Буріння свердловини глибиною 1000 метрів з метою розвідки вугільного пласта m3

 

 

Расчет  показывает, что конечный диаметр  бурения по угольному пласту может  быть равный 75 мм.

При бурении  по вмещающим породам проектируем  использовать породо-разрушающий инструмент диаметром 93 мм.

При бурении  под направляющую трубу проектируем  использовать породо-разрушающий инструмент диаметром 151 мм.

Диаметр направляющей трубы 146 мм. Для бурения  под кондуктор при перекрытии неустойчивой зоны горных пород проектируем  использовать породо-разрушающий инструмент диаметром 132 мм. Диаметр трубы кондуктора 127 мм.

Оставляем один диаметр запасным на случай непредвиденных геологических осложнений. Конечный диаметр бурения принимаем равный 93 мм.

Средний диаметр определяем по формуле:

 

 

Интервал бурения, м	Диаметр бурения, мм.	Диаметр обсадных труб,   мм.	Процент крепления, %
0 –	151	146
–	132	127
	93	____

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При проектировании конструкции скважины был использован пропуск диаметра. Этот диаметр будет исполнять роль резервного – 93мм. То есть в случае прихвата бурильной колонны есть возможность обуривания колонковой трубы меньшего диаметра большим, и последующее ее извлечение из скважины.

Тип соединения обсадных труб – ниппельный. Основные параметры конструкции скважины сводим в таблицу.

 

Таблица 2.1.   Интервалы бурения.

 

 

 

 

 

Проектом  предусматривается упрощенная конструкция  скважины с минимальным интервалом крепления обсадными трубами. Конструкцию  скважины определяем из выражения:

                                      (2.1)

где Н_пл.- глубина залегания конечного целевого угольного пласта  К₇^н=665м;

(15÷20) – глубина  “стакана” под каротаж.

При выходе керна угля 80-85% все пробы составит 1кг, что обеспечивает проведение всех видов анализов.

Конструкцию скважины составляем снизу вверх  и начинаем с выбора конечного  диаметра, из выражения:

                                            (2.2)

где m – надежная масса пробы, кг

l – мощность конечного целевого пласта, м

– плотность полезного ископаемого, кг/м³

K – коэффициент линейного выхода керна.

                           (2.3)

По опыту  ранее проведенных работ и  с учетом видов и характера  осложнений проектируем:

1. Забуривание скважин осуществляем 132мм, диаметр направляющей колонны 127мм.

2. До конечной  глубины скважины 680м скважина  будет буриться  93мм.

Для закрепления  устья скважины и отвода промывочной  жидкости проектирую верхней частью направляющей колонны перекрыть  зону выветривания с последующей  её цементацией до глубины 19м. Нижняя часть скважины и зону влияния  горных пород проектирую бурение  без трубных методов крепления.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.2. – интервалы бурения

Интервал		Диаметр бурения, м	Диаметр обсадки, мм	%крепления скважин	Средний диаметр, мм	Примечание
от	до
Группа 0-800
0	19	132	127	2,8	94,1	С выводом в устье
19	680	93

 

 

Процент крепления  скважины определяем по формуле:

                                        (2.4)

В интервале 0-19, группа 0-800:

Определяем  средний диаметр скважины по формуле:

                                       (2.5)

где: l- длина обсадной колонны, м

D- диаметр скважины, мм

0-800                           

 

 

2.3. Выбор промывочной жидкости

В качестве промывочной жидкости проектируем  использовать нормальный глинистый  раствор на основе бентонитовых глин со следующими параметрами:

Таким образом в процессе бурения будем использовать нормальный глинистый раствор, с добавлением в его состав следующих реагентов: кальцинированная сода, углещелочной и торфощелочной реагенты. Кальцинированная сода способствует процессу полной пептизации коллоидной фракции, что выражается в повышении структурно-механических свойств раствора и некотором снижении показателя водоотдачи. УЩР и ТЩР стабилизируют глинистый раствор, что приводит

к значительному  снижению показателя водоотдачи. Кальцинированную соду вводим одновременно с глиной, добиваясь тем самым более  полного извлечения активной составляющей твердой фазы, а УЩР и ТЩР  – после размешивания.

Концентрация  реагентов зависит от качества глины  и воды. Na₂CO₃ обычно добавляют до 0,5 % , содержание же УЩР и ТЩР – до 20 %. В результате использования выше перечисленных реагентов получаем промывочную жидкость с такими параметрами: плотность – 1,15 – 1,2г/см³, условная вязкость – 22 – 25 с.,  водоотдача не более 5 см³ за 30 минут, стабильность до 0,02 г/см³.

Очистка промывочной  жидкости от выбуренной породы будет  производится естественным  способом, то есть частицы шлама будут оседать под действием силы тяжести в циркуляционной системе скважины на поверхности земли. Длинна и размеры циркуляционной системы рассчитываются с учетом глубины скважины, а также ее диаметра.

 

 

 

 

2.4. Выбор породоразрушающего инструмента

 

Породоразрушающий инструмент выбираем, руководствуясь основными свойствами горных пород, составляющих геологический разрез, такими как: абразивность, категория по буримости и др. механические свойства.

Для бурения  по покровным отложениям  до коренных пород (глубина  19 метров, породы 1, 2 и 3 категории)  будем использовать  твердосплавные коронки, типа СМ. В разрезе присутствуют породы 6 и 7 категории по буримости. При бурении таких пород можно использовать твердосплавные коронки типа СА, то есть самозатачивающиеся. Выбираем тип коронки СА1 – для бурения преимущественно абразивных  плотных пород 6 – 8 категории по буримости. Есть группа коронок типа СА4, но они предназначены для бурения малоабразивных пород, что нам не подходит. Диаметр бурения 93 мм., значит выбираем коронку типа СА1 – 93 по породам 6 – 7 категории.

По породам  свыше 8 – ой категории по буримости нужно применять алмазные коронки. Пользуясь рекомендациями, изложенными в литературе, для пород 8 – 9 категории будем применять коронки типа 01А3 (для абразивных пород, однослойные) и для пород 10 – ой категории -  коронки типа 01М4.

Основные  конструктивные параметры выбранного породоразрушающего инструмента представим в виде таблицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.3. – Параметры породоразрушающего инструмента

Характеристика пород			Тип породоразрушающего инструм.	Конструктивные параметры
Наименова-ние	Категория по буримости	Группа абразивности		Диаметр, мм.		Число осн. резцов	Подрезных резцов
				Наружный	Внутрен- ний
1 .Почвенно - раститель - ный слой, плот. суг -линки с дровой ко-ренных по-род	I - II III	_	СМ-4	132	113	20	4
2 .Сланцы песчаные (алевролиты) Сланцы  глинистые (аргелиты) Известняк	VII   VI   VII	Сильно абразивные	СА-1	93	74	16	16
3 .Известняк     4.Песчаник	VIII-IX   X	Сильно абразивные	01А3   01М4	93   93	73   73	_   _	_   _

 

 

 

 

 

2.5. Режимы бурения.

 

При бурении  трещиноватых  пород число оборотов будет снижаться до 50%.

Далее рассчитаем  режимы бурения для каждого выбранного типа ПРИ.

 

2.5.1. Осевая нагрузка на коронку.

 

Осевая нагрузка рассчитывается по формуле: ,

Где – Осевая нагрузка на 1 основной резец коронки или вставку, даН.; n – число основных резцов или вставок в коронке.

СМ-4 (132)                                С=12*65=780 даН

СА-1 (93) С=16*70=1120 даН

Для алмазной коронки осевая нагрузка определяется по формуле:

;                                       (2.6)

01А3 Р=0,9*0,8*10⁴*18,2=983 даН

01М4 Р=0,7*0,8*10⁴*18,2=764 даН

где К – коэффициент учитывающий трещиноватость и абразивность пород;

- осевая нагрузка на 1см² алмазосодержащей площади коронки, даН;

S- алмазосодержащая площадь торца см²;

 

2.5.2. Число оборотов снаряда

 

Частота вращения снаряда в об/мин определяется по формуле:

,                                         (2.7)

где - окружная скорость вращения коронки, об/мин.

- средний диаметр коронки,  м.

Для дальнейших расчетов определяем средний диаметр каждой коронки  исходя из формулы:

                                      (2.8)

СМ-4 (132)   

СА-1 (93)     

01А3 (93)     

01М4 (93)    

СМ-4 (132)  

СА-1 (93)     

01А3 (93)     

01М4 (93)    

 

2.5.3. Расход промывочной жидкости

 

Расход промывочной жидкости, который  необходимо подавать в скважину для  эффективной очистки забоя от выбуренной породы и шлама, а также  для охлаждения породоразрушающего инструмента в процессе бурения определяем по формуле:

где q – удельный расход жидкости на 1см диаметра коронки, л/мин.

- наружный диаметр коронки,  см.

СМ-4 (132)        Q= 13,2*12=158,4 л/мин.

СА-1 (93)           Q=9,3*12=111,6 л/мин.

01А3 (93)           Q=9,3*10=93 л/мин.

01М4 (93)          Q=9,3*10=93 л/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.4. Бурение по полезному ископаемому

 

Каменный  уголь относится к породам  малой твердости ( IV- V категория по буримости) и характеризуется повышенной хрупкостью, поэтому он легко разрушается при бурении.