Конспект лекций БС. 2. Конспект лекций БС. Конспект лекций по дисциплине "бурение скважин на твердые полезные ископаемые" для студентов специальности
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
Бурение с эрлифтным насосом (комплекс КОЭН ) Сущность способа состоит в нагнетании в бурильную колонну сжатого воздуха, насыщении им некоторого столба жидкости ниже статического уровня, что обеспечивает подъем уровня жидкости в трубах со сливом ее в затрубное пространство. Буровой снаряд состоит из колонны труб диаметром 50 или 60,3 мм и колонкового снаряда с внутренним шламосборником. Внутри бурильной ко- лонны закреплена полиэтиленовая трубка с перфорированным патрубком- смесителем на нижнем конце. Смеситель заглубляется на 50-100 м ниже уровня жидкости в скважине, а на расстоянии 6-8 м выше этого уровня в бу- рильных трубах имеются сливные окна. При аэрации воды в колонне выше смесителя ее уровень по закону со- общающихся сосудов (в трубах и в затрубном пространстве) поднимается, и вода сливается через окна в затрубное пространство. Преимущества бурения таким комплексом состоят в обеспечении хо- рошей сохранности керна, отсутствии осложнений при бурении в зонах ин- тенсивных поглощений, отпадает необходимость в обеспечении промывоч- ной жидкостью. Рекомендуется использовать при бурении скважин глубиной до 1200 м в различных породах, за исключением слишком липких. 13.4 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ПО ПОЛЕЗНЫМ ИСКОПАЕМЫМ Операции по отбору проб при бурении можно подразделить на следую- щие этапы: 1. Определение контакта вмещающих пород и полезного ископаемого, что является актуальным при малой мощности залежи и при бурении в усло- виях, когда получение представительной пробы требует использования специальных технических средств. Общие требования – регулярное по- полнение фактической геологической колонки в ГТП с увязкой ее с про- ектной и маркирующими горизонтами; точный замер глубины и углов ис- кривления скважины,; предупреждение буровой бригады об интервале встречи. При существенном различии в буримости вмещающих пород кровли и полезного ископаемого момент встречи фиксируется по изменению механической скорости, показаний приборов определения осевой на- грузки. В сложных условиях встреча контакта ведется при бурении укороченными рейсами (0,5-1 м). 2. Подготовка скважины и инструмента включает промывку скважины до полного удаления шлама, очистку забоя от кусков керна, очистку желоб- ной системы в случае необходимости отбора шлама на поверхности, проверку надежности бурильной колонны, подготовку специальных средств отбора керна. 3. Бурение по полезному ископаемому определяется характеристикой конкретных пород и условиями отбора керна. В крепких монолитных и слабо трещиноватых породах – бурение на режимах, обеспечивающих 46 достижение максимальной механической скорости. В крепких трещино- ватых породах – специальные снаряды и сокращенные рейсы. При буре- нии по минеральным солям – промывка насыщенными растворами соот- ветствующих солей; при бурении по угольным пластам - ограниченные частота вращения (I-II скорости) и расход жидкости при рациональной осевой нагрузке. 4. Срыв подъем керна: применение надежных устройств для заклинивания, срыва и удержания керна при транспортировании его на поверхность, изоляция столба жидкости в колонне от керноприемника (вбрасывание в колонну шарика); плавный подъем бурового снаряда и постановка на вилку. 5. Извлечение керна должно производиться с условием соблюдения со- хранности его структурно-текстурных особенностей и естественного по- рядка расположения его кусков. Технология опробования рыхлых пород Опробование рыхлых пород, сложенных мелко- и среднезернистыми песками, глинистыми песчаниками, слабосцементированными гравелитами и др., сопряжено с определенными трудностями, обусловленными размы- вом керна потоком промывочной жидкости, избирательным истиранием керна твердыми пропластками и включениями, нарушениями его естествен- ной структуры при вибрациях бурового снаряда и непредставительностью керна при его обогащении шламовым матеоиалом. Для исключения или сведения к минимуму отрицательного влияния ука- занных факторов выработаны специальные технологические приемы, ос- новные из которых сводятся к следующему. Ограничение углубки за рейс. Степень ограничения зависит от свойств и строения пород, квалификации бурильщика, применяемого оборудования и инструмента. При этом, чем крупнее зернистость, ниже связность и бури- мость пород, тем меньше должна быть углубка за рейс. При прочих равных условиях после входа коронки в пропластки более крепких пород или выхо- да из них рейс должен, как правило, прекращаться. Ограничение подачи промывочной жидкости до 10-15 л/мин. При этом требуется тщательная сборка бурильной колонны, которая бы исключала утечки промывочной жидкости. Для снижения силы трения между колонко- вой тубой и керном рекомендуется применять очистные агенты или добав- ки к ним, уменьшающие коэффициент трения. Ограничение частоты вращения до 150-200 об/мин и повышение осе- вой нагрузки до 1000 даН при достаточной соосности элементов колонко- вого набора, что способствует уменьшению вибрации и сохранению естест- венной структуры керна. Исключение циркуляции промывочной жидкости. При бурении легко размывающихся пород эффективен технологический прием, т. наз. «метод с задавленным шариком». Сущность его состоит в том, что после постановки снаряда на забой в бурильные трубы забрасывается шарик и включается буровой насос. Шарик перекрывает канал переходника над колонковой тру- 47 бой и находится под давлением до 4 МПа и после отключения насоса с по- мощью трехходового крана. В процессе бурения по мере заполнения колон- ковой трубы керном глинистый раствор продавливается к забою и предот- вращает самопроизвольную затирку керна. Углубка за рейс при этом зави- сит от глубины скважины, степени герметичности бурильной колонны и, как правило, не превышает 4,5 м при полном выходе керна. Улучшение структурных качеств промывочной жидкости. Снижение показателя фильтрации до 8-10 см 3 /30 мин, уменьшение толщины фильт- рационной корки до 1-1,5 мм и повышение вязкости до 35 с способствует сохранению естественной структуры керна, устойчивости стенок скважин, исключает пропитывание и зашламование керна. Для бурения в крупнозернистых песках, гравелитах, часто перемежаю- щихся по твердости песчано-глинистых породах, бурых углях в ПГО «Вол- ковгеология» разработан двойной колонковый снаряд ДКСВ-108/89. Основ- ная его особенность состоит в использовании новой модификации двухсту- пенчатой твердосплавной коронки с совершенной системой промывочных каналов и более концентрированным вооружением ее твердым сплавом. Общий поток промывочной жидкости при выходе из межтрубного про- странства разделяется на две части. Одна из них (большая) по специаль- ным каналам коронки отводится в затрубное пространство с выходом к за- бою, а вторая по строго ограниченному кольцевому зазору между короноч- ным кольцом и корпусом кернорвателя омывает основание столбика керна, препятствуя самозаклиниванию последнего в керноприемной трубе шламом и сохраняя его естественную структуру. По результатам использования та- ких ДКС механическая скорость бурения составила 18 м/ч; стойкость корон- ки 1-15 м; выход керна 75-80 %; углубка за рейс 3 м. 13.4 ПОРЯДОК ОТБОРА, ДОКУМЕНТАЦИИ И ХРАНЕНИЯ КЕРНА Извлечение кернаиз колонковой трубы производится в наклонном ее положении при расстоянии от пола не более 10-15 см., строго сохраняя по- рядок расположения кусков в керноприемнике. При использовании глини- стых растворов - промывка керна водой. Керн укладывается и хранится в последующем в керновых ящиках. Ширина и высота ячеек должна соответ- ствовать диаметру керна. После керна от каждого рейса устанавливается деревянная этикетка с указанием № скважины, даты, смены, интервала рейса, проходки за рейс и длины поднятого керна. На керновом ящике стрелкой указывается направление укладки керна и записывается наименование организации, участка и номер скважины. Керн, хранящийся на буровой, периодически подвергается сокращению, и сокращенный керн вывозится в кернохранилище. Собственно полезное ископаемое может парафинироваться (уголь), или керн разрезается по об- разующей для лабораторных исследований с сохранением дубликата. 14. ЛИКВИДАЦИЯ СКВАЖИН По завершению бурения скважины производятся следующие работы: Завершающие исследования и замеры: конечный каротаж с замерами параметров пространственного положения оси скважины и ее глубины; 48 Извлечение, если это предусмотрено проектом и возможно, обсадных труб; Ликвидационное тампонирование; Демонтаж оборудования; Установка репера на устье скважины; Рекультивация площади. Ликвидационное тампонирование Под ликвидационным тампонированием понимается комплекс работ по предупреждению проникновения через ствол скважины поверхностных и подземных вод и газа в горные выработки, а также по предотвращению за- грязнения водоносных горизонтов. Ликвидационному тампонированию подлежат скважины всех типов сразу же по окончании бурения или по истечению потребности в них. Выполняется в строгом соответствии с проектом, по окончании работ со- ставляется акт. Проект разрабатывается экспедицией, утверждается главным инжене- ром, на полях действующих шахт согласуется с руководством шахты. Кон- троль качества осуществляет геологическая служба геологоразведочной организации, выполнявшей бурение. Ответственность возложена на руко- водство этой организации. В зависимости от горно-геологических и гидрогеологических условий могут применяться простой и сложный способы тампонирования. Простой способ применяется в скважинах, не вскрывших горные выра- ботки, водоносные и поглощающие горизонты или когда они были изолиро- ваны до проведения ликвидационного тампонирования. Он состоит в за- полнении всего ствола скважины тампонирующей смесью. В остальных случаях применяется сложный способ, при котором допол- нительно устанавливаются разделительные изолирующие пробки. В качестве тампонирующей смеси могут применяться твердеющие (в большинстве случаев) и нетвердеющие. Твердеющие смеси готовятся на основе цемента и воды с добавлением инертных материалов (песок, мел, суглинок и др.) и, в некоторых случаях – ускорителей схватывания и других добавок. Например: Цемент: суглинок: вода : хлористый кальций с соотношением весовых частей как 1 : 0.5 : 0.6 : 0.03 и плотностью 1,91 г/ см куб. Ц : C : В = 1 : 1 : 0.8 ( 1.67); Ц : Песок : В = 1: 2 : 1 (1,95 ). Разделительные пробки – стандартные пакерные уплотнения ВИТР или ме- стного изготовления – устанавливаются: ниже зоны активного водообмена (примерно на глубинах около 300 м ) в кровле поглощающих горизонтов, в почве водонапорных горизонтов, в кровле и почве интервала полезного ископаемого: на угольных место- рождениях на расстоянии 4 m в почве пласта ( m- мощность пласта) и 40 m - в кровле. Это же относится к горным выработкам. Если расстоя- ние между угольными пластами меньше 40m пробки устанавливаются в почве каждого пласта и кровле верхнего. Интервал между пробками в 49 пределах угольных пластов заполняется бетонной смесью, а остальное - тампонирующей смесью. Доставка тампонирующей смеси производится через бурильную колонну из расчета разового заполнения скважины в интервале 50-100 м для сква- жин диаметром до 76 мм и 200-300 – свыше. Устье скважины ликвидируется следующим образом. Вокруг направления или кондуктора проходится шурф глубиной и в сечении 1м. Обсадная труба срезается ниже поверхности на 0,8 м и закрывается металлической крыш- кой с надписью № скважины, года ликвидации, аббревиатуры ГРЭ. При от- сутствии труб устье на этой глубине перекрывается бетонной плитой (0,8 на 0,8 м) с надписью, и шурф засыпается. По завершению работ производится рекультивация площади, вклю- чающая вывоз бетонных фундаментов, керна, остатков раствора; засыпку отстойников, выравнивание площадки и складированного ранее плодород- ного слоя земли. |