Проектирование разведочной скважины на месторождении серебра

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Геологоразведочный факультет

Кафедра Недропользования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Бурение скважин на твердые полезные ископаемые»

На тему: «Проектирование разведочной скважины на месторождении серебра»

________________                                 

 (балл, оценка)                                         Выполнил:                                     

________________                                 Студент гр. ТР – 17    

(подпись, дата)                                         Попов Дьулуур Николаевич

Проверил:

Доцент

Тимофеев Николай Гаврильевич

Якутск 2019

Содержание

Введение................................................................................
..................................3

Исходные условия…………………………………………………………….....4

РАЗДЕЛ I. ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЕКТНОЙ СКВАЖИНЫ

1.1. Выбор способа бурения ……………………………………………………..5                                                                         1.2. Составление проектной конструкции скважины ………………………….6

1.3. Обоснование трассы проектируемой скважины …………………………...8

РАЗДЕЛ II. ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА 2.1.    Выбор буровой установки (станка) …………..…………………………..9

2.2.    Выбор бурового насоса (компрессора) …………………………….........11

2.3.    Выбор бурового инструмента …………………………………………...12

2.3.1. Выбор технологического бурового инструмента…………………….....12

2.3.2. Выбор вспомогательного и аварийного инструмента………………….16

2.4.  Выбор буровой вышки или мачты …………….……………………17 2.4.1. Проверочный расчет буровой вышки или мачты…………………….....18

РАЗДЕЛ III. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

3.1.    Выбор очистного агента ………………...……………………………….20

3.2.  Разработка режимов бурения ……………………………………….20 3.2.1. Проектирование режимов твердосплавного бурения…………………..21

РАЗДЕЛ IV. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ  4.1. Определение мощности двигателя, расходуемой на собственно бурение…………………………………………………………………………..24

4.2.    Мощность, затрачиваемая на спуско-подъемные операции…………..26

4.3.    Затраты мощности в узлах и механизмах бурового станка…………...27

4.4.    Определение технологических возможностей бурового агрегата, исходя     из мощности приводных двигателей…………………………………….........27

РАЗДЕЛ V. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

5.4. Мероприятия по ликвидации скважины………………………………….29

Заключение………………………………………………………………….....32

Список рекомендуемой литературы ..……………………………………..33

Введение

По целевому назначению скважины подразделяются на эксплуатационные, геологоразведочные и технические. Бурение геологоразведочных скважин является основным способом поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. В процессе изучения курса «Бурение скважин на твердые полезные ископаемые» студенты знакомятся с техникой и технологией колонкового бурения геологоразведочных скважин. Приобретают теоретические сведения и практические навыки решение задач, связанных с составлением проекта на бурение разведочных скважин, учатся самостоятельно строить проектные конструкции скважин, выбирать буровое оборудование и инструмент, определять рациональную технологию бурения.

ЗАДАНИЕ №15

на курсовой проект по бурению скважин на твердые полезные ископаемые.

Тема: Проектирование разведочной скважины на месторождении серебра

ФИО студента: Попов Д.Н.

1.   Геологический разрез (проектный): горизонтальное залегание пород, вмещающие породы: осадочные и метаморфические

Исходные данные

№	Породы	от	до	Мощность, м
1	Суглинок	0	20	20
2	Глина с примесью песка	20	28	8
3	Алевролиты	28	60	32
4	Переслаивание аргиллитов, алевролитов, песчаников	60	90	30
5	Сульфидно-кварцевая жила	90	120	30

1.   Конечный диаметр – 93 мм;

2.   Количество скважин – 25;

3.   Количество буровой установки – 4

4.   Продолжительность буровых работ – 40 дней

   I.    ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЕКТНОЙ СКВАЖИН

1.1.    Выбор способа бурения

При проведении разведочных скважин основным способом бурения является колонковый способ с его разновидностями: твердосплавным и алмазным. Используются также ударно-вращательное, а на некоторых интервалах бескерновое бурение. Исходя из целевого назначение скважины, типа полезного ископаемого (серебро) и физико-механических свойств горных пород останавливаемся на вращательном колонковом бурении. Категория пород по буримости начинается с III и доходит до X

Область применения определяется буримостью пород и глубиной скважины. Каждым способом бурят породы, определенной буримости, по классификации Протодьяконова, которая делится на 12 категорий буримости.

№	Породы	Категория по буримости
1	Суглинок	III
2	Глина с примесью песка	III
3	Алевролиты	IV
4	Переслаивание аргиллитов, алевролитов, песчаников	IV – V
5	Сульфидно-кварцевая жила	VII-VIII

1.2. Составление проектной конструкции скважины

Конструкция – характеристика буровой скважины, определяющая ее глубину и направление, диаметр на различных интервалах глубины, количество, диаметр и глубина спуска обсадных колонн.

Исходными данными для построения проектной конструкции разведочной скважины являются: глубина и угол залегания полезного ископаемого, физико-механические свойства и горно-геологические условия залегания пород, выбранный способ бурения.

Глубина скважины: 120м

Угол наклона скважины принимается равным 90.

Полезное ископаемое: Серебро

Определение диаметров скважины на различных интервалах глубины производится снизу вверх, начиная с определения диаметра последнего интервала скважины (конечный диаметр бурения). При бурении разведочных скважин на твердые полезные ископаемые конечный диаметр бурения определяется представительностью керновой пробы и размерами скважинного геофизического оборудования.

Минимально допустимый диаметр керна, который удовлетворяет требованиям качественного опробования продуктивного пласта, зависит от степени изменчивости залегания пласта полезного ископаемого. При разведке месторождений серебра рекомендуют следующие диаметры бурения: – 112 мм  по  суглинкам, глинам с примесью песка, а после следует сделать обсадку 108 мм, так как могут быть осложнения в виде разрушения стенок скважин (обвал) и воды при оттайки горных пород, по алевролитам и переслаивании аргиллитов, алевролитов, песчаников и по сульфидно-кварцевой жиле – 93 мм.

При выборе конечного диаметра бурения необходимо также учитывать размеры скважинной аппаратуры для проведения различных исследований (геофизические исследования, цинклинометрия, кернометрия и др.).

Выбираем конечный диаметр скважины равным 93 мм.

Конструкция скважины: 112 / 93

112

                                                                          

                                                     

 

 

1.3.  Обоснование трассы проектируемой скважины

В данном случае трасса проектируемой скважины прямолинейная, одноствольная и однозабойная. Направление скважины произвидена вертикально вниз под углом 90 градусов.

II.    ВЫБОР БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА

2.1.    Выбор буровой установки (станка)

Выбор бурового оборудования определяется проектной конструкцией скважины, способом бурения, параметрами бурового инструмента, а также требованиями к транспортабельности буровой установки.

Учитывая глубины и диаметр бурения, а также угол наклона скважины, целесообразно выбрать буровой станок Буровая установка УКБ-200/300С собрана на шасси автомобиля ЗИЛ-131. В комплект установки входят следующие узлы: буровой станок с дизелем Д37Е-С2, укороченная мачта со средствами механизации СПО (труборазворот РТ-300, полу­автоматический элеватор с кареткой), насосная установка НБЗ-120/40, двухосный прицеп, комплект запасных частей, принадлежностей и инструмента. Спускоподъемные операции на буровой установке производятся при длине свечи 6,2 м и при наличии на мачте однороликового кронблока. Именно такая буровая установка нам и подходил для бурения скважин колонковым способом, на твердые полезные ископаемые до глубины 300 м.

Параметры	УКБ-200/300С
Привод
Тип	Дизельный
Мощность, кВт	30
Объем, л
Лебедка
Грузоподъемность лебедки макс, кН (т)	32
Скорость подъема снаряда макс, м/с	6,00
Встроенная мачта
Длина свечи, м	6,2
Высота мачты, м	9,5
Вращатель
Тип	РТ-300
Привод	Гидравлический
Максимальный крутящий момент, Н . м	220
Частота вращения, об/мин	75
Диаметр проходного отверстия, мм	140
Контрольно-измерительные приборы	Указатель осевой нагрузки, манометр давления промывочной жидкости, звуковой сигнализатор переподъема бурового снаряда, счетчик моточасов
Параметры
Глубина бурения, м: твердосплавными коронками алмазными коронками	200 300
Диаметр скважины, мм: начальный конечный: твердосплавными коронками алмазными коронками	132 93 53
Диаметр бурильных труб, мм	50
Угол наклона вращателя (от горизонтали), градус	70-90
Частота вращателя, об/мин: I диапазон II диапазон	100-1500 80-1170
Максимальное усилие подачи, кН вниз вверх	30 40
Длина хода подачи, мм	500
Габаритные размеры, мм В рабочем положении
Длина Ширина Высота	8340 2500 11000
Масса, кг: конструктивная с полной заправкой	9790 10150

2.2. Выбор бурового насоса (компрессора)

Для очистки забоя от выбуренной породы, охлаждение породоразрушающего инструмента и выноса шлама на поверхность, используется очистной агент, в нашем случае это будет промывочная жидкость.

Выбор необходимого насоса производится в зависимости от глубины скважины и типа бурового станка.

У меня в комплекте буровой установки входил плунжерный буровой насос НБЗ-120/40.

Параметры	НБ3-120/40
Двигатель	электрический АО2-51-4
Мощность, кВ	7,5
Подача, л/мин	I      II      III      IV      V            15    19     40      70     120
Максимальное давление, МПа	4,0   4,0     4,0     4,0     2,0
Диаметр плунжеров (втулок), мм.	63
Число плунжеров (поршней), шт.	3
Длина хода плунжера (поршня), мм.	60
Число двойных ходов в 1 мин.	31    38      80     146    249
Габаритные размеры
Длина	1970
Ширина	910
Высота	980
Масса, кг.	680
Диаметр шлангов, мм.
Всасывающего отверстия	50
Нагнетательного отверстия	38

2.3. Выбор бурового инструмента

В зависимости от конструкции скважины, способа бурения, типа бурового станка выбирается соответствующие технологические, вспомогательные, аварийные и специальные инструмент.

2.3.1. Выбор технологического бурового инструмента

К технологическому относится инструмент, при помощи которого производится процесс бурения скважины. Набор технологического инструмента,  называется буровым снарядом. В состав бурового снаряда при колонковом бурении входят: породоразрушающий инструмент (коронка), кернорвательное устройство, расширитель, колонковая труба (одинарная или двойная), переходники различного типа, бурильная колонна с ведущей трубой и буровым сальником вертлюком.

2.3.1.1. Породоразрушающий инструмент

Породоразрушающий инструмент — это часть бурового снаряда, предназначенная для непосредственного разрушения горной породы в процессе бурения скважины.

№	Породы	Категория Буримости	Мощность	Породоразрушающий инструмент
1	Суглинок	III	20	Твердосплавная ребристая коронка М2 с диаметром 112мм. – для мягкой, рыхлой породы III категорий буримости
2	Глина с примесью песка	III	8	Твердосплавная ребристая коронка М2 с диаметром 112мм. – для мягкой мелкозернистой породы III категорий буримости
3	Алевролиты	IV	32	Наша порода залегает над 5 слоем поэтому это скорее всего слабосцементированный, глинистый алевролит и выбираем Твердосплавную резцовую коронку СМ3-93 – для весьма малоабразивной глинистой породы IV категории
4	Переслаивание аргиллитов, алевролитов, песчаников	IV - V	30	Твердосплавная резцовая коронка СМ3 с диаметром 93мм. – для малоабразивных, глинистых и твердых породах IV – V категории
5	Сульфидно-кварцевая жила	VII-VIII	30	Твердосплавная самозатачивающаяся коронкаСА6 с диаметром 93мм. – абразивные монолитные породы VI – VIII категорий буримости

Интервал бурения	Коронка
1 – 28 м	М2-112
28 – 60 м	СМ3-93
60 – 90 м	СМ3-93
90 – 120 м	СА6-93

2.3.1.2. Бурильные трубы

Выбор бурильных труб зависит от глубины и конструкции скважины, конечного ее диаметра и способа бурения.

Я выбрал стальные бурильные трубы муфтово-замкового соединения СБТМ - 50. Они используются при диаметре скважины 93-112мм, и глубины скважины до 1000м труба применяется в твердосплавном и в алмазном бурении.

 где,   – диаметр бурильных труб, мм;

 – диаметр скважины, мм.

Масса бурильных труб на 1 метр (кг) = 6,04 кг,

Наружный диаметр буровой трубы (м) = 0,050 м

Обсадная труба.

Сегодня для обсадки каналов своими руками можно использовать разные типы труб. Наибольшее распространение получили металлические, пластиковые, а также асбоцементные изделия.

Выбираем обсадные трубы металлические с диаметром 108 мм. Данные изделия устойчивы к любым механическим нагрузкам и отличается хорошей прочностью.

2.3.1.3. Выбор состава колонкового набора

Выбираем одинарный колонковый набор (1 труба), так как породы средней крепости, устойчивые, неоднородные по составу, абразивные. В состав одинарного колонкового набора входят следующие элементы: коронка, кернорватель, расширитель, колонковая труба, центратор, переходник, шламовая труба. Длина колонковой трубы обычно 3-6 метров.

Колонковые трубы служат для приема и доставки керна на поверхность и поддержания требуемого направления скважины.

Кернорвательное устройство предназначено для срыва столбика керна по окончании рейса и для его удержания во время подъема бурового снаряда из скважины.

Переходник предназначен для соединения колонковой трубы с колонной бурильных труб или УБТ. Используются следующие типы переходников: фрезерный, клапанный, центрирующий, отсоединительный, тройной и др.

Шламовая труба предназначена для сбора шлама при бурении скважины и применяется том в случае, если производительность насоса недостаточна для выноса шлама на поверхность.

Колонковая труба служит для приема выбуриваемого керна, а также обеспечивает необходимое направление скважине. Наружный диаметр колонковой трубы выбирается в зависимости от диаметра скважины.

Переходник служит для соединения колонкового набора с колонной бурильных труб.

Состав колонкового набора выбирается для каждого интервала бурения скважины.

Следовательно, выбираем колонковые трубы:

2.3.2. Выбор вспомогательного и аварийного инструмента

В состав вспомогательного инструмента входят: труборазворот, элеватор, ключи для свинчивания и развинчивания бурильных труб. Для работы с буровым снарядом используются следующие инструменты:

1.      Ключи шарнирные для обсадных и бурильных труб. (КШС-50)

2.      Ключ цепной (шарнирный) КШ для твердосплавных коронок, колонковых труб и кернорвателей.

3.      Ключи короночные типа КК для твердосплавных и алмазных коронок.

4.      Ключи гладкозахватные типа КГ колонковых труб.

5.      Вилки подкладные, отбойные.

6.      Хомуты шарнирные. Полуавтоматические элеваторы, метчики, труборазворот, труборезы колокола, и т.д.

Инструмент для ликвидации прихватов и труборезы

Для извлечения прихваченных колонковых и обсадных труб в первую очередь используются грузоподъемные устройства буровых установок: лебедки, талевые системы, гидроцилиндры. Если эти попытки оказались безрезультатными, то для ликвидации аварии применяется специальный инструмент.

Домкраты рекомендуются в тех случаях, когда сила прихвата меньше допустимых нагрузок на обсадную или бурильную колонну.

Раструб предназначен для обуривания прихваченных колонковых наборов без подъема обсадных труб и расширения ствола скважины.

Используется также устройство для определения места прихвата труб. Труборезы - аварийные инструменты, служащие для отрезания бурильных, колонковых и обсадных труб в скважине с целью их извлечения.

Отсоединительные переходники

В состав снаряда необходимо включать специальные трубные переходники, позволяющие отсоединять бурильную колонну от прихваченного колонкового набора за один прием, без дополнительных спусков и подъемов - это поможет избежать осложнения, связанные с обрывами бурильных труб, поломками метчиков.

2.4. Выбор буровой вышки или мачты

Для передвижных буровых установок для бурения вертикальных и наклонных скважин, разработаны буровые мачты. Мачты самоходных и передвижных установок монтируются вместе с буровым агрегатом на транспортной базе, а в рабочем положении устанавливаются на временном фундаменте и раскрепляются растяжками.

Буровые вышки и мачты предназначены для:

- выполнения спуско-подъемных операций с бурильными и обсадными трубами;

- поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой;

- установки свечей, извлеченных из скважины;

- размещения средств механизации спуско-подъемных операций.

Рациональная высота мачты или вышки можно определить по формуле:

 – это коэффициент, учитывающий высоту переподъема и высоту подъемных механизмов; большее значение k_п следует принимать при свечах малой длины или высоких скоростях подъема.

 – длина бурильной свечи, м.

Глубина скважины проекта 120 м, значит длина свечи составляет 4,7 м.

При расчете высоты мачты в данной скважине была выбрана мачта типа БМТ-4

Буровая мачта

Параметры	БМТ-4
Грузоподъемность на крюке, кН Номинальная Максимальная	32 50
Рабочая высота мачты, м	13
Угол наклона мачты к горизонту, град	90-60

2.4.1. Проверочный расчет буровой вышки или мачты

Выбрав буровую вышку или мачту необходимо произвести проверочный расчет по грузоподъемности. 

Буровая вышка (мачта) испытывает нагрузки от:

а) массы бурильных и обсадных труб;

б) собственной массы;

в) ветра, стремящегося опрокинуть вышку (мачту);

г) свечей, поднятых из скважины и установленных в свечеприёмник; 

Грузоподъемность вышки или мачты – это расчетная величина нагрузки на крюке, равная максимальной массе бурового снаряда или колонне обсадных труб, с учетом возможных аварийных прихватов в скважине. 

Номинальная грузоподъемная сила Qном соответствует статической нагрузке на крюке от наибольшего веса обсадной или бурильной колонны. Qном от веса бурильных труб при подъеме вычисляется по следующей формуле:

Где,  - коэффициент, учитывающий вес соединений бурильных труб (=1,05 - для ниппельного соединения, a=1,1- для муфтово-замкового соединения);

q – вес 1 м гладкой части бурильных труб, Н/м;

 – проектная глубина скважины, м; м

 - плотность материала труб (стальных - м  = 7850 кг/м3, легкосплавных - м  = 2800 кг/м3);

 - плотность промывочной жидкости, кг/м3; 

 - средний зенитный угол скважины, град.;

 и - начальный и конечный зенитные углы скважины, град.; 

 – коэффициент трения бурильных труб о стенки скважины (=0,1-0,5), в среднем можно использовать значение 0,3.

Максимальная грузоподъемная сила  равна номинальной , увеличенной на коэффициент, учитывающий силы сопротивления подъему бурильной колонны:

для скважин глубиной до 100 м           =2,0;

для последующих                                  =1,6.   

Выбор мачты произведена правильно, так как действующая нагрузка не превышает грузоподъемности мачты.

III. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

3.1.   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.

Производительности бурения и сохранность керна также во многом зависит от схемы циркуляции очистного агента. Существует несколько основных схем циркуляции: прямая, обратная, призабойная и комбинированная.  

В нашем случае будет использоваться промывочная жидкость с обратной схемой циркуляции.

Для нашей скважины мы выбираем очистной агент: техническая вода, так как породы устойчивые с хорошим выходом керна. Это самый дешевый вид промывки, однако, при этом необходимо смазывать бурильные трубы антивибрационными смазками.

3.2. Разработка режимов бурения

Под параметрами режима вращательного бурения с промывкой подразумевают осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, частоту его вращения и расход очистного агента. Изменяя указанные параметры можно добиться повышения технико-экономических показателей бурения. Параметры режима бурения рассчитывают в зависимости от типа бурения (алмазного, твердосплавного, бескернового) и устанавливаются согласно технической характеристике бурового станка и насоса. Выбранную частоту вращения бурового инструмента проверяют расчетным путем, исходя из возможности станка и установочной мощности привода.

3.2.1. Проектирование режимов твердосплавного бурения

Твердосплавное бурение

Интервал бурения	Коронка
1 – 28 м	М2-112
28 – 60 м	СМ3-93
60 – 90 м	СМ3-93
90 – 120 м	СА6-93

Осевая нагрузка

Для каждой разновидности горных пород подбирается тип твердосплавной коронки. 

Осевая нагрузка на твердосплавную коронку определяется исходя из количества основных резцов m и рекомендуемой удельной нагрузки на 1 основной резец:                                    

Р =p·m,  кН

где, Р – осевая нагрузка на твердосплавную коронку, кН;    

p – рекомендуемая удельная нагрузка на 1 резец, кН

m – число основных резцов в коронке, шт.

Коронка М2-112 (Интервал 0 – 28 м)

При бурении трещиноватых или абразиных пород рекомендованные значения уменьшают до 30%.

Коронка СМ3-93 (Интервал 28 – 60 м)

Коронка СМ3-93 (Интервал 60 – 90 м)

Коронка СА6-93 (Интервал 90 – 120 м)

Частота вращения

Для твердосплавного бурения окружные скорости коронки рекомендуется в пределах 0,6-2 м/с. При бурении трещиноватых и неоднородных по твердости пород рекомендуется снижать частоту вращения коронки на 20-25%. Минимальные значения частоты вращения рекомендуется при бурении абразивных пород с целью уменьшения износа породоразрушающего инструмента.

Частота вращения n (об/мин) рассчитывается по формуле:

  об/мин

где: ω – окружная скорость коронки м/с,

 – средний диаметр коронки, м.                         

 = (𝐷+𝑑)

где: D и d – наружный и внутренний диаметры коронки, м.

Коронка М2-112 (Интервал 0 - 28м)

Коронка СМ3-93 (Интервал 28 - 60м)

Коронка СМ3-93 (Интервал 60 – 90 м)

Коронка СА6-93 (Интервал 90 – 120 м)

Расход очистного агента

Расход очистного агента при бурении скважины твердосплавными коронками.

Расход промывочной жидкости определяют по формуле:

                                           Q= * , л/мин                                      

где:   – расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин

  – наружный диаметр коронки, см.

Коронка М2-112 (Интервал 0 - 28м)

Коронка СМ3-93 (Интервал 28 - 60м)

Коронка СМ3-93 (Интервал 60 – 90 м)

Коронка СА6-93 (Интервал 90 – 120 м)

IV.    РАСЧЕТ МОЩНОСТИ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

После выбора параметров режима бурения необходимо выполнить проверочный расчет затрат мощности выбранного бурового и силового оборудования расходуемую на процесс бурения проектной скважины. Мощность бурового агрегата (двигателя) расходуется на: бурения, в результате которого осуществляется углубка скважины; спуско-подъемные операции; привод бурового насоса или компрессора.

4.1.   Определение мощности двигателя , расходуемой на собственно бурения

Мощность двигателя  (в кВт) в процессе вращательного бурения геологоразведочных скважин расходуется на: 

- холостое вращение бурильной колонны ;

-разрушение горной породы на забое скважины ;

- преодоление сопротивлений, возникающих при трении колонны бурильных труб о стенки скважины, .                                        

 =  +  +  , кВт

Расчет затрат мощности на холостое вращение , определяется для различных частот вращения (при n > n0 и n < n0). Для вертикальных и слабонаклонных скважин (до 750) рекомендуются формулы для расчета : - для высоких частот вращения колонны бурильных труб (при n > n0)   

 = (2  𝑞 + 0,8  𝑞𝛿 )  𝐿, кВт

где L – проектная глубина скважины, м; q – масса 1 м бурильной колонны, кг;  – диаметр бурильных труб, м;  – коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости, =0,8 при использовании смазки КАВС и эмульсии, =1,5 при отсутствии смазки; δ - радиальный зазор между стенками скважины и бурильных труб, м.

 

где  – наружный диаметр бурильных труб, м.;  – диаметр скважины, м.

- для высоких частот вращения колонны бурильных труб (при n > n0)

- для низких частот вращения колонны бурильных труб (при n < n0)

 =   𝑞nL, кВт

Расчет затрат мощности на разрушение горной породы на забое скважины . 

Мощность на разрушение породы при бурении зависит от типа породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения. 

При бурении твердосплавными коронками затраты мощности (кВт) на забое определяются по формуле:

 = Pn (0,137 + 𝜇), кВт  

где Р – осевая нагрузка на коронку, даН; n – частота вращения коронки, мин-1;  – средний диаметр коронки, м.; μ – коэффициент трения резцов коронки о породу на забое скважины.  

Расчет затрат мощности на преодоление сопротивлений, возникающих при трении колонны бурильных труб о стенки скважины, .

 = 2,45 ∙ 10−3𝛿𝑃𝑛,   кВт

Рассчитанная затрачиваемая мощность меньше номинальной мощности выбранного станка (13,9<30, кВт), значит решение выбора данного была верной.

4.2. Мощность, затрачиваемая на спуско-подъемные операции

Определение мощности двигателя на выполнение СПО в скважине при

максимальной ее глубине составит:

𝑄 = 𝑔𝐿𝑞 (1 −  ), Н

где:  - коэффициент, учитывающий наличие и влияние кривизны самой колонны бурильных труб, влияние состояния ствола скважины ( =1,2-1,8); L – длина колонны бурильных труб, м; g – ускорение свободного падения, м/ ; q – масса одного метра трубы в сборе, кг; ρ – плотность промывочного агента, кг/ ;  – плотность материала труб (= 7,85× кг/м3 для стальных труб);

Q = 1,8 9,8  120  6,04(1−   ) = 11160 Н

Мощность, затрачиваемую на подъем бурильных труб, определяют по

формуле:

 =   ,

где  – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление при подъеме, зависящий от интенсивности искривления и геолого-технических условий (=1,2-1,8); Q – вес бурового инструмента в скважине, Н;  – скорость подъема крюка, м/с; кп – общий коэффициент полезного действия подъемной установки ( = 0,80-0,85); i – коэффициент перегрузки двигателей (i= 1,1-2,0).

=  = 12,53

 = , м/с

где  – диаметр барабана лебедки, (в среднем от 0,5-0,9) м;  – частота вращения подъемного вала лебедки, ;  – число шкивов талевой системы минус 1 невращающегося шкива, через который проходит неподвижно закрепленный конец каната.  

= = 1,06 м/с

4.3. Затраты мощности в узлах и механизмах бурового станка,

 = 1,1 (6 ∙  + 1,2 ∙ 𝑛) , кВт.                      

где  – номинальная мощность двигателя бурового станка, кВт;

В тех случаях, когда рассчитанное значение требуемой мощности привода  превышает номинальную мощность выбранного станка, необходимо изменить технологические параметры режима бурения или подобрать другой станок.

 = 1,1 (6  = 33 (0,06 + 0,00012 361) = 33 (0,10332) = 3,41 кВт

4.4. Определение технологических возможностей бурового агрегата,

исходя из мощности приводных двигателей

Для применяемых в колонковом бурении способов бурения и породоразрушающего инструмента разработаны оптимальные режимные параметры, позволяющие получать наиболее высокие показатели бурения. Однако часто при выбранной буровой установке (на основании геологотехнических условий бурения, способа бурения и конструкции скважины) оптимальные режимы бурения не могут быть получены по всей глубине скважины в связи с недостаточной мощностью приводного двигателя, что в целом приводит к снижению показателей бурения.

 𝐿 = , м

где  – номинальная мощность двигателя, кВт; P – осевая нагрузка, даН; n – частота вращения бурильной колонны, об/мин;  – средний диаметр колонны бурильных труб, м; δ – радиальный зазор между стенками скважины и бурильными трубами, м;  – опытный коэффициент характеризующий переменные потери в станке, СКБ-4 =  кВт мин/об;– коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости, =0,8 при использовании смазки КАВС и эмульсии, =1,5; g- ускорение свободного падения.

𝐿=

= = = 449,33 м

𝐿= 449,33 м

Предельная глубина бурения станка УКБ-200/300С оказалась больше глубины проектируемой скважины. Отсюда следует, что выбранная буровая установка соответствует проектным требованиям.

V. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

5.4 Мероприятия по ликвидации скважины

После завершения бурения скважины до проектной глубины проводят ликвидационное тампонирование, заключающееся в заполнении ствола скважины глиной, цементным или густым глинистым раствором. Цель ликвидационного тампонирования – устранение возможности циркуляции подземных вод по стволу скважины, охрана недр и др.

Ликвидация скважин.

Независимо от выполнения скважинной задачи ее ликвидируют, если в дальнейшем ее невозможно использовать.

Геологоразведочные, геологопоисковые, картировочные, гидрогеологические и инженерно-геологические скважины, выполнившие свои задачи, ликвидируются в установленном порядке буровыми бригадами. Если скважина закреплена обсадными трубами, их извлечение обязательно.

При ликвидационном тампонировании скважин, пробуренных в зоне многолетней мерзлоты, рецептура цементного раствора подбирается в зависимости от температуры мерзлых пород. В этом случае используют добавки CaCl2 и NaCl.

По виду тампонажного материала различают следующие методы тампонирования:

1.   Тампонирование глинистым раствором.

При ликвидации неглубоких скважин, не вскрывших водоносные горизонты, ограничиваются заливкой в скважину густого глинистого раствора.

2. Тампонирование глиной.

Ликвидационное тампонирование глиной применяется только в сухих, с безнапорными водными горизонтами скважинах небольшой глубины.

Так как у меня скважина не глубокая и нет вскрытых водоносных горизонтов, то я ограничусь заливкой в скважину густого глинистого раствора.

 Расчет необходимого количества буровых работ

Для расчетов потребного количества установок применяем следующие параметры:

1)Общий объем работ :

где,  – глубина типовой скважины,  м;

n –  количество скважин;

, м;

2) Плановая месячная производительность:

K – коэффициент планового увеличения производительности, принимеатся равным 1,1;

T – общие затраты времени на бурение скважины;

 

Нормы времени на бурение 1 м скважины с отбором керна передвижными установками:

Глубина скважины, м	Категория пород
III	IV	V	VII	VIII
0-120	0,05	0,1	0,16	0,36	0,42

 =0,05∗20+0,05∗8+0,1∗32+0,1∗30+0,16∗30+0,36∗30+0,42∗30=35,8

 =36- смен;

3) Продолжительность буровых работ:

µ – коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени монтажные – демонтажные работы, перевозки, плановый ремонт и сопутствующие бурение работы. µ=0,8.

 = 0,397 = 40 дней

Заключение

Курсовой проект по дисциплине «Бурение скважина на твердые полезные ископаемые» является обобщением всех полученных знаний в процессе изучения данной дисциплины.

В ходе выполнения данного проекта мной были закреплены навыки решения инженерных задач, связанных с проектированием буровых работ.

В итоге, в курсовой работе была выбрана конструкция скважины по геологическому разрезу, обоснован выбор рациональной конструкции бурильной колонны для заданных условий бурения, определены параметры бурения для твердосплавных коронок, определен расход очистного агента, расчет необходимой мощности бурильного станка, проводимых в данной скважине.

Список использованной литературы.

•        Н.Г. Тимофеев. Учебно-методическое пособие по составлению курсового проекта. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2017. – 104 с.

•        Морозов Ю.Т. Методика и техника направленного бурения скважин на твердые полезные ископаемые. - Л.: Недра, 1987. - 221 с.

·   http://www.drillings.ru/rebristiye

·   http://rosprombur.ru/

·   http://teplozond.ru/texnologiya-i-texnika-razvedochnogo-bureniya/ustrojstvo-burovyx-ustanovok-tipa-ukb.html

·   http://docplayer.ru/58331949-I-v-kudelina-n-p-galyanina-t-v-leonteva-obshchaya-geologiya.html

·   http://pkdm.ru/ponb3