Технология бурения скважин, буровые долота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                      3

1 Технология бурения скважин                                                                 4

   1.1 Монтаж оборудования  для сооружения скважин                           9

   1.2 Проходка ствола  скважины                                                             10

   1.3 Тампонирование  скважин                                                                12

   1.4 Цементирование  скважин                                                                14

   1.5 Ликвидационный  тампонаж скважин                                             15

2 Буровые долота                                                                                       17

   2.1 Лопастное долото                                                                              19

   2.2 Шарошечное долото                                                                         20

   2.3 Алмазное долото                                                                               23

   2.4 Выбор долота                                                                                    25

Заключение                                                                                                28

Приложения                                                                                               29

Литература                                                                                                 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

   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.

   Для геологического  обоснования места заложения скважины привлекают все имеющиеся у геологов материалы по интересующей площади: результаты поверхностных геологических и геофизических исследованиях данной площади, геологические карты и профили аналогичных площадей, результаты картировочного бурения и сведения о так называемых опорных скважинах, данные о грунтовых и артезианских водах, сведения о поверхностных нефтегазопроявлениях, общие сведения о строении осадочного чехла Земли и др.

   Геологи проводят  целый ряд буровых работ различной  направленности. Имеющаяся буровая  техника и материально-техническая  оснащенность позволяет решать  сложнейшие задачи по бурению  скважин. В настоящее время  на техническом вооружении находятся  буровые установки, которые позволяют  производить бурение:

- геологоразведочных скважин  глубиной до 800 м при диаметрах  бурения с отбором керна 132, 112, 93 и 76 мм;

- скважин глубиной до 300 м на рассолы, минеральные  воды с проведением цементации  отсадных колонн;

- эксплуатационных скважин  для водоснабжения под промышленные  насосы типа ЭЦВ-5, 6, 8, 10;

- инженерно-геологических  скважин шнековым и колонковым  способом под любые виды строительства; 

- скважин под опоры,  столбы, фундаменты, ограждения глубиной 1-10 м и диаметром 300-600 мм и др.

   Расширение области  применения буровых работ и  повышение их значимости выражается  в ускоренном развитии технологии бурения. Существенный прирост технико-экономических показателей бурения дает совершенствование долот как одно из магистральных направлений развития буровой техники. Повышение стойкости и производительности долот позволяет влиять на эффективность процесса бурения. Проблема увеличения рейсовой скорости бурения при сооружении скважин различного назначения является одной из самых важных. Решать ее можно, внедряя новые конструкции высокоэффективных долот.

  

 

1 ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

 

   Бурение, процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы – скважины, шпура или шахтного ствола – путём разрушения горных пород на забое. Осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс включает в себя крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.

   Область применения  бурения многогранна: поиски и  разведка полезных ископаемых; изучение  свойств горных пород; добыча  жидких, газообразных и твёрдых  (при выщелачивании и выплавлении)  полезных ископаемых через эксплуатационные  скважины; производство взрывных  работ; выемка твёрдых полезных  ископаемых; искусственное закрепление  горных пород (замораживание,  битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений  полезных ископаемых и заболоченных  районов; вскрытие месторождений;  прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов  и др.

   Буровая скважина проходит сквозь толщу горных пород, для того чтобы добраться до желаемого объекта – залежи рудного тела, нефти, газа, водоносного горизонта и т.д. Таким образом, скважина это искусственная выемка в горном массиве пород. В то же время, имеются близкие по назначению, но иной формы выемки - горные выработки (шахты, штольни, карьеры), от которых скважина существенно отличается наименьшим объемом выемки на глубину проходки. В этом смысле она наиболее экономичная и самая быстрая по достижению объекта вскрытия. В поперечном сечении скважина имеет форму круга, так как бурение осуществляется обычно способом вращения, при этом диаметр круга очень мал (75-300 мм) по сравнению с длиной скважины при глубине бурения в сотни метров и даже несколько километров (9 и более км). При бурении разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые их диаметр обычно 59 и 76 мм, на нефть и газ – 100-400 мм.

   Бурение развивалось  и специализировалось применительно  к трём основным областям техники:  наиболее глубокие скважины (несколько  км) бурятся на нефть и газ,  менее глубокие (сотни м) для  поисков и разведки твёрдых  полезных ископаемых, скважины и  шпуры глубиной от нескольких  м до десятков м бурят для  размещения зарядов взрывчатых  веществ (главным образом в  горном деле и строительстве).

   Как разведочные, так и эксплуатационные первые скважины закладывают в предполагаемых наивысших точках обнаруженной благоприятной структуры, чтобы наверняка вскрыть залеж полезного ископаемого. По полученным из первых скважин сведениям выбирают местоположение последующих скважин, перед которыми ставится более широкая задача – определить размеры залежи, эффективную мощность продуктивных пластов, изменение по простиранию их пористости и проницаемости, уточнить структурную карту месторождения (карту изогипс), получить данные для определения термодинамических параметров продуктивных пластов и построения карт изобар и изотерм, а в конечном итоге – подсчитать или уточнить промышленные запасы месторождения и обосновать или уточнить систему его разработки (построить карту разработки).

   При этом скважины  могут быть заложены как в  пределах залежи так и за  ее пределами.

   После выбора места  заложения составляют проект  этой скважины, основными разделами  которого являются:

- конструкция (соотношение диаметров и длин ствола, его ориентация; интервалы спуска, диаметры, толщина стенок и марки стали обсадных колонн; интервалы цементирования; тип и конструкция фильтра; другие необходимые элементы скважины);

- технология проводки ствола (типы и размеры породоразрушающего инструмента – долот; режимы бурения – интенсивность циркуляции очищающего забой и ствол от вырубленной породы агента, скорость вращения долота, усилие со стороны долота на разрушаемый им забой; тип и физические свойства очищающего скважину агента; тип, соотношение диаметров и длин секций бурильной колонны; тип и размер забойного двигателя в случае его использования);

- технология вскрытия  продуктивных слоев (тип и физические  свойства промывочного агента  при проводке ствола в фильтровой зоне; соотношение давлений в скважине и пласте; способ закрепления ствола в фильтровой зоне и другие технологические параметры и технические средства);

- технология крепления  ствола скважины (спуск и цементирование  кондуктора, промежуточных и эксплуатационной  колонн; конструкция низа эксплуатационной  колонны и фильтра; тип цемента,  физические свойства цементного раствора в жидком и затвердевшем состоянии, интенсивность его транспортировки в заколонное пространство; способ цементирования колонн и оснастка их дополнительными устройствами; длительность ожидания затвердевания цементного раствора; способ испытания качества крепления ствола скважины);

- технология испытания  скважины как объекта эксплуатации (геометрические размеры колонны  лифтовых труб; оборудование устья  скважины эксплуатационной арматурой;  режимы и длительность исследования  производительности скважины);

- наземное грузоподъемное и приводное оборудование для бурения ствола (вышка; ротор для вращения бурильной колонны; талевая система и лебедка для выполнения спускоподъемных операций; двигатели для привода лебедки и ротора; вспомогательное оборудование и приспособления);

- поверхностная циркуляционная  система для приготовления, регулирования  свойств и очистки промывочного  агента (емкость с перемешивателями; блок приготовления, утяжеления  и регулирования свойств; блок  очистки – вибросита, гидроциклоны, центрифуги);

- буровые насосы (марка,  диаметры цилиндров, производительность, тип и мощность приводных двигателей).

   По целевому назначению буровые скважины делятся на три основные группы: геологоразведочные, эксплуатационные и технические.

 

1)Геологоразведочные скважины :

-Картировочные (изучение коренных пород, скрытыми под наносами) <50м;

-Поисковые (открытие новых месторождений н/г);

-Разведочные (на открытых местностях с целью их оконтуривания и сбора

необходимого материала, для дальнейших разработок);

-Гидрогеологические

-Cейсморазведочные (для закладки взрывочного в-ва) <50м;

-Структурные (для тщательного изучения структур выбуренных из скважин и составления проекта поисково-разведочного бурения на перспективные

структуры);

-Параметрические (для более детального изучения геологического разреза);

-Инженерно-геологические;

-Опорные (для изучения геологического разреза крупных регионов).

 

 

2)Эксплуатационные скважины :

-Нефтяные и газовые  (транспортировка н/г из залежей  на

поверхность);

-Водозаборные;

-Скважины подземной газификации углей;

-Скважины для добычи рассолов;

-Геотехнологические скважины.

 

3)Технические скважины:

-Взрывные скважины;

-Стволы шурфов и шахт;

-Другие.

 

 

По глубине и наклонности  бурения:

- вертикальные (ось близка к вертикали);

- наклонные (ось наклонена от вертикали);

- сверхглубокие (>5000м);

- глубокие (1000-5000м);

- мелкие (<1000м).

   Вся структура  работ по проводке ствола скважины  включающую в себя комплекс  наземного бурения, буровой инструмент  и технологические приемы работы.

   По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породо-разрушающий инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (Дробовое бурение). Ударные способы бурения разделяются на: ударное бурение или ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо- и гидроударниками, а также бурение перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породо-разрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (Глинистый раствор). Иногда бурение подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.