Буровое оборудование выбирается в зависимости от глубины бурения, диа-метра скважины, способа бурения. Исходя из глубины скважины (655 м), конечно-го диаметра бурения (59 мм) и колонкового способа бурения проектом предусмат-ривается применение установки колонкового бурения - УКБ-5П-500/800.
Передвижная буровая установка УКБ-5П (УКБ-500/800) является модифика-цией установок 5 класса (ГОСТ 7959-74).
В состав установки входят:
- буровой станок СКБ-5;
- буровая мачта БМТ-5;
- передвижное буровое здание ПБЗ-5;
- контрольно-измерительная аппаратура «Курс-411»;
- транспортная база ТБ-15;
- буровой насос НБ4-320/63 (2 шт.);
- грузоподъемные принадлежности:
· элеватор-50,
· элеватор 50/54,
· вертлюг-пробка-50,
· вертлюг-пробка-54,
· полуавтоматический элеватор;
- труборазворотРТ-1200.
Станок СКБ-5 оснащен контрольно-измерительной аппаратурой «Курс-411», в которую входят:
- Индикатор веса бурового снаряда, Н 50000
- Индикатор усилия на крюке, Н 80000
- Измеритель нагрузки, Н 25000
- Манометр для измерения давления, Н/см2 0-1000
- Индикатор механической скорости бурения, м/ч 0-3; 0-15.
Техническая характеристика буровой установки приведена в таблице 4.
Таблица 4
Техническая характеристика буровой установки УКБ-5П-500/800
Параметры | УКБ-5П-500/800 | |
Глубина бурения при конечном диаметре скважины 59 мм, м | 800 | |
Начальный диаметр скважины, мм | 151 | |
Диаметр бурильных труб, мм | 50; 54; 63,5; 68 | |
Частота вращения, об/мин: | 120;260;340;410; 540;720;1130;1500 | |
Наибольшее усилие подачи, Н: | ||
вверх | 85000 | |
вниз | 65000 | |
Грузоподъемность лебедки, кг | 3500 | |
Скорости навивки каната на барабан, м/с | 0,7-6,0 | |
Мощность электродвигателя для привода бурового станка, кВт | 30 | |
Мощность буровый установки, кВт | 98 | |
Высота мачты, м | 19 | |
Длина свечи, м | 13,5 | |
Тип бурового насоса | НБ4-320/63 | |
Число буровых насосов | 1 | |
Максимальный расход, л/мин | 320 | |
Максимальное давление, Н/см2 | 400 | |
Мощность электропривода насосов, кВт | 22 | |
Габаритные размеры установки, м: | ||
длина | 10,70 | |
ширина | 4,56 | |
высота | 19,10 | |
Масса, кг: | ||
станка | 2200 | |
установки | 17500 |
1.4. Промывка скважины
Целью промывки скважины является:
- удаление шлама из забоя;
- охлаждение породоразрушающего инструмента;
- закрепление неустойчивых стенок скважины;
- понижение твердости горных пород;
- смазка бурового инструмента.
1.4.1. Схема промывки скважины
Проектом предусматривается прямая схема промывки скважин с замкнутой системой водопотребления. Достоинства:
- буровой раствор, выходя из суженных промывочных отверстий поро-доразрушающего инструмента, приобретает большую скорость и с силой уда-ряет о забой, размывая разбуренную породу, что способствует увеличению скорости проходки;
- применяя специальные промывочные жидкости при бурении в сыпу-чих, рыхлых и трещиноватых породах, обеспечивает закрепление стенок скважины путем скрепления частиц неустойчивой породы;
- технически и технологически самая простая и дешевая.
Недостатки:
- пониженный процент выхода керна в результате динамического воз-действия струи на верхний торец керна, что приводит к его размыву;
- при бурении скважин большого диаметра повышенный расход про-мывочной жидкости, необходимой для создания такой скорости восходящего потока, при которой все разбуренные частицы породы будут выноситься на поверхность;
- возможность размыва стенок скважины у забоя при бурении в мягких породах вследствие большой скорости восходящего потока [7, 12]. Для пород слагающих заданный геологический разрез указанные недостатки не имеют значения.
При прямой промывке жидкость насосом по нагнетательному шлангу по-дается к забою по бурильной колонне (рис. 1), охлаждает породоразрушающий инструмент, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.
По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе жело-бов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вто-рично нагнетается в скважину. При поглощении промывочной жидкости в порис-тых породах в емкость добавляют новые порции раствора [15].
Рис. 1 Схема прямой промывки скважин:
1 - буровой насос; 2 - нагнетательный шланг; 3 - вертлюг - сальник; 4 - колонна бурильных труб; 5 - трубный фрезерный переходник; 6 - колонковая труба; 7 - коронка; 8 - система желобов; 9 - отстойник; 10 - приемный бак
1.4.2. Выбор промывочной жидкости
В качестве промывочной жидкости применяется:
1) в интервале 0,0 - 5,0 м - глинистый раствор;
2) в интервале 5,0 - 655,0 м - техническая вода.
Свойства глинистого раствора:
Нормальный глинистый раствор должен отвечать следующим требованиям: - Плотность раствора должна соответствовать величине 1,15-1,25 г/см3. Повышенная плотность способствует лучшему очищению забоев скважины от крупного и тяжелого шлама, предотвращает самоизливание воды из скважины и обвалы пород из стенок скважины.
- Вязкость. От вязкости зависит способность раствора выносить на по-верхность шлам и закупоривать трещины и поры в горной породе на стенках скважины. Вязкость измеряется в секундах, для нормального раствора состав-ляет 18-22 сек.
- Водоотдача - это способность раствора отфильтровывать жидкую фазу под действием избыточного давления. Нормальный глинистый раствор имеет водоотдачу 8-10 см за 30 мин. с каждого литра раствора.
- Статическое напряжение сдвига - это усилие, способное вывес-ти глинистый раствор из состояния покоя. Это напряжение должно со-ставлять 2-3 Па [7]. Применение глинистого раствора при бурении скважин в интервале 5,0 - 655,0 м нецелесообразно, поскольку керн дунитов водой не размывается, а стенки скважины устойчивые.
1.4.3. Очистка промывочного раствора от шлама
Промывочный раствор по выходе из скважины на поверхность содержит час-тицы разбуренной породы (шлам). Своевременная и качественная очистка промы-вочных жидкостей является одним из важнейших условий эффективности процесса бурения разведочных скважин. Накопление шлама в промывочном растворе суще-ственно ухудшает его качество. Снижается глинизирующая способность глинисто-го раствора, что приводит к образованию толстой рыхлой корки на стенках сква-жины и создает опасность обвалов. Использование зашламованных растворов при-водит к преждевременному износу насосов и бурового снаряда. За счет повышения удельного веса промывочной жидкости уменьшается механическая скорость буре-ния, возрастает вероятность поглощения.
Очистка промывочной жидкости осуществляется в поверхностной циркуля-ционной системе, которая состоит из желобов, отстойников и приемных баков. Длина и размеры желобов, количество и объем отстойников и приемных емкостей зависят от глубины и диаметра скважины и условий бурения. Количество емкостей, объем и конфигурация их определяются производственной необходимостью и ма-териально-техническими возможностями предприятий.
Типовая циркуляционная система при бурении скважин самоходными буро-выми установками приведена на рис. 2. Желоба делают в открытом грунте без крепления стенок или изготовляют из досок или листового железа. Устанавливают с уклоном 1,0-1,5 см на 1 м длины, ширина желобов ~30 см, высота ~25 см. По дну желоба через 1,5-2,0 м друг от дру-га ставят перегородки. Объем циркуляционной поверхностной системы зависит от глубины скважины. Ее длина для скважин глубиной до 500 м составляет 15м, для скважин более 500 м - 25-30 м.
Рис. 2. Схема циркуляционной системы самоходных буровых установок.
1 - глиномешалка; 2,6 - приемные емкости; 3 - насос; 4 - буровая установка; 5 - желоба.
Очистная способность желобной системы зависит от степени разрушения структуры, которая зависит от скорости движения раствора по желобам. При не-большой скорости разрушение структурного сцепления в растворе происходит только около стенок и дна, а выпадение частиц породы наблюдается в ограничен-ном объеме. При чрезмерной скорости раствора частицы почти полностью перено-сятся в приемную емкость. Наиболее полное удаление шлама наблюдается при не-которой оптимальной скорости течения, когда происходит максимальное разру-шение структуры раствора и отсутствует турбулентный режим течения.
Очистку желобной системы от шлама производят при прекращении циркуля-ции раствора.
Естественный метод очистки является наиболее эффективным при использо-вании в качестве промывочной жидкости воды и маловязких растворов [3, 7, 15].
1.4.4. Расчет количества буровых растворов
Расчет количества глинистого раствора
Общий объем глинистого раствора для бурения одной скважины составляет:Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где
Vo - общий объем глинистого раствора для бурения одной скважины;
V1 - объем скважины.
V1 = * Н (м3), где
d (м) - диаметр скважины;
Н (м) - глубина скважины;
V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;
V3 - потеря глинистого раствора в скважине.
Vз= 3 * V1 (мз).
d=0,093(м) V1 = * 5,0=0,034(м3)
Н = 5,0 (м) V3 = 3 * 0,034= 0,102 (м3)
V2= 4 (мз) V0 = 0,034 + 4,0 + 0,102 = 4,136 (м3)
Количество глинистого раствора для бурения всех скважин:
Vгл.p-pa = 2 * V0, (мз)
Vгл.p-pa = 2 * 4,136 =8,272 (мз).
Расчет количества глины, необходимой для приготовления глинистого раствора.
Vгл. = * V0 (м3);
сглины = 2,5 г/см3 = 2,5 т/м3;
Vгл. = * 8,272 = 1,38 (м3);
Расчет количества технической воды
Общий объем технической воды для бурения одной скважины составляет:
Vo = V1 + V2 +V3 (м3), где
Vo - общий объем технической воды для бурения одной скважины;
V1 - объем скважины.
V1 = * (Н1+H2) (м3), где
d - средний диаметр скважины (м);
Н1 - глубина основного ствола скважины (м);
Н2 - глубина дополнительного ствола скважины (м);
V2 - объем резервуаров промывочной циркуляционной системы;
V3 - потеря технической воды в скважине.
Vз= 3 * V1 (мз).
d=0,076(м) V1 = *( б55,0+600,0) = 5,69 (м3)
(Н1+H2) = 1255,0 (м) V3 = 3 * 5,69= 17,07 (м3)
V2= 4 (мз) V0 = 5,69 + 4,0 + 17,07 = 26,76 (м3)
Количество технической воды для бурения всех скважин:
Vтехн.воды = 2 * V0, (мз),
V техн.воды = 2 * 26,76 = 53,52 (мз).
Расчет количества промывочной жидкости
Vгл. = Vгл.p-pa + Vтехн.воды (м3), где
Vгл.p-pa - объем глинистого раствора, необходимый для бурения всех скважин;
