреннейповерхностью.
Ø Ловители
Предназначены дляизвлечения оборванных бурильных труб независимо от твёрдости их поверхности.Позволяют вращать и сжимать трубу, производить промывку скважины черезаварийный инструмент, развинчивать колонну по отсоединительному переходнику илипо частям.
Также к аварийныминструментам принадлежат разного рода труборезы, труборезы-труболовы, магнитныеловушки и вибраторы скважины.
7.Производственныепроцессы при сооружении скважин
7.1.Процессзабуривания скважины
Бурению проектируемойскважины предшествуют разного рода мероприятия по определению места изаложения, по подготовке рабочей площадки и подъездных дорог, по доставке имонтажу бурового оборудования и бурового инструмента.
Скважина забуривается всоответствии с указаниями геолого-технического наряда. Снаряд для забуриваниясостоит из переходника, короткой колонковой трубы, коронки и долота.
Очень важно правильновыбрать метод забуривания скважины, который будет обеспечивать быстроепересечение зоны неустойчивых пород, не вызывая искривления скважины,размывание и разрушение пород в устье скважины.
Перед началом забуриванияв точке заложения скважины выкапывают приямок глубиной 0.5 м для того, чтобыпод шпиндель можно было завести короткий забурочный снаряд, который соединён сбурильной трубой, проходящей через шпиндель станка. При этом бурильная труба взажимных патронах должна закрепляться строго соосно, в ином случае произойдётотклонение ствола скважины от заданного направления. После установкизабурочного снаряда проверяют правильность положения шпинделя и начинаютбурение при небольших осевых нагрузках и минимальной частоте вращения, расходпромывочной жидкости устанавливается в зависимости от твёрдости пород. В мягкихи рыхлых породах забуривать скважину можно без промывочной жидкости. Еслискважину забуривают алмазной коронкой, то перед этим нужно подготовить кольцевойзабой твёрдосплавной коронкой с последующим очищением забоя скважины отметаллических частиц. По мере углубки скважины длину колонковой трубыувеличивают.
7.2.Спуско-подъёмныеоперации
[10, стр.301-306]
Спуско-подъёмные операциипри колонковом бурении решающим образом влияют на производительность буровыхработ. При ручной сборке и разборке бурильной колонны эти операции весьмадлительны, трудоёмки и опасны.
Спуск и подъём буровогоснаряда с помощью лебёдки станка обычно производится через каждые 2-4 муглубления для подъёма керна и замены изношенного инструмента. При подъёмедлинная бурильная колонна разъединяется на бурильные свечи. При спуске буровогоснаряда из отдельных свечей собирается опять бурильная колонна. На свинчиваниеи развинчивание труб, на установку свечей на подсвечник и обратно затрачиваетсямного физического труда и времени. Причём затраты времени па СПО быстроувеличиваются с глубиной скважины. Затраты времени на СПО растут с увеличениемглубины скважины почти в кубической зависимости.
Для сокращения времени наСПО мы используем снаряд со съёмным керноприёмником ССК-59, применение которогоявляется перспективным.
В нашем случаеиспользование снаряда со съёмным керноприёмником ССК-59 позволяет нам подниматькерн без подъема бурильной колонны с забоя при высокой механической скорости,что повышает производительности бурения.
При его применении керныв керноприёмных трубах извлекаются без остановок из скважин со скоростью 1-3м/с на тонком канате.
В нашем случаеспуско-подъёмные операции будут состоять из двух частей: для замены шарошечногодолота на алмазную коронку и СПО для извлечения керна.
Для облегчения трударабочих и ускорения работ созданы и разрабатываются различные механизмы,приспособления и инструмент для подъёма и спуска, свинчивания и развинчиванияэлементов бурового снаряда. Механизация и автоматизация ручного труда итрудоёмких операций при сооружении скважины — один из основных путей повышенияпроизводительности буровых работ, улучшения условий и охраны труда.
В нашем случае длясвинчивания и развинчивания бурильных труб при проведении спуско-подъёмныхопераций будем использовать труборазворот РТ-1200М, речь о котором велась выше.
7.3.Креплениескважины обсадными трубами
[10, стр.301-306]
Обсадные трубы служат дляпредотвращения обвалов стенок скважины в неустойчивых породах, перекрытиянапорных и поглощающих горизонтов, восстановления циркуляции промывочнойжидкости и для других целей.
Необходимость крепленияскважин вызывается:
· слабойустойчивостью проходимых пород, в которых могут происходить обвалы стенокскважины;
· опасностьювывалов кусков породы из стенок скважины при пересечении зон тектоническихнарушений;
· необходимостьюотделения одного горизонта от другого;
В нашем случае винтервале 0-7 метров, сложенном суглинками, могут происходить обвалы стенокскважины, осыпание пород и т.д.
Временное креплениескважин осуществляется глинистым раствором в процессе их бурения. Дляпостоянного крепления скважин применяются обсадные трубы.
При колонковом бурениикрепление стенок скважины обсадными трубами осуществляется в следующем порядке.Перед креплением тщательно промывают скважину, измеряют её глубину, проверяютрезьбы и кривизну обсадных труб. Для проверки кривизны через каждую трубупропускают колонковый набор. На нижний конец первого звена, составленного издвух труб, навинчивают башмак, а на верхний — пробку-вертлюг. Вертлюгподхватывают подъемным крюком, и с помощью лебёдки поднимают собранное звенотруб над скважиной, а затем опускают в нее до тех пор, пока верхний конец звенане дойдёт до трубодержателя, установленного на устье скважины. После этогозажимают трубу в трубодержателе, снимают вертлюг и навинчивают его на следующеезвено обсадных труб.
В буровой журналзаписывают длину каждого спущенного звена.
Мы будемиспользовать обсадные трубы с минимальным наружным диаметром обсадной трубы –73 мм. Эта обсадная колонна будет являться также и направляющейтрубой.
7.4.Тампонажныеработы
[10, стр.333-334]
Если затрубноепространство обсадных труб необходимо изолировать, башмак колонны трубтампонируют глиной.
Глину транспортируют назабой с помощью колонкового набора, в котором у переходника устанавливаютдеревянный поршень. После заполнения колонковой трубы глиной на неё навинчиваютзабитую глиной коронку, затем опускают колонковую трубу на забой, включаютнасос и давлением жидкости выдавливают глину из трубы. По окончании буренияобсадные трубы должны извлекаться из скважины.
По окончании буренияскважин проводят ликвидационный тампонаж, цель которого состоит в том, чтобыустранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины послеизвлечения обсадных труб. При выполнении работ по ликвидационномутампонированию, имеющему важное значение для охраны недр, следуетруководствоваться утверждёнными инструкциями и правилами.
В зависимости отгеологических и гидрогеологических условий для ликвидационного тампонированияприменяют специальные глинистые растворы, глину или цемент.
При ликвидациинеглубоких скважин, не вскрывших водоносные горизонты, ограничиваются заливкойв скважину густого глинистого раствора, доставляемого на забой скважины спомощью колонкового набора.
Ликвидационноетампонирование цементом применяют в случае, когда водоносные горизонтынаходятся в кровле или в почве залежи полезного ископаемого, а также припересечении скважиной напорных вод с самоизливом.
Если скважина бурилась сприменением глинистого раствора (как в нашем случае), её предварительнопромывают водой для разглинизации. Цементный раствор нагнетают насосом черезбурильные трубы, которые по мере заполнения скважины раствором поднимают отзабоя.
В случае цементациискважины, встретившей напорные воды, сначала утяжелённым глинистым растворомзаглушают фонтанирование, а затем проводят её цементирование.
На устье ликвидированнойскважины устанавливают репер — отрезок обсадной трубы с цементной пробкой, накотором обозначены номера скважины, её глубина, название организации и датаокончания бурения.
7.5.Предупреждениеи ликвидация аварий
[1стр.338,350]
Наликвидацию аварий затрачивается много времени. Значительно легче предупредитьаварию в скважине, чем её ликвидировать. Поэтому необходимо принимать все мерыпо предупреждению аварий, а именно:
1) Повышать квалификацию буровогоперсонала;
2) Оснащать буровые станкиконтрольно-измерительными приборами;
3) Применять равнопрочную по всей длинебурильную колонну;
4) Передавать нагрузку напородоразрушающий инструмент с помощью УБТ;
5) Регулировать параметры и качествопромывочной жидкости в соответствии с геологическим разрезом скважины;
6) Устранять всякие простои;
7) Механизировать все трудоёмкиеоперации;
8) Повышать ответственность буровогоперсонала;
Серьёзная авария в скважине может быть вызвана даже мелкими
неполадкамис оборудованием. Поэтому необходимо постоянно поддерживать в исправномсостоянии все механизмы установки. Это может быть обеспечено при условиисвоевременного проведения планово-предупредительного осмотра и ремонта всегооборудования и инструмента и применяемой талевой оснастки.
Во избежание перерывов подачипромывочной жидкости необходимо следить за качеством сшивки приводных ремнейнасосов, не допускать ослабления крепления нагнетательного шланга к штуцерамнасоса и бурового сальника, своевременно менять набивку буровых сальников.Большое значение имеет также своевременная смазка и очистка от грязи рабочихчастей оборудования и каната лебёдки.
Предохранятьустье скважины от попадания в неё мелких предметов.
Производитьбурение при неисправной контрольно – измерительной аппаратуре нельзя.
Бурильщик обязан внимательно следить за показаниями контрольно– измерительных приборов и циркуляцией промывочной жидкости и быстрореагировать.
Наиболее характерными для вращательного буренияявляются следующие виды аварий.
Обрыв бурильных труб иразвёртывание их при бурении; падение части колонны в скважину при спуско — подъёмных операциях.Во время каждого подъёма систематически осматривают бурильную колонну исвоевременно выбраковывать дефекты и износы; учитывать продолжительность работытруб; применять бурильные трубы с диаметром наиболее близким к диаметрускважин; правильно отрабатывать бурильные трубы, чтобы износ был равномерным повсей длине колонны; следить за состоянием резьбовых соединений, свинчивать доотказа; принадлежности для спуско – подъёмных операций содержать в постояннойисправности.
Развинчивание иоставление в скважине колонкового снаряда; прихваты и стяжки при извлечении изскважины. Неоставлять на забое без подачи промывочной жидкости в скважину; при внезапномпрекращении циркуляции промывочной жидкости приподнимать снаряд над забоем на1.5 – 3 м; содержать в чистоте забой скважины; соответствие промывочнойжидкости; в конце каждого рейса перед подъёмом снаряда нужно периодическипроизводить специальную очистку скважины снарядом, состоящим из короткойколонковой трубы и длинной шламовой трубы.
Оставление в скважинепородоразрушающих инструментов, разрушение алмазосодержащей матрицы, прожогкоронки. Нужноочищать забой перед спуском снаряда; соблюдать оптимальные осевые нагрузки напородоразрушающий инструмент; тщательно осматривать коронку перед каждым еёспуском в скважину; включать в состав расширитель или соблюдать очерёдностьработы коронками в соответствии с их диаметрами; снижать вибрации снаряда; прибурении по сильнотрещиноватым породам снижать осевую нагрузку и частоту вращенияснаряда; контролировать процесс промывки; с повышением давления промывочнойжидкости снижать осевую нагрузку; резьбовые соединения должны быть герметичны;при подклинивании керна прекратить бурение и поднять снаряд на поверхность;
Попадание в скважинумелких инструментов или посторонних предметов. Нужно закрывать во время буренияустье скважины металлическим диском с отверстием для бурильных труб, а послеизвлечения снаряда из скважины деревянной пробкой;
Для ликвидации аварийиспользуют разного рода аварийные инструменты: ловильные метчики, ловильныйколокол, ловители ЛОМ-50 и ЛОГ-50, гладкие и граненые пики, труболовки,труборезы, труборезы-труболовы, магнитные ловушки и т.д. и т.п.
8.Организацияводоснабжения, энергоснабжения, приготовления промывочной жидкости
· Водоснабжение
Проектомпредусматривается близкое расположение воды относительно проектируемойскважины. Вода будет закачиваться при помощи насоса.
· Энергоснабжение
Проектомпредусматривается энергоснабжение от Госэнергосети.
· Приготовлениепромывочной жидкости
Для приготовления промывочной жидкости в нашем случаебудем использовать глинопорошок. Качество глинопорошков и глинистых растворовиз них зависит от технических условий. Все глинопорошки поставляются в бумажныхмешках массой по 40 кг; мешки маркируются, каждая партия глинопорошка должнаиметь паспорт с указанием даты изготовления и качественных показателейглинопорошка.
Будем использовать глинопорошок для приготовленияпромывочной жидкости со следующими качественными показателями:
· Вязкость-22 с
· Плотность-1.21г/см3<sub/>
· Водоотдача-14 см3<sub/>/30 мин
· Толщина корки неболее 2 мм
· Стабильность–0.01 г/см3<sub/>
· Содержаниепеска-3%
[Справочник инженера побурению геологоразведочных скважин, часть 2, стр.111]
Для приготовления промывочной жидкости будем использоватьглиномешалку МГ2-4.
9.Охранаприроды
Пользователи недр имеют право и обязаны пользоватьсянедрами в соответствии с целями, для которых они предоставлены.Геологоразведочные работы необходимо проводить методами и способами,исключающими неоправданные потери полезных ископаемых и снижение их качества, аизвлекаемые из недр горные породы и полезные ископаемые размещать так, чтобыисключить их влияние на окружающую среду. Важно ликвидировать в установленномпорядке скважины, не подлежащие использованию.
Припроизводстве буровых работ загрязнение окружающей среды может привести кснижению продуктивности почв ухудшению качества подземных и поверхностных вод.
· причины,негативно влияющие на окружающую среду, следующие:
· неправильнаяпрокладка дорог и размещение буровых установок
· неправильнаяпланировка буровых площадок
· нерациональноеиспользование земельных участков под буровые установки
· несоблюдениесуществующих правил и требований
Сцелью уменьшения повреждений земельных угодий и снижения негативных воздействий,геологоразведочные организации должны ежегодно разрабатывать планы-графикиперемещения буровых установок с учётов времени посевов и уборкисельскохозяйственных культур.
Подъездныедороги и буровые площадки по возможности необходимо располагать на малопродуктивныхземлях, а размеры их должны быть минимальными.
Охранныемероприятия в процессе бурения должны быть следующими:
· конструкцияскважины должна обеспечивать изоляцию подземных вод от поверхностных игрунтовых вод;
· промывочныежидкости и химические реагенты, применяемые для промывки, должны исключатьзагрязнение подземных вод и подбираться в соответствии с санитарными нормами;
· сливиспользованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водныебассейны и непосредственно на почву должен быть запрещён;
· всеиспользованные жидкости и химические реагенты должны вывозиться в специальныеместа захоронения;
Воизбежание загрязнения подземных вод по окончании бурения, скважина должна бытьликвидирована, если она не будет использоваться в дальнейшем, какэксплуатационная.
Поокончанию работ должна быть проведена рекультивация – комплекс мероприятий повосстановлению земельных отводов, нарушенных производственной деятельностью,для дальнейшего землеиспользования.
Оборудованиеи железобетонные покрытия демонтируют и вывозят, остатки дизельного топлива имоторного масла сжигают, глинистый раствор вывозят, а нарушенныйпочвенно-растительный покров покрывают дерном и почвенным слоем.
Проводятбиологическую рекультивацию – комплекс мероприятий по восстановлению плодородиянарушенных земель, их озеленению и возвращению в сельскохозяйственное и лесноеиспользование.
10.Специальныйвопрос: Бурение снарядами ССК.
Применениесъемных керноприемников позволяет увеличить производительность бурения в 1,5 –2 раза по сравнению с обычным алмазным бурением за счет сокращения времениспуско-подъемных операций и возможности вести бурение на большую глубину привысокой частоте вращения инструмента. При этом снижается расход алмазов иувеличивается выход керна благодаря лучшей центрации бурильной колонны иколонкового набора в скважине, а также наличия сигнализатора самозаклиниваниякерна. Высокие технико-экономические характеристики бурения достигаются прииспользовании алмазных коронок улучшенного качества, обеспечивающих проходку зарейс не менее 30 метров. Однако при разведке ряда месторождений эффективностьприменения ССК подтверждается и при меньшей проходке за рейс, благодаря резкомуповышению качества получаемого керна.
Комплексытехнических средств со съемным керноприемником применяются при бурении скважинна твердые полезные ископаемые диаметром 46, 59 и 76 мм, глубиной 1000 – 1200 мв монолитных, слаботрещиноватых и трещиноватых породах VII –X категорий по буримости.
КомплексыКССК-76 используются в менее твердых породах V – IXкатегорий по буримости и рассчитаны на бурение до 1200, 2000 и 3000 метров.
Ввидуспецифики технологии бурения со съемными керноприемниками в комплекс ССК входятследующий специальный инструмент и устройства: технологический инструмент(бурильные трубы, алмазные коронки, колонковые наборы); спуско-подъемныйинструмент (овершот для подъема и спуска керноприемника, специальныенаголовники для серийных полуавтоматических элеваторов, трубодержатель, лебедкадля подъема керноприемника); вспомогательный инструмент (ключи, подставка,воронка); аварийный инструмент (труборез, труболовка, ерш для извлечения троса,пика ловильная).
Гидравлическоесопротивление промывочной жидкости при использовании бурильной колонны ССКвозрастает, поэтому при бурении необходимо применять насосы с коробкамипередачи без сливных кранов, что обеспечивает подачу промывочной жидкости притребуемых малых расходах, но со значительным давлением.
11.Расчётпотребного количества буровых установок
Для расчётов потребногоколичества буровых установок применяем следующие формулы:
Ø Общий объёмработ Q:
Q=L•n,где L-глубина типовой скважины
n-количество скважин
Ø Плановаямесячная производительность Ппл:
Ппл=103•Q•K∕ N•n
где K-коэффициент планового увеличенияпроизводительности. Принимается
равным 1.1.
N-общие затраты времени на бурениескважины
n-количество скважин
Ø Количествонеобходимых станков nc:
nc=Q∕ Ппл•t•η
где t-заданные сроки работ, месяцев
η-коэффициент,учитывающий дополнительные затраты времени на
монтажные-демонтажные работы, перевозки, плановый ремонт и
сопутствующиебурению работы. Принимается равным 0.8.
Нормы времени на бурение 1 м скважины с отбором керна передвижными установками Глубина скважины, м Категория пород III VI VII VIII IX XI 0-700 0.16 0.30 0.36 0.42 0.53 1.19 Нормы времени на бурение 1 м скважины без отбора керна передвижными установками Глубина скважины, м Категория пород 0-100 II 0.04 /> /> /> /> /> /> /> />[5,стр.27]
Q=515•26=13390 м
N=0.04•7+0.36•223+0.30•70+0.36•30+0.30•80+0.30•35+0.42•70=
= 176,36 ст.-смен
Ппл=103•13390•1.1∕176.36•26=330.85 м
nc=13390 ∕ 330.85•10•0.8=5.05=6станков
Схемарасположения оборудования и инструмента при бурении комплексом ССК-59
/>
1-магнитнаястанция 2-пульт управления 3-лебёдка для съёмного керноприёмника 4-буровойстанок 5-трубодержатель 6-буровой насос 7-подставка для свеч 8-стеллаж длясъёмных керноприёмников 9-верстак 10-склад инструмента
Литература
1. Б.И.Воздвиженский ,, Колонковое бурение”, Москва ,, Недра” 1982
2. К.Ф.Паус ,, Буровые промывочные жидкости”, Москва ,, Недра” 1967
3. C.Ю.Жуховицкий ,, Промывочные жидкости в бурении”, Москва ,, Недра”1976
4. Б.И.Воздвиженский ,, Разведочное бурение”, Москва ,, Недра” 1979
5. Спиридонов Б.И. ,, Разведочное бурение’’ Методические указания,Томск, издательство ТПУ,1991
6. А.С.Волков, Б.П.Долгов ,, Вращательное бурение разведочныхскважин”, Москва, ,, Недра” 1988
7. А.В.Марамзин ,, Бурение геологоразведочных скважин на твёрдыеполезные ископаемые”, Ленинград ,, Недра” 1969
8. ,, Буровой инструмент для геологоразведочных скважин” Справочник,Москва ,, Недра”1990
9. А.А.Гребенюк ,, Технология получения керна”, Москва,, Недра” 1973
10. ,, Технологияи техника разведочного бурения”, Москва,, Недра” 1983
11. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, в двухчастях, Москва, ,, Недра”, 1984