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

Выводы:

. Геологическое строение уранового месторождения Кизилкума довольно сложно и в процессе бурения наблюдаются геологические осложнения, как-то: осыпание, обвалы, набухание и поглощения промывочной жидкости.

. В рудных зонах проявляется вымывания керновых материала из колонковой трубы.

Глава 2. Краткий обзор применяемой техники и технологий бурения на месторождении Кизилкума

.1 Буровые установки

Для бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые применяется широкая номенклатура буровых станков, бурового инструмента и другого оборудования, имеющие довольно ограниченные технико-технологические возможности, которые позволяют получать желаемые результаты только при определенных условиях, в противных случаях приводят к нежелательным последствиям.

Бурение скважин несоответствующей конкретным горно-геологическим условиям техническими и технологическими системами не обеспечивает получение полной и надежной информации о геологическом строении рудных тел, их мощности и содержании в них полезных компонентов. Это, в свою очередь, приводит к ограничению применения результатов разведочного бурения для подсчета запасов.

Рациональное использование существующих технических средств, применение технологии бурения, соответствующей конкретным геолого-техническим условиям, а также организации труда, обеспечивающей более полное использование рабочего времени, создают вполне реальные предпосылки для достижения высоких показателей, соответствующих современным возможностям прогрессивных методов бурения, новых технических средств и передовых форм организации труда. Реализация этих резервов позволит обеспечить необходимый рост скорости бурения, снижения стоимости и повышения и качества буровых работ.

Дальнейшее расширение объемов использования прогрессивных методов бурения и повышение их эффективности возможно на основе совершенствования и внедрения новых технических средств и технологий, обеспечивающих достижения технико-экономических показателей бурения мирового уровня.

В настоящее время выпускается большое количество (более 500 модификаций) новых универсальных буровых установок для бурения скважин следующими методами:

высокооборотное алмазное;

пневмоударное с отбором керна и опробованием по шламу;

непрерывное бурение концентрическими двойными колоннами с гидротранспортом или пневмотранспортом керна и шлама по внутренней колонне бурильных труб;

непрерывно-циклическое бурение со съемными керноприемниками;

непрерывное бурение без отбора керна;

шнековое бурение;

телескопное бурение (метод ODEX).

Эффективное использование технико-технологических возможностей вышеперечисленных методов бурения позволяют только гидрофицированные буровые установки. Одним из преимуществ этого оборудования является:

возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения с учетом особенностей породоразрушающего инструмента и свойств разбуриваемых пород;

изменение диапазона частоты вращения и крутящих моментов путем применения различных гидромоторов;

снижение числа деталей в механической трансмиссии и повышение надежности;

модульный принцип их конструкций, что облегчает их транспортировку;

соединение отдельных модулей в рабочее положение при помощи гидравлических шлангов;

расположение приводного двигателя на расстоянии от рабочей площадки, что улучшает условия работы обслуживающего персонала;

использование механизмов подачи со значительно большим ходом, что способствует уменьшению числа остановок и пусков станка, подклинивания керна, снижению степени искривления скважин, повышению времени чистого бурения;

гидравлический бесступенчатый привод способствует повышению ресурса породоразрушающего инструмента и выхода керна;

увеличивается возможность оснащения установок контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации;

механизация перекрепления патронов, свинчивания и развинчивания резьбовых соединений за счет использования гидравлического привода, что снижает затраты времени на вспомогательные и спуско-подъемные операции.

Вместе с тем капитальные затраты на гидрофицированное оборудование в 3-5 раз выше, чем на станки с механической трансмиссией. По данным фирмы IKS - Boyles для компенсации данных затрат требуется увеличение производительности на 25-50%. На основании полевых испытаний, проведенных фирмой Boart Longyear, установлено, что гидрофицированные станки по сравнению со шпиндельными станками того же класса обеспечивают повышение производительности при использовании снарядов со съемными керноприемниками на 30 %. А десятилетний опыт эксплуатации гидрофицированных буровых станков в Финляндии показал их высокую надежность: потери рабочего времени на ремонт составляют 2-3% от общего баланса времени.

Применяемые в настоящее время на объектах геологоразведочных работ Госкомгеологии Руз буровые станки и установки типа СКБ, ЗИФ и СКТО имеют ограниченные мощности и крутящие моменты для высокооборотного и высокопроизводительного бурения. Кроме того, из-за несовершенства их трансмиссий, систем подачи бурового снаряда и коробок передач не обеспечивают:

эффективное использование имеющихся колонковых наборов и породоразрушающего инструмента;

плавно-регулируемого вращения снаряда, без резких рывков последнего после включения необходимой скорости станка;

бурения без частых остановок для перекрепления патронов вращателя, что приводит к нарушению установленного процесса разрушения забоя и режима циркуляции очистного агента, и, что, в свою очередь, приводит к нежелательным последствиям, как самозаклинивание керна, образование желобов в скважине и повышение интенсивности отклонения трассы скважины от заданного направления.

Станки ЗИФ, СКТО и СКБ по своим техническим параметрам (в статике), как бы имеют возможности обеспечить максимальную частоту вращения снаряда до 600-800 об/мин, а СКБ - 1500 об/мин. Однако при по технологическим возможностям (в динамике) пригодны для бурения не глубоких скважин. Как показала практика при рабочем замере на ведущей штанге более 1 м невозможно поддерживать скорость вращения более 400 об/мин. Это приводит к не рациональной отработке алмазного породоразрушающего инструмента, выражающегося в низких скоростях бурения, снижении ресурса коронок и перерасходе истирающих материалов.

Для расширения возможностей вышеуказанных типов станков использованы РЭПы. В состав комплекта РЭП-5 входят: шкаф управления (1200х460х1800 мм), пульт управления (1000х460х840 мм), шкаф токоограничивающих реакторов (650х550х1150 мм), двигатель постоянного тока Д-808У2 мощностью 37 кВт бурового станка, двигатель постоянного тока Д-41У2 мощностью 15 кВт бурового насоса, два тахогенератора ТМГ-30П, два вентилятора Ц4-70 №2,5. Комплект РЭП-5 работает от линий электропередач и от передвижных электростанций соизмеримой мощности как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью.

За счет плавного регулирования частоты вращения вала двигателей, повышения их мощности, а также возможности увеличения частоты вращения снаряда при оснащении буровых агрегатов ЗИФ-650 М и СКБ-5 комплектами РЭП-5 достигается повышение коммерческой скорости бурения, соответственно, на 62% и 39%,а механической скорости - на 59 и 50%; снижение расхода алмазов, соответственно, на 20 и 17,7%, а удельного расхода электроэнергии - в 3,1 и 2,7 раза.

При использовании комплектов РЭП-5 для буровых агрегатов требуется:

специально разработанные приводы (попытки скомпоновать приводы на базе серийно выпускаемых для других целей преобразователей или выпрямителей приводят к целому ряду существенных недостатков: несоответствию механических характеристик привода технологии бурения, нарушению техники безопасности по условиям эксплуатации, увеличению мощности, габаритов, массы, повышению трудоемкости монтажа и обслуживания, загромождению буровой аппаратурой, увеличению расхода кабельной продукции и электроэнергии на проведение буровых работ);

Работоспособность комплекса РЭП-5 обеспечивается при предельном значении относительной влажности воздуха 98%(при температуре 25ºС), высоте над уровнем моря не более 1000 м, невзрывоопасной окружающей среде, не содержащей токопроводящую пыль и агрессивные газы и пары в концентрациях, разрушающих изоляцию.

Таблица 2

2.2 Бурильные трубы и их соединения

В комплексе технических средств для геологоразведочного бурения на твердые полезные ископаемые базовыми технологиями бурильная колонна по-прежнему остается недостаточно надежным звеном, сдерживающем рост производительности и эффективности бурения.

Применение бурильных труб ЛБТН-54 в сочетании с высокими частотами вращения позволяет существенно повысить технико-экономические показатели бурения по сравнению с использованием гладкоствольных труб (СБТ-50). При этом стоимость бурения снижается до 3 раз, механическая скорость бурения увеличивается на 20-25%, углубка за рейс на 15-20% и стойкость коронок на 25-30%.

Тенденцией совершенствования бурильных колонн за рубежом является увеличение разнообразия их конструкций и эксплуатационных качеств.

Наряду со стандартными бурильными колоннами ниппельного соединения получили распространение бурильные трубы с приваренными фрикционной сваркой соединениями, которые изготавливаются из материала более высокого качества, чем сама труба. В результате труба стала более легкой, и благодаря материалу приварных концов достигнуты повышенная износостойкость и прочность резьбовых соединений.

Выпускаются также тонкостенные бурильные трубы с усиленными соединениями для работы в осложненных геологических условиях, стальные тонкостенные облегченные бурильные трубы для высокооборотного алмазного бурения по обычной технологии и снарядами со съемными керноприемниками на высокооборотных станках, легкосплавные бурильные трубы, специальные бурильные трубы для глубокого бурения с резьбовыми соединениями повышенной прочности и герметичности. При изготовлении всех приваренных соединений используется только технология фрикционной сварки.

Каждый тип бурильных труб имеет определенную область применения. Принято считать, что трубы с ниппельными соединениями предназначены для бурения скважин алмазными и твердосплавными коронками малого диаметра и шарошечными долотами лишь незначительно отличающимися от диаметра самих труб. Области применения специальных бурильных труб определяются их целевым назначением.

При бурении геологоразведочных скважин на урановых месторождениях проблема надежности бурильной колонны приобрела весьма важное значение в связи с увеличением аварий при их использовании и необходимости повышения частоты вращения бурового снаряда.

К современным бурильным трубам (около 30-ти типов) в большинстве случаев не могут быть отнесены прежние определения, так как каждый тип бурильных труб имеет строго определенную область применения.

Характерная особенность технических средств для бурения с отбором керна колонковыми снарядами - определенное соотношение диаметров породоразрушающего инструмента, колонкового снаряда и бурильных труб (наружные диаметры, мм):

Коронки… 37,3 47,6 59,6 75,3 98,8 119,9 145,3 173,9 199,3

Кол.трубы 36,5 46,0 57,9 73,8 95,2 114,3 139,7 168,3 193,7

Бур.трубы 34,9 43,7 54,0 66,7 88,9

Для вращательного бурения с подъемом керна обычными колонковыми снарядами характерно увеличение номенклатуры двойных колонковых труб, уменьшение ширины торца алмазных коронок, расширение выпуска и применения легкосплавных бурильных труб, выпуск бурильных труб для сложных условий, имеющих соединения с коническими резьбами, соответствующими стандарту АНИ.

Тенденцией совершенствования бурильных колонн в Швеции является увеличение разнообразия их конструкций и эксплуатационных качеств. Наряду со стандартными бурильными колоннами ниппельного соединения получили распространение бурильные трубы с приваренными соединениями. Выпускаются также тонкостенные бурильные трубы с усиленными соединениями для работы в осложненных геологических условиях, стальные тонкостенные облегченные бурильные трубы для высокооборотного алмазного бурения по обычной технологии и снарядами со съемными керноприемниками на высокооборотных станках, легкосплавные бурильные трубы, специальные бурильные трубы для глубокого бурения с резьбовыми соединениями повышенной прочности и герметичности. При изготовлении всех приваренных соединений используется только технология фрикционной сварки.

Преобладающий тип соединений бурильных труб для снарядов со съемным керноприемником - труба в трубу, без высадки, со слабоконической резьбой. Фирма " Боарт Лонгиер" выпускает бурильные колонны с приварными замками из более прочной стали, чем тело бурильной трубы. Замковое соединение приваривается к трубе без высадки ее по наружному и внутреннему диаметрам с помощью плазменной сварки на специально созданном по заказу фирмы "Боарт Лонгиер" сварочном агрегате. Корпус замкового соединения подвергается закалке токами высокой частоты на глубину около 1 мм с доведением твердости поверхности до 40-50 HRC, тогда как твердость поверхности трубы равна 26-28 HRC. Поверхность наружной резьбы закаливают токами высокой частоты во избежание задиров и износа. Наружная поверхность замкового соединения на участке расположения внутренней резьбы длиной 100 мм хромируется (толщина покрытия составляет около 0,01 мм) для дополнительного повышения износостойкости поверхности твердостью 65-72 HRC.

Среди продукции фирм, в том числе "Боарт Лонгиер" и "Крелиус", только снаряды N и Н являются телескопическими. Преимущество телескопических буровых снарядов - совмещение обсадки скважины с процессом бурения; исключение затрат на приобретение и транспортировку обсадных труб.

По результатам испытаний средняя проходка на трубу серии NQ равна 2660 м, а серии NCQ - 2741 м.

Имеющийся за рубежом ряд бурильных труб имеет следующие преимущества:

обеспечивает большой выбор типоразмеров труб для бурения в различных геолого-технических условиях, так как диаметры бурильных труб подбираются по принципу - каждому размеру породоразрушающего инструмента - свой рациональный размер;

увеличение диаметров гладких бурильных труб позволяет при средней глубине скважины увеличить скорость вращения бурового снаряда в 1,3÷2 раза и тем самым повысить скорость алмазного бурения;