Разведочное бурение на месторождении железной руды

Разведочное бурение на месторождении железной руды

"Разведочное бурение на месторождении железной руды"

Введение

Разведочное бурение является основным способом поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. При изучении курса «Бурение разведочных скважин твердые полезные ископаемые» студенты специальности «Технология и техника разведки МПИ» должны приобрести теоретические сведения и практические навыки решения задач, связанных с составлением проекта на бурение геологоразведочных скважин. Должны научиться ориентироваться в различных способах бурения скважин, самостоятельно строить проектные конструкции скважин, выбирать буровое оборудование и инструмент, определять рациональную технологию бурения.

Цель курсового проекта - закрепление, обобщение знаний, полученных при изучении данного курса.

Исходные данные:

.        Проектный геологический разрез

.        Число скважин

.        Срок работ и количество буровых установок

.        Условия энергоснабжения и водоснабжения

.        Конечный диаметр

.        Угол наклона скважины

1.Выбор способа бурения и построение конструкции скважины

.1 Выбор способа бурения

На основании анализа геологического разреза, оценки физико-механических свойств пород определяется их буримость и устойчивость при проведении скважины, устанавливается категория буримости по принятой классификации. Выбор и обоснование способа бурения производится с учетом цели бурения скважины, глубины, угла наклона и характеристика горных пород по буримости.

При колонковом бурении горная порода разрушается по кольцевому забою, а в центре скважины остается ненарушенный столбик породы - керн. Керн извлекается на поверхность и используется для изучения структуры и вещественного состава горных пород. Колонковое бурение является основным способом разведки месторождений твердых полезных ископаемых. Кроме того, колонковое бурение широко применяется при бурении картировочных, структурно-поисковых, инженерно-геологических и гидрогеологических скважин. В зависимости от типа применяемого породоразрушающего инструмента различают два вида колонкового бурения: твердосплавное и алмазное. Твердосплавное бурение целесообразно применять при бурении мягких и средней твердости пород до VIII категории по буримости. Алмазное бурение применяют при бурении твердых и крепких пород от VI до XII категорий по буримости. Буримость - обобщенная характеристика горной породы, являющийся результирующей действия всех физико-механических свойств породы и определяющая способность породы сопротивлению внедрения в нее породоразрушающего инструмента. При проведении разведочных скважин основным способом бурения является колонковый способ с его разновидностями: твердосплавным и алмазным, импрегнированным.

Таблица

1.2 Составление проектной конструкции скважины

Конструкция скважины - это состав и взаимное расположение ее частей, таких, как металлические трубы, спущенных до самого забоя. В процессе углубления скважины возникает необходимость закрепления ее стенок в интервалах неустойчивых пород, предотвращения межпластовых перетоков, пластовых флюидов, разделения интервалов с несовместимыми условиями бурения (например, существенно отличающихся плотностью промывочной жидкости), разобщения продуктивных горизонтов и изоляции их от водоносных пластов, образовании надежного канала в скважине для извлечения углеводородов или подачи закачиваемых в пласт жидкостей или газов, создании надежного основания для установки устьевого оборудования. Все эти задачи решаются путем формирования внутреннего устройства скважины основной частью которого является крепь скважины, представляющая собой систему из ряда последовательно спущенных в скважину и зацементированных обсадных колонн.

В этом случае предлагается взять глинистый раствор, так как разрез практически весь состоит из осадочных пород. Также на разрезе породы относительно устойчивые, следовательно, раствор можно использовать без обработки химическими реагентами.

Схема

2.Выбор бурового оборудования и инструмента

.1 Выбор бурового установки (станка)

разведочный бурение железный руда

Передвижная буровая установка УКБ-4П предназначена для бурения вертикальных и наклонных (до 60°) разведочных скважин на твердые полезные ископаемые в различных геологических и физико-географических условиях глубиной до 500 м, коронками диаметром 59 мм.

Подвеска предназначена для подвешивания элеватора к вертлюгу-амортизатору талевой системы буровой установки и захвата наголовника, надеваемого на верхний конец бурильной свечи.

В состав буровой установки входят: буровой станок - СКБ-4; мачта буровая трубчатая - МР-6; с передвижным зданием - ПБЗ-4; насос НБ4-160/6,3;механизм для свинчивания и развинчивания бурильных труб; элеватор - МЗ-50-80.

Буровая установка представляет собой полный комплекс оборудования, необходимого для бурения геологоразведочных скважин, смонтированный в передвижном буровом здании.

Эта установка отвечает всем требованиям бурения данной скважины.

Расчет предельной глубины бурения станка СКБ-4

Где:

·        L - предельная глубина (м)

·        - мощность двигателя (кВт) = 22 кВт

·        предельно допустимая нагрузка на ПРИ (даН) = 862,5даН

·        = удельная нагрузка на 1  коронки, даН/

·        = рабочая площадь торца алмазной коронки,

·        n=- частота вращениякоронки (об/мин) = 424,6 об/мин

·        окружная скорость = 1÷2 м/с

·        µ -коэффициент трения резцов о породу забоя скважины=0,5

·        - средний диаметр ПРИ, м

·        - наружный диаметр ПРИ = 0,059, м

·        - радиальный зазор между стенками скважины и бурильными трубами,

·        - диаметр скважины = 0,059, м

·        - опытный коэффициент характеризующий переменные потери в станке (кВт*мин/об) = 5,5*(кВт*мин/об)

·        q - средняя масса бурильных труб (кг) = 6,48 кг

·        d - наружный диаметр буровой трубы (м) = 0,054 м

·        - коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости = 0,8

Предельная глубина станка оказалась больше глубины проектируемой скважины. Из этого следует, что выбранная буровая установка соответствует проектным требованиям.

2.2 Выбор бурового инструмента

Буровой инструмент для бурения скважин подразделяется на технологический, вспомогательный и аварийный. Технологический инструмент является основным инструментом для бурения скважин. Вспомогательный инструмент предназначен для обслуживания технологического инструмента, аварийный инструмент предназначен для ликвидации аварий при бурении.

К технологическому инструменту относятся буровой снаряд и буровой сальник. В состав бурового снаряда для колонкового бурения входят: колонковый набор, колонна бурильных труб и ведущая труба. В состав бурового снаряда для бескернового бурения входит породоразрушающий инструмент, переходник, колонна бурильных труб и ведущая труба.

Выбор породоразрушающего инструмента

В соответствии с выбранным способом бурения и конструкцией скважины, в зависимости от физико-механических свойств горных пород выбраны 3 колонковые коронки. Для почвенно-растительного слоя и мергеля следует применить твердосплавную ребристую коронку типа М2 112 ммдиаметра, т.к. эта коронка имеет большие пластины, которые обеспечат наилучшую проходку по этой породе. При проходке плотного известняка, VI категории по буримости целесообразно использовать коронку СМ3 93 мм диаметра, т.к. пластины коронки М5 быстро изношатся. Известняк окремнелый следует пробурить коронкой типа 01А4 76 мм диаметра, эта коронка подходит для того чтобы срезать породы VIIIкатегории побуримости. Железная руда IV категории по буримости, но из-за наличия железистого кварцита IX категории, следует применить коронки типа 14А3 59 мм диаметра.

2.3 Выбор бурильных труб

В нашем случая подходят бурильные трубы ниппельного соединения СБТН-54. Эти бурильные трубы могут использоваться при алмазном бурении.

Наружный диаметр, мм - 54

Толщина стенки, мм - 5,0

Длина одной трубы - 1,5-4,5

Масса 1м трубы с соединением, кг - 6,48

2.4 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:

. Ключи шарнирные для бурильных труб.

2. Ключи шарнирные типа КШ для обсадных и колонковых груб.

. Ключи короночные типа КК для твердосплавных и алмазныхкоронок.

. Ключи гладкозахватные типа КГ колонковых труб.

. Ключи типа КБ для алмазных коронок и расширителей.

. Вилки подкладные, отбойные.

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

2.5 Выбор бурового насоса

Рис. НБ4-160/6,3

Насос - реверсивный, трехплунжерный, трехскоростной, горизонтальный с прямоточной гидравлической частью. Клапаны тарельчатые с резиновым протектором, нагружены цилиндрическими витыми пружинами. Узел «сальник с плунжером» - быстросъемный. Плунжеры выполнены из стали, закаленной до высокой твердости.

Величина подачи насоса регулируется коробкой скоростей и сменой плунжеров, для чего насосная установка (буровой насос НБ4-160/6,3) комплектуется узлом «сальник с плунжером» диаметром 45 и 80 мм.

В комплект насосных установок входят всасывающий и нагнетательный рукава (шланги).

Таблица. Характеристики бурового насоса НБ4-160/6,3

Устройство компрессорно-дожимное КДУ-Н-З устанавливается на буровом насосе НБ-4-160/63 которое Устройство отличается повышенным коэффициентом подачи и надежностью в широком диапазоне изменений водо-воздушных соотношений ГЖС.

Краткая техническая характеристика устройства:

 максимальная подача, приведенная к нормальным условиям, м³/ мин - 13;

 масса, кг - 120.

Следовательно это компрессорно-дожимное устройство отвечает требованиям.

2.6 Выбор мачты

В настоящее время в геологоразведочной службе существует большое количество буровых вышек и мачт для вертикального и наклонного бурения с различным конструктивным исполнением, грузоподъемностью, высотой, а также способом монтажа, демонтажа и перевозки.

Буровые вышки и мачты предназначены для:

выполнения спускоподъемных операций с бурильными и обсадными трубами;

поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой;

установки свечей, извлеченных из скважины;

размещения средств механизации спускоподъемных операций.

При ориентировочном расчете высоту мачты или вышки можно определить по формуле:

Н_в=k_n*L_c

Где k_{n =} 1,25 - 1,45 - коэффициент, учитывающий высоту переподъема и высоту подъемных механизмов; большое значение k_nследует принимать при свечах малой длины или высоких скоростях подъема.

L_c - длина бурильной свечи, м.

H_в=1,25*9,5=11,875 м

Максимально допустимая нагрузка.

Q_м=Р_л*(n+2)*k*η, т, где

Р_л- грузоподъемность лебедки бурового станка на первой минимальной скорости, т; СКБ-4Р_л= 2,5 т

n - число подъемных струн, n=1;

k - коэффициент перегрузки двигателя в приводе станка или электродвигателя, k=2

η - КПД талевой системы = 0,95

Q_м=2,5*(1+2)*2*0,95=14,25 т

На основании расчета для проведения буровых работ может быть использована мачта МР-6 с грузоподъемностью 80 кН и высотой 14 метров.

1.      Технология бурения геологоразведочных скважин

Разработка технологии твердосплавного бурения скважины

Осевая нагрузка

 - удельная нагрузка на 1 резец

m - число основных резцов

Частота вращения

, об/мин,

Где: V - окружная скорость коронки, значение постоянного

D - средний диаметр коронки в м.

Расход промывочной жидкости

,л/мин

Где: - наружный диаметр коронки, м

k - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин

Разработка технологии твердосплавного бурения скважины

Осевая нагрузка

- удельная нагрузка на 1  коронки

- рабочая площадь торца алмазной коронки

Частота вращения

, об/мин,

Где:V - окружная скорость коронки, значение постоянного

D - средний диаметр коронки в м.

Расход промывочной жидкости

 - площадь забоя скважины

 - коэффициент очистки забоя

Режим бурения

Осевая нагрузка

-й интервал, 0-62 м осуществляется коронкой М2 112 ммдиаметра

=60÷80*12=720÷960, даН

-й интервал 62-210 м, осуществляется коронкой СМ-3 93 ммдиаметра

=80÷100*8=640÷800, даН

-й Интервал 210-350 м коронка типа 01А4 76 мм диаметра

=60÷75*15=900÷1125, даН

-й Интервал 350-400 м коронка типа 14А3 59 мм диаметра

=60÷75*11,5=690÷862,5даН

Частота вращения

-й интервал, 0-62 м осуществляется коронкой М2 112 ммдиаметра

2-й интервал 62-210 м, осуществляется коронкой СМ-3 93 ммдиаметра

3-й Интервал 210-350 м коронка типа 01А4 76 мм диаметра

4-й Интервал 350-400 м коронка типа 14А3 59 мм диаметра

Расход промывочной жидкости

1-й интервал, 0-62 м осуществляется коронкой М2 112 ммдиаметра

=89,6÷156,8/мин

=134,4÷179,2/мин

2-й интервал 62-210 м, осуществляется коронкой СМ-3 93 ммдиаметра

=74,4÷111,6/мин

3-й Интервал 210-350 м коронка типа 01А4 76 мм диаметра

=54,4÷108,8л/мин

4-й Интервал 350-400 м коронка типа 14А3 59 мм диаметра

=32,8÷65,5/мин

При бурении трещиноватых и абразивных породах рекомендуемые значения давления на ПРИ уменьшается на 30%. Частоту вращения снижают в следующих случаях: в сильно трещиноватых, раздробленных породах из-за повышенного износа коронок и разрушения керна; при бурении перемежающихся пород; при увеличении глубины скважины и увеличении затрат мощности на холостое вращение колонны бурильных труб; при бурении наклонных и сильно искривляющихся скважин; для повышения выхода керна.

2.7 Выбор очистного агента

Промывочная жидкость для бурения скважин должна обеспечивать безаварийную проходку скважины при максимально упрощенной конструкции скважины, гарантирующей надежное разобщение пластов и предотвращение экологического загрязнения горизонтов. В последнее время все большее развитие находят технологии бурения на сбалансированном давлении, которое регулируется удельным весом очистного агента и режимами промывки. Для пластов с аномально низкими пластовыми давлениями в качестве основы целесообразно принимать газожидкостные смеси и пены.

В данном случае, наличие воды в задание не входит, следовательно, принимаем что вода в изобилии. Т.к. на разрезе встречаются известняки т.е. осадочные породы, надо использовать глинистый раствор, чтобы укрепить стенки скважины.

3.Мероприятия по повышению выхода керна и заданного направления скважины

.1 Мероприятия по повышению выхода керна

При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые керн и шлам являются основными источниками информации.

Для изучения геологического строения того или иного месторождения требуется получение кернового материала в необходимом количестве и нужного качества. В процессе бурения и извлечения керн разрушается, что снижает достоверность опробования полезного ископаемого.

На выход керна оказывает отрицательное воздействие ряд факторов.

Геологические факторы:

разрушение и истирание мягких прослоев и участков;

разрыхление или уплотнение пород;

растворение или выщелачивание минералов;

растепление мерзлых пород.

Технические факторы:

деформация и механическое разрушение керна;

размывание керна;

уменьшение диаметра керна и его прочности.

Технологические факторы:

механическое разрушение керна за счет вибрации;

растворение керна в промывочной жидкости;

выпадение керна при расхаживании снаряда;

потери керна при его подъеме.

Для снижения отрицательного воздействия перечисленных факторов используются технологические мероприятия и технические средства повышения выхода керна.

Технологические мероприятия: применение обратной схемы промывки; снижение частоты вращения бурового снаряда; снижение расхода промывочной жидкости; бурение укороченными рейсами.

К техническим средствам повышения выхода керна относятся двойные колонковые наборы.

3.2 Мероприятия по поддержанию заданного направления скважины

Полностью предупредить искривление скважин, происходящее под влиянием геологических и технологических причин, невозможно, так как эти причины действуют постоянно по всей длине ствола скважины, однако можно значительно снизить их влияние. Предупредительные меры борьбы с искривлением скважин должны быть направлены, в основном, на устранение причин технологического характера и на уменьшение степени влияния геологических причин.

Для снижения интенсивности естественного искривления скважин под воздействием геологических факторов применяются следующие способы:

. Заложение скважин с оптимальными начальными углами с учетом конкретных геолого-структурных условий.

. Применение специальных компоновок низа бурильной колонны;

. Использования рациональных параметров режима бурения, при которых интенсивность естественного искривления минимальна;

. Применения породоразрушающего инструмента с небольшим выходом резцов за периметр инструмента и со слабой фрезерующей способностью.

. Применения отклонителей для направленного искривления ствола.

3.3 Определение затрат мощности

После выбора параметров режима бурения необходимо выполнить проверочный расчет затрат мощности на бурение скважин проектной глубины. Потребная мощность бурового агрегата зависит от двух основных процессов: собственно бурения, в результате которого осуществляется углубка скважины, и спуско-подъемных операций. Определяющей для выбора мощности привода, как правило, является мощность, затрачиваемая на углубку скважины. Мощность двигателя бурового станка, необходимая для процесса углубки, складывается из трех основных составляющих:

ϭ= Nз + NТ + NСТ, кВт

Где Nз - мощность, реализуемая на забое скважины, кВт:Т - мощность, затрачиваемая на вращение бурильной колонны в скважине, кВт;СТ - мощность, потребляемая в узлах и механизмах бурового станка, кВт.

Мощность, реализуемая на забое скважины.

При бурении алмазными коронками:

, кВт

Где:

Р - осевая нагрузка на коронку, даН- частота вращения коронки, об/мин

 - средний диаметр коронки, м

Мощность, затрачиваемая на вращение колонны бурильных труб в скважине

, кВт

Где:

 - мощность, затрачиваемая на холостое вращение колонны бурильных труб в скважине, кВт

 - дополнительные затраты мощности на вращение сжатой части бурильной колонны, кВт

, кВт

Расчет затрат мощности на холостое вращение

, кВт

Затраты мощности в узлах и механизмах бурового станка

, кВт

Где N - номинальная мощность двигателя в станках, кВт- давление масла в гидросистеме бурового станка, МПа

Мощность двигателя бурового станка:

Необходимая мощность двигателя оказалась меньше номинальной мощности двигателя СКБ-4, следовательно СКБ-4 отвечает требованиям мощности.

Для расчетов времени продолжительности буровых работ применяем следующие параметры.

Общий объем работ Q:

Где: L глубина типовой скважины;- количество скважин;

Плановая месячная производительность:

Где: K - коэффициент планового увеличения производительности. Принимается равным 1.1;- общие затраты времени на бурение скважины;- количество скважин;

количество необходимых станков:

Где:  -количество станков

 - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени на монтажные - демонтажные работы, перевозки, плановый ремонт и сопутствующие бурению работы. Принимается равным 0,8.

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

Таблица

Отсюда следует, что нужно 12 станков.

3.4 Организация буровых работ

Разведочное бурение производится в специфических условиях и вопросы организации работ приобретают исключительное значение.

Основной задачей организации буровых работ является снижение их себестоимости, повышение производительности труда, обеспечение заданного выхода керна, проведение необходимых геофизических и гидрогеологических исследований.

Состав буровой бригады:

На одной буровой работают два буровика и два помощника бурильщика.

Количество буровых установок 12.

На двух буровых работают 24 буровика и 24 помощника бурильщика.

График сменности:

Продолжительность смены составляет 12 часов. В работе задействованы 12 бригад.

Мероприятия по технике безопасности и по противопожарной профилактике:

Для того чтобы установить правила и порядок ознакомления работников с безопасными методами работы, должна быть разработана инструкция техники безопасности. Она разрабатывается и утверждается на основании приказа руководителя буровой. После этого в первый день месяца, каждый рабочий обязан проходить инструктаж по технике безопасности и по противопожарной профилактике, только после этого допускаются к работе.

Заключение

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

В процессе работы над курсовым проектом я научился производить расчеты, составляемые при проектировании бурения скважин; составлять конструкцию скважины; выбирать необходимое оборудование и буровую установку (станок) для осуществления бурения, то есть выбирать технологический, аварийный и вспомогательные инструменты

Полученные в результате работы над курсовым проектом знания будут пригодны и полезны нам, для написания дипломной работы, а также для дальнейшей работы в производстве в будущем после получения диплома непосредственно на разработке разведочных скважин.

Использованные ресурсы

.        Составление курсового проекта: учебно-методическое пособие/сост: Р.М.Скрябин, Д.Н.Ефимов. - Якутск: СВФУ, 2013.

.        Сулакшин С.С. «Бурение геологоразведочных скважин» 1994г.

.        А.Г. Калинин, В.И. Власюк, Р.М. Скрябин, О.В. Ошкордин. Технология бурения разведочных скважин. - М .: Издательство «Техника», ТУМА ГРУПП 2004- 528с.

.        Кирсанов А.Н. Зиненко В.П. «Буровые машины и механизмы» 1986г. Корнилов Н.И. Бухарев Н.Н. Киселев А.Т. « Буровой инструмент для геолоразведочных скважин» 1990г.

5.