Глава 6. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ

6.1. Этапы разработки технологии бурения

6.2. Типизация горно-геологических условий

6.2.1. Определение физико-механических свойств горных пород

6.2.2. Оценка степени трещиноватости горных пород

6.2.3. Оценка степени устойчивости горных пород в стенках скважины

6.3. Выбор способа бурения

6.4. Проектирование конструкции скважины

6.5. Выбор бурового оборудования и инструмента

6.6. Методика выбора режима бурения

6.7. Методика оценки качества буровых работ

6.7.1. Элементы качества бурения

6.7.2. Методика общей оценки качества бурения

6.7.3. Методика количественной оценки элементов качества бурения

6.8. Компьютеризация обработки информации при бурении скважин

6.8.1. Характеристика потоков информации

6.8.2. Пакет программ «АРМ – технолог»

6.8.3. Пакет программ «Инфо-скважина»

Список подрисуночных подписей к главе 6 «Методика разработки технологии бурения»

Рис 1. Схема разработки технологии бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые.

Рис. 2. Схема выбора бурового оборудования и инструмента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ к главе 6

1. Васильев В.И., Пономарев П.П. Принципы разработки технологии бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые. – Методика и техника разведки, 1979, № 129, с. 5-9.

2. Пономарев П.П., Васильев В.И. Технология алмазного бурения. Текст лекций. Л., изд. ЛГИ, 1989, 47 с.

3. Пономарев П.П., Оношко Ю.А., Бухарев Н.Н. Инструмент для алмазного бурения геологоразведочных скважин. (Конструкция и технология применения). Л., Недра, 1981, 137 с.

4. Пономарев П.П. Разработка критериев оценки трещиноватости горных пород при алмазном бурении. – В сб.: Методика и техника разведки, Л., ВИТР, 1977, № 114, с. 5-9.

5. Власюк В.И., Кардыш В.Г. Научно-техническое обеспечение качества геологической информации. – Разведка и охрана недр, 1997, № 2, с.22-24.

6. Морозов Ю.Т., Блинов Г.А., Гореликов В.Г., Пономарев П.П. О разработке требований к результатам и качеству геологоразведочного бурения на твердые полезные ископаемые. (Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции 22-24.11.1994 г.) – Томск, Изд. ТГУ, 1994, с.36-37.

7. Ребрик Б.М., Калиничев В.Н. Количественная оценка качества разведочного бурения. – Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1997, № 2.

8. Ребрик Б.М., Калиничев В.Н. Качество бурения разведочных и инженерно-геологических скважин. Обзор. – М., «Геоинформмарк», 1997.

9. Методы оценки и определения технического уровня буровой геологоразведочной техники/ Е.А.Козловский, Б.М.Ребик, С.Ю.Некоз и др. Обзор. – М., «Геоинформмарк», 1994, вып.4.

10. Рекомендации по определению технического уровня буровой геологоразведочной техники/ Е.А.Козловский, Б.М.Ребрик, Е.И.Сударкин и др. – М., «Геоинформмарк», 1996.

11. Козловский Е.А. Оптимизация процесса разведочного бурения. – М., Недра, 1975.

12. Козловский Е.А., Гафиятуллин Р.Х. Автоматизация процесса геологоразведочного бурения. – М., Недра, 1977.

13. Козловский Е.А., Комаров М.А. Кибернетика в бурении. – М., Недра, 1979.

14. Яковлев Ю.П., Блинов Г.А. О методике оценки уровня экологичности технологий бурения скважин. – В сб.: Методика и техника разведки, № 4 (142) – СПб, ВИТР, 1995.

15. Технология бурения скважин гидрофицированными буровыми агрегатами АБ-2 и АБ-5 (Инструктивные указания./ А.И.Кукес, Г.А.Блинов, П.П.Пономарев, В.И.Васильев и др. – СПб, ВИТР, 1998.

16. Афанасьев И.С., Блинов Г.А., Васильев В.И. Исследования и разработки ВИТРа в области компьютеризации технологии буровых работ. – В сб.: Методика и техника разведки, № 7 (145). – СПб., ВИТР, 1998, с. 31-41.

    ГЛАВА 6. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ

6.1. Этапы разработки технологии бурения

Решение комплекса задач по оперативной оценке горно-геологических ситуаций на разведуемом месторождении, выбору способа бурения скважины, бурового инструмента и оборудования, средств отбора керна и т.п. составляет основу при разработке технологии бурения геологоразведочных скважин в конкретных условиях. Выделяется шесть самостоятельных, но и взаимосвязанных этапов разработки технологии бурения скважин на любом месторождении:

1. Типизация горно-геологических условий бурения на объекте работ;

2. Выбор способа бурения и проектирование конструкции скважин;

3. Выбор инструмента и оборудования;

4. Разработка технологических режимов бурения;

5. Совершенствование разработанного технологического процесса и, в том числе, оптимизация процесса бурения;

6. Оценка качества и результативности разработанной технологии бурения скважин.

К разработке технологии бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые приступают на основании геологического задания, которое содержит оценку геологической ситуации, целевое назначение скважин, вид полезного ископаемого, проектируемую глубину, частоту разведочной сети и прочие сведения. Эти данные учитываются на всех стадиях разработки технологии на месторождении [1-4, 9-13].

Большое разнообразие горно-геологических и технических условий, в которых необходимо проводить буровые работы, требуют от специалиста-технолога в каждом конкретном случае индивидуального подхода к решению задач технологического характера.

Общая схема разработки технологии бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые, основанная на результатах многолетних исследований научно-исследовательских (ВИТР, СКБ) и производственных организаций, показана на рис. 6.1.

Одним из основных и важнейших элементов в представленной схеме является типизация горно-геологических условий, в которых должно проводиться бурение. Поэтому сразу после оценки геологической ситуации месторождения и

Р ис.6.1. Схема разработки технологии геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые

определения целевого назначения скважин переходят к типизации горно-геологических условий бурения; при этом определяются:

1. Физико-механические свойства горных пород, слагающих месторождение (по ОСТ 41-89-74):

• твердость F_д;

• абразивность К_абр;

• объединенный показатель _м, связывающий твердость и абразивность; по этому показателю устанавливается категория пород по буримости, а породы (или их комплексы) относятся к определенной группе (I – IV).

2. Степень трещиноватости пород по одному из показателей или по их сочетанию (удельная кусокватость керна К_уд, выход керна В_к) и устанавливается группа пород по трещиноватости (1-5).

3. Степень устойчивости пород в скважине (1-4 группы).

После типизации условий выбирается способ бурения с учетом целевого назначения скважин и установленных групп горных пород.

Конструкция скважины проектируется в соответствии с геологическим заданием, видом полезного ископаемого и требованиями к опробованию, наличием геофизической аппаратуры и учетом степени устойчивости пород по всей длине ствола скважины, определяется минимальный диаметр бурения конечных интервалов скважины, число обсадных колонн и другие параметры конструкции.

Производится выбор:

• продоразрушающего инструмента;

• колонкового набора;

• бурильной колонны;

• буровой установки;

• технологического и вспомогательного инструмента.

Разрабатывается технологический режим бурения, который совершенствуется в ходе работ путем:

• оптимизации параметров режима бурения;

• проведения технологических мероприятий по профилактике и устранению осложнений в скважине;

• выбора средств автоматизации и контроля за процессом углубки.

Производится качественная и технико-экономическая оценка применения разработанной технологии бурения в конкретных условиях.

2. Типизация горно-геологических условий

Оптимальные процессы бурения и достигаемые качественные экономические результаты должны быть увязаны с типизированными геолого-техническими условиями работ, что обеспечивает возможность систематизации исходных данных для оптимизации бурения.

Сопоставлением априорных сведений о новом геологическом объекте с имеющейся информацией о процессах бурения в аналогичных типизированных условиях решаются практически все задачи проектирования технологии буровых работ. При этом под термином «типизация» понимается систематизация, осуществляемая на основании сходства или различия признаков объектов исследования. Формы типизации (систематика, классификация, таксономия) отличаются целью и степенью обобщения характеризуемых признаков и объектов, наличием структурных связей между выделенными типами (классами) и применением количественных оценок для разделения типов (классов).

Логические формы типизации развиваются от описательных характеристик различных объектов к выделению из них типового объекта как представителя всего множества объектов, отражающего результат систематизации и обобщения существенных характеристик исследуемого множества объектов.

При типизации горно-геологических условий бурения скважин для обеспечения задач выбора породоразрушающих инструментов, способов и параметров режима бурения требуется уточнение границ эффективного применения различных классификаций пород по физико-механическим свойствам и совершенствование методов прогнозирования показателей бурения.

Основными объектами исследований при типизации условий бурения на геологическом объекте являются буримость горных пород, их трещиноватость и степень устойчивости пород в стенках скважины.

6.2.1. Определение физико-механических свойств горных пород

При вращательном колонковом бурении среди физико-механических свойств пород наибольшее значение имеют твердость и абразивность. Твердость характеризуется коэффициентом динамической прочности F_д, абразивность – коэффициентом абразивности К_абр. Обе величины характеризуют буримость пород объединенным показателем .

Коэффициенты динамической прочности и абразивности рекомендуется определять по ОСТ 41-89-74.

В табл. 6.1. приведена шкала категории пород по буримости для разных значений объединенного показателя.

При отсутствии приборов для определения F_д и К_абр для предварительного суждения о свойствах пород можно воспользоваться данными табл. 6.2., где приведены показатели для основных разновидностей (групп) пород, принятой в геологоразведочном бурении классификации горных пород.

6.2.2. Оценка степени трещиноватости горных пород

Совокупность трещин, разбивающих массивы пород, называют трещиноватостью горных пород. Степень трещиноватости вместе с другими тектоническими нарушениями характеризует структуру массива пород, ее пространтсвенную неоднородность и анизотропность свойств, влияет на прочность и устойчивость пород (деформируемость, водопроницаемость, влагоемкость, сейсмостойкость, твердость, буримость).

Критерием количественной оценки степени трещиноватости выбирают показатели, учитывающие размеры и густоту трещин; различают три вида показателей:

- линейные (количество и размеры трещин на единицу длины обнажения, горной выработки, скважины);

- распределенные по площади (количество, размеры и раскрытость трещин на единицу площади);

- объемные (количество, площадь стенок и объем трещин на единицу объема породы).

По исследованиям ВИТРа наиболее полно трещиноватость проявляется в степени раздробленности керна на столбики и обломки. Показателем раздробленности может служить величина удельной кусковатости К_уд (число кусков, обломков или столбиков на 1 м выхода керна). Чем выше выход керна, тем достовернее оценка трещиноватости породы по удельной кусковатости керна. Этот показатель отражает истинную трещиноватость породы в массиве и меньше зависит от технологии бурения, чем такой показатель, как выход керна В_к. Между удельной

Таблица 6.1 - Шкала для определения категории пород по буримости

Показатель м	Категория по буримости	Показатель м	Категория по буримости
2,0 – 3,0	III	15,2 – 22,7	VIII
3,1 – 4,5	IV	22,8 – 34,1	IX
4,6 – 6,7	V	34,2 – 51,2	X
6,8 – 10,1	VI	51,3 – 76,8	XI
10,2 – 15,1	VII	76,9 –115,2	XII

Таблица 6.2 - Типизация пород по буримости

Группа пород по буримости	Характеристика групп пород	Показатель м	Категория по буримости
I	В высшей степени твердые	51,0 – 115,0	XI – XII
II	Очень твердые и твердые	15,0 – 51,0	VIII – X
III	Средней твердости	6,8 – 15,0	VI – VII
IV	Малой твердости	3,0 – 6,8	IV – V
V	Мягкие (рыхлые, сыпучие, размываемые, плывучие)	1,0 – 3,0	I – III

кусковатостью керна и основными показателями бурения существует корреляционная связь, коэффициенты которой находятся в пределах 0,71 - 0,96.

Приближенно трещиноватость пород можно оценивать по выходу керна, который, однако, не является показателем, характеризующим только трещиноватость породы. Поэтому за основной критерий, позволяющий оценивать степень трещиноватости пород при бурении, принята удельная кусковатость керна, в качестве косвенного - выход керна.

Для более точного определения степени трещиноватости породы (например, при экспериментальных исследованиях) используется еще один дополнительный критерий - показатель трещиноватости породы W, который вместе с величиной удельной кусковатости керна позволяет более точно оценивать нарушенность горных пород, их структурные и текстурные особенности:

ед/об.,

где W - показатель трещиноватости породы, определяющий среднее количество трещин, встречаемых коронкой за один ее оборот, ед/об; D_К - диаметр керна, м; К_уд - удельная кусковатость керна, шт/м;  - опытный коэффициент, учитывающий степень вторичного дробления породы; для расчетов среднее значение этого показателя может быть принято равным 0,7;  - угол встречи плоскости трещины с осью скважины в градусах.

Применение перечисленных критериев позволяет получить достаточно полную характеристику трещиноватости пород геологического объекта. Классификация пород по трещиноватости применительно к вращательному колонковому бурению приведена в табл. 6.3.