книги из ГПНТБ / Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие
.pdfК = |
Q |
(20) |
|
ѴНо+h |
|||
|
|
где Н0 - глубина динамического уровня от устья скважины, м; h - гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении жидкости от поглощающего пласта к устью скважи
ны, м вод.столба.
На опыте борьбы с поглощениями в Татарской АССР А.А.Гайворонский и Б.М.Шайдеров предложили разбить все виды поглоще ний на шесть категорий и рекомендовали методы их ликвидации
[8,9] . В сушествуицих методах ликвидации поглощений промы вочной жидкости наметились следушие основные направления:
1. Изменение параметров промывочной жидкости: переход о промывки водой на промывку вязкими глинистыми растворами с по ниженным удельным весом, применение специальных глинистых ра створов, обладающих повышенными тиксотропными свойствами бла годаря обработке их реагентами-структурообразователями, а так же использование аэрированных промывочных растворов или пере ход с промывки на продувку скважины воздухом в благоприятных геолого-технических условиях.
2. Изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными тампонажными растворами, па стами и быстросхватывакишмися смесями.
3. Бурение без выхода промывочной жидкости с последующим спуском колонны обсадных труб.
Для приготовления специальных глинистых растворов, обла дающих высокими вязкостью, статическим напряжением сдвига и другими структурно-механическими свойствами,используют обыч но следующие реагенты-структурообразователи: жидкое стекло в количестве 3-5% по весу от объема глинистого раствора; изве стковое молоко или негашеную известь в количестве 1-2% по ве су от объема раствора; цемент в количестве 10-12% но весу от веса глины в растворе; кальцинированную соду в количестве до 6% по весу от объема глинистого раствора и другие реагенты.
Для изоляции поглощающих горизонтов применяются специ альные гельцемеятные и быстросхватывашшеся смеси. Гедьцеыенты применяют при средней интенсивности поглощений с более иди:
— 28 ----
менее значительным снижением уровня раствора в скважине. В ка честве примера можно указать на следующие рецепты гельцементов
[2,7] . |
|
|
|
|
Цемент глиноземистый............................................................ |
|
|
100 |
кг |
Глинистый раотвор плотностью 1,05 |
т/ы3 ..................... |
60-70 |
л |
|
Начало схватывания .............................................................. |
|
|
30-60 |
мий |
Конец схватывания ................................................................ |
|
|
45-90 |
мин |
Цемент тампонажный................................................................ |
|
|
100 |
кг |
Глинистый раствор плотностью 1,05 |
т/м3 ..................... |
65 |
л |
|
Начало схватывания......................................... |
|
.................... |
7 |
ч |
Конец схватывания ........................................................................... |
|
|
9 |
ч |
Согласно другим рецептам, |
в 1 мэ глиноцементной |
смеси |
со |
|
держится тампонажного цемента |
540-900 |
кг, глинистого раствора |
0,850-0,700 м3. Потребный объем гельцемента рассчитывают, ис ходя из объема скважины на длине ее от поглощающей зоны до забоя.
При сильных и катастрофических поглощениях гельцементныесмеси не дают желаемого результата. В таких случаях применяют бнстроохватываювшеся смеси (БСС), состоящие из глинистого ра створа, тампонажного цемента, жидкого стекла, каустической со
ды* воды и других добавок |
[7,10,11] . |
|
|
|
В качестве примера приведем состав некоторых БСС [2 ,7 ,1 0 ]. |
||||
Цемент тампонажный................................ |
|
|
0,95-1,1т |
|
Глинистый раствор (плотность 1,18-1,2 т/м3, вязкость |
|
|||
18-22 сек)....................................... |
|
|
450-500 л |
|
Раствор жидкого стекла |
(плотность 1,4 |
т/м3)... |
35-120 л |
|
Раствор каустической соды (плотность 1,3 т/м3).. |
75-120 л |
|||
Вода ............................................ |
|
|
50-100 л |
|
Начало схватывания............... |
•..... |
/....... |
45^55 мин |
|
Конец схватывания.............................. |
|
|
60-115 мин |
|
Сухой тампонажный цемент,.......... |
|
0,675 |
т |
|
В о д а ......... |
|
|
450 |
л |
Порошок бентонитовый ........................... |
|
|
35 |
кг |
Жидкое стекло ............................... |
|
|
20 |
л |
Сухая каустическая оода |
........................ |
|
15 |
кг |
Начало схватывания .......... |
|
|
2 |
ч |
Конец схватывания ............................................................ |
3 ч 45 |
мин |
|
Тампонажный цемент............................................................ |
100 |
кг |
|
Глинистый раствор (плотность 1,15-1,20 |
т/м3) ___ 40—'’00 л |
||
Жидкое стекло ..................................................................... |
10-20 |
|
л |
Каустическая сода (раствор 1 :2 )................................... |
6-12 л |
||
Вода ....................................................................................... |
10-18 |
|
л |
Начало схватывания .................................... |
60-90 |
мин |
|
Конец схватывания ............................................................. |
90-150 |
|
мин |
Для ликвидации поглощений при бурении геологоразведочных скважин получили применение гипсовые тампонажные растворы с водогипсовым отношением 0,6 -0,7 [12]. Для приготовления 1 м3 гипсового раствора с водогипсовым отношением 0,6 требуется гипса 1120"кг, воды 670 л, при водогипсовом отношении 0,65 - гипса 1090 кг, воды 710 л . Регулирование сроков схватывания производится введением замедлителя схватывания (полиакрилами да или триполифосфата натрия) в количестве 0,15-0,25$ по весу от веса гипса. Гипсовые тампонажные растворы имеют малый удельный вес, легко прокачиваются насосом, имеют короткие ре гулируемые сроки схватывания. Стоимость материалов, идущих на приготовление 1 м3 гипсового раствора в 3—3,5 раза нике стоимости материалов для 1 м3 цементного раствора.
Для борьбы с поглощениями в многолетнемерзлых породах в ЛГИ были разработаны рецепты следующих быстросхватывающихся
паст. |
|
|
|
|
|
Паста 1. |
Цемент.... |
. . . 45$ |
] |
по |
сухому мате- |
|
Г и п с ......... |
. .. 1 5 $ |
[ |
||
|
Глина . . . . |
. . . 15$ |
J |
|
риалу |
Содержание |
керосина |
в пасте |
определяется |
соотношением |
К0,33,
И+ Г + Гл
где К - керосин; Ц - цемент; Г - |
гипс; Гл - |
глина. |
||
|
Начало схватывания................................. |
.~30 мин |
||
|
Конец схватывания |
.................................... |
50 мин |
|
Паста 2. |
Цемент ........... |
46,8 |
$ |
|
|
Гипс ............... |
16$ |
|
|
|
Г л и н а................. |
17,2% |
|
|
Дизельное |
топливо 20% |
|
|
Начало схватывания при t = -80°С под |
|
|
|
минерализованной водой ......................... . |
36 мин |
|
|
Конец схватывания в тех хе условиях |
100 мин |
|
Паота 3. |
Портланд-цемент (М-400) . . ................... . |
37,5 % |
|
|
Гипс ................................................................ |
|
37,5% |
|
Дизельное |
топливо ..................................... |
25% |
Паота 4. |
Гипс ........................... |
.-.................................. |
75% |
|
Дизельное |
топливо ..................................... |
25% |
Сроки схватывания при t = -5°С; |
|
||
|
Начало схватывания ...................................... |
17 мин |
|
|
Конец схватывания ........................................ |
30 мин |
Кроме того, рекомендуются пасты с инертным наполнителем:
Гипс, % |
|
Рецепт? 1 |
Рецепт 2 |
|
65 |
60 |
|
Опилки, % .............................. |
% |
... 5 |
15 |
Дизельное топливо, |
. . . 3 0 |
25 |
|
Начало схватывания, |
мин |
... 2 0 |
20 |
Конец схватывания, мин . , .. 60 |
60 |
|
Паста |
с большим содержав гем наполнителя рекомендуется , |
|
закупорки |
трещин с большим раскрытием, |
более 50 мм. |
Г л а в а п. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ СКВАЖНЫ
§ 1. Общие положения
Конструкция скважины - это характеристика буровой скважи ны, определяющая изменение ее диаметра с глубиной, а также ди аметры и длины обсадных колонн.
Основными факторами, определяющими конструкцию скважины, являются: ее целевое назначение, геолого-технические-условия, глубина бурения и требуемый конечный диаметр.
Конечный диаметр скважины должен обеспечивать необходимую достоверность опробования, а также возможность проведения гео физических, гидрогеологических и других исследований. Конечный диаметр бурения, кроме того, зависит от способа бурения и типа породоразрушапцего инструмента.
В настоящее время для разведки рудных полезных ископаемых при алмазном бурении конечный диаметр принимают равным 36,46 и 59 мм и для разведки на уголь - 59 и 76 мм. При твердосплав
ном бурении для разведки на уголь и другие полезные ископаемые, залѳгаппие в породах средней твердости, конечный диаметр корон ки принимают 93,76 и 59 мм. При дробовом бурении конечный диа метр принимают равным 110 и 91 мм.
Разведка на различные соли (каменную, калийную и др. про изводится с конечный диаметре« бурения скважины 112 и 93 мм, что связано с определенной сложностью в получении нужного объе ма керна при сохранении естественной структуры соли.
С целью разработки наиболее экономичной конструкции сква жины следует стремиться к уменьшению конечного диаметра буре ния, однако в сложных геологических условиях (наличие зон закарстованных, трещиноватых пород, зон дробления горных пород и т .п .) при недостаточной изученности геологического разреза в начальной стадии геологоразведочных работ выбранный конеч
ный диаметр рекомендуется оставлять запасным и всю конструкцию увеличивать на один диаметр. Во всех случаях нужно стремиться применять минимально допустимые диаметры скважин, так как чем меньше диаметр, тем, при прочих равных условиях, меньше ослож нений при бурении.
При разведочном бурении на твердые полезные ископаемые крепление стенок скважин обсадными трубами необходимо произво дить, с целью:
1) закрепления устья скважины для предохранения его от размыва и отвода промывочной жидкости в желобную систему
( н а п р а в л е н и е); |
— |
2) фиксации заданного направления ствола скважины и за |
|
крепления мягких, неустойчивых, |
обваливающихся пород в верхней |
части разреза, а также коренных |
отложений и многолетнемерзлых |
пород ( к о н д у к т о р ) ; 3) устранения различных геологических и технических о
нений, встречающихся или возникающих в процессе бурения скважи ны. В таких случаях производится перекрытие зон галечниковых и валунных отложений разрушенных пород, склонных к обрушению; трещиноватых и закарстованных пород, поглощающих промывочную
жидкость, т .е . тогда, когда применение только глинистых раство
ров |
не может предотвратить |
возможные осложнения ( т е х н и ч е |
||
с к а я |
к о л о н н а ) . |
|
|
|
|
Технические колонны, спускаемые в скважину после кондукто |
|||
ра, |
могут иметь выход из устья или |
спускаться .на забой без вы |
||
хода |
на поверхность, т .е . |
способом |
"впотай". Такая колонна на |
зывается потайной. Однако применение потайных колонн обсадных труб допускаетсят только в исключительных случаях, поскольку работа в такой скважине осложняется. Башмак колонны обсадных труб, особенно при алмазном бурении, должен быть зацементиро ван либо затампонирован глиной.
Разработка конструкции скважины начинается с уточнения конечного диаметра бурения, затем намечаются интервалы крепле ния стенок скважины обсадными трубами, глубины их спуска и диа метры, а также диаметры бурения по интервалам глубин.
Конструкция проектируется снизу вверх с таким расчетом, чтобы на конечной глубине скважина имела требуемый диаметр. При этом следует стремиться к выбору наиболее простой конструк ции с наименьшим количеством колонн обсадных труб с тем, чтобы снизить стоимость проходки скважины. Современная тенденция - одноступенчатая конструкция скважины. При проектировании конструкций скважины следует пользоваться табл. 7 и 8.
|
О б с а д н ы е |
т р у б ы |
|
|
|
|
|
|
|||
Наружны* диаметр, мм |
218 |
188 |
148 |
127 |
108 |
88 |
73 |
ВТ |
44 |
34 |
|
Толшхна стежки, мм |
8,0 |
7,0 |
4,50 |
420 |
425 |
4,0 |
3,75 |
3,75 |
8 2 |
8,0 |
|
Внутренне* диаметр, мм |
208 |
154 |
187 |
118 |
ЭѲ,б. |
81 |
582 |
482 |
37 |
27 |
|
Внутренний диаметр сое- |
- |
- |
135,5 п е л |
872 |
7*в |
822 |
482 |
3 3 2 |
2 3 2 |
||
дкнетелького жннпеяі,мм |
|||||||||||
Вес |
1 м обсадных труб, |
41,83 |
27,78 |
15,7 |
13,58 |
10,87 |
M S |
8,40 |
4.82 |
3 2 0 |
2,83 |
кг |
|
||||||||||
Вес |
жжпнеля, кг |
- |
- |
2,88 |
2,38 |
1.85 |
1,58 |
128 |
0,35 |
0,72 |
0,82 |
|
|
ПородоразрушапщфІ инструмент |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
К о р о к К К т в е РД О с п л а в к ы ѳ |
|
|||||||
Диаметр, мм: |
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
38 |
|
наружный |
- |
- |
151 |
132 |
112 |
88 |
'ТВ |
08 |
|||
внутренний |
- |
- |
132 |
113 |
83 |
74 |
58 |
44 |
31 |
21 |
|
|
|
|
|
К о р о в К ■ а л м а з а ы е |
|
|
|||||
Диаметр, мы: |
|
|
|
|
|
|
|
58 |
48 |
38 |
|
|
наружный |
- |
- |
- |
- |
112 |
83 |
78 |
|||
|
внутренний |
- |
- |
- |
- |
82 |
70 |
80-58 |
44-42 32-31 22 |
||
|
|
|
|
К о р. О Н te и д р *о 6 О В ы ѳ |
__ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Диаметр, мм: |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
— |
|
|
наружный |
- |
- |
ISO |
130 |
п о |
81 |
75 |
- |
||
|
внутренний |
- |
- |
120 |
105 |
88 |
08 |
80 |
“ |
” |
* |
|
|
Шарошечные долота геологоразведочного стандарта |
|
||||||||
Диаметр, мм |
|
|
1S1 |
IS2 |
112. |
S3 |
78 |
58 |
|
|
Т а б л і а а 8
Параметры спуска обспдкых труб (с учетом допускаемых отклонений)
П о х а эа т ех ж
Допустммая глубкжл спуска ОбСАДКМХ труб,
м
Просеет' 'об - садкая коловна - схваасхна',
мм
|
|
Д и ам етры |
т р у б , |
мм |
|
|
|
|
44 |
57 |
78 |
88 |
108 |
127 |
148 |
ниппельного |
1400 |
|
|
|
|
|
|
соединения |
1280 |
1300 |
1240 |
1180 |
1120 |
ИЗО |
|
беэнвппель- |
|
|
|
|
|
|
|
ного сое |
770 |
840 |
800 |
880 |
|
|
■ |
динения |
|
|
|
||||
обычный |
1,44 |
1,34 |
1,92 |
2.79 |
2,42 |
3,28 |
2,84 |
увеличенный |
- |
|
|
21,78 |
8,42 |
11,23 |
12,54 |
Просвет гмуф- |
обычный |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
20,5 |
то-с кважю за', |
увеличенный |
|
|
|
|
|
|
44,5 |
мм |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и м е ч а н и е. Термин "просвет" обозначает разницу диаметров скважины и обсадной колонны.
Допустимая глубина спуска обсадных труб определена при ко эффициенте запаса прочности 1,5 .
|
§ 2 . Примеры обоснования конструкций |
|
|
скважин |
|
П р и м е р |
1. |
|
Обосновать конструкцию разведочной скважины на рудном местом |
||
рождении. Проектируемый конечный диаметр бурения 76 мм. |
||
Геологический разрез: |
|
|
Галечно-щебенистые отложения, суглинки. |
|
|
Породы многодетнемерзлые УІ-УП категорий .. |
|
|
по буримости................... |
...................................................... |
0-55 м |
Окварцованные песчано-глинистые сланцы |
|
|
ІХ-Х категорий по буримости................. ...................... |
55-385 м |
|
Рудная зона ІХ-Х категорий по буримости ............... |
385-390 м |
|
Окварцованные песчано-глинистые сланцы |
|
|
X категории по |
буримости .............................................. |
390-420 м |
Первоначально на основании геологического разреза следует |
||
установить минимально необходимое количество колонн обсадных |
||
труб. В данном случае требуется установить две |
колонны обсадных |
I |
0 Щ8 |
QÜS |
Щ5 |
SI |
0112
\
/ 3-5м
093
\ 076 56-57M т ■
1
1
1
1
1
1
1
1 vj
420M
073
///К 5
0 76
S 046 6-8M T
a)
415
Рис. 1. Схемы конструкции скважин
|
|
0 §9 |
J S |
_ 73 |
// |
99,5 |
V8I |
081 |
®65,5 |
|
|
|
|
|
|
0112 |
093 |
|
|
|
'I |
|
»1 |
|
|
|
3-5M |
|
|
|
3-5м |
|
076 |
|
|
|
|
|
|
|
|
059 |
|
059 |
|
72-73М 1 |
'■ 72-73M t |
||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
'> |
ѵі |
|
650м |
|
650м |
|
||
0127 0108 089 |
|
|
01321
5M
0112y
160M
0 9 3
\
700M
6)
si
1600M
\
—36 —
труб: направление на глубину 3-5 ы для закрепления устья сква жины (направление должно быть зацементировано) и кондуктор на глубину 56-57 м для перекрытия неустойчивых многолетнемерзлых пород. Интервал от башмака кондуктора до конечной глубины мо жет быть пройден без крепления обсадными трубами. При заданном конечном диаметре бурения 76 нм кондуктор должен быть из обсад^ них труб диаметром 89 мм. Интервал бурения под кондуктор от 3-5 до 56-57 м необходимо проходить коронками диаметром 93 мм.
Направление должно .быть из труб диаметром 108 мм. При проекти ровании скважины, проводимой с целью предварительной разведки, предпочтительнее взять больший диаметр направления на случай возможных осложнений, при детальной разведке нужно остановить ся на обсадных трубах диаметром 108 мм. Бурение скважины под направление должно осуществляться породоразрушапцим инструмен том диаметром 112 мм или 131 мм. В результате получим конструк цию скважин, которая схематично изображена на рио.І, I .
П р и м е р |
2. |
Составить конструкцию окважины, проводимой о целью деталь ной разведки месторождения апатито-нефелиновых руд. Конечный
диаметр бурения 59 мм. |
|
Геологический разрез: |
|
Моренные отложения УП категории по буриыооти |
.............р-70 м |
Ювжт массивный И категории по буримости ................... |
70-120 !м |
Уртнт трахитоидный IX категории .................................... |
120-240 ы |
Ийолит трахитоидный ІХ-Х категорий ............................. |
240-350 м |
Рудная зона (сфено-апатитовые, апатито-нефе |
|
линовые руды, апатитовая брекчия, апатитовые |
|
уртитн, масоивные уртнтн) ................................................ |
350-600 м |
Уртиты массивные ..................... ....................................... |
600-650'м |
В проектируемой скважине следует предусмотреть крепление только устья скважины и моренных отложений, остальная часть скважины может быть пройдена без крепления стенок обсадными - трубами. Таким образом, первая обсадная колонна - направление - должна быть установлена на глубину 3-5 ы, следующая колонна должна перекрыть моренные отложения, ее следует спустить до глубины 72-73 м. Направление должно быть зацементировано, баш-