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

2.4 Основные технико-технологические проблемы при разведочном бурении на объекте

Основными технико-технологическими проблемами геологоразведочного бурения на объекте работ являются:

предупреждение и борьба с обвалами стенок скважины;

рациональное использование техники и технологии бурения, обеспечивающей кондиционный выход керна;

освоение техники и технологии, обеспечивающей сохранение заданной трассы скважины;

освоение техники и технологии предупреждения и борьбы с поглощениями промывочной жидкости;

освоение техники и технологии предупреждения и борьбы с осложнениями, обусловленными водопроявлениями в скважинах;

освоение техники и технологии бурения и опробования скважин в крепких породах;

освоение техники и технологии бурения и опробования скважин двойными колоннами бурильных труб;

освоение техники и технологии комбинированного бурения разными технологиями;

освоение технологий приготовления, очистки, и регенерации безглинистых и глинистых промывочных жидкостей;

освоение техники и технологии тампонажа интервалов скважин быстросхватывающими смесями;

освоение техники и технологии сухого тампонажа интервалов скважин;

внедрение методов контроля за кривизной, соосностью и техническим состоянием бурильных труб и колонковых наборов.

2.5 Колонковые наборы

Технические средства для отбора буровых проб представлены многочисленными (более 200 типов) конструкциями колонковых снарядов. В них используются различные схемы циркуляции промывочной жидкости и способы ее создания, а также средства для защиты керна от воздействия прямого потока промывочной жидкости и вибраций, возникающих при бурении. Колонковые снаряды различаются по способам заклинивания керна, по типам и внутренним диаметрам применяемого породоразрушающего инструмента.

Для получения образцов и проб пород колонковым способом создано большое количество снарядов (ПКС, ДКС, ПКСЭ, ДКСЭ, СЭП, БКЗ, БКВ, БКР, БПР, БКС, БКТ, ДТ, ТДВ, ТДН, AV, BV, NV, HV, ССК, КССК, AQ, BQ, NQ, HQ, SQ и др.), однако, не все они отвечают основным требованиям c точки зрения получения представительных буровых проб.

Двойные колонковые снаряды - основной тип инструмента для отбора керна за рубежом, одинарные колонковые трубы применяют для отбора керна в очень ограниченных масштабах. Они используются при забуривании скважин, а также при бескерновом бурении в качестве центрирующей компоновки при соединении бурильной колонны с долотом.

Для отбора керна в породах УП-Х категорий по буримости, трещиноватых, склонных к обрушению и поглощению жидкостей ВИТРом были разработаны параметрические ряды ДКН ТДН-59-2/0, ТДН-76-2/0, ТДН-93-2/0, ТДН-46-ССК, ТДН-59-ССК и ТДН-76-ССК, позволяющие осуществлять бурение скважин с промывкой глинистыми и эмульсионными растворами.

Двойные колонковые наборы ТДН-2/0 могут обеспечивать прямую и частичную обратную циркуляцию промывочной жидкости в призабойной зоне скважины. Применение каждой из указанных схем промывки расширяет возможности эксплуатации ДКН в зависимости от геолого-технических условий бурения и способствует получению более качественного керна.

Двойные колонковые наборы ТДН-ССК унифицированы с наборами ССК по применяемому алмазному породоразрушающему инструменту, сортаменту труб, резьбам и конструктивной схеме. Наборы снабжены верхним и нижним центраторами, что обеспечивает жесткость конструкции, центрирование в скважине при бурении и создает более благоприятные условия эксплуатации. Их применение целесообразно:

когда затруднено использование съемных керноприемников из-за наличия каверн в скважине;

постановки нескольких клиньев на коротком интервале;

необходимости в более прочной бурильной   колонне.

Для использования советских двойных колонковых труб (исключая снаряды со съемными керноприемниками в благоприятных условиях), а также эжекторных снарядов, которые характеризуются, как правило, снижением производительности бурения из-за снижения параметров режима бурения (осевой нагрузки, частоты вращения снаряда, интенсивности промывки) и уменьшения величины проходки за рейс, что обуславливается самозаклиниванием керна или прекращением циркуляции промывочной жидкости в призабойной зоне (при бурении эжекторными снарядами), обязательно необходимо применять специальные технические средства (гидроударники, вибраторы и т.п.) специальные промывочные жидкости, снижающие коэффициент трения керна о колонковую трубу. Фирма Diamant Boart выпускает новые двойные колонковые снаряды, внутренние трубы которых изготовлены из стекловолокна. Внутренний слой представляет собой тонкую трубу из полимерной смолы, на которую наматывают нити стекловолокна. Наружный слой также состоит из полимерной смолы. Керноприемная поверхность внутреннего слоя обладает свойствами полированной поверхности и низким коэффициентом трения.

Применение высокочастотных гидроударников с ТДН и ДЭСами способствует увеличению проходки за рейс, механической скорости бурения и выхода керна. Несоосность резьб колонкового набора является причиной повышенного износа элементов компоновки и особенно центраторов, что снижает их ресурс и эффективность применения как средств, снижающих искривления скважин. Повышенная деформация колонкового набора является причиной заклинок керна, его повышенного истирания и разрушения.

К колонковым трубам предъявляются следующие требования:

овальность и разностенность не должны выводить их размеры за пределы установленных отклонений по наружному диаметру и толщине стенки;

не прямолинейность их на 1 м длины при обычной точности не должна превышать 0,7 мм для труб диаметром от 33,5 до 89 мм и 1,0 мм для труб диаметром от 108 до 146 мм;

не прямолинейность их на 1 м длины при повышенной точности не должна превышать 0,3 мм для труб диаметром от 33,5 до 89 мм и 0,5 мм для труб диаметром от 108 до 146 мм;

предохранение керна или кернового материала от механических воздействий колонковым набором;

надежная заклинка керна или кернового материала;

предохранение керна и кернового материала от самозаклинок;

сочетание с другими колонковыми наборами и инструментами;

обеспечение работы на форсированных режимах бурения;

сохранение направленности трассы скважины;

сохранение естественной структуры керна и кернового материала при выгрузке из колонковой;

обеспечение надежного срыва и удержания керна при подъеме снаряда на поверхность;

обеспечение низких коэффициентов трения пары “керн- керноприемная труба”;

обеспечение при необходимости отбора керно-шламовой пробы;

обеспечение допустимых затрат времени на ПЗО, СПО и вспомогательные работы;

обеспечение сочетания с различным породоразрушающим инструментом.

Современная технология бурения требует для получения необходимого по качеству и количеству керна практически повсеместного применения эффективных средств и методов его отбора.

2.6 Породоразрушающий инструмент

При поисках и разведке месторождений урана в Республике Узбекистан исторически сложилось бурение ребристыми коронками типа М5 и пикобурами.

Ребристая коронка М5- применяется при бурении однородных пород II-IV и частично V категорий по буримости. Ребра располагаются не на боковой поверхности, а вварены в профрезерованные в корпусе пазы на одном уровне; в коронках диаметром 93 и 112 мм - по четыре ребра, а диаметром 132 и 151 мм - по шесть ребер. В прямоугольных пазах каждого ребра впаяно по четыре полых восьмигранника. Полые резцы внедряются в породу с большей удельной нагрузкой по сравнению с резцами полного сечения, площадки износа при этом меньше.

Рис. 1 - Ребристая коронка М-5: 1-корпус коронки, 2- ребро, 3 - основной резец, 4 - подрезной резец, 5 - место маркировки

Резцы установлены на двух уровнях - первый и третий (считая от центра коронки) выступают на 1,5 мм выше по отношению ко второму и четвертому (наружному) резцам. Кроме этих резцов в каждом ребре располагаются по одному дополнительному подрезному наружному резцу формы 132 ЗА из сплава ВК8.

Техническая характеристика М5-112.

Размер, мм D D1 112 73.

Число ребер (М), вставок 4.

Число резцов: основных 16, подрезных 4.

Категории пород по буримости I-IV.

Рекомендуемые режимы бурения: осевая нагрузка основной резец кН Р0 0,4-0,6

Окружная скорость коронки, м/с v 0,6-1,80.

В практике работ также нашли применение гидромониторные пико-буры нестандартного диаметра, например ПБК-118-МГ, так как считается, что увеличение диаметра инструмента на 6 мм исключает "зависание" колонкового снаряда при его спуско-подъеме в интервалах, пробуренных бескерновым способом в пучащих породах.

В связи с появлением в геологических разрезах значительных по мощности пачек абразивных пород (кварцевые пески и песчаники, гравелиты, плотные карбонатизированные алевролиты и т. д.) потребовалось усилить вооружение гидромониторного пикобура. Для бурения более абразивных пород применяют породоразрущающий инструмент аналогичного ряда с тремя-четырьмя лопастями-резцедержателями и тремя-четырьмя промывочными каналами в их корпусе.

В практике работ также нашли применение гидромониторные пико-буры нестандартного диаметра, например ПБК-118МГ, так как считается, что увеличение диаметра инструмента на 6 мм исключает "зависание" колонкового снаряда при его спуско-подъеме в интервалах, пробуренных бескерновым способом в пучащих породах.

В связи с появлением в геологических разрезах значительных по мощности пачек абразивных пород (кварцевые пески и песчаники, гравелиты, плотные карбонатизированные алевролиты и т. д.) потребовалось усилить вооружение гидромониторного пикобура. Для бурения боле абразивных пород применяют породоразрущающий инструмент аналогичного ряда с тремя-четырьмя лопастями-резцедержателями и тремя-четырьмя промывочными каналами в их корпусе.

Техническая характеристика ПБК-118-МГ.

Размер, мм D .118.

Категории пород по буримости I-IV, VII.

Рекомендуемые режимы бурения: осевая нагрузка кН Р0…. 5,3 - 11,2

Частота вращения (в об/мин) 245.

Расход промывочной жидкости (в л/мин) 300.

Рис. 2 - Гидромоторное трехлопастное долото ПБК-118МГ

Выводы:

. 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.

. Рекомендованные РЭПы довольно сложны конструктивно и не технологичные в эксплуатации.

. Применяемые бурильных трубы имеют низкие прочностные качества и приводят к частных авариям. Основная причине в этом мала величина соотношения диаметр бурильных труб и диаметра скважина равном 0,42 при требованием 0,925.

Глава 3. Современная зарубежная техника и технология для бурения скважин в условиях подобных месторождении Кизилкума

.1 Методика оценки технических средств и технологий

Оценка рациональных областей применения различных способов бурения затрудняется в связи с тем, что фактические геолого-технические условия обычно представляют собой сочетание или чередование типовых разрезов, предусмотренных для упрощения анализа в предложенной классификации. Поэтому проведенный анализ более правильно рассматривать как определение условий, в которых наиболее эффективно может быть использован тот или иной способ. Его результаты могут служить исходным материалом при выборе способа и технологии бурения применительно к конкретным условиям с учетом преобладания пород различной твердости, возможных осложнений и организационно-технических особенностей буровых работ на данном месторождении.

Для геологоразведочного бурения за рубежом характерна тенденция расширения технологических возможностей и универсальности как способов бурения, так и технических средств, применяемых для их реализации. Это достигается комбинацией в одной и той же скважине различных способов бурения, сочетанием в едином процессе углубления и крепления скважины, включением в технологические комплексы технических средств и приспособлений, позволяющих осуществлять эти мероприятия и более эффективно использовать известные способы в разнообразных геолого-технических условиях.

Известные классификации не содержат данные, необходимые для разработки технологических требований к оборудованию и оценки эффективности его использования при определенной величине приводной мощности; поскольку основаны лишь на анализе физической сущности процесса разрушения породы и разновидностей применяемой для этого инструмента и не учитывают особенностей процесса, влияющего на конструкции станков, насосов, колонковых наборов, бурильные трубы, соединения бурильных труб, породоразрушающий инструмент и буровую пробу.

Большинство современных способов бурения связано с вращением породоразрушающего инструмента в процессе углубки скважины и отличается диапазонами скоростей вращения, величинами удельного крутящего момента, видами очистных агентов и их параметрами. Эти особенности предопределяют эксплуатационно-технологические требования к буровому оборудованию.

За последние годы в практику бурения на твердые полезные ископаемые внедрен ряд новых эффективных методов, позволяющих существенно повысить производительность и качество буровых работ. В их числе высокие технологии: система измерения в процессе бурения скважины MWD, позволяющая оперативно фиксировать, контролировать и регулировать параметры режима бурения, бурение с использованием двойных концентрических колонн бурильных труб с опробованием по шламу, телескопное бурение (система ODEX), бурение кольцевыми пневмоударниками с отбором керно-шламовой или шламовой пробы, алмазное бурение с продувкой воздухом, бурение с очисткой сжатым воздухом с отбором керно-шламовой или шламовой пробы, новые комплексы CCК различной модификации зарубежных компаний, охватывающие весь спектр горных пород по сложности бурения, колонковые наборы с усовершенствованными узлами отрыва и удержания керна, гладкие бурильные трубы с упрочненными резьбовыми соединениями, применение дешевых некоррозийных промывочных жидкостей на основе новых реагентов, высокооборотное алмазное бурение; новые технологии: бурение с применением гелевых растворов, использование станков и другого бурового оборудования с гидроприводом, внедрение новых типов породоразрушающих инструментов, колонковых наборов и бурильных колонн, обеспечивающих отбор керновых проб в самых сложных условиях.

Имеющийся опыт свидетельствует о том, что целесообразность и эффективность применения различных способов в каждом конкретном случае зависит от правильного сочетания, вернее соответствия между собой основных элементов геолого-технико-технолого-организационной совокуп-ности, обеспечивающей достижения поставленной единой цели.

Оценка рациональных областей применения различных способов бурения затрудняется в связи с тем, что фактические геолого-технические условия обычно представляют собой сочетание или чередование типовых разрезов, предусмотренных для упрощения анализа в предложенной классификации. Поэтому проведенный анализ более правильно рассматривать как определение условий, в которых наиболее эффективно может быть использован тот или иной способ. Его результаты могут служить исходным материалом при выборе способа и технологии бурения применительно к конкретным условиям с учетом преобладания пород различной твердости, возможных осложнений и организационно-технических особенностей буровых работ на данном месторождении.