КУРСОВЕ ТА ДИПЛОМНЕ ПРОЕКТУВАННЯ БУРОВИХ РОБІТ

В вугільних пластах, що містять метан, застосовують керногазонабірники (КГН), що дозволяють, окрім керна, відбирати пробу газу. В Донбасі застосовують КГН КА-61 конструкції Алексеєнко і ДКС-76-ІМР. Якщо буріння ведуть комплексом КССК, то застосовується знімний керногазонабірник КГНС.

Режим буріння снарядами зі штампом по вугіллю: осьове навантаження 5—7кН, частота обертання — 130—150 об /хвил., подача рідини 60—80 л/хвил.

При перебурюванні солі потрібно обмежити подачу промивальної рідини і застосо-вувати спеціальний її склад (водно-сольові розчини). Можна використати будь-які ТДН з твердосплавними коронками.

Якщо корисна копалина або інша порода, що підлягає випробовуванню, відноситься до п'я- тої групи, то для отримання керна при обертальному способі руйнування слід або повністю відмовитися від промивання (буріння "в суху"), або обмежити потік промивальної рідини (безнасосне буріння, здійснюване шляхом расходжування снаряду).

Ефект дасть відмова від відбирання проб обертальним способом і застосування вдавлюємих грунтоносів і забивних систем. Проби незв'язних пісків відбираються желонками.

Опис конструкцій подвійних колонкових труб і снарядів є в технічній літературі [28, 36, 37, 39]. Якщо по даним практики використовується інша конструкція, то в тексті проекту треба навести її схему і дати стислий опис принципу роботи.

При необхідності в даному розділі проекту призводять відомості про плануємі міри і обсяги додаткового випробовування стінок свердловини, відбору проб шламу. Описується технологія цих робіт [28, 37, 39, 43].

4.8. Технологія буріння в складних умовах

До зон складних умов буріння відносяться крупноуламкові гравійні, галечні, валунні відкладення, пливуни, винятково сильнотріщинуваті поріди, здимаючі поріди, зони впливу гірничих виробок, що зумовлюють, сильну тріщинуватість, вивали порід і провали інструменту, зони одвічної мерзлоти. Буріння в зонах з сильною тріщинуватістю може супроводжуватися поглинанням промивальної рідини.

Для буріння по складним зонам в проекті повинні бути окремо вирішені питання вибору породоруйнувального інструменту, складу бурового снаряду, порядку ізоляції зон, технології заглиблення свердловини. Вибирається технологічний режим буріння в порівнянні з звичайними режимами, в тому числі тип і властивості промивальної рідини.

Дані про буріння в складних умовах в технічній літературі [20] стосуються приватних умов (наприклад, буріння в мерзлих породах, у валунних відкладеннях). Студентам реко-мендується користуватися досвідом бази практики і рекомендаціями табл. 60, на основі яких приймаються конкретні проектні рішення про типорозміри породоруйнувального інстру-менту, склад снаряду, величини параметрів режиму буріння.

4.9. Розробка геолого-технічного проекту свердловини

При розробці геолого-технічного проекту ( ГТП ) студенти звичайно використовують проект, що застосовується на базі практики. Але ці проекти в повному вигляді не можуть бути використані в курсовому і дипломному проектуванні, так як в них будуть відсутні такі визначальні характеристики порід, як ступінь абразивності, групи по тріщинуватості, стійкості, складнощі відбору керна. Немає в них відомостей про режим підйому бурового снаряду, його склад і інших відомостей, що обов'язкові для навчальних проектів.

Тому, використовуючи в якості основи ГТП з виробництва, студентам рекомендується розробляти ГТП по формам цього посібника, наведеним в додатку 7. Окремі форми рекомендуються для буріння свердловин на руду, на вугілля і на воду.

При курсовому проектуванні розробляється ГТП на буріння конкретної свердловини, при дипломному — типовий ГТП на групу свердловин. В останньому випадку для ГТП приймається середня глибина свердловини по групі.

30

Якщо ГТП для курсового проекту розробляється не по даним практики, а по заданому розрізу, можна дати наступні практичні ради по оцінці властивостей порід.

При визначенні категорії порід треба проглянути в класифікації всі категорії з початку появи назви породи в переліку, інакше неминуче небажане "заниження" категорії. Не можуть серед скельних порід знаходитися поріди пухкого комплексу І—ІV категорій. При встановленні абразивності порід вищі групи V—VІ встановлюються тільки для порід XІ—XІІ категорій. Оскільки в літературі відсутня ув'язка породоруйнувального інструменту, що застосовується, з конкретною групою по абразивності, рекомендується умовно прийняти, що поріди І—ІІІ груп по абразивності є малоабразивними, ІV — VІ — абразивними.

Повинні бути виділені (відкреслені) межі між різними властивостями порід (см. зразок ГТП буріння на руду). В виділених межах номер категорії або групи пишеться один раз. Також відділяють рисою різні параметри режиму буріння.

Режими буріння повинні вибиратися для кожного типу і розміру коронки для кожного шару поріди, а всередині шару — для різних умов по абразивності і тріщинуватості в відповідності з рекомендаціями, наведеними в відповідних параграфах нинішнього посібника.

Режим буріння повинен бути ув'язаний зі зміною властивостей порід. Наприклад, не повинні бути однаковими осьові навантаження, якщо категорії порід різні. Хоча б один параметр режиму повинен бути змінений, якщо змінилося одне або більш властивостей порід. Особлива увагу слід приділити режиму в зонах зі складними умовами буріння. В цих зонах звичайно різко збільшується тріщинуватість порід.

Якщо розріз характеризується частою переміжаємістю порід, наприклад, на вугільних родовищах, то допускається не писати властивості порід і режими буріння для кожного шару, а дати загальні дані для кожного вигляду порід з урахуванням типу і діаметру породоруйнувального інструменту (див. зразок ГТП для вугільних родовищ). Часто вини-кають трудності з побудовою на ГТП колонки порід з-за того, що його треба розмістити на стандартному листі паперу для креслення. Допускається в цьому випадку розмістити суворо в масштабі тільки вугільні пласти і маркируючі стратиграфічі шари, а в проміжках помістити в довільному масштабі декілька шарів тих порід, що в них присутні.

Якщо в свердловині проектується буріння з розширенням під обсадні колони, то це повинно бути відбито в ГТП (показано на конструкції, наведені тип доліт або розширювачів і режими буріння).

31

Глава 5. СПЕЦІАЛЬНІ РОБОТИ В СВЕРДЛОВИНАХ

5.1. Гідрогеологічні дослідження і роботи

Основне призначення гідрогелогічних досліджень в свердловині — визначити наявність та характер проникнення водоносних горизонтів в перебурюємому геологічному розрізі. В процесі буріння геологорозвідувальних свердловин такі дослідження мають загальний характер, вони є підставою для постановки спеціальних робіт з метою детального вивчення водоносного інтервалу, якщо таке вивчення вимагається.

При бурінні свердловин на тверді корисні копалини виконуються спостереження за рівнем рідини в свердловині після підйому бурового снаряду, а також за виходом промивальної рідини із свердловини. Втрати промивальної рідини (повна або часткова) свідоцтвує про вскриття поглинаючої водопроникної зони. Про це ж свідоцтвує і наявність різниці між рівнями рідини в свердловині, виміряними після підйому та перед спуском бурового снаряду. Величина цих рівнів в поєднанні з глибиною свердловини, на якій виявилась різниця дає уяву про пластовий тиск.

Якщо умови розвідки жадають більш детальних даних про проникнені зони, слід передбачити розходометрію поглинаючих інтервалів. Розходометрію обов'язково проводять для отримання вхідних матеріалів з метою оцінки зони поглинання при виборі засобу боротьби з втратами промивальної рідини.

При обертальному бурінні гідрогеологічних свердловин виконуються додаткові спостереження за станом керна, а при безкерновому бурінні необхідно в передбачуваних водоносних горизонтах відбирати проби керна колонковими снарядами. При вскритті водоносної поглинаючої зони необхідно передбачити спостереження за наявністю і характером зміни інтенсивності поглинання з глибиною.

Після завершення буріння гідрогеологічної свердловини або перебурювання водоносного інтервалу необхідно передбачити розходометрію свердловин і відкачки на предмет визначення дебіту і якості води. Звичайно розходометрію проводять для обгрунтованого вибору місця установки фільтру. Однак, якщо породи нестійкі і водоносний горизонт вскривався з промивальною рідиною, кольматуючою канали фільтрування, ефекту розходометрія не дасть і передбачати її немає необхідності.

В залежності від призначення свердловини, очікуваних геологічного розрізу і характеристик водоносного горизонту передбачається один з наступних видів відкачки: попередня, спробно-експлуатаційна або дослідна.

Попередня відкачка проводиться або для попереднього випробовування водоносного горизонту з метою оцінки його водобагатості і якості води, або як допоміжна операція перед спробно-експлуатаційною або дослідною відкачкою для очищування свердловини і фільтрів. Проводиться попередня відкачка на одному пониженні рівня в течії 4 — 8 годин до повного освітлення води. Чим менш тонкозернистими породами представ-лений водоносний горизонт, тим триваліша відкачка.

Спробно-експлуатаційна відкачка проводиться для визначення можливості отримання із свердловини запроектованого дебіту. Як правило, вона проводиться з одним пониженням рівня, але за умови, що дебіт буде рівний запроектованому або перевищувати його.

Найчастіше проводиться дослідна відкачка, призначення якої — оцінка можливої продуктивності свердловини. Така відкачка повинна бути запроектована, якщо:

•по умовам проекту потрібно отримати дані для прогнозу можливої максимальної продуктивності свердловини;

•в маловивчених гідрогеологічних умовах для більш повної уяви про водоносні горизонти;

•запроектована експлуатаційна продуктивність свердловини перевищує можливості наявного водопідйомного обладнання.

Дослідна відкачка проводиться при двох або трьох пониженнях рівня, продуктивність

кожного з них визначається характером порід (пухкий комплекс, тріщинуваті, кавернозні) і гідравлічним режимом пласту (напорний, безнапорний). При проектуванні тривалості відкачки слід керуватися табл. 61.

33

Під час відкачки виробляють виміри рівня рідини в свердловині, дебіту, температури води. Частота цих спостережень зумовлена швидкістю стабілізації рівня і дебіту. Звичайно такі спостереження виконують щогодини.

Слід передбачити відбір проб води на хімічний і бактеріологічний аналізи під час відкачувань. Звичайно ці проби беруться при кожному пониженні.

В окремих випадках проектується відбір проб води на аналізи з допомогою спеціальних пробовідбірників. Стосовно до буріння розвідувальних гідрогеологічних свердловин такий відбір проводиться, коли є інформація про наявність водоносного горизонту, невідомо якість води, а відкачка по якимось причинам неможлива. При проектуванні таких відбірів їх слід обгрунтувати. Вибір технічних засобів гідрогеологічних досліджень рекомендується виконувати по [38].

5.2. Геофізичні дослідження і роботи

В дипломних проектах обгрунтовується необхідність геофізичних досліджень в свердловинах в залежності від вигляду корисної копалини.

Звичайно геофізичні дослідження проводиться комплексно. При бурінні на вугілля проводяться дослідження засобами ГГК, ГК, КЗ (ГЗ і ПЗ) і кавернометрія. При бурінні на сульфіди (поліметали) застосовуються засоби КС, ВП, магнітний каротаж, ГГК, а при бурінні на будматеріали — КС і ГК. В усіх свердловинах, окрім мілких, проектується інклінометрія. В випадках, означених в параграфі 5.1. проектується проведення розходометрії. На вугільних родовищах проектується відбір проб стріляючими грунтоносами. В окремих випадках на підставі матеріалів практики проектуються і інші вигляди каротажу або геофізичних робіт.

Як правило, геофізичними засобами досліджується весь пробурений інтервал в масштабі 1:200. Зони корисної копалини деталізуються в масштабі 1:50, вугільних пластів — 1:20. Контрольні заміри проведеної інклінометрії і кавернометрії проводяться в обсязі 10% матеріалу, що досліджується.

Обгрунтовується періодичність проведення досліджень. Звичайно дослідження проводяться каротажною бригадою по закінченню свердловини. Інколи по завданням геологів дослідження проводяться в період планових вимірів викривлення свердловини.

Приводиться перелік апаратури для досліджень, спосіб спуску приладів в свердловину, порядок проведення робіт [25, 34].

Звичайно апаратура для геофізичних досліджень складається з установки АКСП1500, в яку входять два основних блока: свердловинний снаряд та пульт управління з самописцями на папері або ведучими запис на фотопапері (ФР-4). Пульт управління, знаходящийся на поверхні, зв'язаний зі свердловинним снарядом 3-х жильним каротажним кабелем. Cвердловинний снаряд, оздоблений одним з зондів (в залежності від вигляду досліджень), спускається в свердловину з допомогою лебідки. Кабель спрямовується в свердловину блокбалансом, встановленим на усті свердловини. Після спуску зонд поволі піднімається знизу вгору і фіксує певний параметр в відповідності з призначенням зонда.

Геофізичні дослідження проводяться силами спеціалізованої каротажної бригади, що складається з 3 — 5 IТР і 2 — 3 робочих. Час проведення досліджень заздалегідь і точно погод-жується між виконавцями бурових і геофізичних робіт. На час приїзду каротажних бригад черговий рейс буріння повинен бути закінчений, а буровий снаряд витягнутий із свердловини. В необхідних випадках бурова бригада проводить промивання і чистку ствола свердловини.

Буровий майстер повинен доповісти керівництву каротажного загону про технічний стан свердловини, вказати інтервали, що вимагають обережного спуску приладів.

Бурова бригада бере участь в роботах, допомагаючи здійснювати підготовчі і заключні операції по свердловині.

5.3. Направлене буріння свердловин

34

Буріння свердловин, за положенням яких в просторі встановлений постійний контроль, а в випадку їхнього відхилення від проектної траси приймаються міри для збереження заданого направлення, відноситься до направленого буріння.

В проекті по даним практики викладаються наступні питання.

Фактичні відомості про викривлення свердловин на дільниці робіт повинні включати середню інтенсивність зенитного викривлення, дані про наявність або відсутність азимутального викривлення, кути забурювання свердловин. Тут же приводяться відомості про причини і закономірності викривлення. Якщо на геологічному плані показані горизонтальні проекції пробурених свердловин, відомості про азимутальне викривлення потрібно проілюструвати засланням на графіку.

Проектується периодичність і частота контролю за викривленням свердловин. Вимір викривлення в свердловинах діаметром до 76мм рекомендується виконувати інклінометром КИТ, свердловин діаметром 59—46 мм — приладом МИ-30. В магнітних середовищах потрібно застосовувати гіроскопічні інклінометри ИГ-70, ИГ-50. Звичайна частота (інтервал) замірів інклінометрами при плановому контролі складає 20 м. Періодичність контролю залежить від характеру викривлення. При інтенсивності викривлення до 0,05 град/м, характерної для вугільних родовищ, вимір кривизни звичайно приурочується до планового каротажу свердловин. На родовищах з високою інтенсивністю викривлення вимірювати можна з періодичністю через 100—150 м, якщо немає фактичних даних про практику робіт. При виконанні штучного викривлення необхідні заміри до і після кожного викривлення.

Потрібно описати прийняту на практиці методику побудови проектних профілів, особливо підкресливши використовуються або ні типові профілі, розраховані на ЕОМ. На розрізах дипломного проекту проектні свердловини повинні бути побудовані з урахуванням характеру викривлення суміжних пробурених свердловин і геологічних особливостей розрізу. Якщо характер профілю пробурених і проектних свердловин не співпадає, те це повинно бути обгрунтовано в тексті. Сама побудова, якщо будуть відсутні розрахункові дані, виконується чисто графічно так, щоб профіль проектованих свердловин по характеру кривизни співпадав з пробуреним. Для цього використовуються лекала. Якщо інтенсивність викривлення постійна, то профіль викреслюється як дуга кола радіусу R=57,3 і, де і — інтенсивність викривлення в град/м. В окремих випадках по вказівці викладача проводиться розрахунок типових профілів

[44].

По даним практики перелічуються технологічні засоби, що можуть застосовуватися для регулювання інтенсивності викривлення. Звичайно для зменшення інтенсивності використовуються жорсткі сцентровані компоновки (потрібно описати компоновку, вказавши з яких труб вона складається, де і які центратори встановлюються). Крім того, в умовах сильного викривлення доцільно вище колонкового набору встановлювати профільну трубу. Для збільшення інтенсивності викривлення використають скорочені (в межах довжини рейсу) колонкові набори, буріння на окремих дільницях скороченим східчастим снарядом для безкернового буріння, а також шарнірні компоновки, в тому числі снаряд плавного викривлення СПВ.

Штучне викривлення свердловин проектується для виведення свердловин, що відхиляються на проектні траси, і при багатоствольному бурінні. В проекті повинні бути визначені мета і обсяги викривлення. На підставі наведених тут обсягів витрати на штучне викривлення підраховується в економічній частині проекту. Для штучної викривлення застосовують відхилювачі періодичної дії (ВПД) звичайно клинові або відхилювачі безперервної дії (ВБД).

Найбільш відомими ВПД є снаряди СНБ-КО, СНБ-АС і ОУ-44, СО-57(73), СНБ-57. Для орієнтування відхилювачей рекомендується використати орієнтачі ШОК, УШО, "Луч". Найбільш ефективними ВБД є ТЗ-3, СБС і "Кедр" (табл. 66). відхилювачі ТЗ і СБС використовуються як з зазначеними вище орієнтувачами, так і з самоорієнтуючимися приставками [43,44]. Снаряд "Кедр" має вбудований вузол самоорієнтування.

ВБД рекомендується використати в монолітних або слабкотріщинуватих породах. В породах тріщинуватих, з нестійкими стінками стовбура, в кавернозних породах краще застосовувати ВПД. Якщо є можливість, інтервали штучного викривлення слід планувати в породах до Х категорії по буримості, тому що в дуже міцних породах результативність викривлення знижується.

Якщо в проекті використовується багатоствольне буріння, то повинні бути відображені наступні питання:

35

схема буріння (знизу-вгору або згори-вниз) і методика забурювання додаткових сто-

вбурів;

•тип відхилювача, технологія його орієнтування і буріння нового стовбура;

•число рейсів, необхідних для здійснення циклу зарізки нового стовбура;

•технологічні міри по проводженню основного і додаткових стовбурів.

5.4. Кернометрія

Проектувати застосування кернометрії слід при бурінні картировочних, структурних і пошукових свердловин і при бурінні на родовищах складної геологічної побудови при змінних елементах залягання порід. Необхідність застосування кернометрії слід погодити з консультантом по геологічній частині проекту. Обсяги кернометрії повинні бути вказані в методичній частині проекту.

При виборі методики і техніки кернометрії потрібно керуватися досвідом геологорозвідувального підприємства і рекомендаціями спеціальної літератури [52].

В останні роки знайшов розповсюдження спосіб отримання не окремих зразків, що орієнтувалися, а орієнтованих інтервалів керна. В зв'язку з цим треба визначитися, в яких свердловинах і які інтервали потрібно отримати що орієнтувалися.

З технічних засобів кернометрії більш прийнятними для цих мет є влаштування, що дозволяють отримати орієнтований керн в кожному рейсі без додаткових операцій, без зменшення діаметру керна і без застосування спеціальних коронок. Цим вимогам задовольняють тільки керноорієнтувачі, які встановлюються над колонковою трубою для реалізації засобу орієнтованого відриву керна. Для використання в проекті можуть бути рекомендовані керноорієнтувачі "Алатау", КОШ, КМГ, "Київ". Перенос орієнтованої мітки на керн краще всього здійснювати зі допомогою двох призм з рівнями [52].

Технологічні операції по отриманню орієнтованого керна:

•з'єднання наведеного в робітниче положення керноорієнтатора з колонковою трубою;

•спуск снаряду і буріння рейсом звичайної довжини без розходжування снаряду;

•відрив керна від вибою без обертання снаряду;

•підйом снаряду;

•зняття корпуса керноорієнтувача;

•перенос зафіксованого положення сліду апсидальної площини на коронку з допомогою призм-рівнів;

•нанесення орієнтованої мітки на торець керна твердосплавним олівцем;

•витяг і укладення керна;

•приведення керноорієнтатора в робочий стан.

Доцільно для повного винятку додаткових витрат використати запасний колонковий набір і другий керноорієнтатор. Тоді більша частина операцій може виконуватися в період, коли іде буріння. Польову обробку керна рекомендується робити з допомогою кутового перетворювача КП-4.

36

l — висота стовпа розчину в обсадних трубах.

Для ліквідації поглинання і водопрояв технологія виконання робіт і розрахункові формули приймаються по рекомендаціям класифікаційних таблиць [12].

Обсяг (маса) кожного компоненту тампонувального розчину визначається прийнятою рецептурою. Тут потрібно розрізняти фазовий стан компоненту і в чому висловлений його склад в суміші. Так, склад рідких компонентів, найчастіше висловлюється в об'ємних відсотках, сипких — в масових відсотках.

Загальна кількість сухого цементу Qц, що вимагається для приготування цементного розчину в обсязі Vцр (в кг)

Загальний обсяг води Vв , що вимагається для приготування цементного розчину (в

м3)

Якщо необхідно при заданої густині цементного розчину визначити водоцементне відношення, користуються формулою

Цими формулами можна користуватися і в випадку застосування гіпсових і вапняних розчинів.

При складної рецептурі цементного (тампонувального) розчину, яка включає додаткові компоненти твердої і рідкої фаз, розрахунок кількості компонентів при заданих складі сухий суміші, складі рідини затворення і водотвердому відношенні проводиться наступним чином.

Кількість сухий суміші на 1 м3 тампонувального розчину (в кг)

38

ρЦ та ρР — відповідно густина цементного та глинястого розчинів, кг/м3.

5.6. Роботи по попередженню і ліквідації аварій

По фактичним даним практики необхідно дати розшифровку витрат часу на ліквідацію аварій в верстато-годинах і в відсотках по наведеній нижче формі.

Вграфу 13 заносяться витрати часу на ліквідацію аварій, які не ввійшли в означену класифікацію.

Виконується аналіз даних, в якому виділяються найбільш типові для дільниці робіт і викликаючи найбільші витрати часу аварії.

Ввідповідності з рекомендаціями, наведеними в літературних джерелах [5, 17], розробляються конкретні заходи по попередженню типових аварій і вибору для цього технічних засобів, що використовуються.

Витрати часу на ліквідацію аварій

Особлива увага для попередження аварій з бурильними трубами приділяється вибірковій зборці, комплектації, порядку відпрацювання і експлуатації бурильних колон.

Для вибраних в главі 3 детектора зношування і товщиноміра визначаються діаметри і граничні товщини стінок труб для відбраковки труб і настройки приладів (табл. 33). Робиться посилання на главу 3, де визначалися уставки обмеження обертального моменту і напруження канату.

Уточнюються типи мастил для бурильної колони при алмазному бурінні або інших антифрикційних і антивібраційних додатків [42].

Рекомендуються засоби і технічні засоби для ліквідації аварій, типових для даної організації. В залежності від конструкції бурового снаряду і обсадних колон обираються конкретні аварійні інструменти і складається їхній перелік для установки, дільниці і експедиції (табл. 63).

Якщо дільниця розміщена недалеко від бази експедиції і не володіє своєю базою, то весь інструмент, окрім необхідного для кожної установки, зберігається на базі експедиції.

Для кожного інструменту вказується його типорозмір в відповідності з даними таблиць 64—69 або технічної літератури [5, 17].

При використанні снарядів зі знімними керноприймальниками, з гідротранспортом керна, при ударно-канатному бурінні набір доповнюється спеціальним аварійним інструмен-

том [7, 10, 24, 36].

На складі експедиції необхідно мати запасний аварійний інструмент. Його кількість визначається нормативним запасом, але не менше, ніж вказана в табл. 63.

40