Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Разведочное бурение является важнейшим средством поисков и разведки всех типов полезных ископаемых. В связи с этим будущие специалисты по поискам и разведке месторождении должны хорошо знать основы бурового дела и владеть различными способами бурения скважин, которые связаны с геологоразведочными работами.

Целью разведки с помощью буровых работ является взятия оптимального керна с месторождения с использованием современных способов бурения.

В данной работе рассматривается месторождение бокситов (основной источник алюминия в мире), способ проведения буровых работ на стадии предварительной разведки, приведены технико-технологические параметры бурового оборудования, а также технико-геологическое обоснование.



1. Обзор геолого-технических условий бурения

Геологический разрез района, на котором производится предварительная разведка месторождения боксита состоит в основном из пород осадочного типа от III до IX категории по буримости. Данный разрез слагают породы с I классом абразивности (Весьма малоабразивные). Данный факт говорит о низкой способности породы изнашивать контактирующую с ней поверхность горной машины или горного оборудования в процессе ее работы. В данных породах показатель абразивности составляет менее 5.

В геологическом разрезе необходимо выделить интервалы возможных осложнений при бурении. Четвертичные отложения представлены плотной бурой глиной, мощностью около 5 метров. Эти породы относятся к IV категории по буримости, являются весьма малоабразивными и неустойчивыми, т.к. легко разрушаются факторами бурения, и требуют специального крепления обсадными трубами и цементирования стенок скважины после проходки интервала залегания этих пород, а также использования специальных очистных агентов при проходке.

В интервале от 5 до 435 м залегают известняки разных типов, которые представляют осадочные пласты. Известняки являются карбонатными осадочными горными породами. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям Известняки относятся к V-IХ категории по буримости, твердость известняков зависит от содержания кремнистого вещества. Известняки являются в средней мере - устойчивыми. То есть, мало и средне разрушаемые гидродинамическими воздействиями и вибрациями бурового снаряда. В целом на интервале от 5 до 253 м не требуется специальных мер по креплению стенок скважины, однако, в интервале от 253 до 403 м возможно поглощение промывочной жидкости, обусловленное наличием карстовых полостей в породе, поэтому в этом интервале необходимо применение глинистых растворов. С глубиной раскрытие трещин уменьшается и сеть их становится реже, что объясняется горным давлением. По степени абразивности данные породы относятся малоабразивными.

Объектом поисков являются боксит. Боксит - алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, Бокситы залегают на глубине 435 м, их мощность составляет 5 м, и также имеют осадочное происхождение. Эти породы относятся к VI категории по буримости, являются устойчивыми, поэтому не требуют специальных мер по креплению стенок скважины. По степени же абразивности эти породы относятся также к весьма малоабразивным породам.

Боксит является объектом поиска в данном курсовом проекте, т.к. в нем содержатся гидрооксиды алюминия, оксиды железа и кремния, а также сырьё для получения глинозёма и глинозёмосодержащих огнеупоров. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии, поэтому в этом интервале нужно использовать двойные колонковые трубы, для получения наиболее представительного керна.

На глубине от 440 до 450 м залегают известняки светло-серые, осадочного происхождения. Эти породы относятся к VI категории по буримости, являются устойчивыми, поэтому не требуют специальных мер по креплению стенок скважины. По степени же абразивности эти породы относятся к весьма малоабразивным породам.

После вскрытия пласта с полезным компонентом, бурение завершается на глубине 450 м. В данном геологическом разрезе можно отметить, объект поиска располагается между пластами осадочных горных пород, представленных различными видами известняков, с точки зрения тектоники данное месторождение, скорее расположено на крупной платформе с мощным осадочным чехлом. Технологические характеристики горных пород и геолого-технические условия бурения скважин приведены в таблице 1.



Таблица 1

Название породы	Интервал залегания, м.	Мощ-сть м.	Категория по буримости	Трещиноватость	Устойчивость
	от	до
Глина бурая плотная	0	5	5	V	Трещиноватая	Неустойчивые
Известняк темно-серый полосчатый	5	253	248	VI	Слабо трещиноватые	Средне устойчивые
Известняк светло-серый (окварцованный)	253	403	150	IX	Слабо трещиноватая	Устойчивы
Известняк битуминоз-ный	403	435	32	V	Слабо трещиноватая	Средне устойчивые
Боксит	435	440	5	VI	Монолитные	Устойчивые
Известняк светло-серый	440	450	10	VI	Монолитные	Устойчивые

Породы слагающие первые 10 метров, являются неустойчивыми, требуется обсадка трубами, с установкой «направляющей» колонны для бурения, также осложнения присутствуют в интервале от 253 до 403 метров, что требует установки технической колонны с выходом на поверхность.

2. Проектирование конструкции скважины

Одним из важнейших технико-технологические показателей решений является выбор конструкции (проектирование) скважины. Проектирование конструкции скважины на основе анализа геологических условий и ее целевого назначения включает в себя определение конечного диаметра бурения, диаметров бурения в каждом из интервалов, их длины а также диаметра длины, глубины посадки, способа заделки башмака обсадных колонн, участков тампонирования, цементации зон осложнения, что является первым шагом в проектировании технологии бурения, поскольку определяет все последующие элементы технологии.

Конструкция скважины определяется целевым назначение буровых работ, геологическим заданием, видом полезного ископаемого, сложностью горно-геологических условии залегания полезного компонента, способом бурения.

Рациональная конструкция должна иметь следующие характеристики:

· Конечный диаметр является минимально возможным с учетом получения достоверной геологической информации по керну, а также давать возможность для проведения геологических исследовании скважины с применением соответствующих технических средств.

· Минимальное количество обсадных колонн и минимальные глубины их спуска с возможными геологическими осложнениями.

· Типоразмеры породоразрушающего инструмента, бурильных, колонковых и обсадных труб соответствуют рациональным соотношениям между ними при данном способе бурения.

Также при выборе конструкции следует избегать, применения обсадных колонн, устанавливаемых «впотай». Применение потайных колонн и бурение в ступенчатом открытом стволе недопустимо при использовании снарядов со съемным керноприемником. Также при установке обсадной колонны следует точно наметить глубину спуска и учесть необходимость тампонирования обсадных труб или отдельных участков ствола скважины

Во всех случаях необходимо стремиться к выбору наиболее простой конструкции скважины с использованием минимального количества колонн обсадных труб. Это облегчает бурение скважин, сокращает набор инструментов, расход обсадных труб и снижает стоимость работ. Простая конструкция скважины обеспечивает возможность применения высоких частот вращения бурового инструмента при высокой эффективности средств , снижающих вибрации бурильного вала.

В данном проекте работы ведутся на разведку бокситов. Данная зона расположена недалеко от забоя, это говорит нам, что диаметр породоразрушающего инструмента не изменялся до самого забоя. Диаметр выбранного породоразрушающего инструмента определяем в направлении снизу вверх, исходя из выбранного конечного диаметра скважины. В данном случае он составляет 76 мм, Данный диаметр является наиболее удачным, т.к. дает минимально допустимый диаметр керна при разведке бокситов.

Данная конструкция рекомендуема для предварительной разведки бокситов, т.к. она дает наиболее оптимальные и допустимые диаметры керна, имеет простую конструкцию, защищена в зонах возможных осложнении, и в ней задействовано оптимальное количество обсадных колонн. Все данные критерии для проектирования конструкции скважины соблюдены, в свою очередь это может отразиться и на экономической стороне данного вида деятельности. Ведь оптимальное соотношение материалов и инструментов, существенно снижает издержки по бурению на стадии предварительной разведки.

3. Выбор и обоснование способа бурения

Вид и способ бурения необходимо выбирать в зависимости от свойства проходимых грунтов, назначения и глубины скважин, а также условий производства работ. На выбор способа бурения определенное влияние оказывает также вид инженерных изысканий. Выбранный способ должен обеспечивать удовлетворительное качество инженерно-геологической информации о грунтах и достаточно высокую производительность.

При незначительных объемах буровых работ в отдельно взятой организации следует ориентироваться на универсальные способы, т.е. такие, которые обеспечивают бурение скважин в большинстве разновидностей грунтов.

При наличии больших объемов буровых работ примерно в однотипных условиях следует выбирать такие способы, которые обладают высокой производительностью (вибрационный, пневмоударный, вибрационно-вращательный, вращательный).

В нашем случае бурение происходит на стадии предварительной разведки, поэтому требуется опробование по всему протяжению скважины, применим колонковый способ бурения

Колонковое бурение получило широкое распространение, так как позволяет следующее:

· Получить образцы (керн) породы ненарушенной структуры по всему стволу скважины, то обеспечивает высокую геологическую информативность результатов бурения

· Бурить скважины в породах любой твердости под любым углом (вертикальные, наклонные, горизонтальные, и восстающие из подземных выработок)

· Бурить породоразрушающими инструментами малых диаметров на большие глубины при наличии компактного и легкого оборудования с небольшими затратами энергии и средств.

Однако колонковое бурение имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что на проведение спуско-подъемных операций с буровым снарядом, вызванных необходимостью отбора керна по всей глубине скважины, затрачивается около 30% времени то общих затрат времени на бурение скважины.

Также бурение ведется в породах одного типа, то требуются способы бурения высокой производительности, в частности вращательное.

4. Выбор бурового оборудования и инструмента

В целом оценивая в совокупности требования геологического задания, целевое назначение скважины, учитывая категорию пород по буримости, а также степени сложности геологического разреза будущей скважины, выбирают способ разрушение данных пород, а также оборудование для проведения данного вида работ с учетов выше приведенных факторов.

Способ бурения и применяемые технические средства, моно определить по приложению (Рекомендации по выбору способа бурения и типа колонкового снаряда (ВИТР - ВНИИ методики и техники разведки)).

Для выполнения поставленной геологической задачи, является необходимым получения представительного и кондиционного количества керна.

Данная задача решается путем применения специальных колонковых наборов - двойных труб, снарядов со съемными керноприемниками и др. В данном проекте буровых работ, при колонковом бурении, наиболее оптимальным будет использование одинарных и двойных колонковых труб, а также снарядов со съемными керноприемниками. Выбор же технологического инструмента осуществляется в соответствии со способом бурения и конструкцией скважины, физико-механическими свойствами горных пород.

Выбор бурового станка. Буровой станок - главный элемент любой буровой технологической установки. Он представляет собой машину, преобразующую механическую энергию вращения двигателя в рабочее давление исполнительного органа, осуществляющего технологический процесс.

Буровой станок, как правило, имеет три основных исполнительных органа: вращатель, передающий вращение колонне бурильных труб; механизм подачи, осуществляющий перемещение снаряда, вдоль оси скважины и формирующий осевую нагрузку на забой; лебедки, посредством которой осуществляются спускоподъемные операции.

Буровая установка выбирается исходя из глубины бурения скважины, которую может обеспечить установка при определенном диаметре породоразрушающего инструмента, а также в качестве основного критерия классификации буровых установок, принимают тип вращателя.

В нашем проекте, глубина скважины составляет 450 метров, и наиболее оптимальным будет считаться, буровая установка с подвижным вращателем. В данном случае, преимущество, данного типа вращателя перед остальными:

· Он обеспечивает наибольший эффект полезного действия при скоростных методах бурения, осуществляемых без подъема бурильных труб для извлечения керна, таких, как бурение снарядами со съемными керноприемниками, с гидро- и пневмотранспортом керна, при бескерновом бурении, применении забойный машин, и т.д. (В данном случае бурение на высоких скоростях возможно, так как породы обладают малоабразивностью, что сказывается на меньшем износе породоразрушающего инструмента.)

· В сравнении со шпиндельными станками, при аналогичных методах бурения, станки с подвижным вращателем на 30-40% производительнее, что окупает их более высокую стоимость. В конструкции станка исключен ряд механических узлов, которые часто выходят из строя, что обеспечивает большой срок службы. Частое перекрепление патрона и небольшая длина хода подачи, при шпиндельном бурении, существенно уменьшают скорость бурения и процент выхода керна.

Данные факторы показывают, что наиболее оптимальным буровым станком будет станок типа LM-75 с подвижным вращателем. Технические характеристики данного станка приведены в таблице 2

Таблица 2



Модульные установки алмазного колонкового бурения серии LM™ производства компании Boart Longyear широко используются во всём мире в различных климатических условиях как на подземных рудниках, так и на поверхности. Установки данной серии обеспечивают высокоэффективное бурение глубоких скважин с высокой степенью надёжности и сравнительно низкими затратами на техническое обслуживание. LM75 представляет собой среднеразмерную установку с подземной алмазной короной для бурения средних и глубоких скважин. Эта установка, оснащенная рамой подачи 70 кН, обеспечивает высокое тяговое усилие в обратном направлении, а также относительно высокую скорость манипуляций с штангой. Предлагается три типоразмера рамы подачи для обеспечения пригодности к любым рабочим условиям. Модульная конструкция с несколькими вариантами оснащения позволяет легко подобрать оборудование для определенных потребностей и обновлять его при изменении требований. При помощи устройства позиционирования и поворотной платформы буровая установка обладает возможностью бурения под любым углом, от положения вертикально вверх до вертикально вниз. На этой буровой установке для обеспечения питании гидравлики машины используется электродвигатель (дизельный двигатель устанавливается на заказ). Эту установку можно использовать совместно дополнительным манипулятором штанг, что снижает утомляемость оператора и может повысить безопасность и производительность.

Выбор породоразрушающего инструмента. Правильный выбор породоразрушающего инструмента определяет производительность бурения и механическими свойствами горных пород. В проекте работы ведется по породам IV-IX категории по буримости, с низкой степенью трещиноватости, весьма малоабразивными и не высокой плотностью. Производительность определяется скоростью проходки и изнашиваемостью породоразрушающегося инструмента.

В проекте наиболее оптимальным будет использование - алмазного породоразрушающего инструмента на более низких глубинах. Причиной для выбора данного инструмента является, его высокая производительность и ряд других факторов: среди которых можно отметить, что бурение ведется с отсутствием постоянного контроля над режущей частью коронки, а также с частой знакопеременной нагрузкой на забой.

На небольших глубинах рациональным будет использование твердосплавных коронок. Данный породоразрушающий инструмент, обладает невысокой себестоимостью, а также ряд других положительных факторов влияет на его применение: это не высокая абразивность пород, а также крепость пород.

Для вскрытия пород различной крепости требуются различные виды коронок Данные приведены в таблице 3

Таблица 3

Породы	Интервал бурения, м.	Категория по буримости	Диаметр коронки, наружный мм	Диаметр коронки, внутренний мм	Тип ПРИ
Глина плотная бурая	0-5	IV	95,6	*	HWT V-Ring-
Известняк темно-серый полосчатый	5-253	VI	75,3	58,5	NL series 2
Известняк светло-серый(окварцованный)	253-403	IX	75,3	58,5	NL series 2
Известняк битуминозный	403-435	V	75,3	58,5	NL series 1
Боксит	435-440	VI	75,3	58,5	NL series 1
Известняк светло-серый	440-450	VI	75,3	58,5	NL series 1

Выбор бурильных, обсадных, и колонковых труб. В механическом вращательном бурении - основном способе выполнения буровых работ в настоящее время - трубы являются одним из главных элементов технологической системы.

В нашем случае бурение ведется станком с подвижным вращателем, требующим использования гладкоствольных труб. Отбор керна ведется не по всей длине скважины, так что применение рациональным будет применение одинарных и двойных колонковых труб, а также труб со съемным керноприемником, для повышения выхода керна.

Технические характеристики данной трубы приведены в таблице 4.



Таблица 4 Основные размеры (мм) и параметры бурильной трубы (колонны)

Типоразмер бурильной трубы(колоны)	Основные размеры	Основная длина трубы в сборе с соединениями
	Трубы
	Наружный диаметр	Внутренний диаметр	Вес Кг/m	Толщина стенок,мм
NQ	69.9	60.3	7.8	4,8	3000

В таблице 5 приведены характеристики обсадных труб, подходящих для данного проекта.

Таблица 5 Технические данные обсадной трубы HW

Параметры	Значения параметров для труб
	обсадных
Наружный диаметр и толщина стенки труб	93(5,0);
Наружный и внутренний диаметры ниппелей	93х83;
Характеристика резьбы труб и ниппелей	Одноупорная, цилиндрическая, трапецеидальная, шаг 4 мм, высота профиля 0,75 мм
Наружный диаметр резьбы (соотв.наружному диаметру труб и ниппелей)	93
Диаметр скважины, в которую опускаются трубы	96
Диаметр ствола скважины(максимальный) ниже обсадной колонны	96
Длина трубы	Немерная длина в диапазоне длин 1000-1500; 1500-3500; 4000-6000
Кривизна труб, мм/м	Для труб диаметром 35-93 мм-0,7
Расчетная масса 1 м труб, кг, не более	12,8



Ну глубине ниже 403 метров требуется, начать забор керна, для этого наиболее удачным будет использование двойных колонковых труб типа NWL, диаметр колонны равен 59 мм. Данные приведены в таблице 6.

Таблица 6

Типоразмер снаряда	NWL (NQ)
Коронка	Внешний диаметр, мм	75,3
	Внутренний диаметр, мм	47,6
Расширитель	Внешний диаметр, мм	76,7
Наружная труба	Внешний диаметр, мм	73,0
	Внутренний диаметр, мм	60,3
Внутренняя труба	Внешний диаметр, мм	55,6
	Внутренний диаметр, мм	50,0

Типоразмер снаряда
№	Описание
-	Колонковый снаряд 3 м (10')
-	Колонковый снаряд 1,5 м (10')
-	Керноприемник в сборе 3 м (10')
-	Керноприемник в сборе 1,5 м (10')
-	Верхняя часть керноприемника (ш\п узел)
1*	Коронка
2	Корпус кернорвателя
3	Кернорвательное кольцо
4	Упорное кольцо кернорвателя
5*	Расширитель
6	Стабилизатор внутренней трубы
7	Внутренняя труба 3 м (10')
	Внутренняя труба 1,5 м (10')
8	Наружняя труба 3 м (10')
	Наружняя труба 1,5 м (10')
9	Стопорный клапан
10	Стальной шар
11	Тавотница (пресс-масленка)
12	Колпак внутренней трубы
13	Самостопорящаяся гайка
14	Пружина подвески
15	Подшипник подвески
16	Шпиндельный центратор
17	Упорный подшипник
18	Регулировочнай шайба сигнализатора
19	Манжета сигнализатора
20	Шпиндель
21	Гайка шпинделя
22	Посадочное кольцо
23	Корпус стопоров
24	Основание стопоров
25	Пружинная шпилька
26	Стопор
27	Возвратный корпус стопоров
28	Пружинная шпилька
29	Переходная муфта
30	Пружинная шпилька
31	Пружина стопоров
32	Опора грибка
33	Релитовый переходник
34	Грибок
35	Пружинная шпилька
36	Поворотный шкворень грибка
37	Пружина шрибка

Выбор промывочной жидкости. Одним из основных факторов, определяющих эффективность бурения скважин в разнообразных горно-геологических условиях, является выбор промывочного агента и его параметров, это позволяет оптимизировать технологию промывки скважин. Выбор типа промывочной жидкости определяется геолого-техническими условиями бурения, составом и свойствами проходимых пород, способом бурения, опытом буровых работ.

При проходке мощности от 0 до 5 м, по плотным глинам в качестве промывочной жидкости будет использована обычная вода.

При бурении на промежутке с 5 до 253 и с 403 до 450 м. планируется применять полимерный раствор EZY PLUG G.



Вспомогательный и аварийный инструмент. Безопасный труборазворот DA512 является инновационным инструментом свинчивания и развинчивания штанг ССК. Это устройство предназначено для работы с любыми штангами стандартных размеров без замены зажимных кулачков на многофункциональных буровых станках, предназначенных для тяжёлых условий работы.

Ключи для развинчивания /свинчивания HEX25 и HEX32.

Переходник RP 452 для соединения бурильных труб с буровой коронкой, и колонковым снарядом

Лопастной стабилизатор с приваренными лопастями RP424. Лопастные стабилизаторы компании Sandvik обеспечивают более ровные стволы скважин и увеличивают скорость бурения при контроле искривления ствола скважины. Их применение сводит к минимуму количество скважин с нецилиндрической формой стенок.

Вкладыш ротора RP434. Вкладыши ротора компании Sandvik центрируют буровую трубу относительно скважины, предотвращают смещение коронки и колонн буровых труб и увеличивают срок службы коронок и колонн буровых труб. Строенная конструкция беговой дорожки шарикоподшипника увеличивает срок службы подшипника. По стоимости роторные вкладыши более эффективны, чем статические вкладыши.

Амортизирующие переводники RP-432. Амортизирующие переводники компании Sandvik понижают вибрацию при бурении.

5. Выбор бурового насоса

Буровой агрегат FMC AW11 представляет собой полностью гидрофицированную буровую машину.

Буровой насос FMC AW11

Максимальное давление-8,27 МПа

Максимальный расход-107 л/мин

Максимальная мощность-28,1 КВт

Максимальное количество оборотов-750 об/мин

6. Проектирование технологического режима бурения

бурение скважина насос разведка

В соответствии с выбранным 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. Основными режимными параметрами при вращательном способе бурения скважины являются: осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, частота вращения бурового снаряда, расход и качество очистного агента. Расчет режимных параметров

1. Интервал под направление 0 - 10 м. - алмазным башмаком с кольцевым пространством HWT V-Ring-

2. Интервал под направление 5 - 253 м. -алмазная коронка NL series 2 диаметр 75,3 мм

Рекомендуемые режимные параметры берутся из справочника на все дальнейшие интервалы

Частота вращения подвижного вращателя регулируется на всем диапазоне частот(плавно и неупруго)



С учетом всех технических характеристик, по мощности насоса и буровой установки. Полученные данные соберем в таблицу 7

Таблица 7

Породы	Интервал глубин, м	Тип породо разрушающего инструмента	Значения режимных параметров
			Осевая нагрузка на ПРИ, даН	Частота вращения, об/мин	Расход промывочной жидкости, л/мин
Глина плотная бурая	0-5	HWT V-Ring-	250	100	-
Известняк темносерый полосчатый	5-253	NL series 2	600	400	80
Известняк светлосерый (окварцованный)	253-403	NL series 2	820	600	65
Известняк битуминозный	403-435	NL series 1	580	420	70
Боксит	435-440	NL series 1	700	480	60
Известняк светлосерый	440-450	NL series 1	700	480	70

Размещено на Allbest.ru

...