Выбор способа бурения

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ  И НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА

 

КАФЕДРА БУРЕНИЯ  СКВАЖИН

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                      Группа 2402

 

 

 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

к курсовому  проекту по бурению разведочных  скважин

 

 

 

 

 

Выполнил: Пилюлькин В.И.

 

Руководитель: доцент

Храменков В.Г.

 

Дата сдачи проекта_______________

 

Оценки:

         записка______________________

графика____________________

доклад_____________________

защита_____________________

общая______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск-2004г.

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью проведения буровых  работ являются бурение геологоразведочных скважин на стадии разведки. Основой для проведения  работ послужил уголь. Глубина скважины 320 метров, общее количество  скважин 30, общий метраж 9600 метров. Начальный зенитный угол забуривания 0°. Глубина подсечения полезного ископаемого 90,180,270 метров. В интервале от 120  до 130 метров полное поглощение промывочной жидкости. Водоснабжение-ручей в 100 метрах . Энергоснабжение, госэнергосеть в 500 метрах.  Глины привозные, каолинитовые.  Расстояние между скважинами 150 метров. Срок проведения работ -  12 месяцев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЕ   УСЛОВИЯ

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ   СВОЙСТВ  ГОРНЫХ  ПОРОД

Геологический разрез представлен  породами :

от  0  до  25  метров –  четвертичные отложения,

от  25  до 70  метров – песчаники крупнозернистые трещеноватые,

от  70  до 90   метров – аргиллиты,

от  90  до  93  метров – антрацит,

от  93  до  180  метров – аргиллиты, слабо окремненные,

от  180 до  182  метров – угли слабые,

от 182  до  270  метров – песчаники  кремнистые,

от 270 до 275 метров – антрацит,

 от 275 до 300 метров –  алевролиты окварцованные,

 от 300 до 320 метров – песчаники  кварцевые сливные.

 

Четвертичные отложения

 

Четвертичные отложения, коэффициент абразивности  к_абр=0.4; коэффициент динамической  прочности Fд=3.2    

1. Категория  по  буримости                                                      3
2. Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       100-250
3. Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    1-2
4. Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          11-15

Порода малоустойчивая, легкоразрушаемая и растворимая.

 

Песчаники крупнозернистые трещеноватые

 

Глина плотная, коэффициент абразивности  к_абр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=2.1

1.  Категория  по  буримости                                                      3

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       250-500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    2-4

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          5,7-10

Порода малоустойчивая, легко разрушаемая.

 

 

 

 

 

 

 

Аргиллиты

 

 

Аргиллиты, коэффициент абразивности  к_абр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=2.0    

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-1500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2,5-3,5

Порода малоустойчивая, легко разрушаемая.

 

Антрацит

 

Антрацит, коэффициент абразивности  к_абр=0.5; коэффициент динамической  прочности Fд=6.0    

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-1500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2,5-3,5

Порода среднеустойчивая, разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрационными снарядами, слаботрещинноватая, удельная  кусковатость  керна  6-10 шт./м, показатель трещиноватости  0.51-1.0.

 

Аргиллиты, слабо окремненные

 

Аргиллиты слабо окремненные, коэффициент  абразивности  к_абр=2.0; коэффициент динамической  прочности Fд= 25.0

1.  Категория  по  буримости                                                        6

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1500-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    7-8

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1,5-2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угли слабые

 

Угли слабые, коэффициент абразивности  к_абр=0,4; коэффициент динамической  прочности  Fд= 3.2   

1.  Категория  по  буримости                                                      3

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       250-500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    2-4

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          5.7-10.0

 

 

Песчаники кремнистые

 

Песчаники кремнистые, коэффициент абразивности  к_абр=2,06; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 10.0   

1.  Категория  по  буримости                                                      7

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       3500-3500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    14-16

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          0.75-1.20

 

Антрацит

 

Песчаники кремнистые, коэффициент  абразивности  к_абр=0,5; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 6.0   

1.  Категория  по  буримости                                                      5

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1000-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    6-7

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          2.5-3.5

 

 

 

 

Алевролиты окварцованные

 

Песчаники кремнистые, коэффициент  абразивности  к_абр=0,4; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 3.2   

1.  Категория  по  буримости                                                      6

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       1500-2000

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    7-8

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1.5-2.5

 

Песчаники кварцевые  сливные

 

 

Песчаники кварцевые сливные, коэффициент абразивности  к_абр=1.0; коэффициент  динамической  прочности  Fд= 7.5   

1.  Категория  по  буримости                                                      7

2.  Твердость  по  Шрейнеру (МПа)                                       3000-3500

3.  Коэффициент  крепости  по  Протодьяконову                    11-14

4.  Примерная  механическая  скорость бурения, м/ч          1.3-1.9

 

 

 

2. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА БУРЕНИЯ

Из основных способов бурения скважин, применяемых при геологоразведочных работах, самым целесообразным в данном случае является вращательное. Этот выбор обоснован тем, что скважины на участке работ глубокие. Применение других способов не эффективно, так как применение, например, ударно-канатного бурения  не возможно, потому что скважины бурятся с отбором керна и необходимо получать представительные образцы пород с сохранением их структуры и свойств. Бурение с использованием ударно-вращательное способа так же не эффективно, потому что категории горных пород, представленных на данном участке, средней твердости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ  СКВАЖИНЫ

Конструктивно скважина состоит из ствола, пробуренного в  горных породах, нескольких обсадных колонн и тампонажного камня, заполняющего целиком или частично пространство между колоннами и стенками ствола.

 Конструкцию скважины  характеризует число спущенных  в нее колонн и  их диаметры, длина ствола под каждую колонну, а также местоположение интервалов цементирования.

Рациональной является такая конструкция, которая обеспечивает оптимальное сочетание стоимости сооружения скважины с геологическими и технологическими требованиями и ограничениями.

Проектирование конструкции  начинается с анализа, минимально –  допустимого диаметра керна (d_кmin) по полезному ископаемому, возможных осложнений, проявление которых нежелательно, т. к. может привести к возникновению аварийных ситуации. Это в свою очередь приводит к удорожанию стоимости ведения буровых работ, либо к ликвидации скважины.

На основании анализа  осложнений выделяются интервалы с несовместимыми условиями бурения. Обеспечение же  безаварийности проводки скважины при бурении по интервалам с несовместимыми условиями бурения возможно лишь либо перекрытием данных зон обсадными колоннами, либо применением высококачественных промывочных жидкостей.

На предварительной  стадии разведки полезное ископаемое - бурый железняк, по таблице 6.7 [2,c.31] определяем рекомендуемый минимально-допустимый диаметр керна, d_кmin=32 мм.

Для определения минимально возможного диаметра коронки D_кmin используем формулу [2, c. 15]:

D_кmin=d_кmin+ D,                                                 (1)

где D- уменьшение диаметра керна в зависимости от категории горной породы по буримости, f= III.

Ориентировочно D  может быть определена по формуле[2, c. 15] :

       D=20-8×lnf,                                                           (2)

                                            D=20-8×ln3=11.2 мм   

                                            D_kmin=32+11.2=43.2 мм

Принимаем коронку с наружным и внутренним диаметрами 59 и 44 мм соответственно.

На основе геолого-технических  условий и диаметра керна по полезному  ископаемому проектируем конструкцию  скважины и заносим в ГТН.

Для бурения данной скважины было предложено две конструкции (табл. 1 и табл. 2).

Конструкция скважины №2 (табл. 2) имеет существенный недостаток: так как данная конструкция предусматривает установку обсадной колонны впотай .                 

Наиболее рациональной является первая конструкция скважины     (табл. 1), в которой предусматривается лишь три перехода по диаметру ПРИ,  сводится к минимуму возможность аварий в интервале 0 – 120 м. так как данный интервал предусматривает обсадку трубами диаметром 73 мм. 

Исходя из вышесказанного, для бурения скважины принимаем вторую конструкцию (табл. 1).

 Бурение в интервале  от 0 до 45 м осуществляется шарошечным долотом типа                  В-112МГ диаметром 112 мм. После отбуривания интервала, устанавливаются обсадные трубы диаметром 108 мм до 4,5 метровой глубины, затрубное пространство забутовывается глиной.

 В интервале от 4 до 40 м бурение производится шарошечным долотом типа II-93М-ЦВ диаметром 93 мм. Данный интервал обсаживается трубами диаметром 73 мм. Затрубное пространство тампонируется в интервале от 115 до 125 м цементным раствором. Состав раствора: портландцемент + вода. Основные технические параметры: В/Ц=0.40¸0.55, r=1.35¸1.95 г/см³, Т=17¸25 см, сроки схватывания, ч: начало 5.5-6; конец 8-12.

 В интервале от 125 м до проектной глубины скважины бурение производится ПРИ диаметром 59 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейный масштаб, м	Литологическая             колонка	Мощность слоев пород  по оси  скважины, м			Название      пород	Угол падения слоев  пород, град	Проектная категория пород по буримости	Выход        керна, %		Интервал (м) и характер возможных осложнений	Конструкция скважины
											Диаметр (мм) и глубина (м) ствола скважины	Диаметр (мм) и глубина (м) спуска обсадных труб	Интервалы тампонирования, м
								плановый	Возможный фактический
		от	до	всего
	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14