Раздел 4. Роторное и турбинное бурение
Тема 1. Бескерновое бурение. Область применения. Инструмент для бескернового бурения. Особенности технологии бурения.
Тема 2. Роторное бурение. Общая схема. Буровое оборудование и инструмент. Особенности технологии бурения.
Тема 3. Турбинное бурение. Общая схема. Преимущества, область применения. Электробурение. Особенности технологии бурения.
Тема 4. Бурение скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. Особенности технологии бурения. Конструкции скважин. Оборудование скважин фильтрами.
Раздел 5. Технико-экономические показатели и перспективы развития разведочного бурения
Тема 1. Качественные и количественные показатели бурения. Производительность и себестоимость бурения. Скорости бурения. Пути улучшения показателей бурения. Перспективы развития разведочного бурения. Оптимизация процесса бурения. Организация работ. Правила безопасного ведения работ.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Занятие 1 Состав бурового снаряда. Твердосплавные и алмазные коронки.
Занятие 2. Крепление скважин. Обсадные трубы. Выбор конечного диаметра скважины. Построение проектной конструкции скважины.
Занятие 3. Расчет параметров режима бурения
Занятие 4. Двойные колонковые снаряды, комплексы КГК и ССК
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
По целевому назначению скважины подразделяются на добычные, геологоразведочные и технические. Бурение геологоразведочных скважин является основным способом поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. В данной контрольной необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки твердого полезного ископаемого.
При изучении курса студенты должны приобрести теоретические сведения и практические навыки решения задач, связанных с составлением проекта на бурение разведочных скважин, научиться ориентироваться в различных способах бурения скважин, самостоятельно строить проектные конструкции скважин, выбирать буровое оборудование и инструмент, определять рациональную технологию бурения.
В процессе изучения курса предусмотрено написание контрольной работы. В контрольной работе должны быть решены следующие задачи:
1. - выбор способа бурения;
2. - построение проектной конструкции скважины;
3. - выбор бурового оборудования;
4. - выбор бурового инструмента;
5. - выбор типа очистного агента;
6. - расчет рациональных параметров режима бурения;
7. - разработка мероприятий по повышению выхода керна;
8. - ликвидация скважины;
9. - составление геолого-технического наряда.
Ниже приведены десять вариантов проектных геологических разрезов, для которых составляется проект на бурение геологоразведочных скважин.
Вариант контрольного задания соответствует последней цифре шифра студенческого билета.
Вариант 1
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Грунтовый слой | II | ||||
| Суглинки с включением гальки | III | ||||
| Известняк кавернозный | V | ||||
| Плотный мергель | IV | ||||
| Кварцевые порфиры | VIII | ||||
| Медноколчеданные жилы | IX-XI | ||||
| Кварцевые порфиры | VIII-IX | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 150 м без отбора керна |
Вариант 2
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Грунтовый слой | II | ||||
| Глинистые сланцы | VII | ||||
| Гнейс трещиноватый | VIII | ||||
| Кварц сливной | XII | ||||
| Гнейс | VIII | ||||
| Пегматит редкоземельный | IX-XI | ||||
| Гнейс | VIII | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 120 м без отбора керна |
Вариант 3
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Песок | II | ||||
| Глина пучащая | IV | ||||
| Известняк разрушенный | V | ||||
| Алевролит | VI | ||||
| Песчаник абразивный | VII | ||||
| Медноникелевые жилы | X | ||||
| Фельзит | X | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 320 без отбора керна |
Вариант 4
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Почвенно-растительный слой | II | ||||
| Среднезернистый песок | II | ||||
| Глинистый песчаник | VII | ||||
| Разнозернистый песок | II | ||||
| Плотные глины | IV | ||||
| Силикатно-никелевые руды | VI-VII | ||||
| Сиенит | VIII | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 120 без отбора керна |
Вариант 5
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Супесь | II | ||||
| Суглинки | III | ||||
| Глинистые сланцы | VII | ||||
| Известняк трещиноватый | II-III | ||||
| Песчаник абразивный | VII | ||||
| Известняк плотный | V | ||||
| Бокситы | IV-V | ||||
| Песчанистые сланцы | VII | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 140 без отбора керна |
Вариант 6
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Валунно-галечные отложения | II-V | ||||
| Среднезернистый песок | II | ||||
| Суглинки | III | ||||
| Песчаник абразивный | VII | ||||
| Алевролит | VI | ||||
| Каменная соль | III | ||||
| Доломит | VII | ||||
| Особые условия: | В интервале 0 - 80 многолетнемерзлые породы |
Вариант 7
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Почвенный слой | II | ||||
| Песок | II | ||||
| Глина | IV | ||||
| Мергель | VI | ||||
| Боксит | IV | ||||
| Мергель | VI | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 60 без отбора керна |
Вариант 8
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Почвенный слой | II | ||||
| Песок | II | ||||
| Плотные глины | IV | ||||
| Песчаник абразивный | VII | ||||
| Гнейс | VIII | ||||
| Титаномагнетитовые руды | XI | ||||
| Гранит | X | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 295 м без отбора керна |
Вариант 9
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Почвенный слой | II | ||||
| Песок среднезернистый | II | ||||
| Глина | IV | ||||
| Известняк кавернозный | V | ||||
| Песчаник абразивный | VII | ||||
| Гранит | X | ||||
| Молибдено-вольфрамовая жила | XI | ||||
| Гранит | X | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 260 без отбора керна |
Вариант 0
| Номер слоя | Мощность слоя, м | Описание пород (вид полезного ископаемого) | Категория пород по буримости | ||
| от | до | всего | |||
| Суглинки | II | ||||
| Песок | II | ||||
| Глина | IV | ||||
| Аргиллит | VI | ||||
| Бурый уголь | II | ||||
| Известняк | V | ||||
| Особые условия: | Интервал 0 - 60 без отбора керна |
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ
Выбор способа бурения скважин зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины, тип полезного ископаемого, физико-механические свойства горных пород.
В данной контрольной необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки месторождения твердого полезного ископаемого. Тип полезного ископаемого приведен в контрольном задании (полезное ископаемое – предпоследний слой).
Основными физико-механическими свойствами горных пород, определяющими выбор способа и технологии бурение скважин, являются: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность. Для проектирования и нормирования бурения геолого-разведочных скважин используется обобщенный показатель физико-механических свойств горных пород – буримость. Для вращательного бурения скважин в настоящее время принята классификация горных пород по буримости, включающая 12 категорий. Породы I – IV категории называ-ются мягкими, V – VIII категории – породами средней твердости, IX – X категории – твердыми, XI – XII категории – крепкими. Категории пород по буримости приведены в задании.
Бурение геологоразведочных скважин осуществляется механическим способом, при котором горная порода на забое разрушается под воздействием породоразрушающего инструмента. В зависимости от характера движения породоразрушающего инструмента к механическим способам бурения относятся: вращательное, ударно-вращательное и ударное.
Наиболее распространенным является вращательное бурение. Вращательное бурение подразделяется на бескерновое и колонковое.
При бескерновом бурении горная порода разрушается по всей площади забоя, бурение производится без отбора керна. Бескерновое бурение применяется при разведке жидких и газообразных полезных ископаемых. При разведке твердых полезных ископаемых бескерновое бурение применяется на стадии детальной разведки при проходке верхних, хорошо изученных, слоев пород. Бескерновое бурение позволяет повысить производительность геологоразведочных работ, но обязательно должно сопровождаться геофизическими исследованиями в скважинах.
При колонковом бурении горная порода разрушается по кольцевому забою, а в центре скважины остается ненарушенный столбик породы – керн. Керн используется для изучения структуры и вещественного состава горных пород. Колонковое бурение является основным способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Кроме того, колонковое бурение широко применяется при бурении картировочных, структурно-поисковых, инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.
Бурение скважин предусматривается колонковым способом кроме интервалов, отмеченных в графе «Особые условия». Если интервал бескернового бурения не указан вся скважина бурится колонковым способом
В зависимости от типа выбранного породоразрушающего инструмента бурение подразделяется на твердосплавное и алмазное. Твердосплавное бурение целесообразно применять при бурении мягких и средней твердости пород до VIII категории по буримости. Алмазное бурение применяют при бурении твердых и крепких пород от VI до XII категорий по буримости.
Для повышения производительности при алмазном бурении рекомендуется применять снаряды со съемными керноприемниками (ССК). Возможность извлечения съемного керноприемника без подъема колонны бурильных труб позволяет, кроме увеличения выхода керна, значительно сократить затраты времени на непроизводительные спуско-подъемные операции. Однако, из-за высокой стоимости снаряда ССК его применение целесообразно при глубине скважины 500 м и более.
При ударно-вращательном бурении между колонковым набором и низом колонны бурильных труб устанавливается ударный механизм, в результате чего на породоразрушающий инструмент кроме осевого усилия и крутящего момента передаются ударные импульсы. Это способствует повышению скорости бурения (особенно в хрупких породах), повышению выхода керна и стабилизации направления скважин. В качестве ударных механизмов используется гидроударники и пневмоударники.
Гидроударное бурение рекомендуется применять при бурении скважин глубиной до 1000 м. Из-за увеличенного расхода промывочной жидкости гидроударное бурение целесообразно применять при отсутствии поглощения промывочной жидкости, т.е. в монолитных не трещиноватых породах
Пневмоударное бурение применяется при бурении скважин глубиной до 100-200 м в пустынных регионах, где затруднен подвоз воды, в районах распространения вечномерзлых пород, в условиях активного поглощения промывочной жидкости и при пересечении скважин с горными выработками.
При сооружении скважины можно чередовать различные способы бурения, например, твердосплавное и алмазное, колонковое и бескерновое, вращательное и вращательно-ударное.
Ударное бурение применяется при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, а также для сооружения гидрогеологических и технических скважин.