Бурение скважин на воду
Министерство образования и науки Украины
Национальный горный университет
Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых
Пояснительная записка
по курсовому проекту по курсу
«Бурение скважин на воду»
Студента группы РТ-01-1
Алещева А.А.
Руководитель курсового проекта: Acc. Хоменко В.Л.
Днепропетровск 2005г.
Содержание
Введение
. Геолого-технические условия бурения скважины
. Выбор и расчет водоприемной части скважины
. Выбор водоподъёмной установки
. Выбор способа бурения и проектная конструкция скважины
. Выбор бурового оборудования и инструмента
. Выбор очистного агента
. Технология бурения
. Вскрытие и освоение водоносного горизонта
. Монтаж фильтра и водоподъемной установки
. Техника безопасности
Список литературы
Введение
Курсовое проектирование по бурению скважин на воду является важным этапом в подготовке студентов и преследует цель закрепления теоретических знаний по курсу, выработки навыков применения этих знаний для решения конкретных инженерных задач в комплексе.
Курсовой проект включает пояснительную записку и графическое приложение. Пояснительная записка должна иметь объем не более 20-25 страниц текста на листах стандартного формата А4.
Данный курсовой проект предусматривает бурение разведочно-эксплуатационной скважины для питьевого водоснабжения, проектная глубина которой составляет - 260 метров.
1. Геолого-технические условия бурения скважины
Данный геологический разрез представлен следующими породами: суглинок, мел, лесс, глина, известняк, песчаник, аргиллит, песок мелкозернистый. Категория по буримости - II-VII. При бурении возможны следующие осложнения: сужение ствола скважины при набухании глин, частичное поглощение промывочной жидкости в известняках. Геологический разрез и краткая его характеристика, включающая мощности пластов и категорию пород по буримости приведены в графической части проекта на ГТП.
Водоносный горизонт сложен мелкозернистым песком. Имеет мощность 25 метров. Категория по буримости - II-ая. Глубина залегания кровли водоносного пласта 235 метров. Проектный дебит - 21 м3/ч. Статический и динамический уровни соответственно равны 19 и 40 метров.
Глубина подошвы слояКраткое описаниеМощность слояКатегория по буримостиЗоны возм. осложнений3Суглинок3II26Мел23III46Суглинок20III82Лесс36II124Глина42IV157Мел33III196Известняк39VIIЧаст. погл.216Песчаник20V235Аргиллит19VI260Песок мелкозернистый25II
2. Выбор и расчет водоприемной части скважины
Тип водоприемной части зависит от характера пород водоносного горизонта. Так как водоносный горизонт сложен мелкозернистым песком II-ой категории по буримости, то принимаем фильтровую водоприемную часть. В соответствии с рекомендациями СНиП II-31-74 по выбору фильтров принимаем трубчатый фильтр с однослойной гравийной обсыпкой.
Расчет водоприемной части
Так как мощность пласта более 10 метров, то принимаем диаметр водоприемной части, а рассчитываем длину.
L=Q/(BdVфW)
Q - дебит скважины; d - диаметр водоприемной части; Vф - допустимая скорость фильтрации воды; W - скважность фильтра. Принимаем W равной 1.
Vф=653/ Кф
Кф - коэффициент фильтрации, м/сут; коэффициент фильтрации принимаем равным - Кф =5 м/сут.
Vф=653/ 5=111,2 м3/сут = 4,7 м3/ч
Диаметр каркаса фильтра по ГОСТу на обсадные трубы принимаем Ø 114 мм.
dф=(dк+2))=114+250=214 мм
dк - диаметр каркаса
) - толщина обсыпки принимаем=50 мм
L=21/(3,140,2144,71)=6,6 м
Принимаем L=7 м.
Диаметр отверстий = 30,25=0,75
Длина надфильтровой трубы принимается равной из условия ее выхода из под башмака эксплуатационной колонны не менее чем на 5 м, исходя из этого принимаем длину надфильтровой трубы - 14,5 м. Длину отстойника принимаем равной 9,5м.
Общая длина фильтра будет равна:
Lф=7+14,5+9,5=30 м.
Проверка фильтра по его водопропускной способности: должно выполняться условие f>Q, в свою очередь
f=VфdBL=4,70,21473,14=22,11 м3/ч
Фильтр удовлетворяет заданным условиям так как 22,11>21.
3. Выбор водоподъёмной установки
Условие работы водоподъемников в период откачек и постоянной эксплуатации не одинаковы. В первом случае вода, как правило, содержит много механических примесей, во втором - она должна быть свободна от них. Продолжительность откачек по сравнению со сроком эксплуатации скважины ничтожно мала. Кроме того, в процессе откачек и количества отбираемой воды и динамический уровень сильно меняются. Во время эксплуатации они близки к постоянному. Поэтому для опытной откачки следует использовать в первую очередь эрлифты, а для постоянной эксплуатации насосы с более высоким КПД. В соответствии с рекомендациями по выбору типа водоподъемной установки для постоянной эксплуатации принимаем погружной центробежный насос типа ЭЦВ.
Расчет эрлифта
1.Определяем глубину погружения смесителя от уровня излива
H=hk
h - глубина динамического уровня воды от уровня излива
k - коэффициент погружения. принимаем =2,5
H=502,5=125 м.
2.Определение удельного расхода воздуха
V0=h/(сlg((h(к-1)+10)/10))
с - коэффициент, зависящий от коэффициента погружения = 13,1
V0=50/(13,1lg((50(2,5-1)+10)/10))=4,11 м3 на один м3 поднятой воды
3.Полный расход воздуха
Wв=QV0/60
где Q - дебит
Wв=214,11/60=1,44 м3/мин.
4.Пусковое давление воздуха
где h0 - глубина статического уровня воды
р0=0,1(2,550-29+2)=9,8 кг/см3
5.Рабочее давление воздуха
рр=0,1[h(k-1)+5]=0,1[50(2,5-1)+5]=8 кг/см3
6.Расход эмульсии непосредственно выше форсунки
q1=(Q/3600)+(W/60(рр-1))=(21/3600)+(1.44/60(8-1))=0.0093 м3/с
7.Расход эмульсии при изливе
q2=(Q/3600)+(W/60)=(21/3600)+(1,44/60)=0,0298 м3/с
8.Площадь сечения водоподъемной трубы у форсунки
w1=q1/v1=0,0093/2,1=0,0044 м2
v1 - скорость движения эмульсии у форсунки. Принимаем = 2,1 м/с
9.Площадь сечения водоподъемной трубы у излива
w2=q2/v2=0,0298/7=0,0043 м2
v1 - скорость движения эмульсии на изливе. Принимаем = 7 м/с
10.Внутренний диаметр водоподъемной трубы
d=/(4w2/B)=/(40.0043/3.14)=0.074 м.
Принимаем диаметр водоподъемных труб равным 76 мм ГОСТ 6238-77.
Диаметр воздухопроводных труб принимаем равным 27 мм ГОСТ 3262-75.
11.Производительность компрессора:
Wk=1,2Wв=1,21,44=1,728 м3/мин.
12.Рабочее давление компрессора
рк= рр+0,5=8+0,5=8,5 кг/см3
13.Расчетная мощность на валу компрессора
Nk=N0pkWk=1,188,51,728=17,33 кВт
N0 - удельная мощность = 1,18 кВт.
14.Действительная мощность на валу компрессора
Nд=1,1Nk=1,117,33=19,06 кВт.
15.Коэффициент полезного действия установки
0=1000Qh/(1,36 Nд75)=10002150/(1,3619,06753600)=0.15
Принимаем в качестве компрессора для эрлифта компрессор КТ-7.
Расчет водоподъемника.
Выбор марки водоподъемника определяется по дебиту скважины и напору, который должен развить насос.
Нм=Нгд+Нвр
Нм - манометрический напор
Нгд - геодезическая высота подачи
Нвр - потери напора
Нгд=hд+hи=40+10=50 м.
hи - высота излива
hд - динамический уровень
hи - высота излива
Нвр=0,1Н=0,155=5,5 м.
Н - длина напорного трубопровода.
Н= Нгд+hз=50+5=55 м.
hз - заглубление насоса под динамический уровень, принимаем = 5м.
Нм=Нгд+Нвр=50+5,5=65,5 м.
Эксплуатационные потери: Нэ=0,08Нм=0,0865,5=5,24 м.
Общий напор равен Ноб=Нм+Нэ=65,5+5,24=70,74 м.
Исходя из данных расчета напорной характеристики, которую необходимо обеспечить, принимаем центробежный погружной насос марки ЭЦВ8-25-100, который удовлетворяет нашим требованиям.
Диаметр водоподъемной трубы 76 мм.
Рабочая характеристика насоса приведена в графической части проекта.
Модернизация насоса
Излишек напора: )Н=Ннм-Нм=100-70,74=29,26 м.
Напор, развиваемый одной ступенью насоса: Н1=Ннм/Nст=100/7=14,3 м.
Количество снимаемых ступеней: )Nст =)Н/Н1=29,26/14,3=2,046
Принимаем )Nст=2.
4. Выбор способа бурения и проектная конструкция скважины
Выбор способа бурения производится на основе предварительного изучения геолого-технических условий бурения, а также по ранее пробуренным на данной территории скважинам и в соответствии с рекомендациями по выбору способа бурения. Принимаем роторный способ бурения с прямой промывкой.
бурение скважина вода
Проектирование конструкции скважины при роторном способе бурения.
1.Диаметр водоприемной части скважины:
dвч=214 мм.
2.Уточняем диаметр долота для бурения водоприемной части по ГОСТу на долота: dвч=214 мм.
3.Внутренний диаметр эксплуатационной колонны определяют из условия наличия зазора между долотом и колонной
dэк=dвч+8=214+8=222 мм.
4.Наружный диаметр эксплуатационной колонны
Уточняем диаметр по ГОСТу.
dэквн=259 мм.
dэкн=273 мм
5.Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну:
dэкд=dэкм+2б
б - зазор между стенками скважины и наружной поверхностью муфты
dэкд=273+220=313 мм.
6.Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну уточняют по ГОСТу:
dэкд=349,2 мм.
7.Внутренний диаметр направления:
dнв= dэкд +50=349,2+50=399,2 мм.
8.Уточняем внутренний и наружный диаметр направления по ГОСТу на обсадные трубы:
dнв=406 мм.
dнн=426 мм.
9.Выбираем диаметр долота для бурения под направление
dнб=dнн +50=426+50=476 мм.
10.Уточняем диаметр долота для бурения под направление по ГОСТу на долота:
dнд=490 мм.
11.Глубину бурения под направление принимаем Lн=6 м.
12.Длина эксплуатационной колонны
Lэк=Нкр+hз=235+1=236 м.
Нкр - глубина кровли залегания водоносного горизонта.
hз - глубина заглубки в водоносный горизонт.
5. Выбор бурового оборудования и инструмента
Выбор буровой установки осуществляется с таким расчетом, чтобы значение таких ее параметров технической характеристики, как глубина бурения, начальный и конечный диаметры бурения соответствовали (были больше или равны) значениям аналогичных параметров конструкции скважины. Учитывая вышесказанное выбираем установку УБВ-600.
Технические характеристики буровой установки УБВ-600.
ПараметрыЗначенияОсновной способ буренияВращательный с промывкойГлубина бурения600 м. Диаметр 114 мм.Рекомендуемые диаметры скважин, мм: начальный- конечный- 490 214Транспортная базаКрАЗ - 257 (2 шасси)Силовой приводЯМЗ-238 2 двигателя 150х2МачтаТелескопическая наклоннаяВысота до оси кронблока, м.22,4Длина бурильной трубы/свечи, м.12Механизм вращения РоторЧастота вращения (основные передачи), об/мин105, 183Число передач основных и вспомогательных2/3Крутящий момент, кгсм1700Буровой насос9МГр-61 - 2 насосаПодача максимальная, л/с32Давление максимальное, кгс/см3150КомпрессорКТ-7Подача, м3/мин5,3Давление, МПа0,8
Проводим проверку установки на грузоподъемность проверкой условия Qk<[Q].
Qk=q1L (1-(рж/рм))=41,1236(1-(1200/7850))=8251,7 кг=8,286 т
q1 - масса 1 метра обсадной колонны
рж и рм - плотности жидкости и стали соответственно
L - длина обсадных труб
,286 т<32 т
Установка подходит.
Диаметр бурильных труб выбираем из условия: dбт=0,45dд
Под водоприемную часть:
dбт=0,45214=96,3 мм.
Уточняем по ГОСТу dбт=102 мм.
Под эксплуатационную часть:
dбт=0,45349,2=157 мм.
Уточняем по ГОСТу dбт =168 мм.
Диаметр утяжеленных бурильных труб
dубт=(0,7-0,8) dд
Под водоприемную часть
dвубт=0,7214=149,8 мм.
Уточняем по ГОСТу dвубт=178 мм.
Под эксплуатационную:
dэкубт=0,7349,2=244,4 мм.
Уточняем по ГОСТу dэкубт=203 мм.
Выбор конкретных типоразмеров породоразрушающего инструмента осуществляется в зависимости от свойств горных пород и диаметров бурения по проектной конструкции скважины с учетом существующей номенклатуры по действующим ГОСТам и отраслевым нормалям.
Принимаем по ГОСТу 20692-75 следующие долота:
Для бурения под направление - Д490СГ.
Для бурения под Эксплуатационную колонну - Б-349,2СЦВ.
Для бурения принимаем долото 3Л-214.
6. Выбор очистного агента
Геологический разрез сложен мягкими и средними породами II - VII категорий по буримости. При бурении возможны следующие осложнения: сужение ствола скважины при набухании глин, частичное поглощение в известняках, осыпание аргиллитов, поглощение промывочной жидкости в песках. Поэтому в интервале залегания этих пород предполагается применение нормального глинистого раствора со следующими свойствами: плотность 1,1 - 1,2 г/см3; условная вязкость 20 - 22 с.; содержание песка не более 4%; водоотдача 8 - 10 см3 за 30 мин; толщина глинистой корки 1 - 2 мм. Для получения такого раствора необходимо добавить реагент УЩР (15 - 20%).
7. Технология бурения
Подготовительные работы
Всё буровое и вспомогательное оборудование размещают на специальной площадке.