Проектирование технологического режима бурения
DIE INHALTSANGABE
Ein Ziel des Kursprojektes ist die Befestigung und die Vertiefung des Wissens, die beim Studium des Kurses bekommen sind "die Bohrwerkbänke und das Bohren der Spalten»; die Entwicklung der Fertigkeiten der selbständigen Arbeit mit der speziellen und Informationsliteratur; der Erwerb der Erfahrung der Projektierung der Bohrarbeiten, der Lösung ingenieurmässig und инженерногеологических der Hydrogeologieaufgaben.
ВВЕДЕНИЕ
Цель курсовой работы: Закрепить теоретические знания по дисциплине ''Буровые станки и бурение скважин'', приобрести опыт проектирования буровых работ при гидрогеологических исследованиях. Отобрать керн для определения основных особенностей и физико-механических свойств горных пород (грунтов), слагающих исследуемую территорию.
Сооружение скважины осуществляется с помощью специального бурового оборудования и складывается из нескольких процессов:
1) разрушения горной породы на забое, в результате которого происходит продвижение забоя – углубление скважины;
2) очистки забоя скважины от разрушенной породы;
3) отбора керна;
4) крепления стенок скважины;
5) производства спускоподъемных операций, замены износившегося породоразрушающего инструмента при проведении исследований в скважинах, креплении стенок скважины.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ РАБОТ
Литологический разрез объекта работ сложен следующими горными породами:
верхний горизонт представлен глинами с включением галечника мощностью 20 м; толща галечника мощностью 5 м; толща плотных глин мощностью 15 м; толща среднезернистого влажного песка мощностью 10м; толща плотных глин мощностью 30 м; толща среднезернистого обводненного песка мощностью 10м; глины плотные мощностью 10м. Конечный диаметр скважины должен составить 168 мм.
|
|
|
При бурении вскрывается и в дальнейшем эксплуатируется один водоносный горизонт – обводненные пески с/з, коэффициент фильтрации которых 30 м/сутки. Дебит скважины 40 м3/час. Динамический уровень 35м. Статический уровень 20м. Работы ведутся с отбора керна.
Физические свойства горных пород представлены в таблице1:
СПОСОБ БУРЕНИЯ И КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИНЫ
Под способом бурения понимается совокупность следующих процессов и параметров: собственно процесс бурения, тип породоразрушающего инструмента, особенности привода, способ удаления продуктов разрушения, характер получаемых образцов, их транспортировка на поверхность и некоторые другие. По целевому назначению буровые скважины классифицируются на три основные категории: геологоразведочные, эксплуатационные и технические. При проектировании буровых работ мы рассматриваем геологоразведочные скважины. Геологоразведочные скважины проводятся для изучения месторождений полезных ископаемых или с целью изучения геологического строения определенного района. Из всех разновидностей этой категории рассматриваем эксплуатационные.
|
|
|
В зависимости от цели работ и конкретных условий при бурении, выбирают способ бурения скважины:
1) вращательный – с транспортировкой выбуренной породы прямой или обратной циркуляции промывочной жидкости.
2) ударно – канатный – с использованием для удаления с забоя выбуренной породы желонки и пластовой или доливаемой в скважину воды.
3) гидродинамический – с применением для бурения и удаления с забоя породы энергии струи воды.
4) механический – с транспортировкой из забоя выбуренной породы без применения промывочных реагентов.
Буровые скважины на воду, в зависимости от назначения и условий, сооружаются разными способами. Наибольшее распространение получило вращательное бурение скважин.
В курсовой работе рассматривается участок с необходимым уточнением геологического разреза. Скважиной вскрывается водоносный горизонт, расположенный в мелкозернистых обводненных песках. Выбирается вращательный способ бурения с прямой промывкой водой.
|
|
|
Основные виды вращательного способа бурения — шнековое, колонковое, роторное и турбинное.
Кол о нковое бур е ние, вращательное бурение, при котором разрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу с сохранением внутренней части породы в виде керна. При К. б. частицы разрушенной породы удаляются из забоя и выносятся на поверхность промывочной жидкостью, нагнетаемой буровым насосом в колонну бурильных труб. Выбуренный керн входит в колонковую трубу и по мере углубления скважины заполняет её. Периодически керн заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. К. б. осуществляется буровыми установками, с помощью которых производятся спуск и подъём инструмента, вращение и подача бурового снаряда и др. операции.
Скважины на воду могут быть фильтровыми и бесфильтровыми. Фильтровые скважины применяются в рыхлых и скальных породах. Фильтр в скважине устанавливается таким образом, чтобы его рабочая часть была удалена в кровле и подошве водоносного горизонта на 0,5 – 1 м. При мощности последнего до 10 м, длину его рабочей части выбирают равной мощности водоносного горизонта. Так же дополнительно скважину увеличивают на глубину в 2-5 м для отстойника. Это делается для того, чтобы исключить заклинивание и засорение обсадной трубы. И чтобы обеспечить свободное место для варьирования трубами при посадке последней. Так как водоносный горизонт представлен среднезернистыми песками, то будет спроектирован каркасный фильтр с проволочной обмоткой.
|
|
|
Проектирование технологического режима бурения
В соответствии с выбранными способом бурения, конструкцией скважины, буровым инструментом и оборудованием для каждого типа породоразрушающего инструмента по интервалам глубин и диаметрам бурения разрабатывается технологический режим бурения, предусматривающий обоснование и выбор основных режимных параметров, сочетание которых обеспечивает высокие технико-экономические показатели проходки скважины в нормальных условиях.
Проектирование гидрогеологической скважины начинается с выбора конечного диаметра скважины, который выбирается в зависимости от диаметра насоса (который в свою очередь выбирается в зависимости от расхода Q и конечной глубины скважины). В моей работе Q = 40 м3/час. Соответственно был выбран поверхностный насос марки 1СЦЛ 20-24 Г.
Табл.2 технические характеристики насоса 1СЦЛ-20-24Г:
| Перекачиваемая среда и производитель: | Насосы для перекачивания чистой воды Насосы для перекачивания нефти и нефтепродуктов ОАО «ЭНА» СЦЛ Насосы для перекачивания спирта |
| до 2001г: | 1СЦЛ-20-24Г |
| Q Подача (м3/ч): | 45 |
| H Напор (м или кГс/см2): | 45 |
| N Частота вращен. (об/мин): | 1700 |
| N Мощность э/д (кВт): | 24 |
| Масса(кг): | 35 |
| Габариты LxBxH (мм): | 485x270x478 |
Согласно ГОСТу 633-80 выбираем эксплуатационную трубу НКТ
| Трубы | муфта | |||||||
| Условный диаметр,мм | Наружный диаметр,мм | Внутренний диаметр,мм | Толщина стенки,мм | Длина,мм | Масса 1м,кг | Наружный диаметр,мм | Длина,мм | Масса 1м,кг |
| 102 | 101,6 | 88,6 | 6,5 | 6000 | 15,2 | 120,6 | 150 | 4,5 |
Рассчитываем диаметр фильтра по формуле:
;
- где,
Dф - диаметр фильтра;
Q - дебит свкажины;
Кф – коэффициент фильтрации
Выбираем каркасный фильтр с проволочной обмоткой
| Диаметр патрубков,мм | Диаметр стержней, мм | Число стрежней по образующей | |
| Наружный | Внутренний | ||
| 168 | 150 | 14 | 12 |
Согласно ГОСТу 633-80* выбираем обсадные трубы
| трубы | муфта | |||||||
| Условный диаметр,мм | Наружный диаметр,мм | Внутренний диаметр,мм | Толщина стенки,мм | Длина,мм | Масса 1м,кг | Наружный диаметр,мм | Длина,мм | Масса 1м,кг |
| 168 | 168,3 | 155,3 | 6,5 | 6000 | 25,9 | 187,3 | 184 | 9,1 |
| 140 | 219,1 | 205,1 | 7 | 6000 | 36,6 | 244,5 | 196 | 16,2 |
| 168 | 273,1 | 259,1 | 8 | 6000 | 45,9 | 299 | 203 | 21 |
Согласно ГОСТу 21210-75 выбираем долота
| 1 | II 304,8 М-ЦВ |
| 2 | III 254,0 |
| 3 | III 190,5 МЦ |
Выбор установки
Буровая установка УБВ-218 с подвижным вращателем производства ОАО "Геомаш" предназначена для бурения гидрогеологических и технических скважин в породах до IX категории буримости. Установка монтируется на шасси автомобиля УРАЛ 532362 с колесной формулой 8 х 8. Привод осуществляется от двигателя транспортной базы через коробку отбора мощности (180 кВт).
Способ бурения — вращательный.
Виды бурения:
- бурение вращательное с прямой промывкой*
- бурение вращательное с очисткой забоя потоком сжатого воздуха**
- бурение вращательное с применением погружных пневмоударников**
* - установка УБВ-218 с буровым насосом и сварочным генератором
** - модификация установки УБВ-218 с компрессором КВ10/10
Таблица № Технические характеристики буровой установки УБВ 218
| Артикул | УБВ-218 |
| Отбор мощности, кВт | 180 |
| Максимальный крутящий момент, Нм (кгм) | 15000 (1500) |
| Усилие подачи, кгс | |
| - вверх | 12000 |
| - вниз | 6000 |
| Скорость подачи вращателя, м/с | |
| - вверх | 0,4 |
| - вниз | 0,8 |
| Ход подачи вращателя, мм | 7000 |
| Частота вращения шпинделя вращателя, об/мин | 10 – 230 |
| Манипулятор подачи бурильных труб | |
| - грузоподъемность механизма не более, кг | 200 |
| Буровой стол | |
| - максимальный диаметр зажимаемых труб, мм | 325 |
| Лебедка ЛГ-55 | |
| - грузоподъемность на прямом канате, кг | 5500 |
| - грузоподъемность на талевом блоке, кг | 20000 |
| Вспомогательная лебедка | |
| - грузоподъемность, кг | 1000 |
| Буровой насос НБ-80 | |
| - мощность насоса, кВт | 80 |
| - предельное давление насоса Мпа не менее | 10 |
| - объемная подача на выходе из насоса, л/с | 14,9 |
| Генератор сварочный ГСВ-500 | |
| - сила тока, А | 500 |
| - напряжение, В | 40 |
| Установка компрессорная винтовая КВ-10/10 | |
| - производительность, м3/мин | 10 |
| - давление номинальное изб. МПа | 1,0 |
| Диаметр бурения, макс., мм | 400 |
| Условная глубина бурения, м | |
| - бурильные трубы d=85 мм | 800 |
| - бурильные трубы d=114 мм | 300 |
Буровой инструмент
Твердосплавные коронки предназначены для колонкового способа проходки скважин в мягких и средней твердости породах I – VIII и частично IX категории по буримости. Конструктивно коронка представляет собой цилиндр, на одном конце которого нарезается резьба для соединения с колонковой трубой, а на другом конце трубы крепятся твердосплавные пластины.
Долота для отбора керна представляют собой наиболее универсальный ПРИ инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород: от очень мягких до весьма твердых. Основные конструктивные особенности долот: конструкция шарошек, схема опор, система промывочных устройств, наплавка зубьев твердым сплавом.
Большое число породоразрушающих зубьев позволяет равномерно распределять нагрузку в долоте и при незначительной площади контакта создавать высокие удельные давления. При перекатывании шарошки по забою передача нагрузки на породу носит кратковременный характер, что уменьшает износ вооружения долота. Создаваемые при этом динамические нагрузки способствуют интенсивному разрушению породы.
Основные типы шарошек по твердости пород Таблица 3
| Тип | Область применения | Исполнение |
| М | Бурение мягких пород | С фрезерованными зубьями |
| МЗ | Бурение мягких абразивных пород | Со вставными зубками |
| МС | Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости | С фрезерованными зубьями |
| МСЗ | Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости | С фрезерованными зубьями и вставными зубками |
| С | Бурение пород средней твердости | С фрезерованными зубьями |
| СЗ | Бурение абразивных пород средней твердости | Со вставными зубками |
| СТ | Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород | С фрезерованными зубьями |
| Т | Бурение твердых пород | С фрезерованными зубьями |
| ТЗ | Бурение твердых абразивных пород | Со вставными зубками |
| ТК | Бурение твердых пород с пропластками крепких пород | С фрезерованными зубьями и вставными зубками |
| ТКЗ | Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких пород | Со вставными зубками |
| К | Бурение крепких пород | Со вставными зубками |
| ОК | Бурение очень крепких пород | Со вставными зубками |
По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов шарошечное долото изготовляется:
- с центральной промывкой - Ц
- с боковой гидромониторной промывкой - Г
- с центральной продувкой - П
- с боковой продувкой - ПГ.
Опоры шарошек изготовляются:
- на подшипниках с телами качения - В
- на одном радиальном подшипнике скольжения (остальные - подшипники с телами качения) - Н
- на одном радиальном подшипнике скольжения (остальные - подшипники с телами качения) с герметизацией маслонаполненной опоры - НУ
- на двух и более подшипниках скольжения - А
- на двух и более подшипниках скольжения с герметизированными маслонаполненными опорами - АУ.
Бурильная колонна - связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности.
Бурильные трубы применяются для спуска в буровую скважину и подъёма породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, подвода промывочной жидкости или сжатого воздуха к забою. Различают бурильные трубы обычные, утяжелённые и ведущие. Обычные бурильные трубы — стальные или из алюминиевых сплавов цельнотянутые круглого поперечного сечения с толщиной стенки 4,75—11 мм, соединяются между собой при помощи бурильных замков или полузамков со специальной крупной конической резьбой. Совершенствование бурильных труб заключается в повышении прочности, долговечности и герметичности резьбовых соединений, уменьшении гидравлических сопротивлений проходного канала и снижении массы.
Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.
В курсовом проекте, выбранной буровой установка УБВ-218, соответствуют бурильные трубы диаметром 85 мм. Параметры этих бурильные труб приведены в таблице .
Таблица . Данные к выбранным БТ-85
| Параметр | Числовое значение |
| Толщина стенки, мм | 4,5 |
| Длина труб, м | 6,2 |
| Масса 1 м трубы, кг | 12,7 |
Колонковые трубы служат для приёма и хранения в течение рейса выбуренного керна. Для бурения с отбором керна выпускаются керноприемные устройства, применяемые при различных по физико-механическим свойствам горных пород и условиях бурения.
Кернорватель используют при бурении монолитных и малотрещиноватых пород. Он выполняется в виде разрезного кольца, которое помещается в конусной расточке коронки. В процессе бурения кернорватель расположен в верхней части расточки коронки, а при подъёме снаряда смещается вниз, заклинивая и отрывая от забоя керн.
Я выбрала колонковую трубу ТДР-93. Размеры наружной колонковой трубы по ГОСТу 6238. Размеры внутренней керноприемной трубы и керноприемной гильзы по ГОСТу 8734. Параметры двойных колонковых труб типа ТДР представлены в таблице №…
Схема конструкции нижней части двойной колонковой трубы типа ТДР 
1 - пилот-коронка; 2 - формирующая коронка; 3 - кернорвательное кольцо;
4 - расширитель; 5 - наружная колонковая труба; 6 - внутренняя
керноприемная труба; 7 - керноприемная гильза
Рисунок 1 - Схема конструкции нижней части двойной колонковой трубы типа ТДР
Таблица - Параметры двойных колонковых труб типа ТДР
| Наименование параметра | Условный диаметр скважины,мм | |||
| 93 | 112 | 132 | 151 | |
| Наружный диаметр расширителя (калибратора) по резцам | 93,4 | 112,4 | 132,4 | 151,4 |
| Наружный диаметр коронки (по резцам) | 93,0 | 112,0 | 132,0 | 151,0 |
| Внутренний диаметр коронки (по резцам) | 55,0 | 73,0 | 93,0 | 111,0 |
| Наружный диаметр наружной колонковой трубы | 89,0 | 108,0 | 127,0 | 146,0 |
| Толщина стенки наружной колонковой трубы | 4,5 | 4,5 | 5,0 | 5,0 |
| Наружный диаметр внутренней керноприемной трубы | 73,0 | 89,0 | 108,0 | 130,0 |
| Толщина стенки внутренней керноприемной трубы | 4,0 | 3,0 | 3,0 | 4,0 |
| Длина наружной трубы | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 |
| Длина керноприемной трубы , не менее | 2500 | 2500 | 2500 | 2500 |
| Зазор по длине между концом невращающейся керноприемной трубы и вращающимися частями колонкового набора | 1-1,5 | 1-2,0 | 1-2,0 | 2,0-2,5 |
| Опережение пилота или пилотной коронки по отношению к формирующей, не менее | 50,0 | 50,0 | 75,0 | 75,0 |
| Наружный диаметр разрезной керноприемной гильзы | 63,0 | 80,0 | 100,0 | 120,0 |
| Толщина стенки керноприемной гильзы | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 3,0 |
Технология бурения скважины
Глубина залегания кровли водоносного горизонта и глубина, на которую вскрывается водоносный горизонт определяющий момент в определении глубины скважины. Конечный диаметр скважины должен быть установлен с учетом помещения в скважину насоса, которым предполагается оборудовать скважину. При залегании водоносного горизонта в песчаной толщи, как в моей работе, конечный диаметр скважины принимается в соответствии с диаметром фильтра.
Приемы забуривания выбирают в зависимости от назначения скважины и характера горных пород. Забуривание скважины является очень важным моментом, так как буровой снаряд находится почти целиком еще на поверхности. Именно поэтому сначала устанавливают направляющую трубу длиной 5 м.
Скважину забуривают при пониженной осевой нагрузке и минимальной частоте вращения колонковым набором, состоящим из буровой коронки (0,5—1 м) колонковой трубы и переходника. После отбора керна, на скважину на эту же глубину проходят шарошечным долотом и обсаживают направляющей трубой с цементированием затрубного пространства. Далее таким образом происходит бурение до необходимой глубины.
Литологических разрез представлен малоустойчивыми породами, то принято решения обсадить всю скважину, чтобы предотвратить обрушение и размыв горных пород.
При забуривании до уровня водоносного горизонта, на обсадную трубу устанавливается манжета, которая предотвратит попадание цементного раствора в водоносный горизонт.
Промывка скважины
Промывка при бурении скважин производится для:
- очистки забоя от разбуренной породы и выноса ее на поверхность или в шламовую трубу;
- охлаждения породоразрушающего инструмента;
- закрепления неустойчивых стенок скважины.
Существует два основных способа промывки скважин: прямая и обратная.
При прямой промывке жидкость насосом нагнетается через шланг и бурильную колонну к забою, охлаждает породоразрушающий инструмент и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.
По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе желобов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вторично нагнетается в скважину. При поглощении промывочной жидкости в пористых породах добавляют новые порции раствора.
При обратной промывке раствор нагнетается к забою скважины по кольцевому зазору между бурильной колонной и стенками скважины и поднимается к поверхности вместе с выбуренной породой внутри бурильных труб.
В этом случае устье скважины должно быть герметизировано и оборудовано специальным превентором - сальником, позволяющим колонне труб вращаться и иметь поступательное движение, но в то же время не пропускающим жидкости из скважины.
При обратной промывке раствор вследствие малого живого сечения бурильных труб поднимается с большой скоростью и быстро выносит на поверхность даже крупные частицы. Однако обратная промывка не применима, если происходит поглощение промывочной жидкости. В настоящее время на бурении применяется в основном прямая промывка.
Промывочная жидкость выбирается в зависимости от свойств буримых пород. При бурении скважин в устойчивых породах применяется вода. При бурении в малоустойчивых породах промывку скважины ведут глинистыми растворами.
Глубокое бурение по мощным толщам слабых и пучащихся пород требует применения утяжеленных и химически обработанных глинистых растворов.
Бурение в крепких и очень крепких породах наиболее эффективно при промывке скважины слабыми растворами понизителей твердости.
Проходка скважин в толще минеральных солей производится с промывкой насыщенными растворами этих солей, в противном случае возможно размывание керна и стенок скважины.
При бурении в безводных скважинах и в мерзлых льдистых породах с успехом применяется продувка скважин.
Цементирование скважины
Способ крепления скважин путем цементирования затрубного пространства.
Различают следующие способы цементирования:
1. Одноцикловый – в обсадные трубы через цементировочную головку закачивается цементировочный раствор, который вытесняет находящийся в трубах глинистый раствор, поднимающийся в затрубном пространстве на заданную высоту.
2. Ступенчатый - манжетный – в скважине устанавливают специальную манжету, выше которой через перфорированные трубы цементный раствор поступает в затрубное пространство. Используется при сооружении скважин в малодебитных, сильно дренированных горизонтах.
3. Обратный – цементный раствор закачивается в затрубное пространство, а буровой раствор из скважины выходит на поверхность через колонну спущенных цементировочных труб.
4. Цементирование хвостовиков – проводят разделительной цементировочной пробкой, нижняя часть которой подвешивается на хвостовик, верхняя движется по колонне бурильных труб за цементным раствором.
5. Исправительное цементирование – заключается в доведении раствора до зоны, требующей исправления, и последующем быстром подъеме цементировочных труб.
При манжетном цементировании цементный раствор в затрубное пространство закачивается не из-под башмака колонны, а через специальные отверстия в колонне труб. Этот способ применяют при установке в скважину эксплуатационной колонны с фильтром, а также для разобщения водоносных горизонтов друг от друга.
При этом способе в обсадной трубе, находящейся выше фильтра, устанавливают упорное кольцо с клапаном, а выше его в трубе просверливаются три-четыре отверстия диаметром 20—25 мм, против которых с наружной стороны трубы приваривается воронкообразная манжета.
Процесс манжетного цементирования осуществляется так же, как цементирование при помощи двух пробок. Цементный раствор, находящийся между пробками, выходит в затрубное пространство через просверленные в колонне отверстия над манжетой.
В последнее время при манжетном цементировании отказываются от установки наружной манжеты, так как независимо от ее наличия цементный раствор, выходящий из отверстий в обсадной трубе в затрубное пространство скважины, заполненной жидкостью, движется только вверх.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!