Колонковое бурение. 3
Федеральное государственное, платное,
образовательное учреждение высшего профессионального образования
Северо-Восточный государственный университет
Факультет менеджмента, экономики и финансов.
Кафедра менеджмента.
Реферат
По дисциплине «Основы техники разведки МПИ»
Тема: «Колонковое бурение»
Магадан 2013
В настоящее время бурение скважин, многоцелевое производство и современная промышленность предлагает большой выбор технических средств и технологий, в которых требуется разбираться, чтобы принять правильное решение. В условиях рыночной экономики и жесткой конкуренции между недропользователями к специалистам геологам предъявляются соответствующие требования, так как от его квалификации и знаний, порой на уровне интуиции, может зависеть успех всего предприятия.
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛОНКОВОМ БУРЕНИИ
Колонковое бурение является основным техническим способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Оно также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и при структурно-картировочных изысканиях нефтяных и газовых месторождений. Кроме того, это бурение применяется для различных инженерных целей. Колонковым способом могут буриться шурфы и разведочные шахты. Колонковое бурение получило столь большое распространение по следующим причинам.
1. Оно позволяет извлекать
из скважины столбики породы
— керна, по которым можно
составить геологический
2. Колонковым способом можно бурить скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости. Из подземных выработок можно бурить восстающие скважины.
3. Бурить скважины малых
диаметров на большую глубину,
коронка;
колонковая труба;
тройной переходник;
шламовая труба;
колонна бурильных труб
ниппельные или муфтово-
промывочный сальник.
Для спуско-подъемных операций применяют различные ключи, элеваторы и подкладные вилки.
Коронки представляют собой короночные кольца, изготовленные из трубных заготовок, в рабочий конец которых вставлены резцы из твердых сплавов или алмазы. Верхняя часть короночного кольца имеет наружную правую трапецеидальную резьбу, а ее внутренняя поверхность расточена на конус.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО
Инструмент, предназначенный для бурения скважин, называется буровым инструментом и подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.
2.1. Технологический инструмент
Технологический инструмент
предназначен непосредственно для
бурения. Набор инструмента, соединенного
в определенной последовательности,
называется буровым снарядом. Вспомогательный
инструмент — это буровой инструмент,
предназначенный для
2.1.1. Колонковый набор
Колонковый набор состоит из съемного керноприемника, извлекаемого за канат через бурильные трубы после наполнения его керном, и наружного колонкового набора. В состав наружного колонкового набора входят алмазная коронка, расширитель, колонковая труба и 2 верхних переходника. Этот снаряд поднимается из скважины вместе с бурильными трубами при смене алмазной коронки.
Съемный керноприемник имеет следующие узлы: кернорватель, керноприемная труба, подшипниковый узел, сигнализатор самозаклинивания керна, запорный узел с головкой в виде грибка, за который извлекается керноприемник. Кернорватель пружинного типа включает в себя кольцо, корпус с конусной проточкой и упорное кольцо.
Керноприемник вводят в открытую бурильную колонну, зажатую на устье трубодержателем. Он спускается в жидкости под действием силы тяжести. Для ускорения доставки керноприемника к забою практикуют досылку его напором промывочной жидкости. Для извлечения керна нужно отвинтить корпус кернорвателя от керноприемной трубы. При смене кернорвательного кольца следует из корпуса предварительно извлечь упорное пружинное кольцо. Керноприемная труба в колонковом наборе подвешена на штоке подшипникового узла, благодаря чему она остается неподвижной при бурении. При срыве керна наружная колонковая труба перемещается вверх относительно керноприемной трубы и сжимает пружину штока. При этом торец корпуса кернорвателя упирается в коронку, и основное усилие срыва керна воспринимается не тонкостенной керноприемной трубой, а наружным снарядом.
Для предотвращения истирания керна при его подклинивании в наборе предусмотрен сигнализатор, содержащий резиновые манжеты, которые, сжимаясь от осевого усилия при самозаклинивании, увеличиваются в размере и перекрывают кольцевой зазор, тем самым прекращают поступление промывочной жидкости к забою. Повышение давления отмечается манометром бурового насоса.
Фиксацию съемного керноприемника от перемещения вверх при бурении выполняет запорный узел, состоящий из двух стопоров, разжимаемых пружиной. При подъеме керноприемника овершотом на стопоры надвигается возвратная втулка, и они углубляются в корпус.
В рабочем положении один из стопоров своей верхней боковой гранью упирается в выступ на торце переходника на бурильные трубы. За счет этого вращение бурового снаряда передается только верхней части подшипникового узла и исключается проворачивание керноприемника в опорном кольце, которое ограничивает своим верхним торцом ход керноприемника вниз и центрирует его в верхней части. В нижней части снаряда в корпусе расширителя установлен стабилизатор.
2.1.2. Бурильная колонна
Бурильная колонна - связующее
звено между долотом, находящимся
на забое скважины, и буровым оборудованием,
расположенным на поверхности. Она
предназначена для подвода
Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.
, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.
Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.
Бурильные замки соединяют
между собой отдельные бурильные
трубы. Переводники предназначены
для соединения элементов бурильных
колонн, имеющих разные размеры или
разнотипные резьбы, а также для
присоединения подсобных и
2.2 Вспомогательный инструмент
Вспомогательный инструмент
предназначен, в основном для
сборки – разборки бурового
снаряда и для обсадки
Для удержания снаряда
в подвешенном состоянии
Для предохранения нижнего конца обсадной колонны от повреждений при спуске и во время бурения к нижнему ее концу присоединяется башмак обсадных труб.
2.3. Аварийный (ловильный) инструмент
Ловильный инструмент - это приспособления и механизмы, используемые для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны, её отдельных элементов, забойных двигателей или посторонних предметов. Пo назначению ловильный инструмент условно делят на основной (ловители, овершоты, метчики, колокола, магнитные фрезеры и др.), применяемый для непосредственного соединения c аварийным объектом и последующего его удаления из скважины, и вспомогательный, служащий для изучения аварийного объекта и подготовки к ликвидации аварии.
Ловители используют для
извлечения оставшейся в скважине части
бурильной колонны путём
Ловитель состоит из корпуса,
в котором установлены
Извлечение аварийной бурильной колонны (дл. до 400 м) путём захвата её верхнего конца под замок производится овершотом. Овершот состоит из корпуса, внутри которого установлены пружинные пластины, захватывающие замок бурильной трубы. Полностью пропустив замок, пластины устанавливаются своими верхними торцами против опорного торца замка, что обеспечивает захват трубы при подъёме овершота.
Если верхний конец аварийной колонны оканчивается внутренней резьбой, то для проведения ловильных работ используют метчики. Метчики c правой резьбой применяются для извлечения оставшейся колонны целиком, c левой - для отвинчивания и извлечения колонны по частям. Часто метчики используют c центрирующим приспособлением, что повышает точность его попадания в отверстие аварийной колонны. Сигналом, свидетельствующим o правильном попадании метчика в отверстие, служит скачок давления на насосе, подающем промывочную жидкость.
B случаях, когда для ликвидации аварии требуются большие крутящие моменты и осевые усилия, применяют колокола, соединяющиеся c аварийной трубой по её наружной поверхности, или труболовки, использующиеся при больших глубинах и малых кольцевых зазорах между стенкой скважины и аварийной трубой.
Ловильная втулка труболовки выполняется продольно разрезанной c конической внутренней поверхностью (угол уклона ок. 2°). Такой же угол имеет контактирующая c ней поверхность корпуса труболовки. C помощью направляющего конуса, выполненного на конце корпуса, труболовку вводят в аварийную трубу. При опускании ловильная втулка сначала упирается в торец трубы и перемещается в верхнее положение, где под действием части массы рабочей колонны и благодаря наличию разреза сжимается и заходит внутрь трубы. B дальнейшем при натяжении рабочей колонны ловильная втулка распирается вследствие взаимодействия c корпусом по коническим поверхностям и врезается в тело аварийной трубы, обеспечивая надёжный захват. Конструкция труболовки исключает деформацию трубы при её захвате.
Для очистки забоя скважины
от посторонних металлических
Для разрезки трубы изнутри применяют внутренние труборезки. Расчленение аварийной колонны производят также c помощью торпед, для определения места размещения которых в скважине используется магнитный локатор. C помощью локатора регистрируют местонахождение муфтовых и замковых соединений.
3. БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ
Буровой установкой
называется комплекс бурового
и энергетического
Установки для колонкового бурения по транспортабельности разделяются на стационарные, передвижные, самоходные, переносные.
Стационарными называются такие установки, у которых буровой агрегат и вышка монтируются в виде одного или нескольких блоков. Эти установки не имеют собственной транспортной базы. После окончания бурения установка разбирается на составные блоки, которые перевозятся на новое место бурения, где снова монтируются. Стационарные буровые установки используются при больших затратах времени на бурение скважин.
Передвижные буровые установки
монтируются на одной или нескольких
рамах, установленных на санях, колесных
или гусеничных тележках. Такие установки
применяют при небольших
Самоходные установки монтируются на базе автомашин, тракторов.
Буровые станки служат для вращения колонны бурильных труб с колонковым набором, регулировки осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с подачей бурового снаряда по мере углубления скважины, а также для осуществления спуско-подъемных операций при бурении скважины, креплении ее обсадными трубами и специальных работах.
Основные узлы станка для колонкового бурения: а) вращатель бурового снаряда; б) многоступенчатая коробка передач для регулирования частот вращения и подъема; в) лебедка для осуществления спуско-подъемных операций; г) главный фрикцион для включения и отключения станка от двигателя; д) механизм подачи бурового снаряда и регулятор нагрузки на породоразрушающий инструмент, е) пульт управления с контрольно-измерительной аппаратурой.
Конструктивная схема станка и установки в целом существенно определяется типом вращателя и механизмом подачи. Вращатели по своей конструкции подразделяются на шпиндельные, роторные и подвижные. Вращатель бурового станка является основным рабочим механизмом, выполняющим технологические операции при бурении.
Осевую нагрузку на забой
скважины регулирует механизм подачи
бурового станка. В зависимости от
конструкции механизма подачи буровые
станки бывают: с гидравлической подачей;
винтовой дифференциальной подачей; рычажной
подачей; комбинированной рычажно-
Установки, оборудованные шпиндельным или подвижным вращателем с гидравлической подачей, обладают следующими преимуществами:
1) могут бурить вертикальные,
наклонные и восстающие
2) обеспечивают возможность
регулирования осевого усилия
на забой (создание
3) позволяют производить
плавную подачу бурового
4) позволяют определять вес снаряда в скважине;
5) гидравлическая подача
может быть использована как
гидравлический домкрат при
Все эти преимущества предопределили распространенность шпиндельного и подвижного вращателя с гидравлической подачей на установках колонкового бурения, используемых при разведке твердых полезных ископаемых. В роторных установках ротор (вращатель) в отличие от шпинделя вращается лишь в горизонтальной плоскости и неподвижен относительно вертикальной оси, поэтому не может обеспечить дополнительную осевую нагрузку (разгрузку на буровой снаряд).
4.ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
В зависимости от категории пород можно задавать разные режимы бурения, параметрами которого является частота вращения бурового снаряда, осевая нагрузка и объем подачи промывочной жидкости в единицу времени. Режимы бурения разные для победитового и алмазного бурения. Коронки также изготовляются разными по конструкции для разных категорий пород.
Нагрузка на коронку задается, исходя из количества основных (объемных) резцов, их размеров и твердости пород. Общая нагрузка на коронку должна быть равна С= m*q
где m— число объемных (основных) резцов; q — рекомендуемое давление на 1 резец, Η.
Частота вращения коронки должно быть n=60V / η Dср где V – окружная скорость коронки 0,6-1,6 м/с, Dср – средний диаметр коронки, м
Подача промывочной жидкости определяется, исходя из скорости восходящего потока Vn и диаметра скважины; Vπ = 0,25— 0,6 м/с. Чем больше скорость бурения, тем больше и Vπ. При бурении в трещиноватых и абразивных породах необходимо снижать окружную скорость и осевую нагрузку.
Промывка при алмазном бурении должна обеспечивать хорошее охлаждение алмазов, так как они при сильном нагреве они графитизируются. Скорость восходящего потока между бурильной колонной и стенками скважины должна быть в пределах 0,4— 0,8 м/с.
При наполнении колонковой трубы керном буровой инструмент поднимают на поверхность. Для этого над коронкой помещают кернорватель, который срывает керн от забоя. Поднятая коронка отвертывается и осматривается. Керн из колонковой трубы осторожно и последовательно извлекается, документируется и укладывается в керновые ящики.
4.1. Конструкция скважины
Конструкцией скважины называется схема её устройства, в которой указывается начальный, промежуточные и конечный диаметры применяемого породоразрушающего инструмента, диаметры и длина обсадных колонн, глубина скважины, места и способы тампонирования.
Конструкция скважины зависит от: физико-механических свойств горных пород, слагающих геологический разрез; конечного диаметра и глубины скважины;
цели и способа бурения.
Таким образом, при выборе конструкции скважины определяющими факторами служат геологические условия и номенклатура технических средств.
Диаметры скважины выбираются
из условия обеспечения эффективного
решения поставленной задачи (получение
качественной пробы в необходимом
количестве, проведение комплекса намеченных
наблюдений, исследований и пр.). При
разведке твёрдых полезных ископаемых
минимальный диаметр керна
Разработано множество рекомендаций
по минимальным диаметрам керна,
обеспечивающим представительное опробование
различных генетических типов месторождений
руд. Однако при проектировании конструкции
геологоразведочных скважин указанные
рекомендации нельзя считать универсальными
и стандартными для всех случаев
опробования рудной зоны. В каждом
конкретном случае, ориентируясь на рекомендации,
необходимо учитывать специфику
геологических условий
Необходимо учитывать, что возможность сохранения керна и получения его в необходимом количестве в значительной мере зависит от вида полезного
ископаемого, способа
бурения и типа
Конечный диаметр
Разработку конструкции скважины начинают с конечного диаметра, причем стараются всегда выбрать наиболее простую, но вместе с тем надежную конструкцию, которая обеспечила бы бурение до проектной глубины без каких-либо осложнений. Одним из главных вопросов является определение минимально допустимого диаметра керна и скважины при перебуривании полезного ископаемого. В табл. 2 приведены величины минимально допустимых диаметров керна и скважины.
Приняв конечный диаметр, намечают участки скважины для закрепления обсадными трубами. После определения количества колонн обсадных труб становится ясным, какого диаметра должна быть скважина при забуривании. Обсадные трубы необходимы для:
- закрепления устья скважины, придания ей первоначального направления и отвода выходящей из нее промывочной жидкости в циркуляционную систему;
- перекрытия неустойчивых и разрушенных пород с целью предупреждения их обвалов;
разобщения водоносных горизонтов, которое для большей надежности выполняется с тампонированием, т. е. заполнением затрубного пространства глиной или цементным раствором;
-предохранения полезного ископаемого на забое от загрязнения осыпающимися породами, залегающими выше;
-перекрытия трещиноватых пород, зон тектонических разломов, горных выработок, пустот с целью прекращения поглощения промывочной жидкости.
Колонны обсадных труб устанавливаются в скважине концентрично, и обычно каждая из них выводится на поверхность. Первая с поверхности, наибольшая по диаметру колонна, служит для закрепления устья скважины, предохранения его от размывания, а также для отвода промывочной жидкости из скважины.
В некоторых случаях для экономии обсадных труб при свободном спуске в скважину применяется их установка впотай, т. е. без вывода колонны до устья скважины. Достигается это путем отвинчивания или вырезки на определенной глубине и извлечения из скважины верхней части обсадной колонны.
После того, как будут намечены количество, диаметры и глубины списка колон обсадных труб, выбирают типы и диаметры породо - разрушающих инструментов для бурения скважины на отдельных интервалах. Изучение фактических конструкций скважин позволило разработать их типовые проекты. В основу классификации рациональных типовых конструкций скважин, разработанной Е. А. Козловским, положены факторы:
- специфика геолого-технических условий бурения отдельных видов полезных ископаемых;
- конечный диаметр скважины, число колонн обсадных труб, спускаемых в скважину, число изменений диаметра породоразрушающего инструмента после закрепления;
- вышележащего ствола скважины обсадными трубами;
- получение качественной геологической информации и проведение требуемого комплекса скважинных исследований.
Типовые конструкции скважин
позволяют расширить область
внедрения прогрессивных
Типовые конструкции скважин
позволяют расширить область
внедрения прогрессивных
4.2. Забуревание скважины
Забуревание скважины - комплекс операций в начале бурения скважины, завершающийся установкой направляющей трубы. При этом особое внимание уделяется строгому соблюдению заданного направления скважины в верхней малоустойчивой зоне коры выветривания.
5. БОРЬБА С
АВРИЯМИ В СКВАЖИНАХ
5.1. Общие сведения
Называют такие отклонения от нормального хода работ, которые приводят к преждевременному выходу из строя части или всего оборудования (инструмента) и непроизводительному простою скважины, в результате нарушения технологического процесса бурения. Аварии могут быть с наземным оборудованием (с буровой вышкой, станком, двигателем, насосом, талевой системой) и внутри скважины. В результате аварии может частично или полностью выйти из строя оборудование и инструмент; иногда аварии приводят к потере скважины.
Осложнением при бурении называют такую ненормальную ситуацию в скважине, при которой дальнейшая ее проходка становится невозможной, либо бурение продолжается, но резко снижается его производительность.
Аварии и осложнения требуют для их ликвидации больших затрат времени и средств, поэтому буровой персонал должен знать причины возникновения и основные мероприятия по предупреждению и ликвидации аварий и осложнений при бурении скважин
Аварии всех видов разделяют на две категории:
- регистрируемые
- учитываемые.
Регистрации подлежат все аварии, независимо от времени, затраченного на их ликвидацию (включая внутриеменные аварии, длящиеся менее 8 ч); учитываются аварии, на ликвидацию которых затрачено более 8 ч.
Началом аварии считается момент ее возникновения, хотя обнаружен он может быть позже; концом аварии считается момент восстановления условий для продолжения бурения. Если авария произошла во время ликвидации первоначально возникшей аварии (осложнение аварии), она отдельно не учитывается, а время на ее ликвидацию суммируется со временем ликвидации первоначально возникшей аварии.
При возникновении аварии
и невозможности ее ликвидировать
в течение одной смены
5.2. Ликвидация аварий
Общие рекомендации по ликвидации аварий изложены по принципу - от более простых к более сложным. В каждом конкретном случае следует
внимательно разобраться в схеме аварии, ее причине, возможных осложнениях;
составить на основании этих данных подробный план ликвидации аварии;
при аварийных работах следует систематически контролировать их ход, при необходимости своевременно вносить коррективы.
Следует помнить, что работы по ликвидации аварий трудоемкие; ошибки, допущенные при ликвидации аварий, ведут к возникновению новых, более сложных аварий, что приводит к потерям и непроизводительным затратам рабочего времени.
При расследовании аварии устанавливают причины, приведшие к аварии, виновников аварии, намечают мероприятия по ликвидации данной аварии и по предупреждению подобных аварий в дальнейшем. На ликвидацию сложной аварии составляется план, в котором предусматривают: мероприятия по ликвидации аварии; сроки проведения работ, мероприятия для предотвращения несчастных случаев и осложнений; работника, ответственного за исполнение плана работ по ликвидации аварии.

- Колонковое бурение
- Колонна Юстиниана
- Колонные головки
- Колонны. Их виды, вид напряженного состояния от нагрузок
- Колонны и элементы стержневых конструкций
- Колонны синтеза аммиака
- Колонок
- Колонизация островов
- Колонизация Сибири
- Колонии Германии
- Колонии поселения как вид лишения свободы
- Колонізація Америки
- Колонізація північного причорномор’я
- Колонковое бурение