Геолого-технические условия бурения

Содержание

Введение

l. Геолого-технические условия бурения

1.1 Геологический разрез и краткая характеристика пород

1.2 Геолого-технические условия отбора керна

2. Способ бурения и конструкция скважины

2.1 Обоснование и выбор способа бурения

2.2 Выбор и обоснование конструкции скважины

3. Разработка режимов бурения скважины

3.1 Выбор и обоснование породоразрушающего инструмента

3.2 Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости

4. Искривление скважин и инклинометрия

4.1 Предупреждение и борьба с искривлением скважин

4.2 Инклинометрия скважин

5. Производственные процессы при сооружении скважин

5.1 Процесс забуривания скважины

5.2 Спуско-подземные операции

5.3 Крепление скважины обсадными трубами

5.4 Тампонажные работы

5.5 Предупреждение и ликвидация аварий

6. Охрана окружающей среды и техника безопасности

7. Расчёт проектирования турбированного режима бурения

Список литературы

Заключение

Введение

Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое. Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.

Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивания и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводненныхместорождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.

Ежегодные объёмы бурения огромны: только в СССР за 1967 на нефть и газ пробурено около 12 млн. м глубоких скважин, из которых 5,8 млн. м - разведочные, свыше 20 млн. м пробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн. м - структурно-поисковых.

1. Геолого-технические условия бурения

1.1 Геологический разрез и краткая характеристика пород

Геологический разрез проектируемой скважины представлен породами, которые отображены в таблице 1.

Таблица 1. Геологический разрез проектируемой скважины

Мощность, м	Наименование пород
От	до	Суглинок
0	7	Туфы
7	230	Туфы
230	300	Кварц-эпидотовые сланцы
300	330	Туфы и туффиты
330	410	Сланцы эпидот-гранатовые
410	445	Руда магнезитовая
445	515	Порфиригы

* Суглинки относятся ко II категории пород по буримости, породы малой твёрдости и абразивности.

* Туфы и туффиты относятся к VII категории пород по бурим ости, породы средней твёрдости и абразивности. Плотная вулканическая горная порода, образовавшаяся в результате цементации вулканического пепла, шлака, лапиллей и других выбросов вулкана в процессе его извержения. Состоят из обломков вулканического стекла, пемзы.

* Сланцы эпидот - гранатовые относятся к VII категории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях так называемой зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах; в их составе, кроме слюды, многозелено-цветных минералов (хлорита, эпидота и различных амфиболов). Образуются из осадочных и вулканических пород.

* Магнетитовая руда относится к VI категории пород по буримости, порода умеренной твёрдости и абразивности.

* Порфириты относятся к IX категории пород по буримости, породы твёрдые и абразивные.

* Кварц - эпидотовые сланцы относятся к VII категории по буримости, породы средней твердости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах.

[Н.И.ЛюбимойПринципы классификации и эффективного разрушения горных пород при разведочном бурении«]

1.2 Геолого-технические условия отбора керна

При поисках и разведке полезных ископаемых буровыми скважинами одной из главных задач является получение керна -- основного фактического материала для выявления, изучения и оценки промышленного потенциала месторождения. При этом достоверность оценки месторождения тем выше, чем больше получено керна и чем полнее он отражает основные свойства и вещественный состав пробуренных пород и руд. Керн позволяет наиболее точно составить геологический разрез, определить условия залегания и запасы полезного ископаемого.

Отсюда видно, какую ценность для геологов и буровиков представляет керновый материал и геолого-технические условия его отбора.

Выход керна определяется в процентах к пробуренному метражу. 100% выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.

В нашем случае отбор керна будем осуществлять, начиная с глубины семь метров. По всем интервалам бурения, кроме как по полезному ископаемому в интервале бурения 410-445 метров, плановый выход керна соответствует фактически возможному. В интервале бурения 410-445 метров по полезному ископаемому фактически возможный выход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. В связи с этим будем использовать оборудование для увеличения выхода керна -- специальный снаряд со съёмным керноприёмником ССК.

2. Способ бурения и конструкция скважины

2.1 Выбор и обоснование способа бурения

Работы в области разведочного бурения направлены в основном на обеспечение сохранности керна, извлекаемого с большой глубины, а основным средством поисков и разведки полезных ископаемых и инженерно-геологических изысканий, дающим возможность извлекать из земных недр образцы горных пород в виде кернов, является колонковое бурение.

Колонковое бурение - вращательное бурение, при котором разрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу с сохранением внутренней части породы в виде керна.

Проектом предусматривается бурение скважины с отбором керна, начиная с глубины семь метров. В соответствии с заданием и геологическими условиями в нашем случае будет применено колонково-вращательное бурение шарошечным долотом и алмазными коронками.

В нашем случае выбор колонково-вращательного бурения имеет место потому, что при этом способе бурения:

* извлекают из скважины керны, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезное ископаемое;

* бурят скважины под различными углами к горизонту (в нашем случае под углом 70⁰ к горизонту), различными породоразрушающими инструментами в породах любой твёрдости и абразивности;

* бурят скважины малых диаметров на большие глубины, применяя относительно лёгкое оборудование.

2.2 Выбор и обоснование конструкции скважины

Выбор и обоснование конструкции скважины является важнейшим исходным моментом при проектировании и играет решающую роль в успешном проведении скважины до проектной глубины с лучшими технико-экономическими показателями, в обеспечении оптимальных условий бурения и опробования.

Под конструкцией скважины понимают характеристику буровой скважины, определяющую изменение её диаметра с глубиной, также диаметры и длинны обсадных колонн. Исходными данными для построения конструкции скважины колонкового бурения являются физико-механические свойств горных пород, наличие пористых и неустойчивых интервалов, и, главное, конечный диаметр бурения. Конструкция скважины влияет на все виды работ, составляющие процесс бурения, и определяет их стоимость и качественное выполнение геологического задания.

При бурении на различные виды полезных ископаемых применяются разные конструкции скважин в зависимости от допустимого диаметра керна. Конечный диаметр скважины определяется минимально допустимым диаметром керна конкретного полезного ископаемого (в нашем случае магнетитовой руды).

Исходя из общего представления о типе месторождения, определяем допустимый минимальный диаметр керна по полезному ископаемому и конечный диаметр скважины.

Минимально допустимый диаметр керна для месторождений магнетитовых руд, обеспечивающий представительность опробования - 32 мм. При бурении обычным колонковым снарядом диаметр скважины при пересечении магнетитовых руд должен быть 46 мм.

Построение конструкции скважины по проектному геологическому разрезу ведут снизу вверх. Бурение в интервале от нуля до семи метров предполагается вести с применением шарошечного долота, в интервале 7-515 м алмазными коронками. Конечный диаметр бурения для обеспечения представительности керн (бурение по магнетитовым рудам) рекомендуется 59 мм. Принимаем этот диаметр.

Интервал скважины от нуля до семи метров представлен суглинками -- неустойчивыми породами, и поэтому его необходимо перекрывать обсадными трубами. Глубина бурения под эту обсадную колонну должен превышать семь метров с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были посажены в твердые монолитные породы. Принимаем ее равной восьми метрам. Низ обсадной трубы должен быть затампонирован. Диаметр выбранных обсадных колонн определяем снизу вверх. Для прохождения коронки диаметром 59 мм минимальный наружный диаметр обсадной трубы -- 73 мм. Принимаем трубы этого размера.

Для гарантированного спуска этих труб в осыпающихся породах проектируем бурение породоразрушающим инструментом диаметром 93 мм. Эта обсадная колонна будет являться и направляющей трубой.[5, стр.8]

3. Разработка режимов бурения скважины

3.1 Выбор и обоснование породоразрушающего инструмента

На интервале скважины от нуля до семи метров, сложенном суглинками, отбор керна не нужен, поэтому будем бурить шарошечным долотом типа М (рис.4), предназначенным для бурения в породах I-IV категории по буримости.

Для бурения пород VI-VIII категорий по буримости применяем алмазную однослойную зубчатую коронку типа К-02 (рис.2).

Коронки К-02 является специальной алмазной коронкой для бурения скважин снарядами со съёмными керноприёмниками типа ССК.

При бурении снарядом со съёмным керноприёмником ССК-59 будем использовать алмазный расширитель РСА-1.

3.2 Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости

В современных условиях геологоразведочного бурения очистка скважины от шлама разбуренной породы проводится непрерывно в процессе бурения промывкой технической водой, специальными жидкостями и растворами.

Наиболее распространённый способ очистки скважины - промывка различными промывочными жидкостями. Промывочная жидкость, применяемая в бурении, должна удовлетворять следующим требованиям:

* полностью очищать забой скважины от разбуренной породы, чтобы породоразрушающий инструмент мог работать всё время на чистом забое;

* закреплять стенки скважины при бурении в осадочных неустойчивых рыхлых породах, способных к обвалам и обрушениям;

* предупреждать возможность прорыва пластовых вод в скважину в процессе бурения;

* поддерживать частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии во время перерывов в работе, когда промывочная жидкость в скважине в полном покое;

* интенсивно охлаждать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Для приготовления промывочной жидкости в нашем случае будем использовать глинопорошок. Качество глинопорошков и глинистых растворов из них зависит от технических условий. Все глинопорошки поставляются в бумажных мешках массой по 40 кг; мешки маркируются, каждая партия глинопорошка должна иметь паспорт с указанием даты изготовления и качественных показателей глинопорошка.

* Гидравлический трубодержатель ТР2-12.5

Трубодержатели предназначены для удержания колонны гладкоствольных бурильных труб на весу при спуско-подъемных операциях и от проворачивания колонны при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений. Конструкция трубодержателя обеспечивает предохранение тонкостенных бурильных труб от смятия и повреждения их в месте захвата. Гидравлический трубодержатель ТР2-12.5 -- рычажно-кулачкопого типа с эксцентричными зажимными плашками, оснащен дистанционным управлением и приводом от гидросистемы бурового станка. В конструкцию трубодержателя входят кулачковые рычаги 7 с опорными накладками 8 для регулирования усилия зажима и кулачковыми накладками 5, стенки 1. оси 6, гидроцилиндр двойного действия 3, опорная плита 9, синхронизатор поворота 2 кулачковых рычагов и обоим 4. Обойма состоит из корпуса 10, эксцентричной плашки 11, упорного болта 12, возвращающего устройства 13 и зубчатого клинового компенсатора износа 14.При зажиме бурильной трубысрабатывает гидроцилиндр 3 и с помощью осей 6 разворачиваются кулачковые рычаги 7,. которые подвигают к трубе обоймы 4, скользящие по направляющим в стенках 1. Происходит сцепление трубы с зубчатыми плашками и труба занимается с силой, соответствующей фактическому весу колонны. Раскрытие трубодержателя происходит с помощью гидросистемы. Зажимом (и разжимом) управляют дистанционно с помощью распределительного золотника. При развинчивании резьбовых соединений плашки 11, сцепленные с трубой, проворачиваются на некоторый угол относительно корпусов обойм, создавая дополнительный зажим трубы с силой, соответствующей фактическому моменту затяжки резьбового соединения. Износ деталей трубодержателя (зубьев плашек, контактных поверхностей кулачковых рычагов и др.) компенсируется перемещением зубчатого клина относительно зубчатой поверхности обоймы, в результате чего увеличивается размер Н. Это исключает необходимость ремонта деталей трубодержателя.

Рис. Гидравлический трубодержатель ТР2-12,5 (с) и обойма с эксцентричной плашкой (6)

* Комплект КМСП для механизации спуско-подъемных операций

В комплект КМСП, помимо трубодержателя типа ТР2-12,5 с дистанционным управлением 4, входят наголовники 2 на бурильные трубы 3 для работы с полуавтоматическим элеватором МЗ-50-SO 1, подпятники 5, решетка подсвечника б Комплект средств КМСП позволяет проводить спускоподъемные операции без верхового рабочего, облегчает и делает безопасными условия труда буровой бригады.

Наголовник предназначен для соединения бурильных труб ССК с полуавтоматическим элеватором МЗ-50-80. Наголовник автоматически стопорится от самоотвинчивания в процессе спуско-подъемных операций колонны бурильных труб. При подхвате элеватором наголовника, навинченного на трубу, толкатель 4, взаимодействуя с рукояткой 2, выводит палец 1 из паза корпуса наголовника 5. Под действием пружины 3 эксцентрик 6 поворачивается в рабочее положение и заклинивает наголовник относительно трубы, что и исключает его самоотвинчивание. Наголовник нельзя отвинтить, не выведя эксцентрик из контакта с бурильной трубой.

Подпятник предназначен для установки на него свеч, предотвращения смятия упорного торца наружной резьбы бурильной трубы и облегчения передвижения свечи по направляющим решетки подсвечника. Подпятник 2 представляет собой стальной ступенчатый цилиндр, имеющий снизу сферическое основание, опирающееся в дно решетки, а сверху -- конус, направляющий бурильную свечу при постановке ее на подпятник. Решетка подсвечника служит для размещения бурильных труб 1, установленных на подпятники 2. Направляющие обоймы 3 позволяют размещать свечи рядами и удерживают подпятники при снятии с них бурильных труб. Решетка используется самостоятельно (как подсвечник) и как сменная часть в обогреваемом подсвечнике типа ПО конструкции ВИТР.

* Колонковые наборы

В колонковый набор, предназначенный для бурения снарядом со съемным керноприемником, входят: наружная колонковая труба 16;внутренняя керноприемная труба 17; кернорвательное кольцо 21 и кернорватель 22, подшипниковый узел 7, опорное кольцо 5, стабилизатор 18, специализированный переходник 6, переходник на бурильные трубы 1.

Колонковый набор снаряда со сьемным керноприемником конструкции ВИТРа:

1 переходник с наплавками релита; 2 -- головка подшипникового узла; 3 -- возвратная втулка; 4 -- пружина; 5 -- стопоры; 6 -- переходник наружной колонковой трубы; 7 -- подшипниковый узел; 8 -- опорное кольцо; 9 -- вал; 10- контргайка; 11 -- резиновые манжеты; 12 -- резиновые кольца: 13- направляющая втулка; 14 -- упорны» шарикоподшипник; 15 -- пружина; 16 - наружная колонковая труба; 17--керноприемная труба; 18 -- стабилизатор; 19 алмазный расширитель; 20 -- упорное кольцо; 21 -- кернорвательное кольцо; 22 -- корпус кернорвателя; 23 -- алмазная коронка

Наружные колонковые трубы, имеющие значительную толщину, воспринимают крутящий момент, осевую нагрузку и усилие при срыве керна. В целях обеспечения хорошей сбалансированности колонковых наборов к наружным трубам предъявляются повышенные требования по точности изготовления, чистоте обработки, разносторонности и кривизне. Допуск по наружному и внутреннему диаметрам не должен превышать +0,2мм; наружная поверхность должна иметь четвертый, а внутренняя пятый классы чистоты; кривизна труб не должна быть больше 0,2 мм на 1 м длины; трубы изготовляют из стали 40Х.

Внутренние керноприемные трубы колонковых наборов в процессе эксплуатации не испытывают больших нагрузок, и толщина их в связи с этим составляет 2,2 -- 2,8 мм. Однако требования к точности изготовления керноприемных труб, чистоте поверхности, прямолинейности так же высоки, как и для наружных колонковых труб. На обоих концах керноприемной трубы имеется наружная колонковая резьба: в колонковых наборах ССК-59 это специальная резьба, разработанная ВИТР; Нижняя часть керноприемной трубы центрируется с помощью стабилизатора 18, представляющего собой бронзовый подшипник скольжения. Стабилизатор размещен в цилиндрической проточке алмазного расширителя и имеет различное число выступов и впадин. К керноприемной трубе 17 снизу присоединяется кернорватель 22. Верхняя часть внутренней керноприемной трубы соединяется с подшипниковым узлом 7, который исключает вращение керноприемной трубы в процессе бурения, обеспечивая сохранность керна от разрушения. За головку 2 осуществляется захват и извлечение съемного керноприемника. В подшипниковом узле имеются две резиновые манжеты 11, предназначенные для сигнализации о заполнении керноприемной трубы керном или о самозаклинивании керна. При самозаклинивании керна керноприемная труба, зависнув на керне, прекращает поступательное движение, в то время как наружная труба продолжает опускаться вниз. Торцовой поверхностью переходник 6 начинает передавать осевую нагрузку на защелки и далее через удлинитель. В результате этого резиновые манжеты начинают сжиматься и, увеличиваясь по наружному диаметру, перекрывают доступ промывочной жидкости к забою. Повышение давления, означающее самозаклинивание керна, отмечается манометром промывочного насоса.

4. Искривление скважин и инклинометрия

4.1 Предупреждение и борьба с искривлением скважин

Разведочные скважины могут иметь любое первоначальное направление в зависимости от поставленной геологической задачи и местоположения точки заложения скважины. В процессе бурения скважины отклоняются от прямолинейного первоначального направления, т.е. Искривляются. Отклонение скважины от прямолинейного направления называется искривлением скважины.

Об искривлении скважины свидетельствуют повышенный износ бурильных труб и их соединений, задержки снаряда и снижение нагрузки на крюке, увеличение мощности на вращение инструмента, перегрузка двигателя и связанный с ней нагрев отдельных узлов станка.

Основные причины искривления скважин:

* Геологические

Пересечение под острым углом буровым снарядом перемежающихся по твёрдости слоёв, тектонических нарушений, однородных пород, имеющих различную твёрдость в разных направлениях, встреча твёрдых включений в мягких породах.

* Технические

Неправильная установка станка, потеря жёсткости крепления шпинделя, забуривание скважины без направляющей трубы, эксцентричное закрепление труб в патроне, погнутость труб, короткий колонковый набор, переход с большого диаметра скважины на меньший без направляющий.

* Технологические

Чрезмерная осевая нагрузка при пониженной частоте вращения, повышенный расход промывочной жидкости, большой зазор между колонковым набором и стенками скважины, наличие каверн.

Значительная кривизна скважины осложняет режим работы, часто приводит к поломке бурильных труб, затрудняет производство ловильных работ и искажает истинную мощность пород. Поэтому необходимо принимать все возможные меры к тому, чтобы скважина бурилась с наименьшим углом отклонения от заданного направления.

Чтобы избежать искривления скважины нужно правильно обосновать и выбрать рациональную для данных условий бурения траекторию скважины, правильно рассчитать траекторию скважины и выбрать технические средства и режимы бурения.

Бурение скважины должно сопровождаться систематическим контролем за кривизной её стволов. Своевременное обнаружение аномального отклонения ствола скважины от заданного проектного профиля позволяет вовремя принять необходимые меры по его устранению.

Контроль кривизны делится на два вида: 1) оперативный контроль, осуществляемый буровой бригадой через определённые интервалы в процессе проходки скважины; 2) плановый контроль, осуществляемый каротажными отрядами по окончании бурения скважины по всему её стволу или в определённых интервалах.

Для контроля отклонений ствола скважины применяют разного рода инклинометры.

4.2 Инклинометрия скважин

Положение скважины в пространстве определяется с помощью инклинометрических измерений. Инклинометрия является одним из методов геофизических исследований в скважинах, который использует особенности некоторых геофизических полей для определения пространственного положения скважины в пространстве.

Инклинометрия скважин - метод определения основных параметров (угла и азимута), характеризующих искривление буровых скважин, путём контроля инклинометрами с целью построения фактических координат бурящихся скважин. По данным замеров угла и азимута искривления скважины, а также глубины ствола в точке замера строится план (инклинограмма) - проекция оси скважины на горизонтальную плоскость и профиль - вертикальная проекция на плоскость магнитного меридиана, широтную или любую др. Таковой обычно принимается плоскость, в которой составляется геологический разрез по месторождению, проходящий через исследуемую скважину. Наличие фактических координат бурящихся скважин позволяет точно установить точки пересечения скважиной различных участков геологического разреза, т. е, установить правильность бурения в заданном направлении.

Для определения угла и азимуга искривления буровой скважины с целью контроля её пространственного положения используют инклинометр. Инклинометры, обеспечивающие измерение искривления скважины включаются в состав каротажных станций, монтируемых на специальных машинах, которыми оснащаются геофизические отряды.

5. Производственные процессы при сооружении скважин

5.1 Процесс забуривания скважины

Бурению проектируемой скважины предшествуют разного рода мероприятия по определению места и заложения, по подготовке рабочей площадки и подъездных дорог, по доставке и монтажу бурового оборудования и бурового инструмента.

Скважина забуривается в соответствии с указаниями геолого-технического наряда. Снаряд для забуривания состоит из переходника, короткой колонковой трубы, коронки и долота.

Очень важно правильно выбрать метод забуривания скважины, который будет обеспечивать быстрое пересечение зоны неустойчивых пород, не вызывая искривления скважины, размывание и разрушение пород в устье скважины.

Перед началом забуривания в точке заложения скважины выкапывают приямок глубиной 0.5м для того, чтобы под шпиндель можно было завести короткий забурочный снаряд, который соединён с бурильной трубой, проходящей через шпиндель станка. При этом бурильная труба в зажимных патронах должна закрепляться строго сносно, в ином случае произойдёт отклонение ствола скважины от заданного направления. После установки забурочного снаряда проверяют правильность положения шпинделя и начинают бурение при небольших осевых нагрузках и минимальной частоте вращения, расход промывочной жидкости устанавливается в зависимости от твёрдости пород. В мягких и рыхлых породах забуривать скважину можно без промывочной жидкости. Если скважину забуривают алмазной коронкой, то перед этим нужно подготовить кольцевой забой твердосплавной коронкой с последующим очищением забоя скважины от металлических частиц. По мере углубки скважины длину колонковой трубы увеличивают.

5.2. Спуско-подземные операции

Спуско-подъёмные операции при колонковом бурении решающим образом влияют на производительность буровых работ. При ручной сборке и разборке бурильной колонны эти операции весьма длительны, трудоёмки и опасны.

Спуск и подъём бурового снаряда с помощью лебёдки станка обычно производится через каждые 2-4 м углубления для подъёма керна и замены изношенного инструмента. При подъёме длинная бурильная колонна разъединяется на бурильные свечи. При спуске бурового снаряда из отдельных свечей собирается опять бурильная колонна. На свинчивание и развенчивание труб, на установку свечей на подсвечник и обратно затрачивается много физического труда и времени. Причём затраты времени на СПО быстро увеличиваются с глубиной скважины. Затраты времени на СПО растут с увеличением глубины скважины почти в кубической зависимости.

Для сокращения времени на СПО мы используем снаряд со съёмным керноприёмником ССК-59, применение которого является перспективным.

В нашем случае использование снаряда со съёмным керноприёмником ССК-59 позволяет нам поднимать керн без подъема бурильной колонны с забоя при высокой механической скорости, что повышает производительности бурения.

При его применении керны в керноприёмных трубах извлекаются без остановок из скважин со скоростью 1-3 м/с на тонком канате.

В нашем случае спуско-подъёмные операции будут состоять из двух частей: для замены шарошечного долота на алмазную коронку и СПО для извлечения керна.

Для облегчения труда рабочих и ускорения работ созданы и разрабатываются различные механизмы, приспособления и инструмент для подъёма и спуска, свинчивания и развинчивания элементов бурового снаряда.

Механизация и автоматизация ручного труда и трудоёмких операций при сооружении скважины - один из основных путей повышения производительности буровых работ, улучшения условий и охраны труда.

В нашем случае для свинчивания и развинчивания бурильных труб при проведении спуско-подъёмных операций будем использовать труборазворот РТ-1200М, речь о котором велась выше.

5.3 Крепление скважины обсадными трубами

Обсадные трубы служат для предотвращения обвалов стенок скважины в неустойчивых породах, перекрытия напорных и поглощающих горизонтов, восстановления циркуляции промывочной жидкости и для других целей.

Необходимость крепления скважин вызывается:

* слабой устойчивостью проходимых пород, в которых могут происходить обвалы стенок скважины;

* опасностью вывалов кусков породы из стенок скважины при пересечении зон тектонических нарушений;

* необходимостью отделения одного горизонта от другого.

В нашем случае в интервале 0-7 метров, сложенном суглинками, могут происходить обвалы стенок скважины, осыпание пород и т.д.

Временное крепление скважин осуществляется глинистым раствором в процессе их бурения. Для постоянного крепления скважин применяются обсадные трубы.

При колонковом бурении крепление стенок скважины обсадными трубами осуществляется в следующем порядке. Перед креплением тщательно промывают скважину, измеряют её глубину, проверяют резьбы и кривизну обсадных труб. Для проверки кривизны через каждую трубу пропускают колонковый набор. На нижний конец первого звена, составленного из двух труб, навинчивают башмак, а на верхний - пробку-вертлюг. Вертлюг

подхватывают подъемным крюком, и с помощью лебёдки поднимают собранное звено труб над скважиной, а затем опускают в нее до тех пор, пока верхний конец звена не дойдёт до трубодержателя, установленного на устье скважины. После этого зажимают трубу в трубодержателе, снимают вертлюг и навинчивают его на следующее звено обсадных труб.

В буровой журнал записывают длину каждого спущенного звена.

Мы будем использовать обсадные трубы с минимальным наружным диаметром обсадной трубы -- 73 мм. Эта обсадная колонна будет являться также и направляющей трубой.

5.4 Тампонажные работы

Если затрубное пространство обсадных труб необходимо изолировать, башмак колонны труб тампонируют глиной.

Глину транспортируют на забой с помощью колонкового набора, в котором у переходника устанавливают деревянный поршень. После заполнения колонковой трубы глиной на неё навинчивают забитую глиной коронку, затем опускают колонковую трубу на забой, включают насос и давлением жидкости выдавливают глину из трубы. По окончании бурения обсадные трубы должны извлекаться из скважины.

По окончании бурения скважин проводят ликвидационный тампонаж, цель которого состоит в том, чтобы устранить возможность циркуляции подземных вод по стволу скважины после извлечения обсадных труб. При выполнении работ по ликвидационному тампонированию, имеющему важное значение для охраны недр, следует руководствоваться утверждёнными инструкциями и правилами.

В зависимости от геологических и гидрогеологических условий для ликвидационного тампонирования применяют специальные глинистые растворы, глину или цемент.

При ликвидации неглубоких скважин, не вскрывших водоносные горизонты, ограничиваются заливкой в скважину густого глинистого раствора, доставляемого на забой скважины с помощью колонкового набора.

Ликвидационное тампонирование цементом применяют в случае, когда водоносные горизонты находятся в кровле или в почве залежи полезного ископаемого, а также при пересечении скважиной напорных вод с самоизливом.

Если скважина бурилась с применением глинистого раствора (как в нашем случае), её предварительно промывают водой для разглинизации. Цементный раствор нагнетают насосом через бурильные трубы, которые по мере заполнения скважины раствором поднимают от забоя.

В случае цементации скважины, встретившей напорные воды, сначала утяжелённым глинистым раствором заглушают фонтанирование, а затем проводят её цементирование.

На устье ликвидированной скважины устанавливают репер - отрезок обсадной трубы с цементной пробкой, на котором обозначены номера скважины, её глубина, название организации и дата окончания бурения.

5.5 Предупреждение и ликвидация аварий

На ликвидацию аварий затрачивается много времени. Значительно легче предупредить аварию в скважине, чем её ликвидировать. Поэтому необходимо принимать все меры по предупреждению аварий, а именно:

1) Повышать квалификацию бурового персонала;

2) Оснащать буровые станки контрольно-измерительными приборами;

3) Применять равнопрочную по всей длине бурильную колонну;

4) Передавать нагрузку на породоразрушающий инструмент с помощью УБТ;

5) Регулировать параметры и качество промывочной жидкости в соответствии с геологическим разрезом скважины;

6) Устранять всякие простои;

7) Механизировать все трудоёмкие операции;

8) Повышать ответственность бурового персонала;

Серьёзная авария в скважине может быть вызвана даже мелкими неполадками с оборудованием. Поэтому необходимо постоянно поддерживать в исправном состоянии все механизмы установки. Это может быть обеспечено при условии своевременного проведения планово-предупредительного осмотра и ремонта всего оборудования и инструмента и применяемой талевой оснастки.

Во избежание перерывов подачи промывочной жидкости необходимо следить за качеством сшивки приводных ремней насосов, не допускать ослабления крепления нагнетательного шланга к штуцерам насоса и бурового сальника, своевременно менять набивку буровых сальников. Большое значение имеет также своевременная смазка и очистка от грязи рабочих частей оборудования и каната лебёдки.

Предохранять устье скважины от попадания в неё мелких предметов.

Производить бурение при неисправной контрольно -- измерительной аппаратуре нельзя.

Бурильщик обязан внимательно следить за показаниями контрольно-измерительных приборов и циркуляцией промывочной жидкости и быстро реагировать.

Наиболее характерными для вращательного бурения являются следующие виды аварий.

Обрыв бурильных труб и развертывание их при бурении; падение части колонны в скважину при спуско-подъемных операциях. Во время каждого подъёма систематически осматривают бурильную колонну и своевременно выбраковывать дефекты и износы; учитывать продолжительность работы труб; применять бурильные трубы с диаметром наиболее близким к диаметру скважин; правильно отрабатывать бурильные трубы, чтобы износ был равномерным по всей длине колонны; следить за состоянием резьбовых соединений, свинчивать до отказа; принадлежности для спуско-подъёмных операций содержать в постоянной исправности.

Развинчивание и оставление в скважине колонкового снаряда; прихваты и стяжки при извлечении из скважины. Не оставлять на забое без подачи промывочной жидкости в скважину; при внезапном прекращении циркуляции промывочной жидкости приподнимать снаряд над забоем на 1.5 -- 3 м; содержать в чистоте забой скважины; соответствие промывочной жидкости; в конце каждого рейса перед подъёмом снаряда нужно периодически производить специальную очистку скважины снарядом, состоящим из короткой колонковой трубы и длинной шламовой трубы.

Оставление в скважине п о родо разрушающих инструментов, разрушение алмазосодержащей матрицы, прожог коронки. Нужно очищать забой перед спуском снаряда; соблюдать оптимальные осевые нагрузки на породоразрушающий инструмент; тщательно осматривать коронку перед каждым её спуском в скважину; включать в состав расширитель или соблюдать очерёдность работы коронками в соответствии с их диаметрами; снижать вибрации снаряда; при бурении по сильнотрещиноватым породам снижать осевую нагрузку и частоту вращения снаряда; контролировать процесс промывки; с повышением давления промывочной жидкости снижать осевую нагрузку; резьбовые соединения должны быть герметичны; при подклинивании керна прекратить бурение и поднять снаряд на поверхность;

Попадание в скважину мелких инструментов или посторонних предметов. Нужно закрывать во время бурения устье скважины металлическим диском с отверстием для бурильных труб, а после извлечения снаряда из скважины деревянной пробкой;

Для ликвидации аварий используют разного рода аварийные инструменты: ловильные метчики, ловильный колокол, ловители ЛОМ-50 и ЛОГ-50, гладкие и граненые пики, труболовки, труборезы, труборезы-труболовы, магнитные ловушки и т.д. и т.п.

6. Техника безопасности и охрана окружающей среды

Техника безопасности на работах по ремонту магистральных газопроводов имеет чрезвычайно важное значение, так как они в большинстве случаев производятся вблизи газопроводов, работающих под высоким давлением, и нередко в присутствии газа, не говоря уже о том, что сами по себе производимые работы требуют соблюдения определенных правил техники безопасности.

Природный газ в основном состоит из метана (до 98%). Если в нем нет вредных, ядовитых примесей, газ не токсичен. При содержании в воздухе 20% метана и более вследствие недостатка кислорода наблюдаются явления удушья. При наличии в воздухе метана от 5 до 15% образуется газовоздушная смесь, которая взрывается от малейшей искры.

Резиновые шлемы или маски, шланги, пояса и веревки периодически проверяются и осматриваются после каждого использования.

Для защиты глаз электросварщиков от видимых световых и невидимых ультрафиолетовых и инфракрасных лучей при дуговой ручной сварке, а также для защиты глаз и кожи лица от брызг расплавленного металла используются специальные шлемы со светофильтром, который, в свою очередь, защищается от брызг расплавленного металла простым стеклом. Светофильтры марок ЭС-100, ЭС-300 и ЭС--500 применяются при силе тока соответственно до 100; от 100 до 300 и от 300 до 500 а.

Глаза газорезчиков защищаются вставленными в чешуйчатую оправу стеклами (светофильтрами ГС-1, ГС-2 ГС-3) выбор которых зависит от расхода ацетилена (соответственно до 750; 2500 и свыше 2500 л/ч)

Освещение в темное время суток в загазованных или могущих быть загазованными местах осуществляется при помощи переносных А взрывобезопасных ламп шахтерского типа (ЛАУ - 1, ЛАУ- 4 или ЛАТ- 2, ЛАТ-4) со щелочным аккумулятором, магнитным затвором и автоматическим устройством, выключающим лампу при повреждения стеклянного предохранительного колпачка.

У каждой бригады в определенном месте (аварийная машина, экскаватор, трубоукладчик II т. п.) должны иметься аптечки с набором необходимых медикаментов и перевязочных средств. Рабочие и технический персонал должны быть обучены приемам по оказанию первой помощи пострадавшему и проинструктированы на случай необходимости доставки его в ближайший медпункт.

Перевозки рабочих к месту работ и обратно производятся в автобусах, крытых грузовых машинах, аварийных машинах. Грузовые машины для перевозки людей оборудуются сиденьями, расположенными на 15 см ниже бортов кузова. Сиденья по бортам утраиваются со спинками высотой не менее 30 см, для входа и выхода служат стремянки. В аварийных машинах для пассажиров устраиваются сидения, а все инструменты, материалы и приспособления разме-щаются в ящиках и отсеках или надежно укрепляются.

Для предупреждения кишечно-желудочных заболеваний, особенно в летнее время, в определенных местax и на машинах должны быть установлены бачки с кранами, регулярно заполняемые остуженной кипяченой водой.

По прибытии ремонтной бригады на трассу к месту работ вся техника должна быть расположена за пределами охранной зоны газопровода с наветренной стороны. Машины, механизмы (тpy6o укладчик, компрессор, сварочный агрегат) и автомашины приближаются к месту производства огневых работ на нужное расстояние только на необходимое время. Механизмы (особенно трубоукладчики и автокраны) должны находиться за пределами призмы обрушения откосов. Нельзя допускать перегрузки трубоукладчика или автокрана до состояния, когда гусеница или колеса отрываются от земли, так как это грозит опрокидыванием.

На всех кранах, отключающих участок, на котором производятся огневые работы, от остального газопровода, вывешиваются предупредительные плакаты. Возле кранов ставятся проинструктированные дежурные (во избежание ошибочного открытия крана во время производства работ). На кранах с дистанционным управлением отъединяются шланги от пневмогидропривода.

На земляных работах нельзя допускать перемещение грунта бульдозером на подъем более 15⁰ и под уклон более 30^0, а также выдвижение отвала бульдозера за бровку траншеи или котлована во время их засыпки.

При извлечении замененного участка газопровода из траншеи следует производить засыпку ее. В противном случае необходимо принимать меры против падения газопровода в траншею (особенно на участках с уклоном в сторону траншеи). Для этого поперек траншеи укладываются бревна. Сечение бревен и интервалы между ними принимаются по расчету.

Во время нахождения людей в траншее нельзя производить какие-либо работы на поверхности вблизи нее.

При уклоне более 15⁰ очистные и изоляционные машины во время их работы следует крепить к трубоукладчику страховочным тросом.

Перемещение механизмов и машин по бездорожью с высокой травой или кустарником должно производиться с идущим впереди человеком (со скоростью пешехода).

Нельзя использовать грузоподъемные механизмы (трубоукладчики, автомобильные краны) после истечения срока их технического осмотра.

Все исправления механизмов должны производиться при полной остановке двигателя. Работающие механизмы и машины не должны оставаться без наблюдения даже на короткое время.

Работа строительных механизмов под проводами действующих линий электропередачи не разрешается.

Стальные канаты (тросы) на грузоподъемных и землеройных машинах (трубоукладчиках, автокранах, экскаваторах) должны соответствовать государственным стандартам и иметь паспорта. Коэффициент запаса прочности для грузовых и стреловых тросов принимаются не менее 6. Машинист ежедневно осматривает тросы и проверяет надежность их крепления. Ежемесячно тросы подвергаются тщательному осмотру.

При производстве сварочных работ корпуса электросварочных агрегатов, а также трубы и другие свариваемые детали должны быть заземлены. Исправление неполадок в сварочной цепи должно производиться при неработающем двигателе.

Не допускается использование ацетиленовых генераторов незаводского изготовления. Ацетиленовый генератор нельзя ставить для работы в помещении, загружать его следует карбидом кальция той грануляции, которая указана в заводском паспорте. Необходимо следить за исправностью гидрозатвора, проверять уровень жидкости в нем через каждые 2 ч работы. Гидрозатвор один раз в месяц следует разбирать, чистить и промывать.

Замерзший гидрозатвор следует отогревать горячей водой, но не огнем. Первые порции ацетилена нужно выпускать в атмосферу, чтобы вытеснить газовоздушную смесь. На время перерыва в работе ни в коем случае не следует оставлять заряженный генератор без надзора. По окончании работы ацетиленовый генератор должен быть освобожден от ила и хорошо промыт.

Прп работе с горячей мастикой на рабочих должны быть надеты брезентовые костюмы, кожаные ботинки, рукавицы, очки с простыми стеклами, а при работах внизу (котловане, траншее) -- брезентовые шлемы.

Котел для приготовления изоляционной битумной мастики устанавливают на ровной горизонтальной площадке, ему придается устойчивое положение. Рабочее место вокруг котла не должно быть загромождено.

Котел загружается битумом или готовой мастикой заводского изготовления на '/, его емкости. Принимаются меры против попадания в него влаги, вызывающей сильное вспенивание и перелив через край. Путь между котлом и местом работ следует очистить от посторонних предметов, на нем не должно быть бугров и рытвин. Подача горячей мастики в лейке в котлован или траншею должна осуществляться с принятием мер предосторожности против расплескивания или опрокидывания лейки или обвала земли. Перевозка горячей мастики должна производиться только в передвижном котле. Перевозка небольших количеств горячей мастика в ведрах или бачках в кузове автомашины недопустима.

Работы на льду производятся при ремонте подводных переходов газопроводов в зимнее время. Для обеспечения безопасности за толщиной льда и его несущей способностью ведется систематическое наблюдение.

Безопасная площадь на льду, а также дорога для проезда автомашин и тракторов, обозначается вехами и предупредительными плакатами. Для обогрева рабочих оборудуется помещение. На рабочих должны быть надеты спасательные жилеты, а концы страховочных веревок закреплены за надежную опору. Грузы располагаются на подкладках так, чтобы между настилом и льдом было свободное пространство. Лед возле майн посылается песком, на видных местах развешиваются спасательные круги.

При приближении весны убирают лишние грузы, устраивают настилы из досок, ограничивают число работающих на льду.

К контролю качества сварных соединений физическими методами (просвечиванием гамма- и рентгеновскими лучами, допускаются лица, прошедшие специальную подготовку и имеющие удостоверение установленного образца о том, что они знают безопасные методы и приемы работы. Проверка знаний правил техники безопасности и промышленной санитарии производится через каждые 12 месяцев и оформляется соответствующими документами.

Пользователи недр имеют право и обязаны пользоваться недрами в соответствии с целями, для которых они предоставлены. Геологоразведочные работы необходимо проводить методами и способами, исключающими неоправданные потери полезных ископаемых и снижение их качества, а извлекаемые из недр горные породы и полезные ископаемые размещать так, чтобы исключить их влияние на окружающую среду. Важно ликвидировать в установленном порядке скважины, не подлежащие использованию.

При производстве буровых работ загрязнение окружающей среды может привести к снижению продуктивности почв ухудшению качества подземных и поверхностных вод.

Причины, негативно влияющие на окружающую среду, следующие:

* неправильная прокладка дорог и размещение буровых установок,

* неправильная планировка буровых площадок,

* нерациональное использование земельных участков под буровые установки,

* несоблюдение существующих правил и требований.

С целью уменьшения повреждений земельных угодий и снижения негативных воздействий, геологоразведочные организации должны ежегодно разрабатывать планы-графики перемещения буровых установок с учётом времени посевов и уборки сельскохозяйственных культур.

Подъездные дороги и буровые площадки по возможности необходимо располагать на малопродуктивных землях, а размеры их должны быть минимальными.

Охранные мероприятия в процессе бурения должны быть следующими:

* конструкция скважины должна обеспечивать изоляцию подземных вод от поверхностных и грунтовых вод;

* промывочные жидкости и химические реагенты, применяемые для промывки, должны исключать загрязнение подземных вод и подбираться в соответствии с санитарными нормами;

* слив использованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водные бассейны и непосредственно на почву должен быть запрещён;

* все использованные жидкости и химические реагенты должны вывозиться в специальные места захоронения.

Во избежание загрязнения подземных вод по окончании бурения, скважина должна быть ликвидирована, если она не будет использоваться в дальнейшем, как эксплуатационная.

По окончанию работ должна быть проведена рекультивация комплекс мероприятий по восстановлению земельных отводов, нарушенных производственной деятельностью, для дальнейшего землеиспользования.

Оборудование и железобетонные покрытия демонтируют и вывозят, остатки дизельного топлива и моторного масла сжигают, глинистый раствор вывозят, а нарушенный почвенно-растительный покров покрывают дерном и почвенным слоем.

Проводят биологическую рекультивацию -- комплекс мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель, их озеленению и возвращению в сельскохозяйственное и лесное использование.

7. Расчёт проектирования турбированного режима бурения

Требуется разработать турбинный режим бурения для проводки скважины на глубину 3000 м при следующих условиях:

Конструкция скважины	Диаметр колонны, мм	Глубина спуска, м	Долото
			Тип	Диаметр, мм
Направление Кондукто Промежуточная колонна Эксплуатационная колонна	377 299 219 146	5 150 1500 3000	- Трехшаро-шечное типа М МС* и С** С	- 346 269 190

* Бурение в интервале 150-1000м.

** Бурение в интервале 1000-1500 м.

До глубины 1500 м предполагается бурить турбобуром Т12М3Б-9'' с использованием бурильных труб типа ТБПВ диаметром 146 мм, с толщиной стенки 9 мм, а до проектной глубины - турбобуром ТС4А-6⁵/₈ '' с использованием бурильных труб типа ТБПВ диаметром 114 мм с толщиной стенки 8 мм. Проектируется до проектной глубин применять утяжеленные бурильные трубы под кондуктор и промежуточную колонну диаметром 203 мм; под эксплуатационную колонну УБТ диаметром 146 мм; длина УБТ - 100 м, при этом применятеся ведущая труба с диаметром проходного отверстия 85 мм.

Удельный вс глинистого раствора

Интервал, м	0-150	150-1000	1000-1500	1500-3000
?гл.р, гс/см3	1,2	1,3	1,4	1,5

Решение.

Определение количества промывочной жидкости и допустимой глубины бурения

Определим максимальную производительсть буровых насосов при бурении с «нуля»

где N - мощность привода насоса в л.с.;

?_Н - полный к.п.д. Насоса;

А_р - коэффициент перепада давления в турбобуре;

А - коэффициент потерь давления, не зависящий от глубины скважены;

?_гл.р. - удельный вес глинистого раствора.

Для привода двух насосов У8-3 используется четыре двигателя В2-300А, мощность каждого из которых при n=1200 об/мин составляет 260 л.с.

Следовательно, N = 4?260=1040 л.с.

Примечание. В вышеприведенную формулу вместо произведения N?_Н можно подставить суммарную гидравлическую мощность насосной группы данной буровой установки, которая приведена в табл. 36 приложения.

Где ?_{Г -} гидравлический к.п.д. насоса, равный 0,98-0,99;

? - коэффициент подачи насоса. При работе на воде ?, как правило, находится в пределах 0,9-0,97; при работе на глинистом растворе ?=0,75-0,85;

?_М - механический к.п.д. насоса, равный 0,81.

Следовательно, полный к.п.д. насоса

А_р можно найти по формуле

где р'_т - перепад давления в турбобуре в кгс/см² при производительности насосов Q₁ в л/с.

Согласно данным табл. 39 приложения, для турбобура Т12М3Б-9 '' р'_т = 77,0 кгс/см²; Q1 = 55л/с; ?_гл.р = удельный вес глинистого раствора при бурении в интервале 0-150 м.

Тогда

Примечание. Для некоторых типоразмеров турбобуров значения А_р приведены в табл.22 приложения.

Коэффициент А определчется так

где a_М - коэффициент потерь давления в манифольде. Если применятеся ведущая труба с диаметром проходного отверстия 85 мм, то а_М = 340*10^-5, если диаметр проходного отверстия равен 100 мм, то а_М=300*10^-5; а УБТ - коэффициент потерь давления в утяжеленных бурильных трубах. Согласно данным табл.19 приложения, для УБТ диаметром 203 мм а_УБТ = 2,24*10^-5; а_Д - коэффициент потерь давления в промывочных отверстиях долота. ад можно опре-делить по формуле

где F -- суммарное сечение промывочных отверстий долота в см².

Согласно данным табл. 3 приложения, для долота диаметром 346 мм F = 21 см².

Тогда

а_п.т. -- коэффициент потерь давления в верхнем узле турбобура. Согласно данным табл. 20 приложения, а_п.т. = 170?10^-5. Подставив значения этих компонентов в вышеприведенную формулу, получим

Подставив данные в исходную формулу, определим Qmax