Выбор способа бурения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ  И НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА

 

КАФЕДРА БУРЕНИЯ  СКВАЖИН

 

 


 

 

 

 

 

 

                                                                                                                      Группа 2402

 

 

 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

к курсовому  проекту по бурению разведочных  скважин

 

 

 

 

 

Выполнил: Пилюлькин В.И.

 

Руководитель: доцент

Храменков В.Г.

 

Дата сдачи проекта_______________

 

Оценки:

         записка______________________

графика____________________

доклад_____________________

защита_____________________

общая______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск-2004г.

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью проведения буровых  работ являются бурение геологоразведочных скважин на стадии разведки. Основой для проведения  работ послужил уголь. Глубина скважины 320 метров, общее количество  скважин 30, общий метраж 9600 метров. Начальный зенитный угол забуривания 0°. Глубина подсечения полезного ископаемого 90,180,270 метров. В интервале от 120  до 130 метров полное поглощение промывочной жидкости. Водоснабжение-ручей в 100 метрах . Энергоснабжение, госэнергосеть в 500 метрах.  Глины привозные, каолинитовые.  Расстояние между скважинами 150 метров. Срок проведения работ -  12 месяцев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЕ   УСЛОВИЯ

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ   СВОЙСТВ  ГОРНЫХ  ПОРОД

Геологический разрез представлен  породами :

от  0  до  25  метров –  четвертичные отложения,

от  25  до 70  метров – песчаники крупнозернистые трещеноватые,

от  70  до 90   метров – аргиллиты,

от  90  до  93  метров – антрацит,

от  93  до  180  метров – аргиллиты, слабо окремненные,

от  180 до  182  метров – угли слабые,

от 182  до  270  метров – песчаники  кремнистые,

от 270 до 275 метров – антрацит,

 от 275 до 300 метров –  алевролиты окварцованные,

 от 300 до 320 метров – песчаники  кварцевые сливные.

 

Четвертичные отложения

 

Четвертичные отложения, коэффициент абразивности  кабр=0.4; коэффициент динамической  прочности Fд=3.2    

  1. Категория  по  буримости                                                      3
  2. Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       100-250
  3. Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    1-2
  4. Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          11-15

Порода малоустойчивая, легкоразрушаемая и растворимая.

 

Песчаники крупнозернистые трещеноватые

 

Глина плотная, коэффициент абразивности  кабр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=2.1

1.  Категория  по  буримости                                                      3

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       250-500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    2-4

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          5,7-10

Порода малоустойчивая, легко разрушаемая.

 

 

 

 

 

 

 

Аргиллиты

 

 

Аргиллиты, коэффициент абразивности  кабр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=2.0    

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-1500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2,5-3,5

Порода малоустойчивая, легко разрушаемая.

 

Антрацит

 

Антрацит, коэффициент абразивности  кабр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=6.0    

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-1500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2,5-3,5

Порода среднеустойчивая, разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрационными снарядами, слаботрещинноватая, удельная  кусковатость  керна  6-10 шт./м, показатель трещиноватости  0.51-1.0.

 

Аргиллиты, слабо окремненные

 

Аргиллиты слабо окремненные, коэффициент  абразивности  кабр=2.0; коэффициент динамической  прочности Fд= 25.0

1.  Категория  по  буримости                                                        6

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1500-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    7-8

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1,5-2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угли слабые

 

Угли слабые, коэффициент абразивности  кабр=0,4; коэффициент динамической  прочности  Fд= 3.2   

1.  Категория  по  буримости                                                      3

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       250-500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    2-4

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          5.7-10.0

 

 

Песчаники кремнистые

 

Песчаники кремнистые, коэффициент абразивности  кабр=2,06; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 10.0   

1.  Категория  по  буримости                                                      7

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       3500-3500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    14-16

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          0.75-1.20

 

Антрацит

 

Песчаники кремнистые, коэффициент  абразивности  кабр=0,5; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 6.0   

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2.5-3.5

 

 

 

 

Алевролиты окварцованные

 

Песчаники кремнистые, коэффициент  абразивности  кабр=0,4; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 3.2   

1.  Категория  по  буримости                                                      6

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1500-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    7-8

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1.5-2.5

 

Песчаники кварцевые  сливные

 

 

Песчаники кварцевые сливные, коэффициент абразивности  кабр=1.0; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 7.5   

1.  Категория  по  буримости                                                      7

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       3000-3500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    11-14

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1.3-1.9

 

 

 

2. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА БУРЕНИЯ

Из основных способов бурения скважин, применяемых при геологоразведочных работах, самым целесообразным в данном случае является вращательное. Этот выбор обоснован тем, что скважины на участке работ глубокие. Применение других способов не эффективно, так как применение, например, ударно-канатного бурения  не возможно, потому что скважины бурятся с отбором керна и необходимо получать представительные образцы пород с сохранением их структуры и свойств. Бурение с использованием ударно-вращательное способа так же не эффективно, потому что категории горных пород, представленных на данном участке, средней твердости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ  СКВАЖИНЫ

Конструктивно скважина состоит из ствола, пробуренного в  горных породах, нескольких обсадных колонн и тампонажного камня, заполняющего целиком или частично пространство между колоннами и стенками ствола.

 Конструкцию скважины  характеризует число спущенных  в нее колонн и  их диаметры, длина ствола под каждую колонну, а также местоположение интервалов цементирования.

Рациональной является такая конструкция, которая обеспечивает оптимальное сочетание стоимости сооружения скважины с геологическими и технологическими требованиями и ограничениями.

Проектирование конструкции  начинается с анализа, минимально –  допустимого диаметра керна (dкmin) по полезному ископаемому, возможных осложнений, проявление которых нежелательно, т. к. может привести к возникновению аварийных ситуации. Это в свою очередь приводит к удорожанию стоимости ведения буровых работ, либо к ликвидации скважины.

На основании анализа  осложнений выделяются интервалы с несовместимыми условиями бурения. Обеспечение же  безаварийности проводки скважины при бурении по интервалам с несовместимыми условиями бурения возможно лишь либо перекрытием данных зон обсадными колоннами, либо применением высококачественных промывочных жидкостей.

На предварительной  стадии разведки полезное ископаемое - бурый железняк, по таблице 6.7 [2,c.31] определяем рекомендуемый минимально-допустимый диаметр керна, dкmin=32 мм.

Для определения минимально возможного диаметра коронки Dкmin используем формулу [2, c. 15]:

Dкmin=dкmin+ D,                                                 (1)

где D- уменьшение диаметра керна в зависимости от категории горной породы по буримости, f= III.

Ориентировочно D  может быть определена по формуле[2, c. 15] :

       D=20-8×lnf,                                                           (2)

                                            D=20-8×ln3=11.2 мм   

                                            Dkmin=32+11.2=43.2 мм

Принимаем коронку с наружным и внутренним диаметрами 59 и 44 мм соответственно.

На основе геолого-технических  условий и диаметра керна по полезному  ископаемому проектируем конструкцию  скважины и заносим в ГТН.

Для бурения данной скважины было предложено две конструкции (табл. 1 и табл. 2).

Конструкция скважины №2 (табл. 2) имеет существенный недостаток: так как данная конструкция предусматривает установку обсадной колонны впотай .                 

Наиболее рациональной является первая конструкция скважины     (табл. 1), в которой предусматривается лишь три перехода по диаметру ПРИ,  сводится к минимуму возможность аварий в интервале 0 – 120 м. так как данный интервал предусматривает обсадку трубами диаметром 73 мм. 

Исходя из вышесказанного, для бурения скважины принимаем вторую конструкцию (табл. 1).

 Бурение в интервале  от 0 до 45 м осуществляется шарошечным долотом типа                  В-112МГ диаметром 112 мм. После отбуривания интервала, устанавливаются обсадные трубы диаметром 108 мм до 4,5 метровой глубины, затрубное пространство забутовывается глиной.

 В интервале от 4 до 40 м бурение производится шарошечным долотом типа II-93М-ЦВ диаметром 93 мм. Данный интервал обсаживается трубами диаметром 73 мм. Затрубное пространство тампонируется в интервале от 115 до 125 м цементным раствором. Состав раствора: портландцемент + вода. Основные технические параметры: В/Ц=0.40¸0.55, r=1.35¸1.95 г/см3, Т=17¸25 см, сроки схватывания, ч: начало 5.5-6; конец 8-12.

 В интервале от 125 м до проектной глубины скважины бурение производится ПРИ диаметром 59 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейный масштаб, м

Литологическая             колонка

          

Мощность слоев пород  по оси 

скважины, м

Название      пород                           

Угол падения слоев  пород, град

Проектная категория пород по буримости

Выход        керна, %

Интервал (м) и характер возможных осложнений

Конструкция скважины

Диаметр (мм) и глубина (м) ствола скважины

Диаметр (мм) и глубина (м) спуска обсадных труб

Интервалы тампонирования, м

плановый

Возможный фактический

от

до

всего

 

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

                     

 

    



Таблица 1

Конструкция скважины №1

 

 

 

Таблица 2

Конструкция скважины №2

Линейный масштаб, м

Литологическая             колонка

          

Мощность слоев пород по оси

скважины, м

Название      пород                           

Угол падения слоев  пород, град

Проектная категория  пород по буримости

Выход        керна, %

Интервал (м) и характер возможных осложнений

Конструкция скважины

Диаметр (мм) и глубина (м) ствола скважины

Диаметр (мм) и глубина (м) спуска обсадных труб

Интервалы тампонирования, м

плановый

Возможный фактический

от

до

всего

 

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

                     

 

    



ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ ШИФРАМИ

 

Скважина №1

  1. Классификация  по Козловскому Е.А.:

                             А II (4.5;41) в (4;40;125)

  1. Классификация по  ВИТРу:

                   360 Т 59 II 4.5 (108Н) 41 (89Н)

  1. Классификация Юшкова А.С.:

                    112/108(4.5)93/89(41)76(125)59(360)

 

Скважина №2

  1. Классификация  по Козловскому Е.А.:

                             А II (4.5;125) в (4;125)

  1. Классификация по  ВИТРу:

                   360 Т 59 II 4.5 (108Н) 125 (73Н)

  1. Классификация Юшкова А.С.:

                    112/108(4.5)93/89(125)59(360)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

К режимным параметрам бурения  относится осевая нагрузка на ПРИ, частота  вращения снаряда, расход промывочной  жидкости.

Оптимальное сочетание данных параметров позволяет обеспечить достижение наилучших  показателей работы коронки. Кроме того, от режимных параметров напрямую зависит величина механической скорости бурения.

В общем случае увеличение как частоты  вращения, так и осевой нагрузки, при расходе промывочной жидкости, достаточной для удаления продуктов разрушения, обеспечивает рост механической скорости. Но, при этом существует ряд ограничивающих факторов, прежде всего технологического и технического характера, препятствующих увеличению частоты вращения и осевой нагрузки до величин, которые бы обеспечили достижение максимальной скорости бурения.

В связи с этим необходимо подбирать такие значения режимных параметров, которые бы приводили к достижению высокой механической скорости бурения в сочетании с высокой проходкой на ПРИ.

 

Технологические режимы бурения шарошечным долотом

 

Осевая нагрузка на долото определяется по формуле [1,с.268]: 

 

                                                        ,                                                          (3)

где -осевая нагрузка на 1 см диаметра долота, кН,  значения приведены в табл. 39 [2,с.269]; -диаметр долота, см.

Частота вращения определяется по формуле [1,с.132]: 

 

                                                        ,                                                       (4)

где -окружная скорость вращения долота, (м/с) значения приведены табл. 39 [1,с.269]; -диаметр долота, м.

Расход промывочной жидкости принимается из расчёта эффективной очистки забоя скважины и определяется по формуле [1,стр.132]: 

 

                                                         ,                                                        (5)

 

где – площадь забоя скважины, см2; – коэффициент очистки забоя, характеризующий расход жидкости на площади 1 см2 за 1 с, см3 (с•см2), k0 = 0,02-0,04.

 

 

 

 

Технологические режимы бурения твердосплавным ПРИ

 

Осевая нагрузка на коронку определяется по формуле [1,стр.131]:  

                                        ,                                                          (6) 

где – осевая нагрузка на один резец или вставку, кН значения приведены табл. 23 [1,стр.126]; m – число основных резцов или вставок в коронке значения приведены табл. 23 [1,стр.126];

Частота вращения коронки определяется по формуле (4):

Расход промывочной  жидкости принимается из расчёта эффективной очистки забоя скважины и определяется по формуле

 

                                                      

,                                                         (7)

или                                     ,                                                        (8)

где -скорость восходящего потока промывочной жидкости, дм/с значения приведены в приложении 6 [1,стр.445]; -площадь кольцевого зазора между стенками скважины и бурильными трубами, дм2 , q – удельный расход жидкости на 1 мм диаметра коронки, л/мин.

 

Технологические режимы бурения алмазным ПРИ

 

Осевая нагрузка на коронку определяется по формуле [1,с.164]:

                                      ,                                                      (9) 

где – удельная нагрузка рабочей площади торца коронки,  кН/см2 ; S – рабочая площадь торца алмазной коронки (за вычетом площади промывочных каналов), см2 значения представлены в табл. 27 [1,с.165]

Значения  принимаются для коронок: однослойных 0,3-1,2 кН; многослойных и импрегнированных 0,4-1,5 кН.

 

Частота вращения коронки определяется по формуле (4):

 

Расход промывочной жидкости определяется по формуле (8):

 

 

 

I интервал 0 – 4 м.

Для бурения по данному интервалу применяется ПРИ диаметром 112 мм типа В-112МГ.

Осевая нагрузка P (в кН) определяется по формуле (3):

                                                , кН

 

Частота вращения (в об/мин.) определяется по формуле (4):

, об/мин.

 

Расход промывочной  жидкости (в л/мин.) определяется по формуле (5):

                                             , л/мин.

 

   II интервал 4 – 40 м.

Для бурения по данному интервалу применяется ПРИ диаметром 93 мм типа II-93М-ЦВ

 Осевая нагрузка P (в кН) определяется по формуле (3):

                                                , кН

 

Частота вращения n (в об/мин) определяется по формуле (4):

                                                , об/мин.

 

Расход промывочной  жидкости (в л/мин.) определяется по формуле(5):

                                                , л/мин.

  

     III интервал 40 - 125 м.

Для бурения по данному интервалу применяется коронка диаметром 93 мм типа М2, до проектной глубины скважины используется ОКС.

Осевая нагрузка на коронку P (в кН) определяется по формуле (6):

                                                  , кН

 

Частота вращения n (в об/мин.) определяется по формуле (4):

                                                      , об/мин.

 

Расход промывочной жидкости (в л/мин.) определяется по формуле (7):

                                                      , л/мин.

 

          

       IV интервал 125 - 265 м.

Для бурения по данному интервалу применяется коронка диаметром 59 мм типа СМ4

Осевая нагрузка на коронку P (в кН) определяется по формуле (6):

                                                  , кН

 

Частота вращения n (в об/мин.) определяется по формуле (4):

                                                       , об/мин.

 

 Расход промывочной жидкости (в л/мин.) определяется по формуле (8):

                                                       , л/мин.

 

        V интервал 265 – 295 м.

Для бурения по данному  интервалу применяется коронка диаметром 59 мм типа СА4

Осевая нагрузка на коронку P (в кН) определяется по формуле (6):

                                                  , кН

Частота вращения n (в об/мин.) определяется по формуле (4):

                                                       , об/мин.

 

Расход промывочной  жидкости (в л/мин.) определяется по формуле (8):

                                                      , л/мин.

 

 

 

   VI интервал 295 – 360 м.

Для бурения по данному  интервалу применяется коронка диаметром 59 мм типа 02И4

Осевая нагрузка на коронку P (в кН) определяется по формуле (9):

                                                , кН

 

Частота вращения n (в об/мин.) определяется по формуле (4):

                                                    , об/мин.

 

Расход промывочной  жидкости (в л/мин.) определяется по формуле (8):

                                        , л/мин.

 

 

 

5. ПОВЫШЕНИЕ  КАЧЕСТВА ПРОБ ИЛИ ОБРАЗЦОВ  ПОРОД, ПОЛУЧАЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ  БУРЕНИЯ

Основным материалом, используемым при бурении геологоразведочных скважин, является керн, количество и  качество которого должно удовлетворять  известным требованиям.

Выход керна при колонковом разведочном бурении зависит  от целого ряда факторов, которые можно  объединить в несколько групп: геологические, технические, технологические и  организационные.

        Геологические. Горные породы при колонковом бурении рассматриваются главным образом с точки зрения их буримости, выхода керна и устойчивости в стенках скважины. В большинстве случаев мягкие, рыхлые породы легко бурятся, но дают низкий выход керна и неустойчивы в стенках скважины. Эти показатели зависят от физико-механических свойств горных пород.

Знание геологических  условий позволяет заранее принять  меры по обеспечению хорошего выхода керна и нормального процесса бурения.

Основными физико-механическими  свойствами горных пород, оказывающими влияние на процесс бурения, являются прочность, твёрдость, абразивность и устойчивость.

Все горные породы и полезные ископаемые целесообразно разделить  на группы по признакам разрушения керна, что позволит наметить конкретные мероприятия по обеспечению выхода керна.

Технические факторы, оказывающие влияние на выход керна и его качество, определяются главным образом конструктивными особенностями колонкового снаряда и породоразрушающего инструмента, а также условия их работы. Сюда относятся каналы, направляющие поток промывочной жидкости до начала и во время бурения, каналы дренажа жидкости из керноприёмной трубы, конструкция керноприёмной трубы и её соединений, способ заклинки керна, конструкция породоразрушающего инструмента, диаметр и наклон скважины, качество промывочного агента и вибрация.

К технологическим факторам, влияющим на сохранность керна при бурении, относятся: количество подаваемой жидкости на забой скважины во время бурения, скорость вращения породоразрушающего инструмента, осевое усилие на породоразрушающий инструмент, величина проходки за рейс.

       Организационные. Успешное получение качественного керна в значительной мере зависит от умения бурового персонала правильно применять наиболее эффективные средства в данных условиях бурения и правильно организовывать производство буровых работ.[9]

 

 

6. ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Выбор бурового агрегата и необходимого оборудования производим согласно решаемой геологической задаче, геолого-техническим условиям бурения, способу бурения, конструкции скважины и разработанным режимам бурения. На основе анализа характеристик оборудования, позволяющих бурить скважину на планируемую глубину, выбираем наиболее эффективное  .УКБ – 4П. Установка состоит из бурового станка СКБ – 4, буровой трубчатой мачты БМТ – 4 со зданием ПБЗ – 4, бурового насоса НБ – 160/63, труборазворота РТ – 1200М, обогреваемого подсвечника П – 4/5, элеватора МЗ – 50/80, транспортной базы ТБ – 15 [6].

Выбор способа бурения 📙 Курсовая → 🆔 58459

Выбор способа бурения 📙 Курсовая → 🆔 58459

Выбор способа бурения