метод указания. Российский государственный геологоразведочный университет имени серго орджоникидзе

• Название: Российский государственный геологоразведочный университет имени серго орджоникидзе
• Анкор: метод указания
• Дата: 11.02.2022
• Размер: 1.63 Mb.
• Имя файла: Metod_ukazaniya_TPI_2 (1).doc
• Тип: Учебное пособие; #358925
• страница: 10 из 22

6. Контрольно-измерительные приборы в разведочном бурении

Для контроля параметров режима бурения может использоваться аппаратура комплексного контроля и контроля отдельных параметров.

Технические средства комплексного контроля параметров режима бурения:

- контрольно-измерительная аппаратура КУРС-613 предназначена для оснащения буровых установок УКБ-7, УКБ-8, а также бурового станка ЗИФ-1200МР. Аппаратура позволяет регистрировать нагрузку на породо-разрушающий инструмент, обеспечивать контроль механической скорости бурения, частоты вращения бурового снаряда, расхода и давления промывочной жидкости, крутящего момента на вращателе;

- контрольно-измерительная аппаратура КУРС-411 предназначена для оснащения буровой установки УКБ-5, обеспечивает визуальный контроль и регистрацию нагрузки на породоразрушающий инструмент, контроль механической скорости бурения, расхода и давления промывочной жидкости;

- универсальный регистратор РУМБ-1 предназначен для контроля и синхронной записи на одной диаграмме нагрузки на породоразрушающий инструмент, усилия на крюке, скорости бурения, крутящего момента, частоты вращения, расхода и давления промывочной жидкости. Прибором РУМБ-1 могут оснащаться установки УКБ-7 и УКБ-8.

Технические средства контроля отдельных параметров режима бурения:

- измеритель осевой нагрузки МКН-2;

- измеритель скорости бурения ИСБ;

- расходомер промывочной жидкости ЭМР-2, ЭМР-3, РПЛ-1;

- измеритель давления промывочной жидкости МИД-1;

- измеритель частоты ударов (гидроударника) И4;

- ограничитель крутящего момента ОМ-40;

- самопишущий ваттметр Н-395.

Необходимо подобрать комплекс приборов для рекомендуемого типа буровой установки.

ГЛАВА III. Технология бурения геолого-разведочных скважин

1.Выбор очистного агента

Для очистки забоя скважины от частиц выбуренной породы и выноса их на поверхность, охлаждения породоразрушающего инструмента и закрепления неустойчивых стенок скважины применяются различные очистные агенты. В качестве очистного агента, в зависимости от горно-геологических условий бурения, могут быть использованы промывочные жидкости (техническая вода, глинистые растворы, эмульсионные или полимерные растворы), газожидкостные смеси и сжатый воздух.

Производительность бурения и сохранность керна также во многом зависят от схемы циркуляции очистного агента. Существует несколько основных схем циркуляции: прямая, обратная, призабойная и комбинированная [9].

В разведочном бурении применяется большое количество промывочных жидкостей. Состав промывочных жидкостей в первую очередь определяется геолого-техническими условиями бурения скважин и требованиями к охране окружающей среды.

Техническая вода применяется при бурении устойчивых кристаллических пород с хорошим выходом керна. Это самый дешевый вид промывки, однако, при этом необходимо смазывать бурильные трубы антивибрационными смазками.

Глинистые растворы применяются для бурения осадочных, малосвязанных рыхлых пород, а также при проходке тектонических зон дробления и трещиноватых пород. В основном они используются при твердосплавном и бескерновом бурении. При бурении относительно устойчивых пород глинистые растворы могут использоваться без обработки химическими реагентами. Их технологические параметры: плотность (масса единицы объема) ρ =1,08 – 1,25 г/см³; условная вязкость (измеряется временем истечения 500 см³ раствора через трубку вискозиметра, воронка которого заполнена 700 см³ раствора) Т = 20 – 25 с; водоотдача (способность раствора отдавать воду при избыточном давлении через пористую перегородку) В₃₀ =15 – 25 см³ за 30 мин; статическое напряжение сдвига (характеризует прочность структуры глинистого раствора, образующейся за определенное время его пребывания в покое) θ =1,5 – 4 Па; содержание песка П < 4%.

В неустойчивых породах глинистые растворы подвергаются обработке реагентами-стабилизаторами.

Ингибированные растворы представляют собой известковые и гипсовые водные растворы. Они применяются при бурении неустойчивых сильно трещиноватых глинистых сланцев, алевролитов и аргиллитов. В качестве реагентов для приготовления ингибированных растоворов применяются хлористый кальций, известь, гипс и жидкое стекло.

Эмульсионные растворы представляют собой водо-маслянные эмульсии и подразделяются на эмульсионные безглинистые и эмульсионные глинистые растворы.

Эмульсионные растворы используются при высокочастотном алмазном бурении и способствуют: снижению вибрации бурильной колонны, уменьшению самозаклинивания керна и снижению затрат мощности на процесс бурения. Эмульсионные глинистые растворы также целесообразно использовать при бурении глинистых и глинисто-карбонатных пород склонных к образованию сальников на бурильных трубах.

Эмульсионные растворы готовят из концентратов (эмульсолов). Наибольшее распространение получили такие концентраты: паста кожевенная, эмульсол лесохимический ЭЛ-4, эмульсол нефтехимический ЭН-4, ленол-10, морозол-2.

Концентрация эмульсолов, как правило, составляет 1-2,5% от объема промывочной жидкости. Для улучшения стабильности эмульсионных промывочных жидкостей в их состав добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ) такие как ОП-7, ОП-10, ОП-1, «Сульфонол», «Прогресс». Содержание ПАВ должно быть 0,4 – 0,5%.

Полимерные промывочные жидкости представляют собой растворы водорастворимых полимеров: гипана; паст К-4, К-9; полиакриламида; карбоксиметилцеллюлозы; сополимера М-14 и др. Полимерные промывочные жидкости обладают вязкостными свойствами, но низкими значениями статического напряжения сдвига и водоотдачи. Они способствуют сохранению устойчивости стенок скважины при проходке довольно сложных геологических разрезов. Полимерные жидкости снижают коэффициент трения и гидродинамическое давление в кольцевом зазоре между стенками скважины и бурильными трубами, что позволяет использовать их при высокочастотном алмазном бурении и при бурении скважин снарядами со съемными керноприемниками.

Полимерные промывочные жидкости, содержащие в своем составе глину, называются полимерно-глинистыми растворами. В полимерно-глинистых растворах используются полиакриламид и его гидролизованные разновидности: РС-2, РС-4, гипан, реагент К-9, М-14 в количестве 0,05 – 0,5 %.

Эти растворы рекомендуется использовать при бурении в трещиноватых и слабоустойчивых горных породах.
Регулирование свойств буровых растворов
Для придания буровому раствору (состоящему чаще всего из глин и воды) определенных технологических свойств, отвечающих требованиям бурения в конкретных геолого-техничееских условиях в него добавляют различные химические реагенты.

Реагенты по химической природе делятся на: неорганические реагенты – электролиты и органические реагенты - защитные коллоиды.
Электролиты:

Кальцинированная сода (Na₂CO₃) применяется для уменьшения водоотдачи, толщины глинистой корки, повышения вязкости и статического напряжения сдвига глинистого раствора. Количество реагента, добавляемого в раствор, обычно составляет 5-10 кг на 1м³ раствора. Глинистый раствор, обработанный кальцинированной содой, применяется для борьбы с поглощениями и обвалами.

Каустическая сода (NaOH) по действию аналогична кальцинированной соде и применяется для приготовления углещелочного и торфощелочного реагентов.

Жидкое стекло (Na₂O nSiO₂) повышает плотность раствора, его вязкость и статическое напряжение сдвига. Количество добавляемого реагента составляет 20-50 кг на 1м³ раствора. Применяется для борьбы с поглощениями.

Поваренная соль (NaCl) повышает статическое напряжение сдвига и снижает температуру замерзания раствора. При увеличении количества добавляемой соли с 30 до 270 кг на 1м³ раствора температура его замерзания снижается от –2 до –18 °С.

Тринатрийфосфат (Na₃PO₄) снижает вязкость и повышает стабильность раствора загустевшего при разбуривании глин. Регант добавляют в количестве 0,5 кг на 1м³ раствора.

Известь (CaO) повышает вызкость, но увеличивает водоотдачу и толщину глинистой корки. Раствор, обработанный известью, применяется для борьбы с поглощениями. Реагент в количестве 30-50 кг на 1м³ раствора добавляют в виде известкового молока (при соотношении извести и воды, равном 1:3).
Защитные коллоиды:

Углещелочной (УЩР) и торфощелочной (ТЩР) реагенты получают путем воздействия каустической соды на дробленные бурый уголь и торф. Для этого их берут в определенном соотношении. Обычно 120-200 кг угля или торфа и 10-30 кг NaOH добавляются в воду и перемешиваются. Оптимальная концентрация УЩР и ТЩР в глинистом растворе составляет 15-20 % от объема раствора. Растворы, обработанные этими реагентами имеют повышенную стабильность и пониженную водоотдачу. Глинистый раствор, обработанный ТЩР, имеет повышенную вязкость и небольшую плотность, что позволяет применять его для борьбы с поглощениями.

Сульфит-спиртовая борда (ССБ) – применяется для снижения водоотдачи и регулирования вязкости раствора и повышения стабильности. Реагент применяется в виде водного раствора, содержащего 20-40 % ССБ и 3-6 % каустической соды. ССБ является исходным продуктом для получения конденсированной сульфит-спиртовой барды (КССБ), хорошо снижающей водоотдачу растворов, содержащих хлористые натрий и кальций. Оптимальная концентрация КССБ 2-5 % в пересчете на сухое вещество.

Полифенол лесохимический (ПФЛХ) – предназначен для разжижения пресных растворов. Он применяется в виде водного раствора, содержащего 5-10 % ПФЛХ и 1,5-3 % каустической соды.

Гидролизованный полиакрилонитрит (гипан) повышает термостойкость раствора и защищает его от воздействия минерализованных вод. Реагент вызывает загустевание пресных растворов и в этих условиях применяется с разжижителями. Его добавляют в количестве 0,5-2 кг на 1м³ раствора.

При разработке рецептур промывочной жидкости можно использовать классификацию химических реагентов по назначению (см. приложение № 1).
Газожидкостные смеси.

При бурении геологоразведочных скважин применяются следующие газожидкостные смеси: аэрозоли (туманы), пены и аэрированные жидкости. Области их применения можно разграничить следующим образом.

В слабосцементированных и водочувствительных глинистых породах при малых водопритоках необходимо использовать аэрозоли, а при поглощении промывочной жидкости до 5 м³/ч рекомендуется применять аэрированные жидкости, интенсивностью поглощения до 8 – 10 м³/ч – пены. Кроме того, пены необходимо применять в многолетнемерзлых породах и в безводных районах. Состав пены подбирается в зависимости от свойств проходимых горных пород и может быть рекомендован в соответствии с данными таблицы 19.10 [10]. Наиболее рациональная насосно-компрессорная схема обвязки скважины при бурении с пеной приведена на рисунке 19.10 [10].
Сжатый воздух.

Бурение с использованием сжатого воздуха целесообразно применять при проходке трещиноватых и закарстованных пород, в безводных районах и в многолетнемерзлых породах. Эффективность применения сжатого воздуха сильно снижается из-за технической возможности компрессоров (давления и расхода воздуха), а при проходке обводненных, несвязанных, сыпучих, неустойчивых и липких пород практически невозможно.
В процессе написания курсового проекта, в зависимости от физико-механических свойств горных пород и других условий бурения, необходимо выбрать тот или иной вид очистного агента (сжатых воздух, газожидкостные смеси (ГЖС), буровые растворы). Очистные агенты (промывочные жидкости) выбираются для каждого слоя разбуриваемых пород, и обосновывается их параметры: плотность, вязкость, водоотдача, статическое напряжение сдвига и др. Следует указать с помощью каких химических реагентов получена необходимая рецептура промывочной жидкости с требуемыми параметрами. Приводятся также технические средства, используемые для приготовления очистного агента.