Сооружение и ремонт водозаборных скважин. Курсовая работа сооружение и ремонт водозаборных скважин. Курсовая работа по дисциплине Сооружение, эксплуатация и ремонт водозаборных скважин
 Скачать 131.68 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Горного дела, Геологии и Геотехнологий институт Технологии и техники разведки кафедра КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Сооружение, эксплуатация и ремонт водозаборных скважин» Руководитель __________ Попова М.С подпись, дата фамилия, инициалы Студент ЗГГ-17-02 РТ __________ Субочева У.С. группа подпись, дата фамилия, инициалы Красноярск 2022 ОглавлениеВведение 1 1Геологические и гидрогеологические вопросы бурения 3 2Выбор водоподъемного средства 4 3Размеры обсадных труб и долот 5 4Выбор конструкции скважины 7 5Выбор бурового оборудования и инструмента 10 6Предупреждение и осложнений при бурении 15 7Техника безопасности 17 Приложение 1 ГТН 20 Список литературы 21 ВВЕДЕНИЕ Пресные воды считаются ценным полезным ископаемым, который обеспечивает чистой водой население, причем они при использовании способны возобновляться. Их используют для нужд сельского хозяйства и промышленности. Сегодня массовое потребление подземных вод является главной проблемой мирового масштаба. Подземные воды составляют около 20% от мировых запасов пресной воды, и около 1% от всей гидросферы Земли, включая всю океаническую воду и ледники. Буровые скважины являются наиболее экономичными и эффективными сооружениями для добычи подземных вод. Глубина скважин на воду составляет от 10 до 1000 м и более; наиболее часто распространены скважины глубиной 100-150 м, реже — 200-300 м. Только в отдельных случаях глубина скважин на воду достигает 800-1000 м. Также при помощи буровых скважин можно получить гидрогеологические характеристики исследуемого участка, используя другие методы - геофизические, полевые, опытные и другие. К наиболее важным особенностям могут быть отнесены следующие: 1. небольшая глубина (которая определяется видом проектируемого сооружения и геологическими условиями); 2. незначительное различие в диаметрах скважин; диаметр скважин определяется только видом опробования; 3. в скважинах проводятся различные опытные работы, которые по времени бывают более продолжительные, чем сам процесс бурения; 4. по завершении работ в обязательном порядке должен производится тампонаж скважин с целью ликвидации искусственных каналов и пустот для циркуляции грунтовых вод; 5. чрезвычайное разнообразие условий бурения скважин, разбросанность объектов изысканий и др. 1 ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ БУРЕНИЯ В данном разрезе горные породы весьма малоабразивные (Ⅰ класс абразивности) и малоабразивные (Ⅱ класс абразивности). По устойчивости горных пород, имеются неустойчивые Ⅳ группа (суглинки, галечно-гравийный конгломерат), породы малоустойчивые Ⅲ группы (песчаник, глина) и среднеустойчевые Ⅱ группа (аргиллит, опока, глинистый сланец) Таблица 1 – исходные данные
Водоносный горизонт начинается на глубине 95 метров, мощность водоносного горизонта 30 метров. Породы водоносного горизонта – песок тонкозернисты с размером зерен 0,15-0,23 мм. Коэффициент фильтрации водоносного горизонта принимаем исходя из ориентировочных значений коэффициента фильтрации приведенных в таблице 2. Таблица 2 – Ориентировочные значения коэффициента фильтрации k (м/сут)
Исходя из данной таблицы, водоносный горизонт состоящий из трещиноватого песчаника соответствует мелкозернистому галечнику, поэтому коэффициент фильтрации принимает равным kф=5 (м/сут) По проектируемой скважине дебит – 10 м3/ч, статический уровень – 35 м, динамический уровень – 55 м, d10 = 0,15, d50 = 0,20, d10 = 0,23. 2 ВЫБОР ВОДОПОДЪЕМНОГО СРЕДСТВА Водоподъемное средство выбираем по заданному дебиту 10 м3/ч. Характеристика установок с центробежными насосами и погружными электродвигателями приведены в таблице 3. Таблица 3 – Характеристика установок с центробежными насосами и погружными электродвигателями
Выбираем насос – ЭЦВ-10-80. 3 РАЗМЕРЫ ОБСАДНЫХ ТРУБ И ДОЛОТ Соответственно внутренний D труб не менее 197мм. Диаметр обсадной трубы и муфты выбираем из таблицы размеров обсадных труб. Диаметр эксплуатационной колонны должен быть на 25-30 мм больше диаметра водоподъемного средства Таблица 4 – Размеры обсадных труб по ГОСТ 632-80
Наружный D обсадной трубы - 219 мм, толщина стенки – 10,2 мм D муфты - 244,5 мм Вычисляем наружный диаметр долота под эксплуатационную колону по формуле: Dд = Dм + 2∆ Где: ∆ - зазор, при Dм≤250мм ∆=20 - 25 мм Dд = 295,3мм. По диаметру соединительных муфт обсадных труб определяем диаметр долота для установки кондуктора. Выбираем диаметр долота по таблице характеристик шарошечных долот Таблица 5 – Характеристика шарошечных долот
D долота для кондуктора 393,7мм ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ 4.1Проектирование водоприемной части скважины Тип водоприемной части – с фильтром, т.к. размер кусков 0,15 – 0,23 мм. По гранулометрическому составу пород водоносного горизонта определяем тип фильтра. Т.к. водоносный горизонт состоит из тонкозернистого песка. Выбираем кожуховый гравийный фильтр из трубчатого каркаса. В трубчатых фильтрах с круглыми отверстиями диаметр последних принимается равным:  при  2, при 2,где  – размер частиц, содержание которых по массе в породе водоносного горизонта составляет 50 %; .– коэффициент неоднородности пород водоносного горизонта, который определяется по формуле : =  = 1,53 при 2,d = 2,5*0,20=0,5 мм Расстояние между отверстиями: a = 1,6*0,5=0,8 мм b = 2,5*0,5=1,25 мм Длина рабочей части фильтра определяется по формуле:  где Q – проектный дебит, м3/ч; dф – диаметр фильтра, м;  – допустимая входная скорость фильтрации воды, м/сут. Для начала находим скорость фильтрации:  где kф– коэффициент фильтрации пород водоносного пласта, м/сут .  = 111,14 м/сутlр=7,643*  = 3,13 мПринимаем глубину отстойника 5 метров. Схематическое изображение фильтра представлено ниже (рис. 1).  Рис.1 Конструкция фильтра 4.2Выбор способа бурения Водоносный горизонт находится на глубине 95 метров. Категории пород по буримости в данном разрезе от II до Ⅵ. В следствие чего, выбираем вращательный способ бурения. 4.3Определение количества обсадных колонн Согласно данному геологическому разрезу требуется две обсадные колонны. Первая – кондуктор, перекрывающая породы II - IV категории по буримости до 54 метров. Вторая – эксплуатационная колонна, включая рабочую часть фильтра и отстойник до 125 метров. Диаметры обсадных труб приведены в ГТН (приложение 1). 5 ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА 5.1 Выбор породоразрушающего инструмента. Т.к. породы в данном разрезе по категории буримости достигают шестой категории, выбираем шарошечное долото. Для пробуривания интервала 0 – 55,0 м диаметром 393,7 выбираем тип долота «М», допустимая нагрузка на долото – 470 кН; Удельная осевая нагрузка – 2,0 – 6,0 кН/см; Рекомендуемая частота вращения – 300 – 600 об/мин. Для пробуривания интервала 55,0 – 95,0 метров выбираем тип долота «С» диаметром 295,3 мм с удельной осевой нагрузкой 4,0 – 9,0 кН/см и рекомендуемой частотой вращения 180 – 420 об/мин, допустимая нагрузка на долото 400 кН. Для пробуривания интервала 95,0 – 136,0 метров выбираем долото «МС» диаметром 295,3 мм, у которого допустимая нагрузка на долото – 400 кН; удельная осевая нагрузка на долото 2,0 – 6,0; рекомендуемая частота вращения 300 – 600 об/мин. 5.2 Расчет осевой нагрузки. Расчет осевой нагрузки производится по формуле: P=P0*D Для долота «М» Ø 393,7мм P1= 2* 39,37=78,74 кН/см P2=6 * 39,37=236,22 кН/см P=78,74,,, 236,22 кН/см Для долота «С» Ø 295,3мм P1= 4* 29,53=118,12 кН/см P2=9 * 29,53=265,77 кН/см P=118,12,,, 265,77 кН/см Для долота «МС» Ø 295,3мм P1= 2* 29,53=59,06 кН/см P2=6 * 29,53=177,18 кН/см P=59,06,,, 177,18 кН/см 5.3 Выбор буровой установки Основываясь на полученные расчетные значения, выбираем буровую установку 1БА-15В с частотой вращения подходящей для данного геологического разреза 245 об/мин Таблица 6 – Технические характеристики буровой установки 1БА-15В.
5.4 Расчет подачи воды. Минимальная подача рассчитывается по формуле: Qmin=0.0785*(Dд2-dт2)*V V=0,8м/с Qmin˂ Qнасоса По буровой установки насос НБ-50, а снаряд dт = 73 мм Qmin1=0.0785*(0,39372-0,0732)*0,8=0,009 м3/с Qmin2=0.0785*(0,29532-0,0732)*0,8=0,005 м3/с Переводим м3/с в л/мин Qmin1=540 л/мин Qmin2=300 л/мин 5.5 Выбор вида и качества промывочной жидкости Исходя из того, что водоносный горизонт сложен галечно-гравийный конгломерат, принимаем для вскрытия продуктивного пласта вращательный способ бурения с прямой промывкой хлор-кальциевым раствором. Готовится на основе нормального глинисто-го раствора: 1-2% ингибитора (СаСl2) + 0,1-0,2% регу-лятора щелочности (Са(ОН)2)+5-10% ста-билизатора КССБ Раствор имеет следующие параметры: Плотность, г/см3 – 1,12 – 1,20; Вязкость, с – 20 – 25; Статическое напряжение сдвига, мгс/м2 – 100; Водоотдача, см3/30мин – 8 – 10. Данные найденные в справочных материалах и расчетные данные заносим в таблицу 7. Таблица 7 – Режимы бурения
5.6 Установка фильтра Перед спуском фильтра в скважину, пробуренную роторным способом, необходимо поработать долотом, промыть раствором с пониженными вязкостью и плотностью или водой, провести контрольный замер ее глубины. В неустойчивых породах следует поддерживать избыточное давление на пласт столбом воды не менее 3,0-1,5 м выше статического уровня. Фильтровая колонна собирается так, чтобы ее рабочая часть при установке находилась на расстоянии 0,5-1,0 м от кровли и подошвы пласта во избежание попадания размываемой породы в фильтр. При эксплуатации нескольких пластов рабочие части фильтра устанавливаются в каждом пласте и соединяются между собой трубами. На длинных (более 10 м) фильтрах для центрирования монтируются через 4-6 м направляющие фонари, которые крепятся сваркой или хомутами на отстойнике, надфильтровой трубе и рабочей части фильтра. Опускать фильтры можно на эксплуатационной колонне, выходящей к устью скважины, и впотай. При установке фильтра на эксплуатационной колонне обсадные трубы приподнимают, если они были опущены до забоя, для обнажения фильтра или совсем извлекают из скважины в зависимости от санитарно-гидрогеологических условий и требований проекта. При установке фильтра впотай на надфильтровой трубе должен быть сальник, предотвращающий вынос частиц породы через кольцевой зазор в скважину. 6 ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АВАРИЙ И ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ В процессе бурения возникают осложнения, вызванные геологическими условиями или применением неправильно подобранных технических средств и технологии. В ряде случаев такие осложнения являются причиной аварий и снижают технико-экономические показатели бурения. Необходимо стремиться к предупреждению осложнений, так как на их ликвидацию требуется значительно больше времени и средств. Часто неликвидированное вовремя осложнение усугубляется или является причиной появления новых осложнений; поэтому очень важно предупреждать их и быстро ликвидировать. Основными мерами предупреждения и ликвидации обвалов (осыпей) являются: бурение в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальный показатель фильтрации и максимально возможно высокую плотность; правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки; бурить скважины по возможности меньшего диаметра; бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера; поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с; подавать бурильную колонну на забой плавно; избегать значительных колебаний плотности бурового раствора; перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение; не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения. Основными видами аварий являются прихваты. В основном прихваты бурильных и обсадных колонн происходят по следующим причинам: Вследствие перепада давлений в скважине в проницаемых пластах и непосредственного контакта некоторой части бурильных и обсадных колонн со стенками скважины в течение определенного времени. При резком изменении гидравлического давления в скважине в результате выброса, водопроявления или поглощения бурового раствора Вследствие нарушения целостности ствола скважины, вызванного обвалом, вытеканием пород или же сужением ствола. При образовании сальников на долоте в процессе бурения или во время спуска и подъема бурильного инструмента. Вследствие заклинивания бурильной и обсадной колонн в желобах, заклинивания бурильного инструмента из-за попадания в скважину посторонних предметов, заклинивания нового долота в суженной части ствола из-за сработки по диаметру предыдущего долота. В результате оседания частиц выбуренной породы или твердой фазы глинистого раствора при прекращении циркуляции бурового раствора. При неполной циркуляции бурового раствора через долото за счет пропусков в соединениях бурильной колонны. При преждевременном схватывании цементного раствора в кольцевом пространстве при установке цементных мостов. При отключении электроэнергии или выходе из строя подъемных двигателей буровой установки. Для предупреждения прихватов необходимо: применять высококачественные глинистые растворы, дающие тонкие плотные корки на стенках скважин, снижать липкость глинистого раствора, вводить смазывающие добавки; обеспечивать максимально возможную скорость восходящего потока глинистого раствора; перед подъемом бурильной колонны промывка скважин должна производиться до полного удаления выбуренной породы и приведения параметров глинистого раствора в соответствие с указанными в ГТН; обеспечивать полную очистку глинистого раствора от обломков выбуренной породы; регулярно прорабатывать в процессе бурения зоны возможного интенсивного образования толстых корок; утяжелять глинистый раствор при вращении бурильной колонны; следить в глубоких скважинах за температурой восходящего глинистого раствора, так как резкое снижение ее свидетельствует о появлении разрыва резьбовых соединений в колонне бурильных труб выше долота; 7 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Все работы должны производиться в строгом соответствии с утверждёнными проектами и с соблюдением «Единых правил безопасности при осуществлении геологоразведочных работ». Абсолютно все рабочие, принимающие участие в буровых работах, должны в обязательном порядке пройти медосмотр, в ходе которого должны учитываться условия их работы, а также профиль их деятельности. Допускать к работе лиц, по состоянию здоровья не способных выполнять свои служебные обязанности, запрещается. К манипуляциям с буровым оборудованием, а также к обслуживанию силовых агрегатов буровых установок, насосов, электростанций и прочего бурового оборудования и инструмента не допускаются лица, не имеющие соответствующего удостоверения. Передача обслуживания и управления буровым оборудованием лицам, не имеющим на это прав, является грубым нарушением техники безопасности. Каждый рабочий должен выполнять только тот вид деятельности, по которому он прошёл обучение. Без переквалификации и прохождения инструктажа по технике безопасности его перевод в другие сферы недопустим. Прежде чем начать работу, машинист буровой установки на гусеничной базе должен проверить исправность двигателя, бурового насоса, а также всех предохранительных устройств бурового оборудования. Запрещается: запускать буровое оборудование до полного устранения неисправности; оставлять работающую буровую установку без присмотра; снимать и надевать приводной ремень без остановки двигателя; запускать буровой насос без ограждения ремня; во время работы лебёдки браться руками за канат; запускать оборудование, оставляя на валу лебёдки рукоятку ручного подъёма; запускать силовой агрегат, когда фрикцион станка включен; запускать буровое оборудование без ограждения муфты, шпинделя и других движущихся частей. Машинист, сдающий смену, должен известить обо всех обнаруженных в ходе работы неполадках принимающего машиниста. Кроме того, все неполадки должны быть отмечены буровым мастером в журнале сдачи-приёмки смены. В случае обнаружения малейшей опасности для рабочих, помощник бурового мастера или сам мастер лично обязаны незамедлительно принять меры. Если же ликвидировать опасность нет возможности, работу бурового оборудования необходимо прекратить, после чего эвакуировать персонал в безопасное место и немедленно известить начальника отряда, прораба или старшего мастера. Все члены тех. персонала должны быть укомплектованы спецодеждой и всеми необходимыми средствами защиты: касками, диэлектрическими перчатками, защитными очками, предохранительными поясами, рукавицами. Спецодежда подбирается исходя из специфики деятельности рабочего. Все металлические конструкции малогабаритной буровой установки должны быть заземлены. Все применяемые для заземления устройства должны соответствовать требованиям, выдвигаемым разделом «Электротехническое хозяйство» техники безопасности. В непосредственной близости от пусковой аппаратуры всегда должны находиться защитные средства (диэлектрические перчатки и резиновые коврики). При осуществлении бурения близ объектов, являющихся потенциальным источником угрозы для работников (высоковольтные линии электропередач, нефте- и газопроводы) должны быть приняты дополнительные меры предосторожности. Персонал должен быть в обязательном порядке предупреждён об опасности. Ключи, молотки, кувалды, ломы и другой ручной инструмент следует содержать в полной исправности. Все инструменты, оборудованные рукоятями, должны быть прочно укреплены на них. Производить работы неисправным инструментом категорически запрещается. Если рабочий инструмент применяется на высоте более 2 метров над уровнем земли, то его необходимо переносить в специальных сумках, а в процессе работы привязывать. Если того требует специфика работ, следует производить удлинение рукояток ключей. Оно может быть осуществлено посредством надевания на них бесшовных патрубков. Общая длина плеча при этом не должна превышать 2 м. Если работа проводится на высоте 2 метра от земли, то рабочие места должны быть в обязательном порядке оборудованы площадками с мостиками, иметь лестницы и перила. При осуществлении работ на высоте свыше 3 метров все рабочие должны надевать предохранительные пояса. Работать на высоте запрещается при плохих погодных условиях (ливень, гроза, порывистый ветер силой от 5 баллов, сильный снегопад). Работая на высоте, рабочим категорически воспрещается перебрасывать инструмент друг другу. По завершении смены весь вспомогательный буровой инструмент должен быть убран на место. Рабочие помещения стационарных буровых установок в обязательном порядке должны быть оборудованы противопожарным инвентарём. На всех рабочих местах должны быть вывешены таблички, предупреждающие об опасности, а также сопутствующие инструкции и знаки. На всех без исключения производственных объектах буровой вышки должны быть медицинские аптечки. Они должны содержать бинт, йод, вату и подробные инструкции по оказанию первой помощи. Посторонние лица не должны допускаться на объект. Вход во все производственные помещения (буровые установки, насосные станции, передвижные электростанции) должен осуществляться по пропускам. Запрещается допускать к выполнению работы лиц, пребывающих в нетрезвом состоянии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Башкатов Д.Н., Панков А.В., Коломиец А.М. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. – М.:Недра, 1992. – 286 c. Башкатов Д.Н., Тесля А.Г. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробовании скважин на воду. – М.: Недра, 1970 – 144 с. Бейсебаев А.М., Туекбаев., Федоров Б.В. Бурение скважин и горно-разведочные работы: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1990. – 303 с. Белицкий А.С., Дубровский В.В.. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. – М.:Недра, 1974. – 254 с. Солонин Б.Н.Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду. – М.: Недра, 1977. – 62 с. Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду: Справочник / Д.Н.Башкатов, С.Л.Драхлис, В.В.Сафонов, Г.П.Квашнин. – М.:Недра, 1988. – 268 с. Справочник по бурению скважин на воду / Д.Н.Башкатов, С.С.Сулакшин, | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||