Разведочное бурение

Политехнический Университет

Институт Геологии и Нефтегазового Дела

Геологоразведочный факультет

Кафедра техники

разведки

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому 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 вращения породоразрушающего

инструмента

3.4.Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости

3.5.Расчёт и обоснование принятых значений расхода промывочной 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 отбора керна 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 и аварийного

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, приготовления промывочной жидкости

9.Охрана природы

10.Специальный вопрос: Бурение снарядами ССК.

11.Расчёт потребного количества буровых установок

1.Геолого-технические условия бурения

1.1.Геологический разрез и краткая характеристика пород

Геологический разрез проектируемой скважины представлен следующими породами:

· Суглинки относятся ко II категории пород по буримости, породы малой твёрдости и абразивности.

· Туфы и туффиты относятся к VII категории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Плотная вулканическая горная порода, образовавшаяся в результате цементации вулканического пепла, шлака, лапиллей и других выбросов вулкана в процессе его извержения. Состоят из обломков вулканического стекла, пемзы.

· Сланцы эпидот - гранатовые относятся к VII категории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях так называемой зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах; в их составе, кроме слюды, много зелено-цветных минералов (хлорита, эпидота и различных амфиболов). Образуются из осадочных и вулканических пород.

· Магнетитовая руда относится к VI категории пород по буримости, порода умеренной твёрдости и абразивности.

· Порфириты относятся к IX категории пород по буримости, породы твёрдые и абразивные.

· Кварц - эпидотовые сланцы относятся к VII категории по буримости, породы средней твердости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах.

[Н.И.Любимов,,Принципы классификации и эффективного разрушения горных пород при разведочном бурении”]

1.2. Геолого-технические условия отбора керна

При поисках и разведке полезных ископаемых буровыми скважинами одной из главных задач является получение керна – основного фактического материала для выявления, изучения и оценки промышленного потенциала месторождения. При этом достоверность оценки месторождения тем выше, чем больше получено керна и чем полнее он отражает основные свойства и вещественный состав пробуренных пород и руд. Керн позволяет наиболее точно составить геологический разрез, определить условия залегания и запасы полезного ископаемого.

Отсюда видно, какую ценность для геологов и буровиков представляет керновый материал и геолого-технические условия его отбора.

Выход керна определяется в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.

В нашем случае отбор керна будем осуществлять, начиная с глубины 7 метров. По всем интервалам бурения, кроме как по полезному ископаемому в интервале бурения 410-445 метров, плановый выход керна соответствует фактически возможному. В интервале бурения 410-445 метров по полезному ископаемому фактически возможный выход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. В связи с этим будем использовать оборудование для увеличения выхода керна – специальный снаряд со съёмным керноприёмником ССК.

2.Способ бурения и конструкция скважины

2.1.Выбор и обоснование способа бурения

Работы в области разведочного бурения направлены в основном на обеспечение сохранности керна, извлекаемого с большой глубины, а основным средством поисков и разведки полезных ископаемых и инженерно-геологических изысканий, дающим возможность извлекать из земных недр образцы горных пород в виде кернов, является колонковое бурение.

Колонковое бурение - вращательное бурение, при котором разрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу с сохранением внутренней части породы в виде керна.

Проектом предусматривается бурение скважины с отбором керна, начиная с глубины 7 метров. В соответствии с заданием и геологическими условиями в нашем случае будет применено колонково - вращательное бурение шарошечным долотом и алмазными коронками.

В нашем случае выбор колонково - вращательного бурения имеет место потому, что при этом способе бурения:

· извлекают из скважины керны, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезное ископаемое;

· бурят скважины под различными углами к горизонту (в нашем случае под углом 70^О к горизонту), различными породоразрушающими инструментами в породах любой твёрдости и абразивности;

· бурят скважины малых диаметров на большие глубины, применяя относительно лёгкое оборудование;

2.2.Выбор и обоснование конструкции скважины

Выбор и обоснование конструкции скважины является важнейшим исходным моментом при проектировании и играет решающую роль в успешном проведении скважины до проектной глубины с лучшими технико-экономическими показателями, в обеспечении оптимальных условий бурения и опробования.

Под конструкцией скважины понимают характеристику буровой скважины, определяющую изменение её диаметра с глубиной, также диаметры и длинны обсадных колонн. Исходными данными для построения конструкции скважины колонкового бурения являются физико-механические свойств горных пород, наличие пористых и неустойчивых интервалов, и, главное, конечный диаметр бурения. Конструкция скважины влияет на все виды работ, составляющие процесс бурения, и определяет их стоимость и качественное выполнение геологического задания.

При бурении на различные виды полезных ископаемых применяются разные конструкции скважин в зависимости от допустимого диаметра керна. Конечный диаметр скважины определяется минимально допустимым диаметром керна конкретного полезного ископаемого (в нашем случае магнетитовой руды).

Исходя из общего представления о типе месторождения, определяем допустимый минимальный диаметр керна по полезному ископаемому и конечный диаметр скважины.

Минимально допустимый диаметр керна для месторождений магнетитовых руд, обеспечивающий представительность опробования - 32 мм.

При бурении обычным колонковым снарядом диаметр скважины при пересечении магнетитовых руд должен быть 46 мм

Построение конструкции скважины по проектному геологическому разрезу ведут снизу вверх. Бурение в интервале 0 - 7 м предполагается вести с применением шарошечного долота, в интервале 7-515 м алмазными коронками. Конечный диаметр бурения для обеспечения представительности керн ( бурение по магнетитовым рудам) рекомендуется 59 мм. Принимаем этот диаметр.

Интервал скважины 0 - 7 м представлен суглинками – неустойчивыми породами, и поэтому его необходимо перекрывать обсадными трубами. Глубина бурения под эту обсадную колонну должен превышать 7 метров с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были посажены в твердые монолитные породы. Принимаем ее равной 8 м. Низ обсадной трубы должен быть затампонирован. Диаметр выбранных обсадных колонн определяем снизу вверх. Для прохождения коронки диаметром 59 мм минимальный наружный диаметр обсадной трубы – 73 мм. Принимаем трубы этого размера.

Для гарантированного спуска этих труб в осыпающихся породах проектируем бурение породоразрушающим инструментом диаметром 93 мм. Эта обсадная колонна будет являться и направляющей трубой.[5, стр.8]

3.Разработка режимов бурения скважины

3.1.Выбор и обоснование породоразрушающего инструмента

На интервале скважины 0 - 7 м, сложенном суглинками, отбор керна не нужен, поэтому будем бурить шарошечным долотом типа М (рис.4), предназначенным для бурения в породах I-IV категории по буримости.

Для бурения пород VI-VIII категорий по буримости применяем алмазную однослойную зубчатую коронку типа К-02(рис.2).

Коронки К-02 является специальной алмазной коронкой для бурения скважин снарядами со съёмными керноприёмниками типа ССК.

При бурении снарядом со съёмным керноприёмником ССК-59 будем использовать алмазный расширитель РСА-1.

3.2.Расчёт и обоснование принятых осевых нагрузок

1. Осевая нагрузка на шарошечное долото рассчитывается исходя из удельной нагрузки на 1 см диаметра долота в пределах от 100 даН для пород I категории до 300 даН для пород IV категории по буримости.

Для расчёта принятой осевой нагрузки на шарошечное долото применяем следующую формулу: C = C ₀ D (1)

Где C₀ - осевая нагрузка на 1 см диаметра долота (даН)

D - диаметр долота (см)

[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 алмазными коронками с комплексом ССК-59 будем использовать стандартную осевую нагрузку для этого комплекса, она принимается равной 17 кН.

[11, часть 1, стр.360]

[1 ,,Колонковое бурение”, стр.209]

3.3.Расчёт и обоснование принятых частот вращения

1. Частота вращения шарошечного долота принимается в соответствии с диаметром долота (в нашем случае 93 мм) в пределах 100-300 об/мин.

[4. ,,Разведочное бурение’’, стр.286]

2. Частоту вращения алмазных коронок берём стандартную для комплекса ССК-59, равную 1500 об/мин.

[11, часть 1, стр.360]

3.4.Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости

В современных условиях геологоразведочного бурения очистка скважины от шлама разбуренной породы проводится непрерывно в процессе бурения промывкой технической водой, специальными жидкостями и растворами.

Наиболее распространённый способ очистки скважины - промывка различными промывочными жидкостями. Промывочная жидкость, применяемая в бурении, должна удовлетворять следующим требованиям:

· полностью очищать забой скважины от разбуренной породы, чтобы породоразрушающий инструмент мог работать всё время на чистом забое

· закреплять стенки скважины при бурении в осадочных неустойчивых рыхлых породах, способных к обвалам и обрушениям

· предупреждать возможность прорыва пластовых вод в скважину в процессе бурения

· поддерживать частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии во время перерывов в работе, когда промывочная жидкость в скважине в полном покое

· интенсивно охлаждать породоразрушающий инструмент в процессе бурения

Для приготовления промывочной жидкости в нашем случае будем использовать глинопорошок. Качество глинопорошков и глинистых растворов из них зависит от технических условий. Все глинопорошки поставляются в бумажных мешках массой по 40 кг; мешки маркируются, каждая партия глинопорошка должна иметь паспорт с указанием даты изготовления и качественных показателей глинопорошка.

Будем использовать глинопорошок для приготовления промывочной жидкости со следующими качественными показателями:

· Вязкость-22 с

· Плотность-1.21 г/см³

· Водоотдача-14 см³ /30 мин

· Толщина корки не более 2 мм

· Стабильность –0.01 г/см³

· Содержание песка-3%

[Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, часть 2, стр.111]

Для приготовления промывочной жидкости будем использовать глиномешалку МГ-2-4.

3.5.Расчёт и обоснование принятых значений расхода

промывочной жидкости по интервалам

При бурении по суглинкам в интервале 0-7 м будем применять глинистый высококачественный раствор нормальной концентрации.

Далее бурение идёт по устойчивым породам, вследствие чего будем применять малоглинистый водный раствор.

Расход промывочной жидкости Q определятся по формуле:

Q = kD

Где к - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра породоразрушающего инструмента

D -диаметр породоразрушающего инструмента

1. При бурении шарошечным долотом будем использовать рекомендуемый расход промывочной жидкости, равный 200 литр/мин.

[4. ,,Разведочное бурение’’, стр.286]

2. При бурении комплексом ССК-59 будем использовать рекомендуемый расход промывочной жидкости для породоразрушающего инструмента комплекса, равный 60 литр/мин.

[Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, часть 1, стр.360]

4.Повышение качества отбора керна

4.1.Отбор керновых проб по вмещающим породам

Отбор керновых проб по вмещающим породам будем вести, начиная с глубины 7 метров алмазными коронками с применением специального снаряда со съёмным керноприёмником ССК-59.

4.2.Отбор керна по полезному ископаемому

Перед началом отбора керна по полезному ископаемому определяется контакт вмещающей породы с полезным ископаемым, который позволит принять необходимые меры, обеспечивающие получение заданного выхода керна. Контакт породы с полезным ископаемым определяют по изменению механической скорости 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 зависимости от физико-механических свойств полезного ископаемого устанавливается режим бурения.

Породы, по которым ведётся бурение, относятся к IV группе по отбору керна, поэтому углубка за рейс составит 2.5 м.

[11, часть 1, стр.321]

4.2.1.Анализ факторов, снижающих выбор керна

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 на стенках скважины. В большинстве случаев мягкие, рыхлые породы легко бурятся, но дают низкий выход керна и неустойчивы на 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 процессы 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

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.

· Технологические

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.

Основными организационными мероприятиями, способствующими повышению выхода керна, являются:

- Квалифицированный инструктаж бурового персонала со стороны технического и геологического руководства персонала по применению наиболее эффективных методов и средств получения керна в данных геологических условиях бурения.

- Обеспечение буровых бригад техническими средствами и поддержании их в исправном состоянии. На буровой должно быть несколько однотипных колонковых снарядов, что даёт возможность при работе одним снарядом одновременно подготавливать к работе другой.

- Непрерывный контроль за процессом бурения по полезному ископаемому и своевременная документация поднятого керна. Выполнение этих мероприятий обеспечивает привязку кернового материала к сопутствующему интервалу скважины, существенно облегчая разбивку рудного тела на зоны и предохраняет геологическую службу от ошибок при опробовании, связанных с неравномерным выходом керна. Кроме того тщательная и точная документация рудного керна, производимая сразу вслед за подъёмом его из скважины, позволит провести анализ зависимости выхода керна от технологии бурения и немедленно принять конкретные меры по улучшению результатов бурения.

- Оснащение бурового агрегата контрольно - измерительной аппаратурой, что позволяет более точно регулировать основные параметры режима бурения.

- Наличие на буровой проектного геологического разреза скважины, который должен быть более полно соответствовать фактическому. Буровая бригада должна хорошо изучить проектный геологический разрез скважины, что позволит более точно определить момент вхождения породоразрушающего инструмента в полезное ископаемое.

4.2.2.Выбор, обоснование и описание снарядов для отбора керна

полезного ископаемого [11, часть 1, стр.359-369]

Получение представительного керна из толщи полезного ископаемого является основной задачей всех поисковых и разведочных колонковых скважин, поэтому при бурении принимают все меры к тому, чтобы получить необходимый по количеству и качеству керн, используя наиболее совершенные технические средства и методы его отбора.

Успех получения представительного керна в тех или иных геологических 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 ископаемому фактически возможный выход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. В связи с этим будем использовать оборудование для увеличения выхода керна – специальный снаряд со съёмным керноприёмником ССК-59

Он разработан для бурения в геологических разрезах, представленных в основном твердыми породами VIII—Х категорий по буримости и породами средней твердости V—VII категорий с пропластками более твердых пород, и позволяет извлекать керн из скважины с помощью съемного керноприемника

По сравнению с технологией бурения с отбором керна колонковыми трубами этот метод и технические средства существенно повышают произ­водительность бурения и улучшают качество отбираемого кернового мате­риала. увеличивают ресурс породоразрушающего инструмента. Повышение производительности бурения достигается главным образом за счет увеличе­ния проходки за рейс без подъема бурильной колонны с забоя при высокой механической скорости. Качество кернового материала улучшается благо­даря возможности подъема керноприемника в случае самозаклинивания керна. Увеличение ресурса коронки объясняется возможностью бурения значительных интервалов без извлечения коронки из скважины.

Этот метод способствует также устойчивости стенок скважины и обеспе­чивает улучшение условий труда буровой бригады вследствие сокращения спуско-подъемных операций. Перед началом бурения съемный керноприёмник, сбрасываемый с поверхности через колонну бурильных труб, фиксиру­ется в колонковой трубе запорным механизмом. В процессе бурения прием­ная труба керноприемника не вращается. Керн заклинивается кернорвателем в момент отрыва бурового снаряда от забоя. Извлекают съемный керноприемник ловителем на канате, который под


29-04-2015, 00:45