Конструкция скважины

Курсовой проект

По дисциплине «Буровые станки и буровые установки»

Тема: Буровые станки и бурение скважин

Выполнил: студент группы РМ-12-2 ГРФ

Михалев Н.В.

Проверил: преподаватель

Григорьев Б.В.

Якутск, 2014

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………..…..3

2. Выбор способа бурения и построение конструкции скважины………..……4

3. Составление проектной конструкции скважины……………..….....................5

4. Выбор бурового оборудования и инструмента…………………………….....6

- выбор бурового инструмента………………………………………………….8

- выбор технологического инструмента………………………………………..9

- породоразрушающий инструмент……………………………………………10

- бурильные трубы………………………………………………………………11

- обсадные трубы………………………………………………………………..11

- выбор вспомогательного и аварийного инструмента………………………12

5. Выбор бурового насоса……………………………………………………………13

- технология бурения геологоразведочных скважин…………………………14

6. Мероприятия по повышению выхода керна……………………………………15

Заключение……………………………………………………………………….17

Использованная литература…………………………………………………......18

1. Введение

Разведочная скважина (разведочное бурение) - это простая по своей конструкции скважина относительно небольшого диаметра. Разведочные скважины оборудуются временными фильтрами и предназначены для вскрытия и предварительного анализа водоносной жилы. Как правило, разведочное бурение производят с таким расчетом, чтобы по возможности потом было легко изъять обсадные трубы и фильтр. В наше время, как и в более ранние времена, первичное бурение происходит практически наобум, потому что нельзя заранее предугадать, насколько результативным оно окажется. Разведочное бурение скважин практикуется достаточно долгое время, меняются только его способы и буровое оборудование, совершенствующиеся со временем.

При изучении курса «Буровые станки и буровые скважины» студенты специальности «Поиски и разведки МПИ» должны приобрести теоретические сведения и практические навыки решения задач, связанных с составлением проекта на бурение геологоразведочных скважин. Студенты должны научиться ориентироваться в различных способах бурения скважин, самостоятельно строить проектные конструкции скважин, выбирать буровое оборудование и инструмент, определять рациональную технологию бурения.

Цель курсового проекта – закрепление, обобщение знаний, полученных при изучении данного курса.

2. Выбор способа бурения и построении конструкции скважины

Выбор способа бурения

Выбор способа бурения скважин зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины, тип полезного ископаемого, физико-механические свойства горных пород.

В данном курсовом проекте необходимо составить проект бурения скважины для детальной разведки месторождения твердого полезного ископаемого. Тип полезного ископаемого приведен в контрольном задании (полезное ископаемое – предпоследний слой).

Основными физико-механическими свойствами горных пород, определяющими выбор способа и технологии бурение скважин, являются: связность, пористость, устойчивость, плотность, прочность, твердость, абразивность. Для проектирования и нормирования бурения геолого-разведочных скважин используется обобщенный показатель физико-механических свойств горных пород – буримость. Для вращательного бурения скважин в настоящее время принята классификация горных пород по буримости, включающая 12 категорий. Породы I – IV категории называются мягкими, V – VIII категории – породами средней твердости, IX – X категории – твердыми, XI – XII категории – крепкими.

Твердосплавное бурение целесообразно применять при бурении мягких и средней твердости пород до VIII категории по буримости.

Буримость – обобщенная характеристика горной породы, являющийся результирующей действия всех физико-механических свойств породы и определяющая способность породы сопротивлению внедрения в нее породоразрушающего инструмента.

Определяем буримость по шкале так как данный разрез представлен такими породами как Пески, супеси – II, выветрелые мраморы – V, гнейсы, кристаллические сланцы – VI, мрамор – V.

№ слоя	Категория буримости	Физико-механические свойства	Горные породы
Твердость, Н/мм^2	Рм
	II	100-250	-	Пески, супеси
	IV	500-1000	3,6	Выветрелые мраморы
	VI	1500-3000	1,1- 1,50	Гнейсы, кристаллические сланцы
	V	1000 – 1500	2,25	Мрамор

3. Составление проектной конструкции скважины

Конструкция – характеристика буровой скважины, определяющая ее глубину и направление, диаметр на различных интервалах глубины, количество, диаметр и глубину спуска обсадных колонн.

Исходными данными для построения проектной конструкции разведочной скважины являются: глубина и угол залегания полезного ископаемого, физико-механические свойства и горно-геологические условия залегания пород, выбранный способ бурения.

Глубина скважины приведена в контрольном задании, угол наклона скважины к горизонту принимается равным 90⁰ (скважины вертикальные).

Назначение и цель бурения скважины определяют выбор конечного диаметра и возможного способа разрушения пород забоя.

Условия сооружения скважины с учетом ее глубины и направления, прежде всего, влияют на выбор буровой установки, способ выполнения спускоподъемных операций при бурении и т. п.

Выбор конечного диаметра скважины, прежде всего, зависит от целей бурения (на твердые, жидкие, газообразные полезные ископаемые или для других целей — подземного выщелачивания, инженерной геологии и др.

Конструкция скважины

№ слоя	Геологическая колонка	Интервал	Название пород	Категория по буримости	Конструкция скважины
от	до
				Пески, супеси	II
				Выветрелые мраморы	IV
				Гнейсы, кристаллические сланцы	VI
				Мрамор	V

4. Выбор бурового оборудования и инструмента

Выбор бурового станка

Буровая установка УКБ-50/100 предназначена для бурения скважин глубиной до 50 м при конечном диаметре скважины 93 мм и до глубины 100 м при диаметре 46 мм. Разработаны две модификации установок: одна передвижная (базовая модель) для бурения на поверхности, другая для бурения из подъемных горных выработок. В состав базовой модели буровой установки входят: буровой станок 1 с приводом от электродвигателя, мачта 2 с гидроцилиндрами подъема 3. Насосная установка НБ2-63/40 имеет принадлежности для спуско-подъемных операций: труборазворот РТ-100, полуавтоматический элеватор 6, электрооборудование, укрытие 8, различный инвентарь. Все оборудование смонтировано на полозьях 9. Привод бурового станка осуществляется от двухскоростного асинхронного электродвигателя, развивающего частоту вращения 2880 и 1450 об/мин. Применение такого электродвигателя расширило диапазон частоты вращения шпинделя без усложнения конструкции бурового станка. Вращение от приводного двигателя на станок передается с помощью клиноременной передачи.

Базовая модель буровой установки УКБ-50/100.

Общий вид: 1 — станок; 2—-мачта; 3 — гидроцилиндр подъема мачты; 4 —насосная установка; 5 — труборазворот РТ-100; 6 — элеватор; 7 — плафон; 8 — укрытие; 9 — полозья; 10 — каретка; 11 — опорная стойка

Техническая характеристика УКБ 50-100

Параметры	Значения параметров
Глубина бурения, м: твердосплавными коронками алмазными коронками	50 100
Диаметр скважины, мм: начальный конечный: твердосплавными коронками алмазными коронками	93 59 46
Диаметр бурильных труб, мм
Угол наклона вращателя (от горизонтали), градус	0-360
Частота вращателя, об/мин:	60-1600
Лебедка Грузоподъемность на крюке, кН: номинальная максимальная	6,3 10
Мощность, кВт	11,0

Выбор бурового инструмента

Буровой инструмент для бурения скважин подразделяется на технологический, вспомогательный и аварийный. Технологический инструмент является основным инструментом для бурения скважин. Вспомогательный инструмент предназначен для обслуживания технологического инструмента, аварийный инструмент предназначен для ликвидации аварий при бурении.

Выбор технологического инструмента

Технологический инструмент – это инструмент, при помощи которого производится бурение скважин. К нему относятся буровой снаряд и буровой сальник. В состав бурового снаряда для колонкового бурения входят: колонковый набор, колонна бурильных труб и ведущая труба. Колонковый набор состоит из породоразрушающего инструмента (коронка), кернорвателя, колонковой трубы, переходника.

Породоразрушающий инструмент

Бурение производится колонковым снарядом (одинарным) твердосплавными коронками. Твердосплавные коронки предназначены для бурения в мягких и средней твердости породах I-VIII категории по буримости.

Для бурения мягких пород (II-IV) применяем ребристые коронки типа М5, диаметром 93 мм. Число резцов коронки М5: по торцу 10;
калибрующих 4.

Для бурения монолитных, слаботрещиноватых, малоабразивных пород (V-VI) применяем резцовые коронки типа СА5, диаметром 76 мм.

Бурильные трубы

Для данного вида бурения используются легкосплавные бурильные трубы муфтово-замкового соединения СБТМ-42.

В типовой колонковый набор входят следующие элементы: коронка, кернорватель, колонковая труба, переходник, расширитель.

Обсадные трубы

Для обсадки скважины используются обсадные трубы ниппельного соединения диаметрами 89 мм. На башмаках ступеней скважины производим цементацию.

Выбор вспомогательного и аварийного инструмента

В состав вспомогательного инструмента входят: труборазворот, элеватор, ключи для свинчивания и развинчивания бурильных труб. Для работы с буровым снарядом используются следующие инструменты:

1. Ключи шарнирные для бурильных труб.

2. Ключи шарнирные типа КШ для обсадных и колонковых груб.

3. Ключи короночные типа КК для твердосплавных и алмазных
коронок.

4. Ключи гладкозахватные типа КГ колонковых труб.

5. Ключи типа КБ для алмазных коронок и расширителей.

6. Вилки подкладные, отбойные.

7. Хомуты шарнирные. Полуавтоматические элеваторы, метчики. труборазворот, труборезы колокола, и тд.

5. Выбор бурового насоса

Для подачи промывочной жидкости в скважину применяются буровые насосы объемного действия: поршневые или плунжерные, наибольшее распространение получили при геологоразведочном бурении плунжерные насосы.

Выбор необходимого насоса производится в зависимости от глубины и типа бурового станка. Для выбранного станка подходит буровой насос НБ2-63/40.

НБ2-63/40, предназначена для вращательного разведочного бурения алмазными и твердосплавными коронками геологоразведочных, геофизических, изыскательских, технических, инъекционных вертикальных, горизонтальных или наклонных скважин глубиной до 150 метров под любым углом наклона. Установка оптимально адаптирована для работы в стеснённых условиях, тоннелях, горных проходках и на строительных площадках. Станок легко разбирается на отдельные закрытые узлы весом 40 - 50 кг, что позволяет эксплуатировать его, как снаружи, так и внутри зданий или сооружений. Широкий диапазон частоты вращения бурового инструмента позволяет использовать соответствующий породоразрушающий буровой инструмент, и тем самым обеспечивая бурение грунта любой категории. Оснащение гидросистемой с подачей инструмента на забой, регулятором скорости подачи, позволяют с успехом использовать станок в рациональном режиме бурения. Буровой 3-х плунжерный насос НБ2-63/40 обеспечивает нагнетание бурового и инъекционного раствора в скважину, поддержание выбуренной породы во взвешенном состоянии, очистку ствола шахты и забоя от шлама и охлаждение долота в процессе проведения буровых работ. Комплектация механизмами для спуска - подъема буровых и обсадных труб, а так же плунжерным насосам, способствует бурению в сложных геологических условиях, в неустойчивых, обводненных грунтах с применением обсадных труб.

Технология бурения геологоразведочных скважин

Осевая нагрузка

1. Забурка скважины на интервале 0- 15 м осуществляется ребристой коронкой типа М5 диаметром 93:

Р_ос=Р_оD=100*0,093=9,3 кН

Где, Р_о – удельная нагрузка,

D – диаметр породоразрушающего инструмента, м.

2. Интервал 15-100 м твердосплавной резцовой коронкой типа СА5
диаметром 76мм:

Р_ос=Р_оD=100*0,076=9,12 кН

Где, Р_о – удельная нагрузка,

D – диаметр породоразрушающего инструмента, м.

Частота вращения

Вычисляем по формуле:

n=60*V/π*D, об/мин, где

V- окружная скорость коронки, значение постоянного V=1,4…1,5 м/с

D – наружный диаметр коронки в м.

1. Интервал 0-15, ребристая коронка типа М5 диаметр 93 мм

n=(60*1,5)/3,14*0,093= 206,89 об/мин

2. Интервал 15-100 м твердосплавной резцовой коронкой типа СА5
диаметром 76мм

n=(60*1,5)/3,14*0,076=378,15 об/мин

Расход промывочной жидкости

Q=k*D, л/мин,

где k – расход промывочной жидкости на 1 м диаметра коронки, л/мин*м. D – диаметр коронки в м, для твердосплавного бурения,

1. Интервал 0-15м, твердосплавное бурение:

Q=k*D=1000*0,093=139,5 л/мин

2. Интервал 15-100м, твердосплавное бурение:

Q=k*D=1000*0,076=83,6 л/мин

6. Мероприятия по повышению выхода керна

При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые керн и шлам являются основными источниками информации.

Для изучения геологического строения того или иного месторождения требуется получение кернового материала в необходимом количестве и нужного качества. В процессе бурения и извлечения керн разрушается, что снижает достоверность опробования полезного ископаемого.

На выход керна оказывают отрицательное воздействие ряд факторов.

Геологические факторы:

- разрыхление или уплотнение пород;

- растворение или выщелачивание минералов;

- растепление мерзлых пород.

Технические факторы:

- деформация и механические разрушения керна;

- размывание керна;

- уменьшение диаметра керна и его прочности.

Технологические факторы:

- механическое разрушение керна за счет вибрации;

- растворение керна в промывочной жидкости;

- выпадение керна расхаживании снарядов;

- потери керна при его подъеме.

Для снижения отрицательного воздействия перечисленных факторов используется технологические мероприятия и технические средства
повышения выхода керна.

Технологические мероприятия:

- снижение частоты вращения бурового снаряда при бурении по полезному ископаемому;

- снижение расхода промывочной жидкости;

- бурение укороченными рейсами;

Заключение

По завершению изучения теоретического курса «Разведочное бурение» и написанию курсовой работы я приобрела навыки для самостоятельного решения конкретных задач по технологии и технике бурения скважин, использованию научно-технического прогресса и передового опыта в геологоразведочном деле, а также самостоятельной творческой работы с учебной, справочной и специальной научно-технической литературой.

Содержание курсового проекта приближено к реальным условиям производства, что помогает и способствует закреплению и обобщению знаний, полученных по ходу лекций и практических занятий.

Использованные литературы

1. Учебно-методическое пособие по составлению курсового проекта по дисциплине «бурение геологоразведочных скважин» Скрябин Р.М. Свешников Г.А. 2006г.

2. А.Г. Калинин, В.И. Власюк, Р.М. Скрябин, О.В. Ошкордин. Технология бурения разведочных скважин. – М.: Издательство «Техника», ТУМА ГРУПП 2004- 528с.

3. http://www.anker-pk.ru/poleznoe/klassifikatsiya_gornyh_porod_po_burimosti/

4. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1994г.

5. Воздвиженский Б.И. и др. «Разведочное бурение», М., Недра, 1979.

6. Володин Ю.И. «Основы бурения». М., Недра, 1986.

7. Козловский Е.А. и др. «Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин», т.I,II. М., Недра, 1964.

8. Сергиенко И.А., Зиненко В.П. Практикум по разведочному бурению. М., МГРИ, 1984.

9. http://lib.rushkolnik.ru/text/105/index-1.html

10. http://geofpro.com/stanki.html

Дата добавления: 2015-08-10