Часть 1 оптимизация процессов бурения лекция 1. Бурение – объект оптимизации

Под бурением скважин подразумевается не только процесс разрушения горных пород породоразрушающим инструментом, но и ряд сопутствующих видов работ:

– проектирование;

– монтаж и демонтаж оборудования;

– крепление скважины;

– специальные работы;

– вспомогательные операции;

– ликвидация осложнений и аварий;

– ликвидация скважин;

– рекультивация земель и природоохранные мероприятия.

Каждый из названных видов работ весьма специфичен и требует индивидуальный подход, анализ и формулировку цели их проведения. При этом все вышеназванные работы должны быть выполнены оптимальным образом.

Проектирование работ базируется на целевом задании и характеристике горно-геологических условий участка работ.

1.1 Требование к целевому заданию на бурение скважины

Рассмотрим целевое задание на сооружение скважины. Оно должно включать конкретные требования:

– к конечному диаметру керна в зоне полезного ископаемого и диаметру ствола скважины при сооружении скважин на воду, нефть и газ;

– к качеству и количеству кернового материала;

– к особенностям опробования пород продуктивных пластов по мере углубки скважины.

Необходимо отметить, что в целом ряде случаев (например, хорошая изученность геологического строения) можно отказаться частично или даже полностью от отбора керна до встречи полезного ископаемого и использовать инструмент для бескернового бурения, тем самым повысить производительность и снизить стоимость работ.

В настоящее время регламентированы оптимальные конечные диаметры керна и бурения при разведке различных полезных ископаемых (табл. 1.1), которые, как следует из данных таблицы, зависят от генетического типа месторождения и промышленного типа руд.

В случае невозможности получения кернового материала требуемого качества обычными одинарными колонковыми снарядами приходится переходить на применение двойных колонковых снарядов и рекомендуемый конечный диаметр бурения (столбец 3, табл. 1.1) увеличивается.

Таблица 1.1 – Рекомендуемые минимальные диаметры керна и бурения, мм

Генетические типы месторождений и главные промышленные типы руд	Минимальный диаметр керна, мм	Минимальный диаметр бурения, мм
Собственно магматические: Хромитовые; титано-магнетитовые; медно-никелевые; редкометальные.	22 32 32–42 32	36 46 46–59 46
Пегматитовые месторождения: редкометальные.	42–60	59–76
Контактно-метасоматические (скарновые) месторождения: железные; вольфрамо-малибденовые; медные; руды металлов золота, цинка, свинца.	32 32–60 32 32	46 46–76 46 46
Гидротермальные месторождения: медиопорфировые; колчедановые; медистые песчаники; сидоритовые; вольфрамо-малибденовые; свинцовые; свинцово-цинковые; ртутные, мышьяковые.	42 32 22 22 32–60 32–42 32–42 60	59 46 36 36 46–76 46–76 46–59 76 36-46
Метаморфогенные месторождения: железистые кварциты.	32	46
Осадочные месторождения: угля; известняков; песков строительных.	32 32 32–60	46 46 46–76
Россыпные месторождения: золота; олова.	42–60 32–60	59–76 46–76

При пересечении рудных тел малой мощности может не выполняться требование получения пробы полезного ископаемого с необходимой массой. В этом случае также придется предусмотреть увеличение конечного диаметра бурения.

На стадии отбора технологических проб требования к минимальным диаметрам керна существенно выше требований, приведенных в табл. 1.1.

Минимальные диаметры скважин в зависимости от габаритных размеров применяемой геофизической скважинной аппаратуры приведены в табл. 1.2.

При бурении скважин на нефть и газ обычно задаются диаметром эксплуатационной колонны (168, 146 мм.). Следует отметить, что за рубежом широко используются эксплуатационные колонны меньшего диаметра. Конечный размер бурения определяется с учетом конструкции призабойной зоны.

Конечный диаметр разведочных скважин определяется условиями качественного опробования полезного ископаемого (получение кондиционного керна, запроектированного дебита и др.).

Таблица 1.2 – Минимальные размеры геофизической аппаратуры и диаметры скважин, мм

Вид исследований	Наружный диаметр аппаратуры, мм	Диаметр скважины, мм
Электрические исследования (КС, ПС, БКС и др)	36–40	46
Ядерно-физические исследования (ГК, ГГК, ННК, НГК и др) Инклинометрия Кавернометрия Кернометрия Магнитометрия Термометрия Резистивеметрия Расходометрия	28–70 28–70 60–70 57–73 36–40 36 60 42	36–76 36–76 76 59–76 46 46 76 46

Конечный диаметр водозаборных скважин определяется из условий получения заданного дебита:

Q=(L.D)/,

(1.1)

где Q – проектный дебит, м³/час; L – длина водозаборной части, м ; D – диаметр фильтра или открытого ствола скважины, мм;  - коэффициент, учитывающий фильтрационные характеристики водовмещающих пород,  = 30–70.