Бурение разведочных скважин

1. Геолого-технические условия бурения скважин. Свойства горных пород. Характеристика разреза.
1. Определение основных характеристик горных пород в геологическом разрезе……………………………………………………………………….3
2. Способ бурения. Разработка типовой конструкции скважины.
1. Определить интервал сложений и выбор мероприятий по их предупреждению…………………………………………………………...6
2. Обоснование и выбор диаметров скважин и колон обсадных труб на различных интервалах.
3. Выбор буровой установки и бурильных труб.
1. Выбор буровой установки………………………………………………….13
2. Выбор бурильных труб……………………………………………………..13
4. Разработка режимов бурения.
1. Бескерновое бурение лопастными долотами……………………………..18
5. Поверочные расчёты мощности привода бурового станка.
1. Поверочный расчёт мощности привода бурового станка и уточнение режимов бурения……………………………………………………………23
2. Поверочный расчёт бурильных труб при нормальном процессе бурения………………………………………………………………………25
6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА……………………………………………………………………33

7. ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН

1. Назначение тампонирования скважин.

2. Тампонирование скважены цементом……………………………………..35
8. Откачки………………………………………………………………………..…..37

9. ВИДЫ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АВАРИЙ

1. Виды и причины аварий…………………………………………………………39

2. Предупреждение аварий
10. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1. Основные меры по охране природы при производстве геологоразведочных работ……………………………………………………………………...……41
11. Список использованной литературы……………………………………………43

1. Геолого-технические  условия бурения  скважин. Свойства горных пород. Характеристика разреза.
1. Определение основных характеристик горных пород в геологическом разрезе.

Единственная  горная порода в данном разрезе мергель.  

        P_м=3*F_д^0.8 k_абр      (1)

P_м=3*4,6^0,8*0,5

P_м= 4,3

У мергеля P_м= 4,3 что соответствует по классификации 4 категории по буримости.

Глины, суглинки, пески определяем по классификации  горных пород по буримости (разведочное бурение Б.И. Воздвиженский стр 39, таблица 5).

Суглинки лессовидные , песок мелкозернистый – 1 категория  по буримости а также по классификации  по степени устойчивости являются неустойчивыми.

Глины сланциватые  плотные – 3 категория по буримости а также по классификации по степени устойчивости являются малоустойчивые.

Пески среднезернистые  с гравие  - 3 категория а также  по классификации по степени устойчивости являются малоустойчивые.

  Все породы  могут быть разделены на 5 групп:

1 Суглинки лессовидные – отличие от суглинков в объёме скелета грунта есть хрупкая решётка и лишний оббьем. Сильно подвержены сжатию, и относятся ко 5 группе.

2 Глины сланцеватые  плотные это уплотнившиеся глины  в которых видны прослойки инородных материалов относятся к 5й группе.

3 Пески мелкозернистые  глинистые несвязные рыхлые размываемые,  не имеющие связи между обломками  относятся к 1 группе.

4 Мергель плотный  слабо - трещиноватый обводнён возможно по структурным трещинам  хорошо связаны частицы между собой состоит из известняка и глины является полускальным грунтом и относятся к 4 группе.

5 Глины зеленоватые  плотные это уплотнившиеся глины  достаточно однородны 5 группа.

6 Пески среднезернистые  с гравием несвязные рыхлые  породы не имеющие связи между обломками 1 группа.

7 Глины плотные  5 группа.

  Встречается  1й водоносный горизонт и напорные  артезианские воды, стенки скважины  очень устойчивы кроме области  вскрытия водоносного горизонта  это можно устранить с помощью обсадочных труб. Промывочную жидкость применим гипано содержащею. Также необходимо применить меры для избежание искривления скважины которое возможно из за малой категории по буримостью и относительно мягких пород слагающих данный разрез. В качестве мер будут принята технология с бурение пародаразрушающих инструментов с разными диаметрами.    

      2.1  Определить интервал сложений и выбор мероприятий по их      предупреждению.

  Осложненным участком будет прохождение лессовидных суглинков из за возможности переувлажнении и осыпания в скважину от 0,0 до 25,0 и прохождение песков мелкозернистых обводненных (грунтовых вод) для предотвращения смешивания вод и необходимо перекрытие пластов тампонированием путём опускания обсадных труб с герметичными соединениями и заполнить промежуток между скважиной и обсадными трубами водонепроницаемым материалом (цементом).

  Выбираем тип промывочной жидкости исходя из того что скважина бурится с целью добычи напорных вод на глубине 160м.

  Тип промывочной жидкости ВГР (водно – гипановый раствор) одним из главных плюсов данного раствора является быстрая разкольматизация водосодержащего пласта в отличии от глинистых растворов с которыми не происходит полной разглинизированности  из за этого скважина даёт меньшей дебит.

  Также водно – гипановый раствор увеличивает вязкость бурового раствора, и возможно вскрытие водоносных пластов возможно на форсированных режимах.

  Исходя из вышесказанного суглинки лессовидные пробуриваем с водно – гипановой промывкой, глины сланцеватые плотные с использованием технической воды, пески мелкозернистые с водно – гипановым растворами, мергель плотный и глины зеленоватые плотные пробуриваем на 30 м с водой технической, остольную часть бурим с растворам ВРГ.

2.2  Обоснование и выбор диаметров скважин и колон обсадных труб на различных интервалах.

Начинаем выбор  диаметра скважины с низу в верх. Для начала выбираем тип фильтра и его диаметр:

Фильтр выбирается исходя из того будет ли он контактировать с породой или нет в данном случае будет, также выбирается размер отверстий фильтра в зависимости  от размера частиц. 

Двухслойный.

Вычисляем допустимую входную скорость фильтрации.

Где: - коэффициент фильтрации породы.

Выбираем  длину фильтра:

Длина фильтра  принята согласно СниП 2.04.02-84, п.5.18. и определена по формуле (А. В. Малоян, 1968 г.):

L

где:    Q – дебит скважины, м³/час;

a – эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава водовмещающих пород;

d – наружный  диаметр фильтра, мм.

В соответствии с рекомендациями СниП 2.04.02-84 в реальных условиях размеры фильтра следует принимать с большим запасом, равным 1,5, то есть 12,8 х 1,5=19,2 м. Принимаем 20 м. 

Расчитываем минимальный  диаметр фильтра:

            Д_ф=

Д_ф=

Д_ф=0,061м или 61мм. 

Где: – Дебит скважены.

- длина  фильтра.

- скорость  фильтрации.

КСС-4Ф14В где:

Наружный диаметр  – 133

внутренний диаметр – 82, средняя масса секции – 44, конструкция: стержневой каркас с водоприёмной поверхностью из сетки.

Определяем диаметр  бурения под фильтр:

              Д_долота=Д_ф+2∆S      

Д_долота=201+2*7

Д_долота=224 мм. 

Выбор диаметра долота:

Трёх шарошечное долото 3ЛГ-224.

Масса – 32,8 кг.

Выбираем насос:

2ЭЦВ8-40-65 где:  число ступеней – 5, Q – 40м²/ч, H – 65 м, N – 11 кВт, габариты: длина – 2015 мм, диаметр – 203,2 мм.

Определяем понижение  уровня воды:

            S=

S=

S=5 м.

Определяем высоту непониженного столба жидкости в  скважене:

             H_нс=Н_к-Н_ст               (7)

H_нс=160-4

H_нс=156 м.

Определяем динамический уровень при эксплуатации:

                Н_g=Н_ст+S м.       (8)

Н_g=4+5

Н_g=9 м.

Определяем максимальное понижение:

        S_max=0,3*Н_нс      (9)

S_max=0,3*156

S_max=46,8

Выбираем  по таблице обсадные трубы эксплуатационной колонны :

Наружный диаметр: 219

Внутренний диаметр: 210

Толщина стенки: 8.9

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 38кг

Муфта:

Наружний диаметр: 244

Длина: 203

Внутряний диаметр  колонны перекрытия находим из условия:

          d_н=Д_эк+2*𝜎      (10) 

d_н=224+2*5

d_н=234 мм.

  Выбираем по таблице обсадные трубы для колонны перекрытия:

Наружный диаметр: 245

Внутренний диаметр: 237

Толщина стенки: 7,9

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 46,2кг

Муфта:

Наружний диаметр: 270 мм

Длина: 203 см

       Д_g=Д_м+2𝜎        (11)  

Д_g=270+2*10

Д_g=290 мм.

Выбираем  долото:

ЗЛГ – 290 мм

Допустимая осевая нагрузка – 37.

Масса – 60,5 кг

Внутряний диаметр  направляющей колонны находим из условия:

      d_н=Д_эк+2*𝜎    (12) 

d_н=290+2*5

      d_н=300 мм.

   Выбираем по таблице  обсадные трубы  для направляющей  колонны:

Наружный диаметр: 324

Внутренний диаметр: 315,6

Толщина стенки: 8,4

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 66,1кг

Муфта:

Наружний диаметр: 354

Длина: 203

 Для направляющей  колонны выбираем диаметр долота, который должен быть больше  диаметра муфты на 2𝜎  (𝜎=10-20)

              Д_g=Д_м+2𝜎               (13)

Д_g=354+2*10

Д_g=374 мм.

Выбираем долото:

ЗЛГ – 375 

Допустимая осевая нагрузка – 41

Масса – 94.2

 Долото:

ЗЛГ – 375 

Допустимая осевая нагрузка – 41

Масса – 94.2

Обсадные трубы для направляющей колонны:

Наружный диаметр: 324

Внутренний диаметр: 315,6

Толщина стенки: 8,4

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 66,1кг

Муфта:

Наружний диаметр: 354

Длина: 203

     долото:

ЗЛГ – 290 мм

Допустимая осевая нагрузка – 37.

Масса – 60,5 кг

     Обсадные трубы для колонны перекрытия:

Наружный диаметр: 245

Внутренний диаметр: 237

Толщина стенки: 7,9

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 46,2кг

Муфта:

Наружний диаметр: 270 мм

Длина: 203 см

3ЛГ-224.

Диаметр -224 мм

Масса – 32,8 кг.

Трубы эксплуатационной колонны :

Наружный диаметр: 219

Внутренний диаметр: 210

Толщина стенки: 8.9

Резьба: треугольная.

Теоретическая масса 1 метра трубы : 38кг

Муфта:

Наружний диаметр: 244

Длина: 203

     Насос:

2ЭЦВ8-40-65 где:  число ступеней – 5, Q – 40м²/ч, H – 65 м, N – 11 кВт, габариты: длина – 2015 мм, диаметр – 186 мм.

      Фильтр:

КСС-4Ф14В где: Наружный диаметр – 210, внутренний диаметр – 180, средняя масса секции – 55, конструкция: стержневой каркас с водоприёмной поверхностью из сетки.

3.1. Выбор буровой  установки.

  Для бурения  скважины на воду используем  буровую установку разведочного  бурения УРБ – 3АЗ предназначенную для вращательного бурения, бурильными трубами диаметром 73 мм глубиной до 300 м с применением прямой промывки .

  Самоходная буровая установка УРБ-ЗАЗ состоит из механизмов, смонтированных на общей раме, которая крепится к раме шасси автомобиля МАЗ-500.

  Установка предназначена для бурения скважин сплошным и кольцевым забоем с применением бурильных труб 60,3 мм до глубины 500 и 73 мм до глубины 300 м.      Максимальная грузоподъемность на крюке 80 кН. Установка включает в себя: ротор Р-250 с диаметром проходного отверстия 250 мм; однобарабанную лебедку; палубный дизельный привод Д-54А или СМД-14Б; буровую мачту высотой 16 м. с открытой передней гранью, складывающегося типа, с винтовыми опорными домкратами; генератор с приводом oт дизеля; четырехскоростную коробку передач и трансмиссию; топливный бак для обеспечения главного привода топливом; масляный бак для обеспечения маслом гидросистемы буровой установки.

Буровой насос  и глиномешалка, желобная система  и емкость 

транспортируются  отдельно и для работы   монтируются вне буровой установки.

Рис.  1.  Буровая установка УРБ-ЗАЗ:

   а — общий вид: 1 — автомашина М 43-500; 2 — приводной двигатель; 3 — гидравлические домкраты  подъема  мачты;   4 — контрпривод;  5 — мачта; 6 — кронблок;

7. — буровой насос; 8 — бурильные трубы; 9 — коробка передач; 10 — лебедка; 11 — ротор; 12 — рычаг тормоза лебедки; 13 — рычаг управления фрикционной муфтой лебедки; 14 — рычаг управления фрикционным двигателем; 15 — рычаг включения привода ротора и лебедки; 16 — рычаг переключения передач; 17 — рычаг включения бурового насоса; 18 — электрощит; 19 — генератор; 20 — рычаг включения генератора; 21 — передняя стойка; б — кинематическая схема установки; / — муфта включения привода генератора; 2 — шкив привода генератора; 3 — вал привода генератора; 4 — приводной двигатель; 5 — буровой насос; 6 — контрпривод; 7 — шкив контрпривода;
8. — вал промежуточный; 9 — вал ведомый; 10 — муфта включения лебедки и ротора; // — звездочка привода лебедки; 12 — цепная передача; 13 — вал барабана; 14 — карданный вал привода ротора; 15 — ротор; 1С — барабан лебедки; 17 — тормоза лебедки; 18 — фрикционная муфта лебедки; 19 — масляный насос; 20 — муфта включения масляного насоса; 21 — вал ведущий; 22 — коробка передач; 23 — шкив привода насоса; 24 — карданный   вал   привода   коробки   передач;   25 — генератор

Предназначена для перекачивания воды и глинистого раствора плотностью 1400 кг/м³ и вязкостью  до 60 с по СПВ-5, а также цементных  растворов и тампонажных смесей.                                           Таб 3

Труборазворот РТ 1200-2М

  Механизм, устанавливаемый на устье скважины, с помощью которого осуществляется свинчивание и развинчивание свечи в процессе спуска и подъема бурильных труб. Включает в себя раму, электродвигатель, редуктор, водило, ведущую и подкладную вилку.

  Применение соответствующих вилок позволяет выполнять свинчивание и развинчивание любых бурильных и утяжеленных труб геологоразведочного сортамента, имеющих прорези в замках.                                                   Таб 4

По литературной рекомендации выбираются утяжелённые  трубы.

УБТР-73

Трубы с приваренными замковыми соединениями

  Утяжеленные бурильные трубы предназначены для создания осевой нагрузки на порода-разрушающий инструмент и поддержания колонны бурильных труб в растянутом состоянии. 
  Затяжка и закрепление резьбы – наиболее важный этап сборки замков УБТ (и труб ТБСУ тоже). Действующий в бурильной колонне крутящий момент зависит от глубины, при этом соединения, находящиеся в нижней части бурильной колонны (в колонне труб УБТ), подвергаются наиболее интенсивным динамическим нагрузкам и именно в них должна обеспечиваться затяжка с надлежащим крутящим моментом.

Таб 5

4.1 Бескерновое бурение  лопастными долотами.

  При бурении  в породах 1 – 4 категории по  буримости лопостными долотами  придерживаемся следующих параметров  технологического режима бурения.

  Осевая нагрузка рассчитывается исходя из удельной нагрузки на 1 см диаметра долота, в пределах от 1.00 кН – для пород 1 категории до 3.00 кН для пород 4 категории по буримости. Частота вращения принемается в соответствии с диаметром долота в пределах 120 – 130 об/мин, и тем больше, чем меньше диаметр долота. В связи с высокой скоростью бурения количества промывачной жидкости рассчитывается, исходя из удельного расхода в 20 – л/мин на 1 см диаметра долота.

Долото:

ЗЛГ – 375 

Определяем осевую нагрузку на интервал 0 – 25м по формуле:

                G₀=C_y*D_д            (14)

G₀=1*37.5

G₀=37.5 кН

Где: D_д – диаметр долота.

G₀ – Осевая нагрузка.

C_y – Удельная нагрузка.

Определяем осевую нагрузку на интервал 25 – 30м  по формуле:

          G₀=C_y*D_д     (15)

G₀=3*37.5

G₀=112.5 кН

        n = 20V/D_д  (16)

n =20*1,4/37,5

n =0,74 * 60

n = 44,8 об/мин.

Где: V – Окружная скорость.

N – частота вращения. 

Определяем частоту  вращения долота интервал 25 – 30м по формуле:

             n = 20V/D_д         (17)

n =20*1,2/37,5

n =0,64*60

n =38,4 об/мин.

Определяем расход промывачной жидкости на интервал 0 – 30 по формуле:

           Q=q₀*D_Д       (18)

Q=20*37,5

Q=750 л/мин.

Где:  q₀ – Удельный расход промывочной жидкости.

Долото: ДЛ-295,3

Определяем осевую нагрузку на интервал 30 – 70м  по формуле:

              G₀=C_y*D_д         (19)

G₀=3*29,5

G₀=88,5 кН

                G₀=C_y*D_д           (20)

G₀=1,7*29,5

G₀=63,7 кН 

Определяем частоту вращения долота интервал 30 – 70м по формуле:

           n = 20V/D_д      (21)

n =20*1,2/29,5

n =0,81*60

n =48,6 об/мин.

Определяем частоту  вращения долота интервал 70 – 85м по формуле:

            n = 20V/D_д         (22)

n =20*1,3/29,5

n =0,88*60

n =52,8 об/мин.

Определяем расход промывачной жидкости на интервал 30 – 70 по формуле:

             Q=q₀*D₀       (23)

Q=30*29,5

Q=1185 л/мин.

Определяем расход промывачной жидкости на интервал 70 – 85 по формуле:

              Q=q₀*D₀         (24)

Q=30*29,5

Q=1185 л/мин.

Определяем осевую нагрузку на интервал 85 – 120м  по формуле:

            G₀=C_y*D_д       (25)

G₀=3*21,5

G₀=64,5 кН

Определяем осевую нагрузку на интервал 120 – 180м  по формуле:

           G₀=C_y*D_д       (26)

G₀=2,3*21,5

G₀=49,5 кН

Определяем частоту  вращения долота интервал 85 – 120м по формуле:

        n = 20V/D_д     (27)

n =20*1,2/21,5

n =1,1*60

n =66,9 об/мин. 

Определяем частоту  вращения долота интервал 120 – 180м по формуле:

         n = 20V/D_д    (28) 

n =20*1,3/21,5

n =1,2*60

n =72 об/мин.

          Q=q₀*D₀       (29)

Q=2.5*21,5

Q=53,7 л/мин.

Определяем расход промывачной жидкости на интервал 120 – 180 по формуле:

     Q=q₀*D₀    (30)

Q=2*21,5

Q=43 л/мин.

Расчётные данные заносим в таблицу:

Таб 6

5.1 Поверочный расчёт мощности привода бурового станка и уточнение режимов бурения.

Привод бурового станка включается в работу для бурения  и проведение спуско-подъёмных операций. Мощность привода рассчитывается, исходя из необходимой мощности на бурение  скважины, обычно на конечной глубине.

Таким образом, в основу расчёта мощности привода  буровой установки ложится определение  затраты мощности на бурение.

Затраты мощности N_ст определяем по формуле:

            N_ст = N_дв*(0.075+0.00012*n)      (31)

N_ст = 40*(0.075+0.00012*314)

N_ст =4,5 кВт.

Где: N_дв – номинальная мощность привода станка.

N – Число оборотов шпинделя.

Затраты мощности на вращения всей колонны буровых  труб N_тр определяем по формуле:

N_тр = К₁ *К₂ *К₃ *К₄ *К₅*[2,5*10^-8*(0,9+0,02

*(1+0,44*sinʘ_ср)+2*10^-7*𝛅*n*G_ос]     (32)

N_тр = 0.60 *0.5 *1.3 *1.5 *1.0*[2,5*10^-8*(0,9+0,02

*(1+0,44*sin0)+2*10^-7*142*72*49,5]

N_тр =0,1 кВт.

Где: L_скв – Глубина скважены.

К₁ – Коэффициен, учитывающий смазывающей способности промывочной жидкости.

К₂ – Коэффициент учитывающий состояния стенок скважины.

К₄ – Коэффициент, учитывающий кривизну бурильных труб.

К₅ – Коэффициент, учитывающий влияние материала бурильных труб на трение их о стенки о скважену.

𝛅 – зазор между стенками  скважены и бурильными трубами.

Находим затраты  мощности на работу породоразрушающего инструмента по формуле:

                N_з = 1,02*10^-6*μ_d*Д_d*G_ос*n              (33)

N_з = 1,02*10^-6*0.17*215*49.5*72

N_з =0,13 кВт

Где: μ_d – Комплексный коэффициент сопротивления.

Д_d – Диаметр долота.

Буровая колонна  является наиболее важным силовым звеном бурового технического комплекса. Условия  работы буровой колонны весьма специфичны и тяжелы.

Для равномерной  отборке бурильных труб колонна  разбивается на комплекты с последующим чередованием их ввода в эксплуатацию. Для безаварийной с использованием изношенной буровой колонны вынуждены снижать её силовую нагрузку.

Буровая колонна, передовая силовую нагрузку породоразрушаещему инструменту, сама потребляет значительную энергию на вращение в условиях скважены.

Запас прочноси бурильных трубдля любого сечения  сжатой части определяем по формуле:

                       n_cж=

n_cж=

n_cж=2,2

Где: - Предел прочности материала бурильных труб.

 – Сумарное напряжение от одновременного действия сил сжатия определяем по формуле:

Где: – коээфициент, учитывающий уменьшение поперечного сичения трубы в месте нарезке трубы.

  – Усиление сжатия в рассматриваемом сечении определяем по формуле:

Где: q – средняя масса 1 м бурильных труб.

 – Удельный вес промывочной жидкости и металла бурильных труб.

- Коэффициент  трения буровой колонны о лежачюю  стену скважены равный 0.1.

Z – Длинна участка колонны от рассматриваемого сечения до нулевого. Если рассматриваемое сечение находится у забоя, то z = L₀ – расстояние от нулевого сечения до забоя определяем по формуле:

               L₀ =

L₀ =

L₀ =2,6 м.

В сечение бурильных  труб у забоя  = G_ос

      F =

F =

F =38 см²

Где: – наружный и внутренний диаметр бурильных труб. 

Напряжения изгиба  вызывается потерей устойчивости буровой колонны и определяем по формуле:

Где: EJ – жёсткость бурильных труб.

E – модуль продольной упругости.

J – Экваториальный момент инерции сечения бурильных труб находим по формуле.

        J =

J =

J =

f  - Стрела прогиба бурильных бурильных труб в рассматриваемом сичении определяем по формуле:

          f = 0.5*(Д –

f = 0.5*(21,5 –

f =7,1 см.

Где: Д – Диаметр  скважены с учётом разработки стенки.

               W_изг =

W_изг =

W_изг =384,4 см³ 

Длину полуволны прогиба бурильных труб l находим по формуле:

              l =

l =

l =320 м

Где: 𝛚 – угловая скорость вращения, определяем по формуле:

               𝛚 =

𝛚 =

𝛚 =7,5 с^-1

Где: n – частота оборотов в минуту бурильных труб.

G – Ускорение свободного падения.

Напряжение кручения τ_кр определяем по формуле:

                  τ_кр =

τ_кр =

τ_кр =0,54

 – Полярный  момент сопротивления сечения  бурильных труб при кручении.

Где: N – мощность на вращение части колонны определяем по формуле:

              N=N_тр+N_з          (49)

N=0,1 + 0.13

N=0.23 кВт

Где: N_тр – Мощность на собственное вращение частей колонны бурильных труб.

Определяем запас прочности n_p для любого сечение растянутой колонны определяем по формуле:

                      n_p=

n_p=

n_p=2,1

Где: – напряжение растяжению находим по формуле:

Где: – усилие растяжению в рассматриваемом сичении. 

Значение  - определяем по формуле:

    (53)        

Для сечения  у устья скважены: z = L_скв-L₀

Определяем глубину конца участка:

          L_kz = L_скв- L₀    (54)

L_kz =185 – 2,6

L_kz =182,4 м.

Длину полуволны прогиба бурильных труб l находим по формуле:

l =

l =

l =321 м 

Напряжение кручения τ_кр определяем по формуле:

           τ_кр =

τ_кр =

τ_кр =0,54

Определяем  запас прочности бурильных труб в нулевом сечении по формуле:

              n₀ =

n₀ =

n₀ =1,3

Где: – предел выносливости материала бурильных труб при изгибе с симметричном цикле.

– Коэффициен учитывающий ударных характернагрузки.

Длину полуволны прогиба бурильных труб l находим по формуле:

          l =

l =

l =320 см

Запас прочности  определяем по формуле:

Напряжения изгиба  вызывается потерей устойчивости буровой колонны и определяем по формуле:

   При сооружении скважин для качественного выполнения работ с высокой производительностью требуется применение большого комплекса контрольно-измерительной аппаратуры.

    И прежде всего, необходимо применение аппаратуры контроля режимных параметров и такого оперативного параметра определения грамотности и ведения процесса как механическая скорость бурения. 

При сооружении геологоразведочных скважин требуется применение скважинных уровнемеров и расходомеров. 

Для безаварийной работы необходимо следить за состоянием (износом) бурильных труб. Ознакомившись с характеристикой той или иной аппаратуры, решается вопрос о возможности ее применения на конкретнопринятой буровой установке. 

Комплексная аппаратура КУРС входит в комплектацию буровых установак. Аппаратура КУРС-613 и КУРС-713 позволяет вести визуальный контроль частоты вращения шпинделя и крутящего момента. Работа электродвигателей контролируется амперметрами, вольтметрами, киловаттметрами. 

 7.1  НАЗНАЧЕНИЕ ТАМПОНИРОВАНИЯ СКВАЖИН              рис 2

Тампонирование производят для разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом (например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой), изоляции водоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний воды в пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, для устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ее ликвидации.

  Сущность тампонирования скважины с целью разобщения вод состоит в следующем. В проектном геологическом разрезе (рис 2.) имеются пласт 3 с водой неизвестного состава и пласт 5 с питьевой водой. Если вскрыть эти пласты буровой скважиной, воды эти будут смешиваться. Для устранения смешения вод различного химического состава бурение прекращают в водонепроницаемом пласте 4. В скважину опускают колонну обсадных труб 1 с герметичными соединениями. Кольцевое пространство 2 между колонной обсадных труб и стенками скважины на некоторую высоту тампонируют,   т.  Е.   заполняют  водонепроницаемым материалом. 

7.2 Тампонирование скважены цементом.

Цементом называется вяжущее вещество, которое, будучи замешано с пресной водой в тесто, твердеет как в воздухе, так и в воде.

Цемент изготовляют путем тонкого измельчения клинкера (обожженной до спекания смеси известняка и глины) совместно с гипсом в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания и твердения.

  Портландцемент — наиболее распространенная разновидность цемента, в состав которого входят главным образом силикаты кальция.

  Портландцемент тампонажный (ГОСТ 1581—78) выпускается двух видов: цемент для «холодных» скважин с температурой забоя до 40° С и цемент для «горячих» скважин с температурой забоя до 75° С.

Затворением цемента называется перемешивание в воде сухого цементного порошка.

Водоцементным числом С = В/Ц = 0,40—0,70 называется отношение веса воды (В) к весу цемента (Ц) при его затворении. Нижний предел его характеризуется снижением текучести, а верхний — увеличением срока схватывания и понижением прочности цементного камня. Обычно принимают С = 0,5, т. Е. берется 50% воды от веса цемента.

Сухой цемент (ГОСТ 1581—78) имеет плотность около 3,15 г/см³. Хранить его надлежит в сухих помещениях. Плотность цементного раствора зависит от водоцементного числа.

  Цементировочная головка УГЗ-120 (рис 3.) ввинчивается а в верхнюю муфту колонны обсадных труб и предназначена: для герметизации устья колонны обсадных труб, размещения в этой головке верхней пробки и подключения нагнетательных линий. При снятой крышке 5 (см. рис. 228) внутри головки размещают верхнюю пробку, удерживаемую стопорами 6. При завинченной крышке 5 цементный раствор нагнетается через штуцеры 2. Продавочная жидкость (вода или глинистый раствор) при цементировании нагнетается через тройник 3.

      Из существующих способов цементирования  в практике бурения скважин  на воду наиболее простой способ  одноступенчатого цементирования.

      При этом способе на обсадную колонну навинчиваем цементировочную головку, представляющую собой отрезок трубы, в котором монтируются цементировочные пробки; через штуцера установленные в головке, закачиваем промывочную жидкость и цементного раствора выше цементировочных пробок или ниже их.

     Цементирование  затрубного пространства будет  осуществляться с двумя разделительными  пробками 

Рис. 1 Схема цементирования скважин  с двумя пробками: а – продавливание  нижней пробки; б – сбрасывание  верхней пробки; в – движение цементного раствора между пробками; г – завершение цементирования (посадка пробки с обеих сторон на стоп кольцо). 
 
 
 
 
 
 
 

Цементация будет  производиться при помощи бурового насоса. Объем цементации кондуктора ( 30,0 м ) и технической колонны (50,0 м) составит 80,0 м. Потребное количество раствора для заполнения затрубного раствора находиться по формуле: 

Vц = [0,785 * (Д² – d_н²) * Н] * К₁ + 0,785 * d_в² * h    (63),     где 

Д – диаметр  скважины, м;

d_н – наружный диаметр обсадной колонны, м;

Н – высота подъема  цементного раствора, м;

d_в – внутренний диаметр колонны, м;

h – высота цементной пробки, принята равной 1,5 м.

Количество раствора для цементации затрубного пространства кондуктора скважины составит: 

V_ц = [ 0,785 * (0,375² – 0, 324²) * 30] * 1,5 +0,785 * 0, 315² * 1,5 = 1,27 м³ 

Количество раствора для цементации затрубного пространства технической колонны скважины составляет: 

V_ц = [0,785 * (0, 290² – 0,245²) * 85] * 1,5 + 0,785 * 0,237² * 1,5 = 2,47 м³  

Общее количество цементного раствора для цементации затрубного пространства кондуктора и технической колонны составит 3,74 м³ .

    В  качестве исходных компонентов  для приготовления цементного  раствора будут использоваться: тампонажный портландцемент, просеянный  песок, вода с водородным показателем  (рН) не менее 4 и содержанием сульфатов не более 1300 мг/л. Необходимое  количество компонентов для приготовления 1 м³ цементного раствора  плотностью 1,85 т/м³ определяется по формуле:

М = (ρ_р * Х₁)/(Х₁ + Х₂ + Х₃)     (64), где 

М – масса  одного из компонентов, кг;

ρ_р - заданная плотность раствора, кг/м³;

Х ₁Х ₂ Х₃  - значения весовых компонентов, соответственно, цемента-1, песка-1, воды-0,8.

М_цем. – 660,71 ~ 661 кг;

М_песка – 660,71 ~ 661 кг;

М_воды - 528,57 ~ 259 кг.

Для цементации затрубного пространства скважины количество тампонажных компонентов составит:

Цемент – 661 * 11,8 = 7799,8 кг ~ 7,8 т;

Песок – 661 * 11,8 = 7799,8 ~ 7,8 т.

   Для осуществления  данного способа цементирования  на обсадную колонну устанавливается  цементировочная головка, представляющая собой отрезок трубы, в котором монтируются цементировочные пробки.

   Откачки проводят для очистки скважины, подготовки ее к постоянной эксплуатации, а также с целью определения производительности и основных гидрогеологических параметров водоносного горизонта. Различают предварительную, пробно-эксплуатационную и опытную откачки.

  Предварительную откачку (прокачка) проводят желонкой или эрлифтом до полного осветления воды с целью очистки скважины от посторонних примесей, песка, мути, а также для ориентировочного опробования попутно встреченного водоносного горизонта.

   Пробно-эксплуатационную откачку проводят для установления опытным путем возможности получения из скважины запроектированного дебита, а также для изучения стабильности расхода и качества воды во времени. Она может выполняться всеми видами водоподъемников.

   Опытная откачка необходима для определения основных гидрогеологических параметров водоносного горизонта (зависимости понижения, дебита или удельного дебита между собой или от времени; коэффициент Кф, взаимодействие скважин и др.).

Откачки обычно ведут при нескольких понижениях до получения стабильного уровня воды в скважине. Первое понижение при откачке должно быть не менее 1 м, третье — соответствовать максимальной производительности водоподъемника, второе — занимать промежуточное положение. Во всех случаях понижения должны отличаться между собой не менее чем в 1,5— 2 раза.

   Откачку из песчаного водоносного горизонта начинают с минимального понижения, из трещиноватых и грубообломочных пород — с большего понижения. Продолжительность откачки составляет от 2—3 до 3—-5 смен при каждом понижении уровня. Динамический уровень и дебит при откачке измеряют одновременно через 1 ч.

    9.1. Виды и причины аварий

  Под аварией понимают непреднамеренное прекращение углубки скважины, вызванное нарушением ее состояния или находящегося в ней бурового инструмента, а также оставлением в ней- геофизических или гидрогеологических приборов, случайным падением посторонних предметов.

  На ликвидацию аварий и их последствий непроизводительно затрачивается время и средства. Иногда из-за тяжелых аварий скважина не может быть доведена до проектной глубины. Частые ликвидации аварий приводят к преждевременному износу бурового оборудования, инструмента и ухудшают техническое состояние скважины. Снижение аварийности — один из внутренних резервов повышения производительности бурения.

  В бурении могут быть выделены пять основных групп аварий:

  1) обрывы и поломки технологических инструментов бурового снаряда и обсадных труб; 2) развинчивание резьбовых соединений частей бурового снаряда и обсадных труб; 3) прихваты бурового снаряда; 4) обрывы канатов и каротажного кабеля; 5) падение бурового снаряда и посторонних предметов в скважину.

  Причины возникновения аварий бывают субъективные, когда аварии происходят по вине бурового персонала, и объективные, не зависящие от него. Субъективные причины могут быть подразделены на два вида — обусловленные сознательным нарушением основных правил предупреждения аварий и являющиеся результатом неопытности или недостаточной квалификации рабочих и ИТР. Аварии в основном происходят по субъективным причинам.

9.2. Предупреждение аварий

   Аварии могут быть предупреждены устранением их причин, внедрением профилактических мероприятий, совершенствованием основного бурового оборудования и инструмента, технологии бурения, а также ловильных инструментов и методов ликвидации аварий. Следует помнить, что аварию легче предупредить, чем устранить.

   К профилактическим мероприятиям по предупреждению аварий относятся:

постоянное повышение квалификации бурового персонала; изучение   опыта   безаварийной   работы   лучших буровых бригад;

  анализ аварий на технических совещаниях для выявления причин, обсуждение плана их ликвидации, установление степени виновности бригад, разработка мероприятий по предупреждению аварий; 

внедрение передовых методов организации работ, строгое соблюдение трудовой и технологической ДИСЦИПЛИНЫ; 423

   применение мер воздействия к виновникам аварий.

  Буровой персонал должен тщательно изучать геологические особенности месторождения, зоны возможных осложнений, выполнять требования геолого-технического наряда, хорошо знать инструкции по эксплуатации бурового оборудования и инструмента, соблюдать трудовую дисциплину, точно знать длину бурового снаряда, его компоновку, конструкцию и состояние скважины, встречаемые и ожидаемые осложнения и своевременно информировать своих товарищей по работе.

  Геологические причины аварий практически устранить невозможно. Но систематически изучая и анализируя эти причины, можно до минимума свести их вредное влияние путем разработки и внедрения комплекса технических и технологических мероприятий.

10.  ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 

10.1  Основные меры по охране природы при производстве геологоразведочных работ

  Земная кора — минеральная основа биосферы — нуждается в охране, как и вся природа. Производственная деятельность общества, все шире и глубже вторгаясь в недра, воздействует интенсивно на земную поверхность и всю окружающую природу.

  С геологоразведочными работами и добычей полезных ископаемых непосредственно связаны две проблемы: охрана недр •— рациональное использование минеральных ресурсов и охрана окружающей природы — земной поверхности в районах разработок месторождений, включая рекультивацию земель, мероприятия по предотвращению загрязнений почвы, водоемов и атмосферы.

  Геологоразведчики во многих случаях первыми соприкасаются с нетронутой природой. Геологоразведочные экспедиции должны разрабатывать проекты перспективных и годовых планов мероприятий по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов. В проекты работ обязательно включают разделы по охране природы.

Проблема охраны окружающей среды при разведке месторождений полезных ископаемых должна решаться в двух основных направлениях. К первому направлению относится сбор необходимой экологической информации на стадии детальной разведки месторождений с достаточным освещением ее в геологических отчетах. В этом своеобразном экологическом кадастре приводятся географические и

климатические особенности района месторождения, характеристики почвенно-растительных покровов и гидроресурсов разведочных полей и прилегающих к ним территорий, горных пород и подземных вод месторождения. Второе направление —снижение экономического ущерба непосредственно от производства геологоразведочных работ.

  При производстве буровых работ загрязнение окружающей среды может приводить к снижению продуктивности почвы и ухудшению качества подземных и поверхностных вод. Причиной вредного воздействия на среду обычно являются неправильная прокладка дорог и размещение буровых площадок, нерациональное использование земельных участков под буровыми установками, несоблюдение существующих правил и требований (применяемых до, в процессе и после проведения буровых работ) законодательных актов и положений.

С целью уменьшения потрав земельных угодий и снижения вредных воздействий экспедиции должны ежегодно разрабатывать планы-графики движения буровых агрегатов с учетом времени посевов и уборки сельскохозяйственных культур. Подъездные дороги и буровые

  Конструкции скважин должны обеспечивать изоляцию подземных вод от поверхностных и грунтовых. Промывочные жидкости и химические реагенты, применяемые для промывки скважин, должны исключать загрязнение подземных вод и подбираться в соответствии с санитарными нормами, разработанными ВИТРом и другими организациями. Использованные промывочные жидкости, обработанные химическими реагентами, должны вывозиться в места захоронения. Использование специальных циркуляционных систем (типа ПЦС) снижает вероятность загрязнения подземных вод и почвы химическими реагентами. Во избежание загрязнения подземных вод после окончания бурения производится ликвидационное тампонирование скважин.

  С целью сокращения потерь и ограничения поступлений в почву горюче-смазочных материалов на буровых агрегатах монтируют насосы для заправки топливом двигателей, а также устанавливают противни и тару под дизели для сбора ГСМ. После окончания буровых работ проводят тщательную уборку. 

1. Бурение разведочных  скважин. ( Под общей редакцией  д-ра техн. Наук, проф. Соловьева Н.В.). М.: Высшая школа, 2007, -.
2. Дубровский В.В., Керченский М.М., Лебедев К.П., Плохов В.И. Справочник по бурению скважин на воду. М.: Гостолтехиздат, 1956,- 560с.
3. Плотников Н.И. Поиски и разведка пресных подземных вод. М.: Недра, 1988, - 368с.
4. Правила безопасности при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1991, - 224с.
5. Храменко В.Г., Брылин В.И. Бурение геологоразведочных скважин. Томск: ТПУ, 2007, - 252с.
6. Щукин А.А. Строительство скважин. Томск: Изд-во STT, 2005, - 588с.