Магистерская работа: Выбор рациональных технических средств и технологий бурения разведочных скважин в Зирабулакской ГРЭ

Выбор рациональных технических средств и технологий бурения разведочных скважин в Зирабулакской ГРЭ

Министерство Высшего и Среднего Специального Образования Республики Узбекистан

Ташкентский государственный технический университет

им. Абу Райхана Беруни

Факультет геологии и горного дела

Кафедра «Геология полезных ископаемых и разведочные работы»

ЭРКАЕВ НАБИЖОН

«Выбор рациональных технических средств и технологий бурения разведочных скважин в Зирабулакской ГРЭ»

Диссертация на соискание академической степени магистра по специальности 5А541801 - «Техника и технология геологоразведочных работ»

Ташкент-2011 г.

Введение

Расширение и укрепление минерально-сырьевой базы экономики Республики Узбекистан является основной и важной задачей, поставленной президентом И.А. Каримовым перед геологоразведочной службой страны. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых связаны с проведением комплекса геологоразведочных работ, в том числе с бурением разведочных скважин. Для укрепления и расширения минерально-сырьевой базы необходимо наращивать объемы поисковых и разведочных работ. В экономики Узбекистана важную роль играет добыча урана. Поиски, разведка и добыча урана отличается от других полезных ископаемых.

В магистерской диссертации рассматривается комплекс вопросов, связанных с применением высокоскоростной технологии бурения разведочных скважин при поисках и разведке уранового месторождения Кизилкума.

Актуальность темы исследований

Урановое месторождение Кизилкума, как и другие месторождения урана, сложено в основном мягкими горными породами I-IV категории и частично VII категории горных пород по буримости. Разведка таких месторождений, как установлено практикой, производится с помощью буровых скважин с применением комбинированного способа бурения. Сущность комбинированного бурения состоит в том, что до рудного горизонта бурение производится пикобурами без отбора керна, а по рудным зонам колонковым способом твёрдосплавными коронками (типа М-5). Такая технология бурения позволяет бурить разведочные скважины с относительно высокой производительностью с точки зрения затрат времени и капитала по сравнению с бурением на другие твердые полезные ископаемые. Однако, если подходить к достигнутым результатам, с точки зрения мировой практики бурения скважин в таких геолого-технических условиях они довольно посредственны. И это, предопределяет необходимость и целесообразность использования современных высокопроизводительных зарубежных буровых установок и прогрессивных технологий для разведки урана на различных объектах Госкомгеологии РУз.

Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы является разработка рекомендаций по применению современных технических средств и технологий бурения разведочных скважин на месторождении Кизилкума.

Задачами работы являются:

. Оценка геолого-технических условий разведочного бурения скважин на месторождении Кизилкума.

. Анализ современного состояния разведочного бурения скважин.

. Сравнительный анализ и оценка технических средств и технологи бурения скважин в данном направлении.

. Разработка рекомендаций по выбору рациональных способов и средств разведочного бурения на месторождении Кизилкума.

. Оценка добавок к промывочным жидкостям, способствующих повышению эффективностью буровых работ.

Объект исследований

Объектом изучения является выбор рациональных технических средств и технологий бурения разведочных скважин на месторождении Кизилкума.

Научная и практическая значимость исследований

В результате изучения геолого-технических условий Кизилкумаского месторождения, оценки и выбора современных технических средств и технологий будут даны рекомендации по внедрению рациональных технических средств и технологии разведочного бурения скважин на конкретном объекте работ.

Структура магистерской диссертации

Магистерская диссертация состоит из введения, оглавления, основной части, основных выводов и списка использованной литературы.

В основной части диссертационной работы приводятся материалы обобщений, проведенных автором и полученные вовремя учебы при решении задач указанных во введении.

Итоги проведенных исследований приводятся в основных выводах.

Список литературы содержит перечень учебной, научной и производственной литературы, а также информационные источники из Интернета по магистерской диссертации.

Магистерская диссертация составлена по материалам научно- исследовательских и научно-педагогических работ, фондовым материалам НПЦ «Геология урана и редкоземельных элементов», научно производственным источникам в фондах библиотеки ТашГТУ и по информации из сайтов Интернета.

В процессе подготовки и написании магистерской диссертации автор пользовался консультациями д.т.н. Абдумажитова А.А. (ГП «НИИМР» Госкомгеологии РУз), доц. Думаревского Л.А., Рахимова М.И., Авазмухамедова Р.А. (ТашГТУ).

Глава 1. Геолого-технические условия бурения месторождения Кизилкума

.1 Геологические особенности месторождения

В геологическом строении Кизилкумаской площади принимают участие осадочно-метаморфические и интрузивные образования до мезозойского фундамента и слабо летифицированные мезозойско-кайнозойские отложения осадочного чехла, образующие соответственно нижний и верхний структурные этажи.

Наиболее древними образованиями фундамента в пределах площади являются отложения ордовика, выделенные здесь алтыаульскую свету (O2-3al) и представленные глинистыми, серицито-глинистыми сланцами, алевролитами с прослоями песчаников, гравелитов, туфов, пелитоморфных известняков.

Силурская система представлена в северо-восточной части Зирабулакских гор отложениями ландоверийского и венлонского ярусов. Осадки ландоверийского яруса выделены в районе в дарантутскую свиту (S1ld) и представлены углисто-глинистыми и филлитовидными сланцами с прослоями песчаников, гравелитов, известняков и кремнистых сланцев. Отложения венлонского яруса выделены в катаджарскую (S1v1kt) и терикбабинскую светы (S1v2tr) и представлены известняками, доломитами с прослоями и линзами кремнистых пород. Карбонатно-терригенные отложения, выделенные в рязанскую свиту (S2 ld-p pz) обнажаются за пределами площади в западной, южной и юго-восточной частях Зирабулакской антиклинали. В основании разреза выделяется толща нерасчлененных нижнедевонских отложений-джалныр-аймахальская (D1l-pdz) и хозретдавутская свиту (D1hz), представленные известняками, доломитами и доломитовыми известняками.

Вышезалегающие нижнедевонские отложения выделяются в районе в саппенскую свиту (D1-2Sp) с глинисто- серицитовыми сланцами, песчаниками и алевролитами с прослоями известняков, доломитов, кремнистых сланцев и гравелитов. Известняки и доломиты ливийского яруса среднего девона, выделенные в районе в казанбулакскую свету (D2zv kz) выходят на дневную поверхность на южных и юго-восточных склонах Зирабулакских гор. В Рабиджанской антиклинали и представлены эффузивно-терригенными образованиями, выделенными в тымсайскую (C1tm) и Рабиджанскую свиты (S2p-C1Srb), возрасту верхнего силура-нижнего карбона и тепаликскую свиту (C2-3tp), отнесенную к нерасчлененному среднему-верхнему карбону. Суммарная мощность осадочного комплекса пород ордовика-карбона в Зирабулакских горах составляет около 4500 м (Корсанов,1972; Бухарин, 1980). Среди интрузивных образований района максимальное развитие получил позднекаменноугольный раннепермский (Каратюбе-Зирабулакский) комплекс пород. Гранитами и гранодиоритами этого комплекса (δ-γC3-P1) представлен Зирабулакский штокообразный интрузив, образующий ядро Зирабулакской горстантиклинали, в эрозионном срезе выходящий на дневную поверхность в юго-западной части площади, а так же интрузив, обнаженный в ядре Рабиджанской антиклинали.

Отложения мела и палеогена, в основном, перекрытые неоген-четвертичными аккумуляциями, обнажаются в виде небольших выходов в юго-западной части площади и в купольной части Рабиджанской антиклинали. Меловые отложения, развитые в пределах площади, сформированы вблизи области фациального выклинивания и имеют минимальную мощность, изменяющуюся в направлении с севера-востока на юг от первых до 70-85 метров, грубообломочные отложения сеномана (К2S), заполняя, в основном, области понижения на древней поверхности палеозойского фундамента.

Первично красноцветная окраска отложений сеномана, претерпевших внесло по стадии преобразований окислительно-восстановительного характера от диагенеза до пластового эпигенеза (Скляренко 1991 г) сохранилось лишь в виде реликтов в слабо проницаемой части разреза. Мощность отложений изменяется от 0 до 10 м.

В нижней части они представлены волноприбойными осадками учкудукского горизонта (K2t1e) мощностью от 0 до 10м, состоящими из разнозернистых гравийных песков, песчаников и гравелитов на карбонатном целлите с линзовидными прослоями за песоченных глин и алевролитов с пиритом и обугленной органикой.

Цвет песчано-гравийных пород от светло-серого до черного, алевритоглинистых-серый, зеленовато-серый.

Выше по разрезу залегают глины и алевролиты джейрантауского горизонта нижнего турона (K2t12) с включением гравийных зерен кварца, пирита, обугленной растительной органики, мощностью 0-6м.

Завершается разрез нижнего турона морскими отложениями кендынтюбинского горизонта (K2t3). Разрез отложений, сформированных в условиях морского бассейна с повышенной соленосно и краевые части авандельты, условно можно разделить на две части - нижнюю, представленную доломитами, карбонатными песчаниками и алевролитами и верхнюю, рудовмещающую часть, представленную подводно-дельтовыми песками и песчаниками мощностью 10-15м.

Вышезалегающие с размывом отложения верхнего турона в нижней части представлены подгорноверными осадками сабырсайского горизонта (K2t21). Восстановленные породы сабырсайского горизонта, в основном серые. Лимонитизированные имеют пятнистую зеленовато-желтую, светло-желтую, буро-желтую окраску. В восстановленных породах отличаются пирит, примазки битумов. Мощность сабырсайского горизонта 10-14м.

В северо-восточном направлении вблизи границы фациального выклинивания количество обломочного материала в разрезе увеличивается до преобладания в разрезе гравийных карбонатно-глинистых песчаников (скв. 4284, 4275 и др.). Мощность улусского горизонта верхнего турона от 0 до 8-10м.

С размывом и перерывом в осадконакоплении на отложениях верхнего мела залегают карбонатные осадки палеоцена и глинисто-алевролитовые породы эоцена. Палеоценовые осадки, сформированные в условиях мелководного морского бассейна с повышенной соленостью, представлены за песоченными светло-серыми известняками с отпечатками раковин пелеципод, с подчиненными маломощными прослоями (0,4-1,0м) карбонатных алевролитов и песчаников с фосфоритом, глауконитом и обугленной растительной органикой. В восточной части площади, в подошве отличается прослой ангидрита мощностью 3-5 м. Мощность палеоценовых отложений от 5 до 30 метров. Мощность отложений нижнего эоцена 5-10 м. Вышезалегающие отложения среднего эоцена представлены светло- серыми карбонатными глинами и алевролитами с прослоями мергелей, на западе мергелями с прослоями имен с включениями чешуй рыб и фосфоритом мощностью от 5 до 18м. Мощность верхнеэоценовых отложения составляет 35-85м и зависит от величины неоген-четвертичного среза. На крайнем юго-востоке площади на эоценовых глинах залегают пестроцветтные песчано-глинистые образования сарбатырской свиты олигоцен-нижнего миоцена (P3-N11). Мощность сарыбатырской свиты 10-15м на остальной части мела и палеогена залегают делювиально-пролювиальные и аллювиальные образования среднемиоцен-четвертичного возраста. Суммарная мощность неоген- четвертичных образований колеблется в широких пределах, от первых до 500 и более метров.

Отбор керна по скважинам осуществляется по пересечениям продуктивного горизонта. Требования к выходу керна стандартные: по опорному интервалу 60%, по зоне оруденения -75%.

Разрез представлен породами осадочного комплекса, которые в целом характеризуются как слабые. Доля относительно крепких пород в разрезе не превышает 5%.

Бурение скважин по над продуктивной толще осуществляется сплошным забоем без отбора керна. По рудовмещающим отложениям- колонковым способам с полным отборам керна.

Диаметры бурения поисковых скважин - 112,118 мм при бескерновом бурении и 93-112 мм - при колонковом бурении.

При колонковом бурении предусматривается выделение рудной зоны с повышенными требованиями по выходу керна - не менее 75%. Бурение рудной зоны рассматривается как бурение в сложных условиях подъема керна.

Руды гидрогенных месторождений представлены слабыми, легко размываемыми и истираемыми породами. Многолетняя практика разведочного бурения показывает, что требуемый выход керна обеспечивается применением одинарных колонковых труб при определенных ограничениях параметров технологии бурения:

ограничение проходки за рейс;

ограничение подачи промывочной жидкости;

ограничение частоты вращения снаряда.

Перечисленные меры способствуют получению представительного керна, но в значительной мере снижают производительность бурения.

В геологическом строении Кизилкумаской площади принимают участие осадочно-метаморфические и интрузивные образования.

Горные породы разреза представлены глинисто- серицитовыми сланцами, песчаниками и алевролитами с прослоями известняков, доломитов, кремнистых сланцев и гравелитов.

В интервале 0-15м замечают супеси дресва IV категории по буримости.

В интервале 15,0-56,0 м породы представлены за песоченными глинистыми алевролитами V категории по буримости. Известняки трещиноватые V категории по буримости залегают в интервале 100,0-160,0 м и является причиной геологических осложнений, где возможны поглощение промывочной жидкости.

За песоченные глинистые алевролиты V категории по буримости залегают в интервале 169,0-200,0 м.

.2. Физико-механические свойства горных пород геологического разреза объекта

Геологический разрез объекта работ в основном слагают малоабразивные горные породы, которые по степени абразивности относятся в первую группу. Только кварцевые песчаники VII категории по буримости относятся к абразивным породам (Кабр=1,5-2,0).

В процессе разрушения горные породы VI-XI категории по буримости серьёзную трудность не представляют.

Трудность возникает при отборе образцов-керна, за счет низких прочностных свойств разбуриваемых пород. (см.табл.1).

Таблица 1 - Физико-механические свойства горных пород геологического разреза объекта