Бурение геологоразведочной скважины на полиметаллические руды глубиной 700 м

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский национальный минерально-сырьевой университет Кафедра бурения

Курсовой проект

по дисциплине: Бурение скважин на тему: Бурение геологоразведочной скважины на полиметаллические руды глубиной 700 м Санкт-Петербург, 2012

Задание

Спроектировать скважину глубиной 700 метров на полиметаллические руды. Выбрать наиболее рациональный способ бурения, породоразрушающий инструмент, бурильные трубы и все оборудование, необходимое для данной работы. Также необходимо выбрать режим бурения в соответствии с геолого-технологическими условиями бурения. Пояснить свой выбор, опираясь на свои собственные знания и на различные источники.

Аннотация

В данном курсовом проекте осуществляется бурение геологоразведочной скважины.

Проектируется бурение вертикальной скважины глубиной 700 м.

В данном проекте приводится краткая геологическая характеристика месторождения, технико-технологическая часть, производится выбор конструкции скважины, выбираются породоразрушающие инструменты для различных интервалов бурения, обосновывается выбор рациональной конструкции бурильных колонн для заданных условий бурения, определяется расход промывочной жидкости и выбирается оптимальный режим бурения.

The summary

An exploratory well is being shaped in this course project.

Drilling a vertical borehole by depth of 700 m is projected.

This project have a brief geological characteristic of a deposit, a technical-technological part is resulted, the choice of a design of a chink is made, rock cutting tools for various intervals of drilling get out, the choice rational is provided.

Designs of boring casings for the given conditions of drilling, the charge drilling mud is defined, actions for maintenance of safe operating conditions on drilling.

Бурением скважины называется совокупность работ по проведению горных выработок круглого сечения. Эти работы выполняются специальными техническими средствами без доступа человека в эти горные выработки.

Буровая скважинацилиндрическая горная выработка, диаметр которой много меньше ее длины.

В данном курсовом проекте будет рассматриваться вертикальное бурение скважины отбором керна.

Колонковое бурение скважин является основным техническим средством разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Колонковое бурение также широко применяется при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях и при структурно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений.

Колонковое бурение скважин имеет большое применение по следующим причинам:

· извлекают из скважин цилиндрические столбики породы — керн, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезное ископаемое;

· бурят скважины под различными углами к горизонту, различными породоразрушающими инструментами в породах любой твердости и устойчивости;

· бурят скважины малых диаметров на большую глубину, применяя относительно легкое оборудование Для проведения работ необходимо выбрать оборудование, подобрать режим бурения, выявить зоны осложнений, соотнести возможности буровой установки и выбранных параметров, таких как частота вращения бурового инструмента, осевая нагрузка на долото, необходимое количество промывочной жидкости и других. Также необходимо рассчитать примерное время выполнения поставленной задачи и примерные материальные затраты, необходимые для бурения данной скважины.

1. Обзор геолого-технических условий бурения

Геологический разрез района, на котором производится предварительная разведка полиметаллических руд состоит из пород осадочного типа (моренные отложения), магматических основных (диабазы) и средних (порфириты) горных пород, регионально-метаморфических, образованных при весьма высокой температуре (гнейсы) от IV до IX категории по буримости. Данный разрез слагают породы с различными классами по абразивности (малоабразивные, среднеабразивные, абразивные, умеренно абразивные). Данный факт говорит о том, что часть пород обладает низкой способностью изнашивать контактирующий с ними породоразрушающий инструмент в процессе ее работы, а часть обладает сильной изнашивающей способностью.

В геологическом разрезе необходимо выделить интервалы возможных осложнений при бурении. Четвертичные отложения представлены моренными отложениями, мощностью около 40 метров. Эти породы относятся к IV категории по буримости, являются малоабразивными и среднеустойчивыми и требуют специального крепления обсадными трубами и цементирования стенок скважины после проходки интервала залегания этих пород, а также использования специальных очистных агентов при проходке.

В интервале от 40 до 500 м залегают диабазы, которые представляют собой полнокристаллические мелкозернистые магматические основные горные породы. Обладают большой прочностью при сжатии (от 300 до 450 МПа), высокой средней плотностью. Диабазы относятся к IX категории по буримости и являются в средней мере-устойчивыми. То есть, мало и средне разрушаемые гидродинамическими воздействиями и вибрациями бурового снаряда. В целом на интервале от 40 до 250 метров не требуется специальных мер по креплению стенок скважины, однако, в интервале от 250 до 270 метров возможно поглощение промывочной жидкости, обусловленное сильной трещиноватостью горных пород, поэтому на этом интервале необходимо применение глинистых растворов или специальных технологий оперативного тампонирования скважин. С глубиной трещиноватость уменьшается, что объясняется горным давлением. По степени абразивности данные породы относятся к среднеабразивным.

Объектом поисков являются полиметаллические руды. Полиметаллические рудыэто комплексные руды, содержащие целый ряд химических элементов, среди которых важнейшими являются свинец и цинк. Кроме этого руды могут содержать медь, золото, серебро, кадмий, иногда висмут, олово, индий и галлий. Основными минералами, формирующими полиметаллические руды, являются галенит, сфалерит, пирит, халькопирит, арсенопирит, касситерит.

На глубине 500- 650 метров залегают порфириты с прожилками полиметллических руд, их мощность составляет 150 метров, и также имеют магматическое происхождение. Эти породы относятся к VIII категории по буримости, являются устойчивыми, поэтому не требуют специальных мер по креплению стенок скважины. По степени же абразивности эти породы относятся к абразивным породам.

На глубине 650 — 700 метров залегают гнейсы, породы регионально-метаморфического происхождения. Эти породы относятся к IX категории по буримости, являются устойчивыми, поэтому не требуют специальных мер по креплению стенок скважины. По степени же абразивности эти породы относятся к весьма абразивным породам.

После вскрытия пласта с полезным ископаемым, бурение завершается на глубине 700 метров. В данном геологическом разрезе можно отметить, объект поиска располагается между пластами магматических и метаморфических горных пород, представленных диабазами и гнейсами.

Физико-механические свойства горных пород и геолого-технические условия бурения скважин приведены в таблице 1:

Таблица 1 Физико-механические свойства горных пород

2. Анализ современного состояния техники и технологии бурения разведочных скважин на объекте работ

Проектируемая скважина находится на расстоянии 10 км от базы. Соответственно необходимо предоставить персоналу грузовик, который будет привозить и отвозить рабочих. Таковым может являться ЗИЛ 130. Это достаточно вместительный автомобиль с неплохой проходимостью. для перевозки буровой станции необходимы 2 бульдозера. Также понадобятся две крупногабаритных большегрузных машины для перевозки бурильных и обсадных труб. На случай если поблизости не будут найдены источники пресной воды (реки, ручьи, озера), то для ее транспортировки необходима автоцистерна.

3. Выбор и обоснование способа бурения

Разведочное бурение на стадии поисков и предварительной разведки месторождений полезных ископаемых предполагает колонковое бурение с отбором керна. Породоразрушающий инструмент — твердосплавные и алмазные коронки. Шнековое бурение не подходит, так как это бескерновое бурение. Разведочную скважину бурить можно вращательным и гидро-ударными способами.

Для бурения с погружными гидро/пневмоударниками насосу необходимо создать достаточно большое давление. Также при гидроударном бурении повышаются расходы очистного агента. Плюс ко всему гидроударным способом нерационально бурить вязкие и пластичные породы.

Недостатком вращательного бурения является в основном искривление скважины и достаточно мощный двигатель для осуществления бурения.

Исходя из вышесказанного, я считаю, что рациональнее бурить вращательным способом. Это может занять больше времени, но более экономично в плане материальных затрат.

Начиная с 43−45 метров рационально пользоваться снарядами со съёмными керноприемниками ССК-59. Это значительно увеличит производительность работ.

4. Проектирование конструкции скважины

В первую очередь определим количество обсадных колонн. Так как первые 40 метров слагают моренные отложения (слабо связанные, среднеустойчивые породы), то необходимо скважину на 43 метра обложить обсадными трубами. Башмак зацементировать на 3 метра. Конечный диаметр бурения составляет 59 мм. Меньше диаметр скважины брать не стоит, иначе могут возникнуть трудности при опробовании полезного ископаемого и исследовании скважины геофизическими приборами. Чтобы перекрыть среднеустойчивые моренные отложения необходимо использовать обсадные трубы. Таким образом, на первых шести метрах устанавливается обсадная труба «направление». Ее наружный диаметр составляет 89 мм. Наружный диаметр коронок в таком случае будет составлять 93 мм. Затем, до 43 метров бурить необходимо твердосплавными коронками диаметра 76 мм. Наружный диаметр обсадных труб на интервале от 6 до 43 метров соответственно 73 мм. Остальные 657 м бурить необходимо алмазными коронками диаметром 59 мм с применением комплекса ССК-59. Трубы соединяются между собой ниппелями. Выбранная конструкция скважины будет иметь следующий шифр: 700 АС 59 П 6 (89Н) 43 (73Н) 76 Т 43.

Первые 6 метров бурятся всухую, без подачи промывочной жидкости на забой.

Осложнения возникают на интервале 250−270 метров. На этом участке залегают породы сильнотрещиноватые, это означает, что возможно чрезмерное поглощение промывочной жидкости. Для решения этой проблемы необходимо воспользоваться специальными растворами.

Обсадку скважины необходимо проводить трубами с ниппельным соединением. По данным ГОСТ-6238−77, наружный диаметр трубы/ниппеля 73 мм. Толщина стенки трубы 4 мм. Длина внешней резьбы трубы 32 мм. Длина внутренней резьбы ниппеля 36 мм. Длина обсадной трубы 6000 мм, ниппеля- 130 мм. Масса одной обсадной трубы 6,81 кг, ниппеля- 1 кг. Таким образом, нетрудно сосчитать количество обсадных труб и ниппелей, которые понадобятся для обсадки скважины на 43 метра. Выходит, что для этой работы потребуется 7 обсадных труб и 6 ниппелей.

Для быстроты выполнения СПО удобно воспользоваться буровой вышкой МР УГУ-3. Ее рабочая высота составляет 18 м. Длина свечи 14 м. Таким образом, при длине бурильных труб 6 м, будет возможным опускать/поднимать в скважину свечи, состоящие из 2 бурильных труб.

5. Выбор бурового инструмента и оборудования

Бурение данной скважины необходимо проводить колонковым способом с отбором керна.

При бурении первых 6 метров рационально воспользоваться коронкой резцовой СМ3−93 с внутренним диаметром 75 мм. Количество резцов 8.

Далее, до 40−45 метров используем ту же коронку, но уже с наружным диаметром 76 мм. (т.е. коронкой СМ-76). Количество резцов 6.

Остальной интервал выгодно бурить многоступенчатыми алмазными коронками с применением комплекса ССК-59.

На первом участке (0−6 м) колонковая труба имеет наружный диаметр 89 мм. а внутренний — 79 мм. Её длина составляет 6 м. Марка стали — Ст. 45 (ГОСТ 8732−78).

На втором участке (6−43 м) колонковая труба имеет наружный диаметр 73 мм. а внутренний — 63 мм, т.о. толщина ее стенки составляет 5 мм. Её длина составляет 6 м. Марка стали — Ст. 45 (ГОСТ 8732−78).

Первые 43 метра рационально применять бурильные трубы муфтово-замкового соединения изготовленные из сталей марки Д.

Бурильные трубы были подобраны по таблице из учебника [1], с наружным диаметром 50 мм. Все основные характеристики бурильных труб и замков представлены в таблице№ 1

Таблица № 1 Бурильные трубы и замковые соединения

Для соединения бурильных труб с колонковой трубой на первом и втором участках, необходимо использовать фрезерные переходники П1−50/89 и П1−50/73 соответственно.

Далее, когда необходимо бурить остальную часть толщи горных пород, необходимо заменить породоразрушающий инструмент (коронку), бурильные трубы и применить комплекс инструментов ССК-59.

Для бурения с применением комплекса ССК-59 следует выбирать многоступенчатые алмазные коронки с внешним диаметром 59 мм. Ступенчатый торец имеет большую площадь поверхности матрицы по наружному диаметру, что позволяет разместить на ней большее количество алмазов и увеличить стойкость коронок. С таким профилем выпускаются коронки для комплексов ССК, где требуется повышенная работоспособность породоразрушающего инструмента.

Рассмотрим подробнее на каких участках, какие коронки лучше применить, руководствуясь.

На интервале 40−250 м, где породы имеют 9 категорию по буримости, среднеабразивные, слаботрещиноватые удобно использовать коронки К-01−1 или К-01−2

На интервале 250−270 м, где породы имеют 8 категорию по буримости, среднеабразивные, сильнотрещиноватые можно использовать алмазные коронки К-90−2. Четырехступенчатая однослойная коронка.

На интервале 270−500 м породы среднеабразивные, 9 категории по буримости, слаботрещиноватые можно использовать ССК-59 с алмазной коронкой К-01−2.

В интервале 500−650 м, породы умеренно абразивные, 8 категории по буримости, монолитныедля бурения в этом интервале будет использоваться коронка К-01.

На участке 650−700 м породы абразивные, 9 категории по буримости, монолитные. Рационально выбрать коронку К-01−1.

Бурильные трубы для ССК изготавливают с высокой точностью из высококачественных сталей (38ХНМ), с гладкой наружной и внутренней поверхностью, тонкостенными, с большим внутренним проходным сечением и малым зазором колоннаскважина при соотношении d/D=0,926. трубы имеют соединение «труба в трубу». Таким образом, были выбраны соответствующие бурильные трубы с внешним диаметром 55 мм. Подробная характеристика выбранных бурильных труб приведена в таблице № 2, взятой из.

Таблица № 2 Бурильные трубы для ССК

Данные о буровом оборудовании для каждого участка бурения приведены в таблице № 3:

Таблица № 3 Буровое оборудование для бурения скважины 700 АС 59 П 6 (89Н) 43 (73Н) 76 Т 43

В качестве буровго станка был выбран станок со шпиндельным вращателем СКБ-4100 (рис. 1). Его характеристики приведены в таблице № 4 (данные взяты из [2]).

Рис. 1. Буровой станок СКБ-4: 1 — станина; 2 — рама; 3 — сцепление; 4 — рукоятка сцепления; 5 — рукоятка включения лебедки; 6, 9 — рычаги тормозов подъема и спуска; 7, 8 — тормоза подъема и спуска; 10 — рычаг коробки передач; 11 — лебедка; 12 — рукоятка раздаточной коробки; 13 — трансмиссия; 14 — указатель давления; 15 — вращатель; 16 — гидросистема станка с автоперехватом; 17 — дроссель; 18 — прибор управления; 19 — регулятор подачи; 20 — распределитель; 21 — цилиндр перемещения станка.

Таблица № 4 Характеристики СКБ-4100

В качестве бурового насоса был выбран плунжерный насос НБ-4 с электродвигателем.

Таблица № 5 Характеристики бурового насоса НБ-4

6. Проектирование технологического режима бурения

Правильно выбранный режим бурения является фактором, определяющим механическую скорость бурения, проходку на коронку, выход и качество керна, а также производительность бурения в целом.

Рассмотрим первый случай: твердосплавное бурение коронкой СМ-3 м наружным диаметром 76 мм). Сперва необходимо определить осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, которая зависит главным образом от физико-механических свойств пород, материала резцов и их опорной поверхности.

Осевую нагрузку на твердосплавную коронку определяют, исходя из рекомендуемых нагрузок на 1 резец, обеспечивающих объемный процесс разрушения породы, и рассчитывают по формуле (7.1):

(7.1)

Где Р — осевая нагрузка на твердосплавную коронку, даН; - рекомендуемая нагрузка на один основной резец, даН; - число основных резцов в коронке, шт. Значения рекомендуемых нагрузок на один резец коронки (даН) для различных пород и типов твердосплавных коронок смотрят по таблице.

В данном случае для коронки СМ3 рекомендуемая нагрузка на один основной резец составляет 40−50 даН. У данной коронки 6 основных резцов.

Таким образом, осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент будет равна:

Р=45*6=270 (даН)

Далее необходимо определить частоту вращения коронки. Она рассчитывается исходя из рекомендуемых значений окружной скорости коронки, которые принимаются тем больше чем меньше диаметр коронки. Для твердосплавного бурения окружные скорости вращения находятся в диапазоне 0,6−2 м/с.

Частота вращения рассчитывается по формуле (7.2):

(7.2)

Где — окружная скорость коронки (м/с); - наружный и внутренний диаметры коронки соответственно (м)

Таким образом, при окружной скорости 1,5 м/с получаем:

n=424 об/мин

Качество и количество очистного агента выбирается в зависимости от геолого-технических условий бурения, типа коронки и ее размера. Количество промывочной жидкости можно рассчитать по формуле (7.3):

(7.3)

Где kудельный расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин (берется из таблицы); - наружный диаметр коронки, см.

В таком случае, при k=14, получим:

V=14*7,6=106,4 (л/мин)

При колонковом бурении наиболее распространены глинистые растворы и техническая вода, так как это наиболее простой и дешевый способ промывки.

При бурении первых сорока метров наиболее выгодно будет использовать глинистые растворы. Основными компонентами являются вода, глины (15−36%), хим. реагенты.

Однако при проходке верхних интервалов скважины, закрепляемых колоннами бурильных труб, расчетные режимные параметры снижают. Тогда получим:

Р=190 даН

n=270 об/мин

V=60 л/мин

на интервале 40−700 метров бурение производится алмазными коронками с использованием комплекса ССК-59. При бурении с применением ССК пользуются параметрами приведенными в таблице № 6 (данные взяты из [1]):

Таблица № 6 рекомендуемые параметры бурения при использовании ССК

Но следует принять во внимание, что приработка коронок при работе ССК производится на небольших частотах вращения — 150 — 250 об/мин при небольшой осевой нагрузке — 300 — 400 даН с расходом промывочной жидкости при диаметре 59 мм 10−15 л/мин.

Стоит учесть тот факт, что на глубине бурения 250−270 метров, залегают сильнотрещиноватые диабазы. На этом промежутке возможно сильное поглощение промывочной жидкости. Для устранения этой проблемы, можно воспользоваться смесью ЛП-1. Эту смесь смешивают с водой и она препятствует чрезмерному поглощению жидкости. То есть, дойдя до глубины 250 м, необходимо применить смесь ЛП-1 и оставшийся участок бурить с применением именно этой смеси. [3]

Таким образом были рассчитаны Р, n, V для всех интервалов бурения и занесены в таблицу № 7:

бурение разведочный скважина технология

Таблица № 7 Расчет Р, N, V

Если при бурении двух последних участков (на промежутке 500−700 м) будет наблюдаться поглощение жидкости, то в этом интервале необходимо будет также воспользоваться смесью ЛП-1.

7. Мероприятия по предупреждению и ликвидации осложнений и аварий при бурении скважин [4]

Авариями при бурении называют такие отклонения от нормального хода работ, которые приводят к преждевременному выходу из строя части или всего оборудования (инструмента) и непроизводительному простою скважины в результате нарушения технологического процесса бурения. Аварии могут быть с наземным оборудованием (с буровой вышкой, станком, двигателем, насосом, талевой системой) и внутри скважины. В результате аварии может частично или полностью выйти из строя оборудование и инструмент; иногда аварии приводят к потере скважины.

Осложнением при бурении называют такую ненормальную ситуацию в скважине, при которой дальнейшая её проходка становится невозможной, либо бурение продолжается, но резко снижается его производительность.

Аварии и осложнения требуют для их ликвидации больших затрат времени и средств, поэтому буровой персонал должен знать причины возникновения и основные мероприятия по предупреждению и ликвидации аварий и осложнений при бурении скважин.

В колонковом бурении выделяют четыре группы аварий:

1. Обрывы труб и породоразрушающего инструмента

2. Развинчивание труб и породоразрушающего инструмента

3. Прихваты труб и породоразрушающего инструмента

4. Падение бурового снаряда, труб и посторонних предметов в скважину

1. Предупреждение аварий с обрывами бурильных труб

Для предупреждения аварии с обрывами бурильных труб необходимо:

· применять бурильные трубы, соответствующие по своей прочности выбранному режиму бурения (или рассчитывать режим бурения в соответствии с прочностью труб);

· проводить систематический осмотр соединений бурильных

· обеспечивать условия складирования и транспортировки бурильных труб, не допускающие их порчу (особенно резьбовых соединений);

· проводить систематическую проверку состояния спуско-подъёмного инструмента, механизмов для свинчивания и развинчивания труб;

· не допускать аномального искривления скважины.

2. Предупреждение аварий с породоразрушающим инструментом

Для предупреждения аварий с породоразрушающим инструментом необходимо:

· не допускать спуск в скважину коронок и долот, имеющих дефекты резьб, трещины корпусов и матриц, люфт в опорах шарошек, с забитыми промывочными отверстиями и другими дефектами;

· наворачивать алмазные коронки и расширители специальными ключами;

· прекращать бурение и производить подъём инструмента при резком падении механической скорости, возникновении вибрации и посторонних процессов в скважине;

· обеспечивать полную герметичность всех соединений бурового снаряда во избежание утечек промывочной жидкости;

· при замене породоразрушающего инструмента следить за соответствием его диамеров.

3. Предупреждение аварий в результате прихватов бурильных колонн

Для предупреждения аварий в результате прихватов бурильных колонн необходимо:

· не допускать накопления и оседания шлама в скважине, для чего применять промывочные жидкости, соответствующие условиям бурения, в количестве, достаточном для выноса шлама;

· устраивать циркуляционную систему, обеспечивающую очистку раствора;

· проводить спуск инструмента в нижней части ствола скважины с промывкой и вращением; проводить специальную очистку скважины от шлама (при необходимости — в каждом рейсе);

· систематически осматривать бурильную колонну с целью выявления мест утечки промывочной жидкости;

· своевременно перекрывать обсадными трубами зоны неустойчивых пород и поглощений;

· подбирать промывочные жидкости, способствующие укреплению стенок скважины, и тампонажные смеси для ликвидации поглощений промывочной жидкости;

· прорабатывать ствол скважины в зоне затяжек;

· спуск и подъём в этих интервалах проводить с вращением и интенсивной промывкой растворами с пониженной водоотдачей;

· не оставлять буровой снаряд на длительное время на забое или в призабойной зоне при прекращении вращения и промывки.

Рекомендуемые мероприятия по предупреждению аварий не претендуют на исчерпывающую полноту. Необходимо регулярно проводить изучение причин аварийности и разрабатывать (дополнять) мероприятия по предупреждению аварий применительно к условиям данного месторождения.

8. Проверочные расчеты

1. Проверка мощности двигателя на бурение

Мощность двигателя, расходуемая в процессе бурения, складывается из трех основных слагаемых (все расчеты проводились на основании формул, приведенных в пособии Михайловатехническое проектирование колонкового бурения):

(9.1.1)

Где, — мощность, расходуемая на забое скважины, кВт; - мощность, расходуемая на вращение бурильных труб в скважине, кВт; - мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, кВт.

Мощность, расходуемая на забое, рассчитывается по формуле:

(9.1.2)

Где, Росевая нагрузка на коронку, даН; nчастота вращения бурового инструмента, об/мин; - средний диаметр коронки

Мощность на вращение бурильных труб в скважине складывается из — мощности на холостое вращение бурильных труб в скважине и — дополнительной мощности, затрачиваемой на вращение сжатой части бурильной колонны, которой создается осевая нагрузка на долото. Таким образом:

=+ (9.1.3)

Мощность на холостое вращение рассчитывается как:

(9.1.4)

Где, — коэффициент учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости (так как эмульсионные жидкости обладают хорошими смазывающими свойствами, то =0,8); qмасса одного погонного метра бурильных труб (q=6), кг; - радиальный зазор (расстояние между БТ и стенкой скважины), м; dнаружный диаметр бурильных труб, м; Lглубина скважины, м.

Значение может быть рассчитано по формуле СКБ ВПО «Союзгеотехника»:

(9.1.5)

Мощность расходумая в трансмиссии бурового станка СКБ-4 рассчитывается по формуле:

(9.1.6)

В результате вычислений мощности двигателя, расходуемой в процессе бурения, я обнаружил, что значение > начиная с 270 метров при заданном режиме бурения, где — максимальная мощность электродвигателя бурового станка СКБ-4 (24 кВт). А на глубине 700 метров, потребляемая мощность составила примерно в 3 раза больше максимальной мощности электродвигателя. Следовательно, необходимо снижать осевую нагрузку и частоту вращения бурового инструмента с углублением скважины, чтобы затрачиваемая мощность бурения была меньше допустимой.

Таким образом, методом подбора были подобраны значения n и Р, чтобы добиться данного условия. Результаты приведены в таблице № 9:

Таблица № 9 Параметры P, n и V, которые будут применяться при бурении данной скважины

Пример расчета:

Для глубины 270 метров, n=1300 об/мин, P=1400 даН, D=0,0118 м:

По формуле (9.1.2) рассчитываем мощность, расходуемую на забое:

4,3 (кВт)

По формуле (9.1.4) рассчитываем мощность на холостое вращение бурильных труб:

кВт

По формуле (9.1.5) рассчитываем дополнительную нагрузку:

кВт

=0,89 кВт

По формуле (9.1.6) рассчитываем нагрузку, расходуемую в трансмиссии:

=7,15 кВт

Таким образом получаем:

24,47 кВт

Полученная мощность сравнима с мощностью, выдаваемой двигателем СКБ-4.

2. Определение давления нагнетания бурового насоса

Общее потребное давление которое должен нагнетать насос:

(9.2.1)

Где ккоэффициент запаса (равен 1,3−1,5); - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, бурильных и утяжеленных трубах, МПа; - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях бурильных труб, МПа; - давление на преодоление сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины, МПа; - давление на преодоление сопротивлений в колонковом снаряде, коронке или долоте, МПа.

Давление можно рассчитать как:

(9.2.2)

Где Vскорость движения промывочной жидкости, м/с; - плотность промывочной жидкости, кг/ (1100 кг/); Lдлина бурильных труб, м; - внутренний диаметр бурильных труб; - эквивалентная длина бурильных труб, потери давления на которой приравниваются к потерям давления в УБТ, ведущей трубе, сальнике и тд, м; - коэффициент гидравлических сопротивлений канала, который рассчитывается следующим образом:

(9.2.3)

Где — коэффициент шероховатости (примем его равным м); - число Рейнольдса, определяющее характер движения жидкости/газа; в данном случае равен ,

(9.2.4)

в данном случае структурная вязкость бурового раствора (так как свойства эмульсий схожи со свойствами воды, примем ее равной).

Эквивалентную длину бурильных труб можно сосчитать следующим образом:

(9.2.5)

Где — длина шланга, м (10 м); - внутренний диаметр шланга, м (м); - длина вертлюга-сальника, м (0,3 м); - его внутренний диаметр, м (м); - длина ведущей трубы, м (6 м); - ее внутренний диаметр, м (мм).

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях бурильных труб в данном случае равно 0, так как основную часть работы бурение выполняется с соединением бурильных труб труба в трубу.

Давление на преодоление сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины рассчитывается следующим образом:

(9.2.6)

Где — средняя плотность бурового раствора со шламом; - двойной зазор между бурильными трубами и скважиной (); рассчитывается по формуле

(9.2.7)

— окружная скорость вращения колонны бурильных труб, м/с;

(9.2.8)

Давление на преодоление сопротивлений в колонковом снаряде, коронке или долоте, принимается равным 0,1−0,3 МПа.

Пример расчета:

Для расчета необходимо знать и V скорость потока. V нетрудно рассчитать зная внутренний диаметр бурильных труб и скорость подачи промывочной жидкости. Таким образом V=0,25 м/с.

Для расчета необходимо знать число Рейнольдса. По формуле (9.2.4):

Тогда по формуле (9.2.3),

По формуле (9.2.5):

(по формуле (9.2.2))

Приступим к расчету. По формуле для его расчета необходимо рассчитать. Для расчета надо знать и. Нетрудными вычислениями (исходя из частоты вращения буровой колонны N=850 об/мин) можно получить, что =2,45 м/с.

Тогда по формуле (9.2.8):

(по формуле (9.2.7))

(по формуле (9.2.6))

Примем

Тогда по формуле (9.2.1),

Таким образом, получается, что выдаваемое давление нагнетания насоса НБ-4 (6,3 МПА) достаточно для подачи промывочной жидкости в скважину с расходом 30 л/мин при глубине скважины 700 м.

3. Расчет мощности на выполнение спускоподъемных операций и определение рациональной скорости подъема инструмента

Выбор оснастки талевой системы:

Сперва, необходимо определиться с количеством подвижных ветвей каната в оснастке. Это можно сделать по формуле (9.3.1):

(9.3.1)

Где — количество ветвей в оснастке; - нагрузка на крюк при подъеме колонны бурильных труб, Н; - максимальная грузоподъемность лебедки, Н; - кпд талевой системы; грузоподъемность лебедки .

(9.3.2)

Где К=1,2; Lдлина колонны бурильных труб, м; - длинна сжатой части колонны, м; qмасса 1 м б.т.; - плотность очистного агента, кг/; - плотность материала бурильных труб, кг/; - коэффициент трения; - зенитный угол (в данном случае он равен 0, так как по заданию проектируется вертикальное бурение скважины).

(9.3.3)

Где Росевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, Н.

Имеющиеся данные:

q=6 кг/м;

К=1,2; L=700 м;

=1100 кг/;

=8000 кг/(высчитал, исходя из наружного и внешнего диаметров бурильных труб и массы их одного метра); Р=800 Н; =0,95.

Если подставить эти значения в формулы (9.3.1)-(9.3.3), то получим:

тогда:

Таким образом по формуле, получаем:

Это означает, что в талевой оснастке, для выполнения СПО, необходимо иметь два подвижных каната.

4. Расчет мощности двигателя на подъем бурового снаряда

Необходимая мощность двигателя для поднятия колонны бурильных труб рассчитывается по формуле необходимая мощность двигателя:

(9.4.1)

Где — необходимая мощность двигателя, Вт; - скорость подъема крюка, м/с; - кпд передач от двигателя до барабана лебедки (=*,=0,9, =0,95); - коэффициент перегрузки двигателей (=1,7).

рассчитывается по формуле (9.4.2) исходя из количества подвижных ветвей в системе и скорости наматывания каната на барабан:

(9.4.2)

Таким образом, при =2 м/с, получим:

Если сравнить данное значение мощности с мощностью электродвигателя СКБ-4 (24 кВт), что выбранный буровой станок не сможет поднимать колонну бурильных труб длинной 700 м со скоростью 2 м/с. Значит необходимо понизить скорость поднятия.

Если выбрать =1,6 м, то получим:

То есть скорость 1,6 м/с является предельной скоростью подъема колонны бурильных труб. Известно, скорость подъема Б.Т. регламентирована и не должна превышать 2 м/с. То есть первые 500−550 метров, можно использовать двигатель на всю мощность и получить скорость намотки 2 м/с, с целью уменьшения времени на СПО.

9. Организация буровых работ

Для быстроты выполнения поставленной задачи, необходимо определиться с количеством буровых установок. Данную работу можно выполнить за полтора месяца с учетом небольших задержек связанных с сборкой/разборкой буровой вышки, приготовлением бурового раствора и с возможными неполадками на буровой.

Допустим, что бурение идет со скоростью 500 м/станко-месяц. Тогда необходимое количество буровых установок для бурения проектируемой скважины будет рассчитываться по формуле (10.1):

(10.1)

Где Lпроектируемая глубина скважины, м; m-количество скважин; Vпроектируемая коммерческая скорость бурения, м/станко-месяц (V=500 м/станко-месяц); t-продолжительность буровых работ, месяц (t=1,5 месяца); - коэффициент использования имеющегося парка буровых установок (=0,7).

Таким образом, подставив имеющиеся значения в формулу (10.1) получаем:

Для бурения проектируемой скважины при данных условиях достаточно использовать один буровой станок.

Среднее количество бурового инструмента, необходимого для бурения скважины 700 АС 59 П 6 (89Н) 43 (73Н) 76 Т 43:

Обсадные трубы: 7−8 шт

Бурильные трубы 50 диаметра: 7−8 шт

Муфты/замки: 6 шт

Коронки типа СМ-3: не меньше 5 шт

Бурильные трубы ЛБТ 55 диаметра: 117 шт

Алмазные коронки типа К-01−1: не меньше 13

Алмазные коронки типа К-90−2: 1−2 шт

Алмазные коронки типа К-01−2: не меньше 11

Алмазные коронки типа К-01: 2−3 шт

Алмазные коронки типа К-01: не меньше 8

Рациональным графиком работы будет являться график, состоящий из трех смен, сменяющихся каждые 8 часов. В каждой смене работают 2 человека: бурильщик и его помощник.

Заключение

В данном курсовом проекте мне необходимо было продемонстрировать свои знания в области бурения на твердые полезные ископаемые и спроектировать геологоразведочную скважину глубиной 700 метров. Для выполнения поставленной задачи я пользовался дополнительной литературой, рекомендованной преподавателем. Самое главное в этой курсовой работе для меня было, это приобрести представления о том, как проектировать скважины, делать расчеты, связанные с техническими средствами оборудования для бурения, научиться правильно подбирать промывочные жидкости для пород, обладающих разными физико-механическими свойствами, а так же делать правильный выбор бурового станка, бурового насоса, талевой системы, бурильных труб и долот. Все расчеты делал сам с применением данных из учебной литературы.

1. Михайлова «Техническое проектирование колонкового бурения», издательство «Недра» 1985

2. Калинин, Ошкордин, Питерский, Соловьев «Разведочное бурение», издательство «Недра» 2000

3. www. spb-geotech.ru

4. www.rigs.pro