Бурение разведочных скважин: Учебное пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

Б У РЕ НИ Е РА ЗВ Е Д О Ч НЫ Х С К В А Ж И Н

Пособиеп о сп ециальности 020301 геология 130301 геологическая съемка, п оиски и разв ед ка месторож д ений п олезны х ископ аемы х

В оронеж 2004

2

У тв ерж д ено научно-метод ическим сов етом геологического ф акультета В ГУ 18 марта 2004 г, п ротокол № 5

Состав ители: СтрикЮ .Н ; И льяш В .В

Пособие п од готов лено на каф ед ре п олезны х ископ аемы х и нед роп ользов ания геологического ф акультета В оронеж ского госуд арств енного унив ерситета Рекоменд уется д ля студ ентов 2 курса сп ециальности 020301 «Геология» д нев ного отд еления и 3 курса сп ециальности 130301 «Геологическая съемка, п оиски и разв ед ка месторож д ений п олезны х ископ аемы х » заочного отд еления, изучаю щ их д исцип лину «Т ех ника разв ед ки» .

3

С О Д Е РЖ А НИ Е В В Е Д Е НИ Е 1. 1.1. 1.2. 1.3. 2.

2.1. 2.2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 4. 5. 6.

О Б Щ И Е С В Е Д Е НИ Я О Б У РЕ НИ И С К В А Ж И Н О снов ны етех ническиеп онятия, целев оеназначение скв аж ин Произв од ств енны еоп ерации бурения О снов ны етех нологическиеп онятия и п оказатели бурения Ф И ЗИ К О -М Е Х А НИ Ч Е С К И Е С В О Й С ТВ А ГО РНЫ Х ПО РО Д И И Х В ЛИ Я НИ Е НА ПРО Ц Е С С Б У РЕ НИ Я К лассиф икация горны х п ород п о степ ени св язности Буримостьи классиф икация горны х п ород п о буримости К О ЛО НК О В О Е Б У РЕ НИ Е О бщ иесв ед ения О бщ ая сх ема колонков ого бурения И нструментколонков ого бурения К О НС ТРУ К Ц И Я К О ЛО НК О В Ы Х С К В А Ж И Н Б У РО В Ы Е У С ТА НО В К И К О ЛО НК О В О ГО Б У РЕ НИ Я ПРО М Ы В К А Б У РО В Ы Х С К В А Ж И Н

6.1. Промы в ка скв аж ин 6.2. О снов ны е тип ы п ромы в очной ж ид кости и услов ия п рименения 6.3. Н азначениеглинисты х раств оров и их св ойств а 6.4. М етод ы измерения св ойств п ромы в очны х раств оров 7. ТЕ Х НО ЛО ГИ Я К О ЛО НК О В О ГО Б У РЕ НИ Я 8.

ТА М ПО НИ РО В А НИ Е С К В А Ж И Н 8.1. Произв од ств о работп о цементиров анию скв аж ины п ри п омощ и д в ух п робок 8.2. Расчетцементиров ания скв аж ин сп особомд в ух п робок 8.3. Л икв ид ационны й тамп онаж скв аж ины

4

В В Е Д Е НИ Е Н астоящ ее п особие имеет цель п омочь студ ентам, обучаю щ имся п о сп ециальности, осв оитьод ин из д в ух разд елов д исцип лины «Т ех ника разв ед ки» , которы й назы в ается «Бурение разв ед очны х скв аж ин» . Бурение скв аж ин яв ляется од ним из в аж нейш их тех нических сп особов реш ения многих геологических зад ач на самы х различны х стад иях и этап ах изучения и осв оения нед р. В ы п ускник геологического ф акультета В ГУ небуров ик, но о скв аж инах и тех нологии бурения д олж ен знатьнеменьш е, а в некоторы х случаях и больш етех нических исп олнителей слож ного п роизв од ств енного п роцесса, каков ы м яв ляется бурение скв аж ин, особенно глубоких . И менно геолог став ит зад ачи, которы е д олж ны бы ть реш ены бурением, геолог п роектируетконструкцию скв аж ины , в ы бираетнаиболеерациональны й комп лекс тех нических сред ств и тех нологических сп особов , которы е п озв олятп олучить искомы й результатснаименьш ими затратами. В геологоразв ед очном д еле бурение скв аж ин чащ е в сего п реслед ует цель в скры ть руд ное тело, залегаю щ ее на глубине. Поэтому, геолог, зад ав ая с п ов ерх ности земли в се начальны е п араметры бурения скв аж ины , д олж ен учиты в ать в сю сов окуп ность геологических , тех нических и тех нологических ф акторов , в лияю щ их на п роцессбурения, чтобы скв аж ина в ы п олнила св оеп ред назначение. В настоящ еев ремя бурениескв аж ин - многоцелев оеп роизв од ств о, и сов ременная п ромы ш ленность п ред лагает больш ой в ы бор тех нических сред ств и тех нологий, в которы х требуется разбираться, чтобы п ринять п рав ильное реш ение. В услов иях ры ночной экономики и ж есткой конкуренции меж д у нед роп ользов ателями к сп ециалистам геологам п ред ъяв ляю тся соотв етств ую щ иетребов ания, таккакотего кв алиф икации и знаний, п орой на уров неинтуиции, мож етзав исетьусп ех в сего п ред п риятия.

5

Д анное п особие буд ет п олезно студ ентам

и

п ри

изучении

лекционного материала, и п ри в ы п олнении зад аний лабораторного п рактикума, и в п роцессеп рох ож д ения учебной буров ой п рактики. 1. О Б Щ И Е С В Е Д Е НИ Я О Б У РЕ НИ И С К В А Ж И Н Буров ая скв аж ина п рох од ит скв озь толщ у горны х п ород , д ля того чтобы д обраться д о ж елаемого объекта – залеж и руд ного тела, неф ти, газа, в од оносного горизонта и т.д . Т акимобразом, скв аж ина - это искусств енная в ы емка в горноммассив еп ород . В то ж ев ремя, имею тся близкиеп о назначению , но иной ф ормы в ы емки – горны е в ы работки (ш ах ты , ш тольни, карьеры ), откоторы х скв аж ина сущ еств енно отличается наименьш имобъемом в ы емки на глубину п рох од ки. В этом смы сле она наиболее экономичная и самая бы страя п о д остиж ению объекта в скры тия. В п оп еречном сечении скв аж ина имеет ф орму круга, так как бурение осущ еств ляется обы чно сп особомв ращ ения, п ри этомд иаметр круга очень мал п о срав нению сд линой скв аж ины - это п ерв ы есантиметры , реж ед есятки сантиметров п ри глубинебурения в сотни метров и д аж енесколько километров . Бурение, особенно глубокое - д остаточно слож ное п роизв од ств о, требую щ ееп рименения сп ециальны х тех нических сред ств , которы ев комп лексеименую тбуров ой установ кой. В неев х од ятслед ую щ иеглав ны еузлы : буров ая в ы ш ка (или мачта), энергетическоеоборуд ов аниеили силов ой п рив од – д в игатель, буров ой станок и буров ой насос. В зав исимости от сп особа бурения и конструкции установ ки п од разд еляю тся на в ращ ательны е, уд арны е, в ибрационны е, турбинны еи д р. По сп особу трансп ортиров ки они такж еп од разд еляю тся на стационарны е, п еред в иж ны е, самох од ны е и п ереносны е. 1.1. О снов ны е тех ническиеп онятия, целев оеназначениескв аж ин Д и амет р с к в аж и ны оп ред еляется д иаметром п ород оразруш аю щ его

6

инструмента

и

изменяется

в п ред елах от16 д о 1500 мм.

Д ли на с т в ола с к в аж и ны - это расстояние от устья д о забоя скв аж ины , измеренноеп о ееосев ой линии. Глубина скв аж ины это разница меж д у отметками устья и забоя п о ш калеглубин (осьz). Д остигает12500 м. Э лементы скв аж ины : У с т ьес к в аж и ны – начало скв аж ины , то естьместо п ересечения еес земной п ов ерх ностью или сп ов ерх ностью горной в ы работки. Забой с к в аж и ны – д но скв аж ины С т енк и с к в аж и ны – боков ы еп ов ерх ности скв аж ины . С т в ол с к в аж и ны – п ространств о в нед рах , занимаемоескв аж иной. По сп особу разработки забоя бурение разд еляется на бес к ернов ое и к олонк ов ое(рис. 1.1.). Бескернов ое бурение – бурение, п ри котором горная п ород а разруш ается на в сей п лощ ад и забоя. К олонков ое бурение – бурение, п ри которомгорная п ород а разруш ается п о кольцев ому забою ссох ранениемкерна. К ерн – колонка горной п ород ы , образую щ аяся в результате кольцев ого разруш ения забоя скв аж ины . О снов ны е размеры скв аж ины – д иаметры интерв алов бурения в мм; д иаметры наруж ны е и в нутренние колонн обсад ны х труб в мм; глубина интерв алов скв аж ины от устья д о забоя в м; общ ая глубина и д лина скв аж ины отустья д о забоя в м. Пространств енноерасп олож ениебуров ой скв аж ины оп ред еляется: 1) коорд инатами устья x, y, z; 2) нап рав лением скв аж ины ; 3) углом наклона скв аж ины ; 4) азимутомскв аж ины ; 5) глубиной (рис. 1.2.). По нап рав лению бурения скв аж ины , ф орме ств ола и их количеств у скв аж ины д елятся на след ую щ ие груп п ы : 1- в ертикальны е; 2- наклонны е; 3- горизонтальны е; 4- в осстаю щ ие; 5- искрив ленны е; 6- многоств ольны е.

7 а

б

Рис. 1.1. Забои скв аж ин в ращ ательного бурения: а - сп лош ной; б - кольцевой

С 3 О А

2

1

С В

Рис. 1. 2. Пространственное расп олож ение скваж ин: 1 - осьскваж ины ; 2 - п лоскостьзенитного угла; 3 - горизонтальная п лоскость; α - азимутальны й угол; θ - зенитны й угол; η - угол наклона скваж ины ; О С - направлениена сев ер; О А - азимутзабуривания скваж ины ; О - устьескв аж ины ; В - забой скваж ины

8

4

1

3 2

5

6

Рис. 1 .3 . Т ип ы скв аж ин п о н ап рав лению бу рения , ф орме ств ола и их количеству :1-4 - с п ов ерх ности Земли; 1- в ертикальны е; 2- наклонны е; 3- искрив ленны е; 4- многоств ольны е; 5-6 - из п од земной горной в ы работки: 5- в осстаю щ ие; 6- горизонтальны е

Буров ой ус т анов к ой назы в ается комп лекс, состоящ ий из буров ой в ы ш ки (или мачты ), буров ого и энергетического оборуд ов ания, необх од имы х п ри бурении скв аж ин. В зав исимости отсп особа бурения буров ы е установ ки п од разд еляю тся на в ращ ательны е, уд арны е, в ибрационны еи д р. В зав исимости от трансп ортны х сред ств п од разд еляю тся на стационарны е, п еред в иж ны е, самох од ны еи п ереносны е. По целев ому назначению буров ы е скв аж ины д елятся на три основ ны егруп п ы : геологоразв ед очны е, эксп луатационны еи тех нические. 1 – Геологоразв ед очны ескв аж ины :

• К артиров очны е

9

• Поисков ы е • Разв ед очны е • Гид рогеологические • И нж енерно-геологические • Сейсмические • Структурны е • О п орны е • Параметрические 2 – Э ксп луатационны ескв аж ины : • В од озаборны е • Н еф тяны еи газов ы е • Скв аж ины п од земной газиф икации углей • Скв аж ины д ля д обы чи рассолов • Геотех нологическиескв аж ины 3 – Т ех ническиескв аж ины : • В зры в ны ескв аж ины • Ств олы ш урф ов и ш ах т • д ругие 1.2. Произв од ств енны еоп ерации бурения Бурениекакп роизв од ств енны й п роцесс состоитиз ряд а п ослед ов ательны х оп ераций: 1. Т рансп ортиров аниебуров ой установ ки на точку бурения; 2. М онтаж буров ой установ ки; 3. Собств енно бурение (п рох од ка ств ола скв аж ины ), которое в клю чаетв себя: а) чистое бурение, т. е. неп осред ств енное разруш ение горной п ород ы п ород оразруш аю щ иминструментомна забоескв аж ины ;

10

б)

очистка

забоя

от разруш енной

п ород ы

и

трансп ортиров ание ее от забоя д о устья скв аж ины . При бурении с п ромы в кой или п род ув кой, а такж еп ри бурении ш неками эта оп ерация сов мещ ается соснов ной — чисты мбурением; в ) сп уско-п од ъемны еоп ерации осущ еств ляю тся д ля замены износив ш егося п ород оразруш аю щ его инструмента и д ля п од ъема керна (образцов п ород ). 4. К реп лениестенок скв аж ины в неустойчив ы х п ород ах , т. е. сп особны х к обруш ению (трещ инов аты е, слабосв язанны е, ры х лы е, сы п учиеи п лы в уны ), что мож етп роизв од иться д в умя сп особами: а) креп ление сп ускомв скв аж ину обсад ны х колонн труб, что требуетостанов ки бурения; б) креп лениеп ромы в очны ми ж ид костями, закреп ляю щ ими стенки скв аж ины , п роизв од имоеод нов ременно с бурением 5. И сп ы тания и исслед ов ания в скв аж ине (измерение искрив ления, каротаж и д р. 6. Т амп ониров ание скв аж ин с целью разобщ ения и изоляции в од оносны х п ластов с разны м х имическим состав ом в од или с целью изоляции в од оносного п ласта отнеф тегазоносного. 7. У станов ки ф ильтра и в од оп од ъемника в гид рогеологической скв аж ине и п роизв од ств о гид рогеологических исслед ов аний (замеры уров ня в од ы в скв аж ине, отборы п роб в од ы , оп ред елениед ебита скв аж ины сп омощ ью п робны х откачек). 8. Пред уп реж д ениеи ликв ид ация ав арий в скв аж ине. 9. И зв лечение обсад ны х труб и ликв ид ация скв аж ины п осле в ы п олнения зад ачи (ликв ид ационны й тамп онаж ). 10. Д емонтаж буров ой установ ки и п еремещ ениена нов ую точку бурения. Перечисленны е рабочие оп ерации бурения яв ляю тся п ослед ов ательны ми, т. е. могутв ы п олняться п ослед ов ательно од ной и той ж ебригад ой.

11

При необх од имости бурения нескольких скв аж ин и п ри наличии резерв ны х буров ы х установ ок с целью ускорения разв ед очны х ·работ некоторы е рабочие оп ерации могут бы ть п араллельны ми, т. е. в ы п олняться д в умя или несколькими сп ециализиров анны ми бригад ами. Т ак, нап ример, буров ая бригад а в ы п олняет собств енно бурения и креп ление скв аж ины ; монтаж ны е бригад ы занимаю тся только трансп ортиров анием, монтаж ом, д емонтаж ем буров ы х установ ок, ликв ид ационны м тамп онаж ем скв аж ин; каротаж ная бригад а занимается только каротаж еми т. п . 1.3 О снов ны етех нологическиеп онятия и п оказатели бурения Пок азат елями бурени я назы в аю тся п араметры , х арактеризую щ ие количеств о и качеств о результатов п рох од ки скв аж ин. Глав нейш ими из них яв ляю тся: скорость, стоимость 1 м п робуренной скв аж ины , п роцент в ы х од а керна, нап рав лениеств ола скв аж ины и д р. Реж и мом бурени я назы в ается сочетание п араметров , которы е могут изменяться бурильщ иком. Т ак, нап ример, п ри в ращ ательномбурении основ ны ми п араметрами реж има бурения яв ляю тся: 1) осев ая нагрузка на п ород оразруш аю щ ий инструмент; 2) частота в ращ ения буров ого снаряд а; 3) качеств о очистного агента (в од ы , буров ого раств ора или сж атого в озд ух а); 4) объемны й расх од , т. е. объем в ед иницу в ремени очистного агента. Различаю т след ую щ ие разнов ид ности реж имов бурения: оп тимальны й и сп ециальны й. О пт и мальны м реж и мом бурени я назы в ается сочетание п араметров реж има бурения, обесп ечив аю щ их максимальную скорость бурения в д анны х геолого-тех нических услов иях п ри д анномтип оразмере п ород оразруш аю щ его инструмента и п ри обесп ечении требуемы х качеств енны х п оказателей: над леж ащ его нап рав ления ств ола скв аж ины и в ы сокого в ы х од а керна.

12

С пеци альны м

реж и мом бурени я

назы в ается

сочетание

сп ециальны х тех нологических зад ач. Н ап ример, в зятие керна п олезного ископ аемого с п омощ ью сп ециальны х тех нических сред ств , в ы п рямление ств ола скв аж ины , искусств енное искрив ление скв аж ины в зад анном нап рав лении и д р. В этом случае в еличина скорости бурения имеет п од чиненноезначение. Рей с ом бурени я назы в ается комп лекс работ, затраченны х на в ы п олнение след ую щ их рабочих оп ераций: 1) сп уск буров ого снаряд а в скв аж ину; 2) чистое бурение, т. е. углубление скв аж ины (основ ная оп ерация); 3) п од ъембуров ого снаряд а из скв аж ины . 2. Ф И ЗИ К О -М Е Х А НИ Ч Е С К И Е С В О Й С ТВ А ГО РНЫ Х ПО РО Д И И Х В ЛИ Я НИ Е НА ПРО Ц Е С С Б У РЕ НИ Я Горны е п ород ы классиф ицирую тся п о разны мп ризнакам. По п роисх ож д ению они д елятся на: магматическиеили изв ерж енны е; (глубинны еи излив ш иеся); осад очны е (мех анические или обломочны е, х емогенны е, органогенны е); метаморф ические, образов ав ш иеся из магматических и осад очны х п ород на больш их глубинах п од д ейств ием в ы соких д ав лений и темп ератур. Д ля бурения в аж ны ф изико-мех анические св ойств а горны х п ород , которы е оп ред еляю т соп ротив ляемость п ород ы разруш ению , а след ов ательно, п роизв од ительность и затраты . Ф изические св ойств а горны х п ород х арактеризую тих ф изическоесостояние. И з в сего разнообразия ф изических св ойств п ород п рямо или косв енно в лияю т на п роцесс бурения след ую щ ие: минеральны й состав , степ ень св язности, п ористость, п лотность, уд ельны й в ес, структура, текстура, зернистость. М ех аническиесв ойств а горны х п ород яв ляю тся в неш нимп рояв лением ф изических и в ы раж аю тся в сп особности оказы в атьсоп ротив лениед еф ормиров анию и разруш ению . К нимотносятся: п рочность, креп ость, д инамическая п рочность, тв ерд ость, уп ругость, х руп кость, п ластичность, абразив -

13

ность и д р. В целом изв ерж енны е п ород ы наиболее п рочны е, за ними след ую тметаморф ические, п отомосад очны е, х отя и зд есьнебез исклю чений. Н а п рочность п ород оказы в ает сущ еств енное в лияние степ ень их в ы в етрив ания. Е сть гранит, а есть в ы в етренны й гранит, п рочность в торого намного ниж е. И зучение ф изико-мех анических св ойств горны х п ород необх од имо 1) д ля в ы бора сп особа бурения и наиболее п роизв од ительны х тип ов п ород оразруш аю щ их инструментов ; 2) д ля разработки рациональной тех нологии бурения и креп ления стенок скв аж ины ; 3) д ля расш ирения геологической изученности района работ. О собоев нимание уд еляю тисслед ов анию ф изико-мех анических св ойств керна из оп орны х скв аж ин, так как результаты этого изучения исп ользую тся п ри состав лении п роектов бурения нов ы х скв аж ин. 2.1 К лассиф икация горны х п ород п о степ ени св язности По степ ени св язности горны е п ород ы разд еляю тся на четы ре основ ны е груп п ы : скальны е, св язны е, ры х лы е (сы п учие) и п лы в учие. Скальны е п ород ы х арактеризую тся различной, обы чно в ы сокой тв ерд остью , обуслов ленной наличием меж д у минеральны ми зернами молекулярны х сил сцеп ления, которы е п осле разруш ения п ород ы не в осстанав лив аю тся. Скальны е п ород ы п о сод ерж анию кв арца разд еляю тся на кв арцсод ерж ащ ие и бескв арцев ы е. Перв ы е х арактеризую тся больш ей тв ерд остью и абразив ностью . Св язны е п ород ы отличаю тся от скальны х меньш ей п рочностью . О бы чно это некоторы е тип ы осад очны х п ород , в которы х обломочны й материал св язан цементирую щ ей массой иного состав а или структуры . К ним, нап ример, относятся различны е п есчаники. Ры х лы е п ород ы (сы п учие) п ред став ляю тсобой мех аническую смесьчастиц минералов или п ород , не св язанны х меж д у собой. Плы в учие п ород ы облад аю т сп особностью к течению , это обы чно разж иж енны ев од ой п ески (п лы в уны ), но к те-

14

чению

сп особны

п ород ы

и в тв ерд омсостоянии, нап ример лед .

2.2 Буримостьи классиф икация горны х п ород п о буримости Буримостью назы в ается соп ротив ление горной п ород ы п роникнов ению в нее п ород оразруш аю щ его инструмента. Буримость яв ляется комп лексной ф ункцией, зав исящ ей, в о-п ерв ы х , отмех анических и абразив ны х св ойств горны х п ород , в о-в торы х , от п рименяемой тех ники и тех нологии бурения, а именно: сп особа, тип а и п лощ ад и разруш ения. Буримость яв ляется од ним из основ ны х ф акторов , оп ред еляю щ их п роизв од ительность труд а в п роцессебурения скв аж ин. Д ля в ращ ательного колонков ого бурения в се горны е п ород ы разд елены на д в енад цать категорий п о в озрастаю щ ей труд ности бурения. К ритерием отнесения к той или иной категории яв ляется мех аническая скорость бурения п ри станд артны х услов иях . О п ред елить точно только в изуально категорию п ород ы п о в еличине мех анической скорости бурения в п роизв од ств енны х услов иях не в сегд а п ред став ляется в озмож ны м. Т емне менее, это обы чно и п рактикуется п ри д окументации керна. При такомв изуальноми субъектив номсп особенеисклю чаю тся неточности в отнесении п ород ы к той или иной категории, и зд есь в аж ен оп ы т геолога. Буримость зав исит от сп особа бурения. Поэтому д ля разны х сп особов бурения разработаны св ои классиф икации горны х п ород п о буримости, в которы х горны еп ород ы сгруп п иров аны в категории. Н иж еп рив од ится классиф икация п ород п о их буримости п ри колонков ом сп особе. За критерий отнесения п ород ы к соотв етств ую щ ей категории п ринята углубка скв аж ины за 1 час чистого в ремени бурения. Скоростьп рох од ки п ород I категории состав ляет20-30 м/час; XII категории – 5-10 см/час. К ак в ид но из таблицы , д ля отнесения п ород ы к той или иной категории п о буримости к ееназв анию д оп олнительно д аю тся несколько оп ред елений,

уточняю щ их

св ойств а

и

состояние

п ород .

15

Таб лица2.1 К лас с ификациягорныхп ород п о б у рим ос ти д лявращ ат ельного м еханич еского б у ренияскваж ин Горны еп ород ы , тип ичны ед ля каж д ой категории К атегория п ород ы I Т орф и растительны й слой без корней; ры х лы е: лесс, п ески (неп лы в уны ), суп еси без гальки и щ ебня; ил в лаж ны й и илов аты е грунты ; суглинки лессов ид ны е; треп ел: мелслабы й II Т орф и растительны й слой скорнями или снебольш ой п римесью мелкой (д о 3 см) гальки и щ ебня; суп еси и суглинки с п римесью д о 20% мелкой (д о 3 см) гальки или щ ебня; п ески п лотны е; суглинок п лотны й; лесс; мергельры х лы й; п лы в ун без нап ора; лед ; глины сред ней п лотности (ленточны е к п ластичны е); мел; д иатомит; саж и; каменная соль (галит); нацело каолинизиров анны е п род укты в ы в етрив ания изв ерж енны х и метаморф изов анны х лород ; ж елезная руд а ох ристая III Суглинки и суп еси сп римесью св ы ш е20% мелкой (д о 3 см) гальки или щ ебня; лесс п лотны й; д ресв а; п лы в ун нап орны й; глины с часты ми п рослоями (д о 5 см) слабосцементиров анны х п есчаников и мергелей, п лотны е, мергелисты е, загип сов анны е, п есчанисты е; алев ролиты глинисты е слабосцементиров анны е; п есчаники, слабосцементиров анны е глинисты м и изв естков исты м цементом; мергель; изв естнякракуш ечник; мел п лотны й; магнезит; гип с тонкокристаллический, в ы в етренны й; каменны й уголь слабы й; буры й уголь; сланцы тальков ы е, разруш енны е в сех разнов ид ностей; марганцев ая руд а; ж елезная руд а окисленная, ры х лая; бокситы глинисты е IV Галечник, состоящ ий из мелких галек осад очны х п ород ; мерзлы ев од оносны е п ески, ил, торф ; алев ролиты п лотны е глинисты е; п есчаники глинисты е; мергельп лотны й; не-1гтот1'ы ч изв естняки и д оломиты ; магнезит п лотны й; п ористы е изв естняки, туф ы ; оп оки глинисты е; гип с кристаллический; ангид рит; калийны е соли; каменны й уголь; буры й уголь креп кий; каолин (п ервичны й); сланцы глинисты е, п есчано-глинисты е, горю чие, углисты е, алев ролитов ы е; серп ентиниты (змеев ики) сильно в ы в етренны е и отальков анны е; неп лотны е скарны х лоритов ого и ам-ф ибол-слю д истого состав а; ап атит кристаллический; сильно в ы в етренны е д униты , п ерид отиты ; кимберлиты , затронуты е в ы в етрив анием; мартитов ы е и им п од обны е руд ы , сильно в ы в етренны еы е; ж елезная руд а мягкая в язкая; бокситы V Галечно-щ ебенисты е грунты ; галечник мерзлы й, св язанны й глинисты м или п есчано-глинисты м материалом с лед яны ми п рослойками; мерзлы е; п есок круп нозернисты й и д ресв а, ил п лотны й,, глины п есчанисты е, п есчаники на изв естков истом и ж елезистом цементе;

16

VI

VII

VIII

алев ролиты ; аргиллите; глины аргиллитоп од обны е, в есьма п лотны е, п лотны е сильно п есчанисты е; конгломератосад очны х п ород на п есчано-глинистомили д ругомп ористомцементе; изв естняки; мрамор; д оломиты мергелисты е; ангид рит в есьма п лотны й; оп оки п ористы е в ы в етренны е; каменны й уголь тв ерд ы й; антрацит, ф осф ориты ж елв аков ы е; сланцы глп нисто-слю д яны е, слю д яны е, тальков ох лоритов ы е, х лоритов ы е, х лорито-глинисты е, серицитов ы е; серп ентиниты (змеев ики); в ы в етренны е алъбитоф иры , кератоф иры ; туры серп ентинизиров анны е в улканические; д униты , затронуты е в ы в етрив анием; кимберлиты брекчиев ед ны е; мартитов ы е и ю л п од обны е руд ы , неп лотны е А нгид риты п лотны е, загрязненны е туф огенны м материалом; глины п лотны е мерзлы е: глины п лотны е с п рослоями д оломита и сид еритов ; конгломерат осад очны х п ород на изв естков истом цементе; п есчаники п олев ош п атов ы е, кв арцев о-изв естков исты е; алев ролиты с в клю чениями кв арца; изв естняки п лотны е д оломитизиров анны е, скарниров анны е; д оломиты п лотны е; оп оки; сланцы глинисты е, кв арцев о-серицитов ы е, кв арцев о-слю д яны е, кв арцев о-х лоритов ы е, кв арцев о-х лорито-серицитов ы е, кров ельны е; х лоритизиров анны е и рассланцов анны е альбитоф иры , кератоф иры , п орф ириты ; габбро; аргиллиты слабо окремнелы е; д униты , не затронуты ев ы в етрив анием; п ерид отиты , затронуты е в ы в етрив анием; амф иболиты ; п ирокоениты круп нокристаллические; тальков о-карбонатны е п ород ы ; ап атиты , скарны эп ид ото- кальцитов ы е; колчед ан сы п учий; буры е ж елезняки нозд рев аты е; гематито-мартитов ы еруд ы ; сид ериты А ргиллиты окремненны е; галечник изв ерж енны х и метаморф ических п ород (речник); щ ебень мелкий без в алунов ; конгломераты о галькой (д о 50%) изв ерж енны х п ород на п есчано-глиниотом цементе; конгломераты осад очны х п ород на кремнистом цементе; п есчаники кв арцев ы е; д оломиты в есьма п лотны е; окв арцов анны е п олев ош п атов ы е п есчаники, изв естняки; оп оки креп кие п лотны е; ф осф оритов ая п лита; сланцы слабо окремненны е; амф иболмагнетитов ы е, куммингтонитов ы е, рогов ообманков ы е, х лориторогов ообманков ы е; слабо рассланцов анны е альбитоф иры , кератоф иры , д иабазов ы е туф ы ; затронуты е в ы в етрив анием: п орф иры , п орф ириты ; круп но- и сред незернисты е, затронуты е в ы в етрив анием граниты , сиениты , д иориты , габбро и д ругие изв ерж енны е п ород ы ; п ироксениты , п ироксениты руд ны е; кимберлиты базальтов ид ны е; скарны кальцитосод ерж ащ ие ав гито-гранатов ы е; кв арцы п ористы е (трещ инов аты е, нозд рев аты е, ох ристы е); буры е ж елезняки нозд рев аты е п ористы е; х ромиты ; сульф ид ны е руд ы ; мартитосид еритов неи гематитов ы еруд ы ; амф ибол-магнетитов ая руд а А ргиллиты кремнисты е; конгломераты изв ерж енны х п ород на изв естков истомцементе; д оломиты окв арцов анны е; окремненны е изв естняки и д оломиты ; ф осф ориты п лотны е п ластов ы е; сланцы окремненны е: кв арцев о-х лоритов ы е, кв арцев о-серицитов ы е, кв арцев о-х лорито-эп ид отов ы е, слю д яны е; гней сы ; сред незернисты е аль-

17

IX

X

XI

XII

битоф иры и кератоф иры ; базальты в ы в етренны е; д иабазы ; анд езиты , д иориты , не затронуты е в ы в етрив анием; лабрад ориты ; п ерид отиты ; мелкозернисты е, затронуты е в ы в етрив анием граниты , сиениты , габбро; затронуты е в ы в етрив анием гранито-гнейоы , п егматиты , кв арцев о-турмалинов ы е п ород ы ; скарны круп но- и сред незернисты е кристаллические ав гито-гранатов ы е, ав гитоэп ид отов ы е; эп ид озиты ; кв арцев о-карбонаткы е и кв арцев обаритов ы е п ород ы ; буры е ж елезняки п ористы е; гид рогематитов ы е руд ы п лотны е; кв арциты гематитов ы е, магнетитов ы е; колчед ан п лотны й ; бокситы д иасп оров ы е Б азальты , не затронуты е в ы в етрив анием; конгломераты изв ерж енны х п ород на кремнистом цементе; изв естняки карстов ы е; кремнисты е п есчаники, изв естняки; д оломиты кремнисты е; ф осф ориты п лаcтов ы е окремненны е; сланцы кремнисты е; кв арциты магнетитов ы е и гематитов ы е тонкоп олоcчаты е, п лотны е мартитомагнетитов ы е; рогов ики амф ибол-магнетитов ы е и серицитизиров анны е; альбитоф иры и кератоф иры ; трах иты ; п орф иры окв арцов анны е; д иабазы тонкокристаллические; туф ы окремненны е; орогов иков анны е; затронуты е в ы в етрив аниемлип ариты , микрограниты ; круп но- и cред незернисты е граниты , гранито-гнейcы , гранод иориты ; сиениты ; габбро-нориты ; п егматиты ; березиты ; скарны мелкокристаллические ав гито-эп ид ото-гранатов ы е; д атолитогранато-гед енбергитов ы е; скарны круп нозернисты е, гранатов ы е; окв арцов аяны е амф иболит, колчед ан; кв арцев о-турмалинов ы е п ород ы , не затронуты е в ы в етрив анием; буры е ж елезняки п лотны е; кв арцы со значительны мколичеств омколчед ана; бариты п лотны е В алунно-галечны е отлож ения изв ерж енны х и метаморф изов анны х п ород ; п есчаники кв арцев ы е слив ны е; д ж есп илиты ; затронуты е в ы в етрив анием, ф осф атно-кремнисты е п ород ы ; кв арциты нерав номернозерниоты е; рогов ики с в крап ленностью сульф ид ов ; кв арцев ы е альбитоф иры и кератоф иры ; лип ариты ; мелкозернисты е граниты , гранито-гнейоы и гранод иориты ; микрограниты ; п егматиты п лотны е, сильно кв арцев ы е; скарны мелкозернисты е гранатов ы е, д атолито-гранатов ы е; магнетитов ы е и мартитов ы е руд а, п лотны е, с п рослой ками рогов иков ; буры е ж елезняки окремненны е; кв арц ж ильны й ; п орф ириты сильно окв арцов анны еи орогов иков анны е А льбитоф иры тонкозернисты е, орогов иков анны е; д ж есп илиты , не затронуты е в ы в етрив анием; сланцы яш мов ид ны е кремнисты е; кв арциты ; рогов ики ж елезисты е, очень тв ерд ы е; кв арц п лотны й; корунд ов ы еп ород ы ; д ж есп илиты гематито-мартитов ы в и гематитомагнетитов ы е Сов ерш енно не затронуты е в ы в етрив анием монолито-слив ны е д ж есп илиты , кремень, яш мы , рогов ики, кв арциты , эгиринов ы е и корунд ов ы еп ород ы

18

3. К О ЛО НК О В О Е Б У РЕ НИ Е 3.1 О бщ иесв ед ения К олонков ое бурение яв ляется основ ны мтех ническимсп особомразв ед ки месторож д ений тв ерд ы х п олезны х ископ аемы х . О но такж е ш ироко п рименяется п ри инж енерно-геологических и гид рогеологических исслед ов аниях и п ри структурно-картиров очны х изы сканиях неф тяны х и газов ы х месторож д ений. К роме того, это бурение п рименяется д ля различны х инж енерны х целей. К олонков ы мсп особоммогутбуриться ш урф ы и разв ед очны е ш ах ты . К олонков ое бурениеп олучило стольбольш оерасп ространениеп о след ую щ имп ричинам. 1. О но п озв оляет изв лекать из скв аж ины столбики п ород ы —

керна, п о

которы м мож но состав ить геологический разрез месторож д ения и оп робов ать п олезноеископ аемое. 2. К олонков ы мсп особоммож но бурить скв аж ины п од различны ми углами к горизонту, различны ми п ород оразруш аю щ ими инструментами в п ород ах лю бой тв ерд ости и устойчив ости. И з п од земны х в ы работок мож но бурить в осстаю щ иескв аж ины . 3. Буритьскв аж ины малы х д иаметров на больш ую глубину, п рименяя относительно легкое оборуд ов ание. 3.2 . О бщ ая сх ема колонков ого бурения Бурениескв аж ины начинается сп од готов ки п од ъезд ны х п утей и п лощ ад ки д ля буров ой установ ки. Перед началомбурения на местезалож ения зап роектиров анной скв аж ины разрав нив ается п лощ ад ка, в ы кап ы в аю тся ямы п од емкости д ля п ромы в очной ж ид кости и п од ф унд аменты и собирается буров ая в ы ш ка 14 сбуров ы мзд анием15. В в ы ш кемонтирую тся в требуемомнап рав лении буров ой станок 7, буров ой насос 18, электрод в игатели 19 д ля п рив од а станка и насоса (рис.3.1). При отсутств ии электроэнергии станок и насос п рив од ятся в д ейств ие через соотв етств ую щ ую трансмиссию от д в игателя в нутреннего сго-

19

рания (Д В С) 14

15

18

7 7

19

Рис.3.1 Сх ема буров ого агрегата После монтаж а буров ой установ ки и п ров ерки ее работы п роизв од ится забурив аниескв аж ины в зад анномнап рав лении, п ослечего устьескв аж ины закреп ляется нап рав ляю щ ей трубой. В се части буров ого снаряд а соед иняю тся д руг с д ругом п ри п омощ и резьбов ы х (герметичны х ) соед инений. В ерх няя в ед ущ ая бурильная труба п роп ускается скв озь ш п инд ель в ращ ателя буров ого станка, закреп ляется в заж имномп атроне, затем. на неенав инчив ается буров ой сальник. О д нов ременно оборуд уется система д ля очистки буров ого раств ора от частиц разбуренной п ород ы . Д ля ох лаж д ения коронки, очистки забоя отразруш енной п ород ы и в ы носа на п ов ерх ность ш лама скв аж ину п ромы в аю т. Бурение скв аж ины п роизв од ится в след ую щ ей п ослед ов ательности. При п омощ и лебед ки в скв аж ину сп ускается буров ой снаряд , собираемы й из след ую щ их частей: коронки 7, колонков ой трубы 6, п ерех од ника 5, колонны бурильны х труб 4, д лина которой ув еличив ается п о мере углубления скв аж ины , в ертлю г-

20

сальника 3, нагнетательного ш ланга 2, соед иняю щ его буров ой снаряд с буров ы м насосом 1. В ращ ение буров ого снаряд а соп ров ож д ается нагнетанием п од д ав лением п ромы в очной ж ид кости буров ы м насосом. Раств ор, насы щ енны й ш ламомразбуренной п ород ы , п од нимается в в ерх п о ств олу скв аж ины , гд е п оступ аетп о системеж елобов 8 в отстойник 9, гд еш ламоп ускается на д но, а осв етленная в од а в п риемны й бак10.

В о да Ш л ам

Рис. 3.2 Сх ема п рямой п ромы в ки скв аж ин: 1 – буров ой насос; 2 – нагнетательны й ш ланг; 3 – в ертлю г– сальник; 4 – колонна бурильны х труб; 5 – трубны й ф резерны й п ерех од ник; 6 – колонков ая труба; 7 – коронка; 8 – система ж елобов ; 9 – отстойник; 10 – п риемны й бак С п ромы в кой и в ращ ениемснаряд осторож но д ов од ятд о забоя и начинаю тбурение. Скв аж ину забурив аю тд о коренны х п ород и в резаю тся в них на 0,5— 1,5 м, п осле чего оп ускаю тнап рав ляю щ ую трубу, п ред назначенную д ля п ред ох ранения устья скв аж ины от размы в а и нап рав ления излив аю щ ейся из скв аж ины ж ид кости в ж елобную систему. При глубокомбурении в сю толщ у в ерх них неустойчив ы х и в од оносны х п ород п ерекры в аю т след ую щ ей колонной обсад ны х

21

труб,

назы в аемой

конд уктором. Затрубное

п ространств о

за

конд укторомна в сю глубину или в ниж ней части д олж но бы ть зацементиров ано, а кольцев ой зазор меж д у нап рав ляю щ ей трубой и конд уктором загерметизиров ан. В зав исимости отф изико-мех анических св ойств п ород , д иаметра и тип а буров ой коронки ш п инд елю и буров ому снаряд у сообщ аю тту или иную частоту в ращ ения и п ри п омощ и регулятора п од ачи созд аю т необх од имую осев ую нагрузку на коронку. Ч астота в ращ ения инструмента п од бирается в зав исимости от тип а коронки, ее д иаметра и глубины скв аж ины . Регулятор п од ачи п озв оляетсозд ав атьнеобх од имоед ав лениерезцов коронки на п ород у забоя, незав исимо от в еса колонны бурильны х труб. В ращ аясь и в нед ряясь в п ород у, коронка в ы бурив ает кольцев ой забой, ф ормируя керн. По мере углубления скв аж ины керн зап олняетколонков ую трубу. Е сли бурение в ед ется п о устойчив ы мп ород ам, то д ля п ромы в ки скв аж ины п рименяется тех ническая в од а. При п рох од ке скв аж ины в нед остаточно устойчив ы х п ород ах п ромы в ку в ед утглинисты мраств ором. При бурении в относительно безв од ны х скв аж инах мож ет п рименяться п род ув ка забоя сж аты м в озд ух ом. Послетого как колонков ая труба нап олнится керном, п риступ аю тк п од ъему инструмента на п ов ерх ность. При бурении в креп ких и абразив ны х п ород ах иногд а п рих од ится п рекращ ать бурение и п риступ ать к п од ъему инструмента из-за значительного сниж ения скорости бурения в след ств ие затуп ления резцов коронки или из-за самозаклинив ания керна в колонков омснаряд е. Перед началомп од ъема керн д олж ен бы тьнад еж но заклинен в ниж ней части колонков ого снаряд а и сорв ан. После заклинив ания керна насос в ы клю чаю т и буров ой снаряд п ри п омощ и лебед ки п од нимаю т на п ов ерх ность, разв инчив ая колонну бурильны х труб на отд ельны есв ечи. Д лина св ечей оп ред еляется в ы сотой буров ой в ы ш ки. Св еча св инчив ается из д в ух или трех , а иногд а и четы рех бурильны х труб. Д лина св ечи на 3— 5 мменьш ев ы соты в ы ш ки. Св ечи устанав лив аю тся на п од св ечник. В ес п од нимаемой колонны мож но оп ред елять с п омощ ью инд ика-

22

тора в еса. Послеизв лечения колонков ого снаряд а на п ов ерх ностькоронку отв инчив аю т, керн изв лекаю тиз колонков ой трубы , инструментв нов ь собираю т, оп ускаю т в скв аж ину и бурение п род олж аю т. При каж д омп од ъеме коронку осматрив аю т и в случае износа заменяю т нов ой. К ерн п ромы в аю т, очищ аю т от глинистой корки, замеряю ти уклад ы в аю тв п ослед ов ательномп оряд кев кернов ы е ящ ики, отмечая интерв ал скв аж ины , скоторого п од няткерн, и п роцентв ы х од а керна. Е сли скв аж ина п ересекает неустойчив ы е п ород ы , которы е обв алив аю тся или в ы п учив аю тся д аж е п ри п рименении сп ециальны х п ромы в очны х раств оров , в нееоп ускаю тколонну обсад ны х труб, п ерекры в ая неустойчив ы еп ород ы , п ослечего п род олж аю тбурениескв аж ины коронкой меньш его д иаметра. Ч ерез 50— 100 мп рох од ки измеряю тугол наклона (зенитны й) и нап рав ление(азимут) скв аж ины . Послетого как скв аж ина п ересечетп олезноеископ аемоеи в ойд етв п усты е п ород ы леж ачего бока, бурение п рекращ аю т, инструмент п од нимаю т и разбираю т. В скв аж ине п роизв од ят геоф изические исслед ов ания, (каротаж ), измеряю т крив изну ств ола, темп ературу, п ров еряю т глубину скв аж ины , п осле чего п риступ аю т к ликв ид ации скв аж ины . Д ля этого п реж д е изв лекаю т обсад ны е трубы (если они не зацементиров аны ), затем зап олняю т п од д ав лением ств ол скв аж ины тамп онаж ны м раств ором, чтобы не бы ло п еретока п од земны х в од . После этого буров ая установ ка разбирается и п ерев озится на нов ую точку. Н а местеликв ид иров анной скв аж ины устанав лив аю треп ер. В креп ких п ород ах бурениеп роизв од яталмазны ми коронками. В креп ких х руп ких п ород ах мож етбы ть сусп ех омп рименено уд арно-в ращ ательноебурение сгид ро- или п нев моуд арны ммех анизмом. В п ород ах сред ней тв ерд ости и мягких в ращ ательное бурение в ед ется коронками, армиров анны ми тв ерд осп лав ны ми резцами. Е сли скв аж ины п ересекаю т уж е изученны е п ород ы , то на участках , гд е п олезное ископ аемое отсутств ует, целесообразно п ерейти на бескернов оебурение, которое п озв оляетп ов ы сить п роизв од ительность бурения за

23

счет

значительного

ув еличения п рох од ки за рейс и сокращ ения

в ремени на сп уско-п од ъемны е оп ерации, а такж е за счет п ов ы ш ения реж имов бурения. Глубины колонков ы х скв аж ин бы в аю тразличны е- отнескольких метров д о нескольких ты сяч метров . Д иаметры колонков ы х скв аж ин зав исят от целей их п рох од ки и от тип а п ород оразруш аю щ его инструмента. При алмазномсп особе скв аж ины бурятся в основ номкоронками д иаметром76, 59 и 46 мм. При тв ерд осп лав ном бурении чащ е п рименяю т коронки д иаметром 92, 76, 59 мм. При инж енерно-геологических и гид рогеологических работах иногд а п рох од ят колонков ы мсп особомш урф о-скв аж ины д иаметром500— 1500 мм. В ы п ускаю тся установ ки д ля бурения колонков ы м сп особом круглы х ств олов ш ах т д иаметромболее5 м. 3.3. И нструментколонков ого бурения И нструмент, п ред назначенны й д ля бурения скв аж ин, назы в ается буров ы м инструментом и п од разд еляется на тех нологический, в сп омогательны й, ав арийны й и сп ециальны й. Т ех нологический инструмент п ред назначен неп осред ств енно д ля бурения. Н абор инструмента, соед иненного в оп ред еленной п ослед ов ательности, назы в ается буров ы м снаряд ом. В сп омогательны й инструмент —

это буров ой

инструмент, п ред назначенны й д ля обслуж ив ания тех нологического инструмента п ри бурении. А в арийны й инструмент п ред назначен д ля ликв ид ации различного род а ослож нений, п реп ятств ую щ их нормальному п роцессу бурения, а сп ециальны й - д ля обслуж ив ания сп ециф ических оп ераций в скв аж инах . Т ех нологический буров ой инструмент (буров ой снаряд ) состоит из колонков ого набора (буров ой коронки, кернорв ательного устройств а, колонков ой трубы , трубного п ерех од ника, ш ламов ой трубы ) и бурильной колонны (бурильны х труб и их соед инений). Д ля каж д ого д иаметра скв аж ин состав ляется оп ред еленны й буров ой снаряд . В св язи с этим станд артами п ред усмотрено п о

24

каж д ому

тип у

инструмента оп ред еленное количеств о размеров ,

в заимно униф ициров анны х п о соед инительны мэлементами д иаметрам (тип оразмеры ). В сп омогательны й инструмент п ред назначен в основ ном д ля сборки – разборки буров ого снаряд а и д ля обсад ки скв аж ины обсад ны ми трубами. Пред став лен обсад ны ми трубами, п олуав томатическимэлев аторомсп робкой (грибком), элев атором, ш арнирны мклю чом, п од клад ной в илкой. Таб лица3.1 О сновные разм еры об сад ных т ру б нип п ельного соед инения и нип п елей к ним (в м м ) Параметры Н аруж ны й

Н ормы д иаметр 73+0,3 89±0,4 108+

трубы и нип п еля D

5

0

±0,86

127+ + ±146 1,02

±1,17

Т олщ ина стенки труб 5,0±0,4 5,0+0,4 5+0,63 5,0+0,6 5,0±0,6 В нутренний

3

3

д иаметр 62,0

78,0

95,5

114,5

134,5

д иаметр 68,5

84,5

103,0

122,0

141,0

84,55

103,05 122.06 141,06

40

60

60

83,0

101,5

' 120,5 139,5

нип п еля Н аруж ны й

наруж ной резьбы Н аруж ны й

д иаметр 68,54

в нутренней резьбы Д лина резьбы В нутренний

40 д иаметр 67,0

60

резьбы Д лина трубы L

1500; 3000; 4500; 6000

М асса 1 мтруб, кг

8,4

10,4

13,0

16,0

17,4

25

Таб лица3.2 О сновные разм еры об сад ных б езнип п ельныхт ру б (в м м ) Н аруж ны й

д иаметр 34+0,1 44±0,20 57±0,2 73+0,3 89±0,40

труб D

5

5

5

Т олщ ина стенки труб t 3,0+0,2 3,5±0,2 4,5+0,3 5,0+0,4 5,0+0,4 5 Н аруж ны й

д иаметр 31,6

5

5

0

0

42,0

54,0

69,5

85,5

наруж ной резьбы d0 Н аруж ны й

д иаметр 31,632 42,032 54,040 69,540 85,550

в нутренней резьбы В нутренний

д иаметр 30,1

40,5

52,5

68,0

84,0

1500

1500

1500

1500

1500

3000

3000

3000

3000

3000

4500

4500

4500

6000

6000

8,4

10,4

резьбы Д лина трубы L

М асса 1 мтруб, кг

3,0

4,0

52

Д ля уд ерж ания снаряд а в п од в еш енномсостоянии п рименяю тся трубны е х омуты и трубод ерж атели. Д ля св инчив ания и разв инчив ания обсад ны х труб п рименяю тся д в ух - или трех ш арнирны е клю чи. К аж д ы й клю ч мож ет бы ть исп ользов ан д ля св инчив ания и разв инчив ания д в ух размеров обсад ны х труб. Д ля п ред ох ранения ниж него конца обсад ной колонны от п ов реж д ений п ри сп ускеи в о в ремя бурения книж нему ееконцу п рисоед иняется баш мак обсад ны х труб. 4. К О НС ТРУ К Ц И Я К О ЛО НК О В Ы Х С К В А Ж И Н Преж д е чемп риступ ить к бурению скв аж ины , над о состав ить ее п роектную конструкцию . И сх од ны ми д анны ми д ля в ы бора конструкции скв аж ины

26

служ ат: а) ф изико-мех анические св ойств а п ород , п ересекаемы х скв аж иной, их креп ость, устойчив ость, в од онасы щ енностьи т. д .; б) глубина скв аж ины , наклон скв аж ины ; в ) конечны й д иаметр скв аж ины , которы й зав исит от в ид а п олезного ископ аемого; г) сп особ бурения. Проектиров ание скв аж ины начинается с в ы бора и обоснов ания глубины скв аж ины , конечного д иаметра бурения, начальны х углов забурив ания, тех нической конструкции скв аж ины . Глубина картиров очной скв аж ины оп ред еляется установ ленной геологическим зад анием глубиной геологического картиров ания. Глубина разв ед очной и п оисков ой скв аж ин в общ емслучаеустанав лив ается из необх од имости п ересечения скв аж иной тела п олезного ископ аемого и углубления в п од стилаю щ ие п ород ы на 2-20 м. Н ачальны е углы забурив ания зав исят от угла п ад ения и азимута п ад ения тела п олезного ископ аемого или п ластов горны х п ород , глубины скв аж ины . Ж елательно, чтобы скв аж ина п ересекала п ласты горны х п ород п од углами, близкими к 700-900. Е сли углы п ад ения п ластов не п рев ы ш аю т 300, то скв аж ины п роектирую тся в ертикальны ми. При больш их углах п ад ения необх од имо бурениенаклонны х или искрив ленны х скв аж ин. К онечны й д иаметр бурения оп ред еляется, п реж д ев сего, в ид омп олезного ископ аемого, которое требуется в скры ть, а точнее – требов аниями к объему их п роб. Больш инств о тв ерд ы х п олезны х ископ аемы х не требует сп ециф ических в ид ов анализа. При бурении их алмазны ми коронками рекоменд уется п ринимать конечны й д иаметр скв аж ины 46 или 59 мм. Д ля тв ерд осп лав ного бурения конечны й д иаметр скв аж ины след ует брать 59, 76 мм. Бурение некоторы х п олезны х ископ аемы х требуетболееобъемны х п роб д ля изучения. Н ап ример, бурение п ри разв ед ке угольны х месторож д ений, минеральны х солей и д ругих тв ерд ы х п олезны х ископ аемы х , залегаю щ их в толщ ах осад очны х п ород , п роизв од ится тв ерд осп лав ны ми коронками, п ричемп ри п рох од ке п о угольному п ла-

27

сту

конечны й

д иаметр скв аж ины

д олж ен бы ть не меньш е 76 мм, а п ри

п ересечении минеральны х солей — неменее92 мм. При разв ед кех имического сы рья и стройматериалов бурятскв аж ины д иаметром93-200 мм. Разв ед ка россы п ны х месторож д ений золота и п латины п роизв од ится скв аж инами д иаметром150-200 мм. При инж енерно-геологических исслед ов аниях в основ номбурят скв аж ины д иаметром 112-219 мм. При гид рогеологических изы сканиях д иаметры скв аж ин оп ред еляю тся размерами сущ еств ую щ их конструкций п риборов и в од оп од ъемного оборуд ов ания и колеблю тся в п ред елах 100-219 мми более. Д иаметры эксп луатационны х скв аж ин на в од у оп ред еляю тся требуемой п род уктив ностью скв аж ины и обы чно неменее168 - 300 мм. О снов ная масса этих скв аж ин бурится в п еремеж аю щ их ся п ород ах ры х лы х , мягких и сред ней креп ости. Ч асто бурение п роизв од ится в п есчаноглинисты х грунтах , сод ерж ащ их грав ий, гальку и в алуны . Пород ы эти склонны к обруш ению . В стречаю тся п ород ы тип а п лы в унов . Поэтому в п роцессе углубки необх од имо закреп лятьскв аж ину обсад ны ми трубами. После в ы бора конечного д иаметра скв аж ины намечаю т интерв алы , требую щ ие закреп ления обсад ны ми трубами, оп ред еляю т глубины установ ки колонн обсад ны х труб. О бсад ны етрубы необх од имо п ред усматрив атьд ля: 1) закреп ления устья скв аж ины сцелью п ред ох ранения отразмы в ания и отв од а п ромы в очной ж ид кости в ж елоба (нап рав ляю щ ая труба); 2) закреп ления залегаю щ их св ерх у неустойчив ы х и обв од ненны х п ород и д ля над леж ащ его нап рав ления ств ола скв аж ины (конд уктор); 3) п ерекры тия зон разруш енны х и разд робленны х п ород , галечников , слабы х конгломератов и брекчий, которы еп лох о креп ятся глинисты мраств ороми немогутбы тьзатамп ониров аны бы стросх в аты в аю щ имися смесями; 4) п роизв од ств а тамп онаж а д ля изоляции в од оносны х горизонтов , закреп ления стенок скв аж ины п еред п ересечениемп олезного ископ аемого, над которы мзалегаю тнеустойчив ы еп ород ы , д аю щ иеосы п и. При п роектиров ании буров ы х работ в нов ы х районах необх од имо п ред усматрив ать резерв ную колонну обсад ны х труб и соотв етств ую щ ий резерв ны й

28

д иаметркоронок. В ы бираю т конструкцию скв аж ины снизу в в ерх . После в ы бора конструкции скв аж ины в ы бираю т буров ую установ ку, затемсостав ляю т сп ециф икацию необх од имого буров ого оборуд ов ания и инструментов , оп ред еляю т реж имы бурения д ля каж д ого тип а п ород ы в отд ельны х интерв алах и разрабаты в аю т геолого-тех нический наряд на строительств о скв аж ины (табл. 4.1.). О н буд ет служ ить основ ны м д окументом - руков од ств ом д ля буров ой бригад ы . В нем в табличной ф ормеимеется инф ормация п о геологическому разрезу, конструкция скв аж ины и рекоменд уемы еп араметры реж има бурения. 5. Б У РО В Ы Е У С ТА НО В К И К О ЛО НК О В О ГО Б У РЕ НИ Я Буров ой ус т анов к ой назы в ается комп лекс буров ого и энергетического оборуд ов ания, а такж е сооруж ений (в ы ш ка или мачта, буров ое зд ание), служ ащ ий д ля бурения скв аж ин. К олонков оебурениеп роизв од ится установ ками, состоящ ими из буров ого агрегата, которы й размещ ен в буров ом зд ании, и буров ой в ы ш ки или мачты . Буров ой агрегат в клю чает буров ой станок, буров ой насос д ля п ромы в ки скв аж ины , силов ы е п рив од ы к ним, ап п аратуру контроля и регулиров ания п роцесса бурения. У станов ки д ля колонков ого бурения п о трансп ортабельности разд еляю тся на стационарны е, п еред в иж ны е, самох од ны е, п ереносны е. С т аци онарны ми назы в аю тся такиеустанов ки, у которы х буров ой агрегат и в ы ш ка монтирую тся в в ид еод ного или нескольких блоков . Э ти установ ки не имею т собств енной трансп ортной базы . После окончания бурения установ ка разбирается на состав ны е блоки, которы е п ерев озятся на нов ое место бурения, гд е снов а монтирую тся. Стационарны е буров ы е установ ки исп ользую тся п ри больш их затратах в ремени на бурение скв аж ин. Передв и ж ны е буров ы е установ ки монтирую тся на од ной или нескольких рамах , установ ленны х на санях , колесны х или гусеничны х тележ ках . Т акие установ ки п рименяю т п ри неболь

29 Т аблица 4.1

Ге олого-т е хн и че ски й н аря д О сн овн ой ст вол

С упе сь

про мы в ка б ез ци рк уляци и

Корон ка М 1

50

112/10,0 108/10,0 120 об /ми н 400-500

Под ача промы вочн ой жи дко ст и ,л /ми н ; ско рост ь пот о ка , м/с

Осе вая н агрузка , Н (н а 1 осн овн о й ре зе ц)

С корост ь вращ е н и я , м/с (об /ми н )

Об садн ы х т руб

Породора зруш а ю щ е го и н ст руме н т а

10,0

10,0

Кон ст рукци я скважи н ы

М ощ н ост ь слоя

I

Наи ме н ован и е горн ы х пород

Ге ологи че ски й разре з

М асш т аб н ая ли н е й ка Кат е гори и пород по б ури мост и Глуб и н а подо швы слоя

Ди аме т ры (мм) Те хн ологи че ски е параме т ры б уре н и я Глуб и н а , м

Изве ст н я ки 0,5 м/с

СМ 5

93/1 60,0 89/1 60,0 120 об / ми н 400-500

0,25 м/с

СМ 5

0,6-1,6 м/с 500-800

0,3-0,6 м/с

СМ 5

120 об /ми н 400-500

0,25 м/с

0,6-1,6 м/с 500-800

0, 3-0,6 м/с

СМ 5 СМ 5

0,6-1,6 м/с

500-800

120, 0 110,0

VI

150,0

30,0

Зон а п оглощ е н и я в и зве ст ня ка х

Изве ст н я ки

VI

250

200

150

100

VI

400

350

300

280,0 130,0

VI

П есча н и ки

400,0 120,0

VI VI

435,0 35,0 450,0 15,0

Пе сч ан и ки с вкр апле нн ы ми сульф и д н ы ми р уда ми П есча н и ки

sf

sf sf 76/450,0

30

ш их расстояниях меж д у скв аж инами и п еремещ аю т

буксиров кой

ав томо-

билями или тракторами. С амоходны е установ ки монтирую тся на базе ав томаш ин, тракторов . Буров ы ес т анк и служ атд ля в ращ ения колонны бурильны х труб сколонков ы мнабором, регулиров ки осев ой нагрузки на п ород оразруш аю щ ий инструмент с п од ачей буров ого снаряд а п о мере углубления скв аж ины , а такж е д ля осущ еств ления сп уско-п од ъемны х оп ераций п ри бурении скв аж ины , креп лении ееобсад ны ми трубами и сп ециальны х работах . О снов ны е узлы станка д ля колонков ого бурения: а) в ращ атель буров ого снаряд а; б) многоступ енчатая коробка п еред ач д ля регулиров ания частот в ращ ения и п од ъема; в ) лебед ка д ля осущ еств ления сп уско-п од ъемны х оп ераций; г) глав ны й ф рикцион д ля в клю чения и отклю чения станка от д в игателя; д ) мех анизмп од ачи буров ого снаряд а и регулятор нагрузки на п ород оразруш аю щ ий инструмент, е) п ультуп рав ления сконтрольно-измерительной ап п аратурой. К онструктив ная сх ема станка и установ ки в целом сущ еств енно оп ред еляется тип омв ращ ателя и мех анизмомп од ачи. В ращ атели п о св оей конструкции п од разд еляю тся на ш п инд ельны е, роторны е и п од в иж ны е. В ращ атель буров ого станка яв ляется основ ны м рабочим мех анизмом, в ы п олняю щ им тех нологическиеоп ерации п ри бурении. О сев ую нагрузку на забой скв аж ины регулирует мех анизм п од ачи буров ого станка. В зав исимости от конструкции мех анизма п од ачи буров ы е станки бы в аю т: с гид рав лической п од ачей; в интов ой д иф ф еренциальной п од ачей; ры чаж ной п од ачей; комбиниров анной ры чаж но-д иф ф еренциальной п од ачей; п од ачей с барабана лебед ки (роторны е станки). Преимущ еств енно п рименяю т ш п инд ельны е станки с гид рав лической системой п од ачи. В ращ ение и п од ача бурильной колонны в этомслучаеосущ еств ляется сп омощ ью ш п инд еля.

31

Т аблица 5.1 Т ех ническиех арактеристики буров ы х установ оксгид рав лической п од ачей Параметры

К лассы установ ок У К Б-1 У К Б-2 У К Б-3 У К Б-4 У К Б-5 У К Б-6 У К Б-7 У К Б-8 50/100 200/300 300/500 500/800 800/1200 1200/2000 12,5 50,0 200,0 300,0 500,0 800,0 1200,0 2000,0

Глубина бурения, м К онечны й д иаметр93 мм К онечны й 25 д иаметр59 мм Н ачальны й д иаметрскв аж ины , мм 132 К онечны й д иаметр Т в ерд ы ми скв аж ины , мм сп лв ами А лмазами Грузоп од ъемность Н оминальная на крю ке, т, не менее М аксимальная

100

300

500

132; 93 *

800

151; 112*

76

1200 151

2000

3000

214

295

76

36

46

0,12

0,63

2,00

3,20

5,00

8,00

12,50

20,00

0,25

1,20

3,20

5,00

8,00

12,00

20,00

32,00

11

15

22

30

45

. 120

100

М ощ ность п рив од ного электрод в и- 3 * гателя, кВ т Ч астота в ращ ения М инимальная 250 буров ого снаряд а, об/мин М аксимальная 1200

200

1500

59

160

1500

55

75 80

60

1200

32

В ы сота мачты , м Д лина бурильной св ечи, м

1,6

Н аибольш ее усилие п од ачи в в ерх , кН Н аибольш ее усилие п од ачи в низ, кН У голнаклона в ращ ателя, град ус Скорость п од ъема М инимальная буров ого снаряд а, д о м/с М аксимальная от Д лина установ ки, м

' — —

7,6

14

14,7

19

4,7

9,5

9,5

14,0

20

40

60

85

150

15

30

40

65

120

70— 90 (0— 360) * 0,80 0,55 0,45

26 14,0; 18,6

70— 90 0,40 0,32

1,6

18,6

75— 90 0,30

2,0

5,58

8,34

13,2

10,7

13,5

Ш ирина, м

3,0

2,5

4,2

4,56

10,0

В ы сота, м

8,33

11,0

14,7

19,1

26,0

М асса установ ки, т

5,67

10,0

14,0

17,5

25,0

* Д ля бурения из п од земны х горны х в ы работок.

18,6; 24,0

90 0,25

33

У станов ки,

оборуд ов анны е ш п инд ельны м

или

п од в иж ны м

в ращ ателемс гид рав лической п од ачей, облад аю т след ую щ ими п реимущ еств ами: 1) могутбуритьв ертикальны е, наклонны еи в осстаю щ иескв аж ины ; 2) обесп ечив аю т в озмож ность регулиров ания осев ого усилия на забой (созд аниеп ринуд ительного усилия или разгрузки забоя); 3) п озв оляю т п роизв од ить п лав ную п од ачу буров ого снаряд а с требуемой скоростью ; 4) п озв оляю топ ред елятьв есснаряд а в скв аж ине; 5) гид рав лическая п од ача мож ет бы ть исп ользов ана как гид рав лический д омкратп ри изв лечении труб и ликв ид ации ав арий. В се эти п реимущ еств а п ред оп ред елили расп ространенность ш п инд ельного и п од в иж ного в ращ ателя с гид рав лической п од ачей на установ ках колонков ого бурения, исп ользуемы х п ри разв ед ке тв ерд ы х п олезны х ископ аемы х . В роторны х установ ках ротор (в ращ атель) в отличие от ш п инд еля в ращ ается лиш ь в горизонтальной п лоскости и неп од в иж ен относительно в ертикальной оси, п оэтому не мож етобесп ечить д оп олнительную осев ую нагрузку (разгрузку на буров ой снаряд ). 6. ПРО М Ы В К А И ПРО Д У В К А Б У РО В Ы Х С К В А Ж И Н 6.1. Промы в ка скв аж ин К олонков ое бурение п роизв од ится с п ромы в кой скв аж ины . О снов ны м назначениемп ромы в ки яв ляется: 1.

О чистка забоя скв аж ины от разбуренной п ород ы и в ы нос ее на п ов ерх ность.

2.

О х лаж д ениеп ород оразруш аю щ его инструмента.

3.

У креп лениестенокскв аж ины отобруш ения.

Сущ еств ует три сп особа п ромы в ки скв аж ин: с в ы х од ом п ромы в очной ж ид кости на п ов ерх ностьземли: п рямая, обратная и комбиниров анная. Прямая п ромы в ка (рис. 3.2.), когд а п ромы в очная ж ид кость, нагне-

34

таемая

насосом,

п рох од ит

п о колоннебурильны х труб, затем(п ри

бурении кольцев ы м забоем) меж д у керном и колонков ой трубой омы в ает забой, ох лаж д ает п ород оразруш аю щ ий инструмент, зах в аты в ает с забоя частицы разруш енной п ород ы , п од нимается в в ерх п о кольцев ому п ространств у меж д у бурильны ми трубами и стенками скв аж ины и, наконец, в ы х од итна п ов ерх ность. Д остоинств а п рямой п ромы в ки: 1) буров ой раств ор, в ы х од я из суж енны х п ромы в очны х отв ерстий коронки п риобретает больш ую скорость и ссилой уд аряето забой, размы в ая разбурив аемую п ород у, что сп особств ует ув еличению скорости бурения; 2) п рименяя сп ециальны е п ромы в очны е ж ид кости п ри бурении в сы п учих , ры х лы х и трещ инов аты х п ород ах обесп ечив ает закреп ление стенок скв аж ины п утем скреп ления частиц неустойчив ой п ород ы . Н ед остатки п рямой п ромы в ки: 1) в озмож ен размы в стенокскв аж ины п ри бурении в мягких п ород ах в след ств ие больш ой скорости в осх од ящ его п отока; 2) п ониж енны й п роцентв ы х од а керна в результатед инамического в озд ейств ия струи на в ерх ний торец керна, что п рив од итк его размы в у; 3) п ри бурении скв аж ин больш ого д иаметра п ов ы ш енны й расх од п ромы в очной ж ид кости, необх од имы й д ля созд ания такой скорости в осх од ящ его п отока, п ри которой в се разбуренны е частицы п ород ы буд ут в ы носиться на п ов ерх ность. Прямая п ромы в ка имеет п реимущ еств енное п рименение в п рактикеразв ед очного бурения. О братная п ромы в ка, когд а п ромы в очная ж ид кость д в иж ется к забою п о кольцев ому п ространств у меж д у бурильны ми трубами и стенками скв аж ины , омы в аетзабой, в х од ит в отв ерстия п ород оразруш аю щ его инструмента, п ри наличии керна п рох од итп o кольцев ому зазору меж д у керном и колонков ой трубой, п рох од ит п о в нутреннему каналу бурильной колонны и, обогащ енная ш ламом, в ы х од итна п ов ерх ностьземли. Д остоинств а обратной п ромы в ки: интенсив ная очистка забоя отчастиц разруш енной п ород ы и в озмож ность гид рав лического трансп орта кер-

35

нов

через бурильны е трубы

на п ов ерх ность. О снов ной нед остаток

обратной п ромы в ки — нев озмож ность обесп ечения нормального п роцесса бурения п ри наличии в разрезеп оглощ аю щ их горизонтов , в которы х теряется п олностью или частично п ромы в очная ж ид кость. В св язи с более слож ной организацией обратной п ромы в ки она имеет ограниченное п рименение. К омбиниров анная п ромы в ка, когд а д в иж ение п ромы в очной ж ид кости над колонков ой трубой осущ еств ляется п о сх еме п рямой п ромы в ки, а ниж е с п омощ ью сп ециальны х устройств п о сх еме обратной п ромы в ки. Т ех ническое исп олнение комбиниров анной п ромы в ки св язано с п рименением устройств , п реобразую щ их п рямую п ромы в ку в обратную в п ризабойной зоне. К омбиниров анная п ромы в ка п рименяется с целью п ов ы ш ения в ы х од а керна. 6.2 О снов ны етип ы п ромы в очной ж ид кости и услов ия п рименения 1. Т ех ническая в од а (п ресная, морская, рассолы ) п рименяется п ри бурении в устойчив ы х п ород ах . 2. Глинисты ераств оры п рименяю тся в трещ инов аты х , ры х лы х сы п учих , п лы в учих и д ругих слабоустойчив ы х п ород ах д ля п ред отв ращ ения обв алов , а такж е в трещ инов аты х скальны х п ород ах д ля борьбы с п отерей циркуляции. К рометого, п ри бурении в особо слож ны х и сп ециф ических услов иях п рименяю тболееслож ны ераств оры со сп ециальны ми д обав ками: 1. Д ля п риготов ления легких х имически аэриров анны х буров ы х раств оров п рименяю тглиноп орош ки, п ов ерх ностно-актив ны ев ещ еств а (0,1— 0,2%), реагенты -структурообразов атели (каустическая сод а 0,1— 0,2%) или кальциниров анная сод а (0,5— 2,5%). 2. У тяж еленны е глинисты е раств оры п рименяю тся п ри в скры тии п ластов с больш им п ластов ы м д ав лением д ля п ред уп реж д ения в ы бросов

36

из устья скв аж ины ф онтанной в од ы , неф ти или газа. Д ля изготов ления утяж еленного глинистого раств ора к нему д обав ляю т инертны й п орош кообразны й материал— утяж елитель, изготов ленны й из тяж елы х минералов : - барита (BaSO4); гематита (Fe2O3) и д р. После зад ав лив ания ф онтана п од д ейств иемгид ростатического д ав ления утяж еленного раств ора, над устьем скв аж ины устанав лив аю т п ротив ов ы бросную арматуру, п ромы в аю т скв аж ину облегченны м аэриров анны м глинисты м раств ором или тех нической в од ой, уд аляю т утяж еленны й раств ор, и ф онтаниров ание скв аж ины в осстанав лив ается. 3. Э мульсионны ебуров ы ераств оры . Э мульсией назы в ается система, состоящ ая из д в ух (или нескольких ) в заимно нераств оримы х ж ид ких ф аз, од на из которы х д исп ергиров ана в д ругой. Различаю т д в а тип а эмульсии. Э мульсии п ерв ого род а —

«масло в в од е» (М /В ), когд а масло в в од ной

сред енах од ится в в ид емельчайш их ш ариков . Э мульсии в торого род а, назы в аемы еинв ертны ми или обратны ми, — «в од а в масле» (В /М ), когд а в од а в в ид е мельчайш их ш ариков расп ред елена в масле. Д ля п рид ания эмульсии устойчив ости п рименяю тсп ециальны ереагенты —

эмульгаторы . Э мульсионны е раств оры п ерв ого род а наш ли ш и-

рокое п рименение п ри алмазном в ы сокоскоростном бурении с целью гаш ения в ибрации и сниж ения мощ ности на в ращ ениебурильной колонны . 4. Раств оры на неф тяной основ е (РН О ) п рименяю т д ля в скры тия неф тяны х и газов ы х п ластов д ля сох ранения их естеств енной п роницаемости. Э ти раств оры слож ны п о св оему состав у, более д орогие, чембуров ы е раств оры на в од ной основ е. 5. Т ермостойкиеп ромы в очны еж ид кости. 6.3 Н азначениеглинисты х раств оров и их св ойств а Глинисты е раств оры имею т след ую щ ие назначения: 1) глинизация стенок скв аж ин; 2) уд ерж ание в ы буренной п ород ы в о в зв еш енномсостоянии п ри п рекращ ении циркуляции; 3) созд ание п ов ы ш енного п ротив од ав -

37

ления на п ласт; 4) облегчение трансп ортиров ания п о ств олу; 5) п ред ох ранение буров ого инструмента от коррозии благод аря тонкой глинистой корке, п окры в аю щ ей п ов ерх ностьинструмента. По размерам д исп ергиров анны х (разд робленны х ) частиц различаю т д в а в ид а ж ид ких д исп ерсны х систем: 1) коллоид ны ераств оры и 2) сусп ензии. К оллоид ны е частицы в ж ид ком раств орителе (нап ример, в од е) п од д ейств ием силы тяж ести п рактически не осед аю т. Сусп ензией назы в ается в зв есь, т. е. д исп ерсная система, состоящ ая из д в ух ф аз — ж ид кой и тв ерд ой, в которой мелкиетв ерд ы ечастицы размеромот0,1 д о 10 мкми более в зв еш ены в ж ид кости. С течениемв ремени, п од д ейств иемсилы тяж ести, в зв еш енны ечастицы осаж д аю тся на д но сосуд а. Глина - это д исп ерсная система, состоящ ая из в од ы и в зв еш енны х в них частичек размером от коллоид ны х д о частиц сусп ензий. К оличеств о коллоид ны х частиц в глинистомраств орезав иситотсорта глины и отсп особа его п риготов ления. Ч ем больш е коллоид ны х частиц в раств оре, тем лучш еего качеств о. В нормальномглинистомраств оресуммарная п ов ерх ностьколлоид ны х частиц в след ств иемалы х размеров и больш ого их количеств а п рев осх од ит суммарную п ов ерх ность частиц сусп ензий. Поэтому глинисты й раств ор есть коллоид но-сусп ензионная система, которая имеет св ойств а коллоид ного раств ора. В глинистом раств оре коллоид ны е частицы заряж ены отрицательны ми электрическими заряд ами, а ионы в од ы - п олож ительны ми заряд ами. Ч астицы глины как заряж енны е од ноименны м электричеств ом отталкив аю тся д руг от д руга. В след ств ие в есьма малы х размеров и массы коллоид ны х частиц п рев алирую щ еезначениед ля них имеетд ейств иесил электрических заряд ов , а не сила тяж ести. О тталкив ание коллоид ны х частиц, заряж енны х од ноименны м электричеств ом, сп особств ует нах ож д ению частиц в о в зв еш енномсостоянии. Глинисты е раств оры яв ляю тся гид роф ильны ми коллоид ны ми рас-

38

тв орами, в которы х частицы глины

смачив аю тся в од ой. Я в ление смачи-

в аемости частиц глины в од ой объясняется тем, что силы п ритяж ения меж д у молекулами глины и в од ы значительно больш е, чеммеж д у молекулами в од ы . В од у, в х од ящ ую в состав глинистого раств ора, мож но разд елить на ад сорбиров анную и св обод ную . А д сорбиров анная в од а св язана с частицами глины силами п ритяж ения, образуетв округних гид ратны еоболочки и п о св оимсв ойств амзначительно отличается отобы чной в од ы (нап ример, имеетбольш ую п лотность, больш ую в язкостьи п р.). Св обод ная в од а в глинистом раств оре яв ляется д исп ерсионной сред ой, в которой нах од ятся глинисты е частицы с ад сорбиров анной в од ной оболочкой. Практическое значение смачив аемости состоит в том, что п ри столкнов ении частиц сгид ратны ми оболочками они неслип аю тся. М еж д у частицами остается п рослойка молекул св обод ной в од ы . Смачив аемость частиц обесп ечив ает устойчив остьглинисты х раств оров , состоящ их из х орош о смачив аю щ их ся коллоид ны х частиц. Стабильностью назы в аю тсв ойств о коллоид ны х частиц, нах од ящ их ся в коллоид ном раств оре в о в зв еш енном состоянии. Стабильность обесп ечив ается: 1) в ы сокой степ енью д исп ерсности частиц и, след ов ательно, их в есьма малой массой; 2) наличием у коллоид ны х частиц од ноименны х электрических заряд ов , в ы зы в аю щ их в заимное отталкив ание; 3) гид роф ильностью коллоид ов , т. е. наличием в округ коллоид ны х частиц уп лотненны х гид ратны х оболочек, которы е п ред ох раняю т частицы от слип ания и п ослед ую щ его осед ания. Поэтому глинисты й раств ор в течение д олгого в ремени сох раняется в ж ид комсостоянии и сп особен п ерекачив аться насосом. Структурообразов анием назы в ается сп особность глинисты х раств оров , нах од ящ их ся в п окое, образов ы в ать в нутри себя структуру. Причина образов ания структуры и ееп ослед ую щ его роста в глинистомраств оресостоитв том, что глинисты ечастицы имею тф орму тонких п ластинок, кото-

39

ры е несут электрический заряд п о св оей ш ирокой боков ой п ов ерх ности и п оэтому п ов ерх ностьх орош о смачив ается в од ой. По толщ инеконтура эти п ластинки имею т слабы й электрический заряд или он отсутств ует. Поэтому п о тонкимконтурны мп ов ерх ностямчастицы п лох о смачив аю тся в од ой. Столкнов ение отд ельны х коллоид ны х частиц с п лох о смоченны ми п ов ерх ностями п рив од итк их слип анию . С течениемв ремени число слип ш их ся частиц ув еличив ается и в раств оре образуется п ространств енны й реш етчаты й каркас из коллоид ны х частиц, слип ш их ся тонкими боков ы ми п ов ерх ностями. В од а остается в ячейках этой сетки и не мож ет св обод но п еремещ аться. Раств орстанов ится густы м, п ох ож имна студ еньили гель. При в стрях ив ании или п еремеш ив ании загустев ш его глинистого раств ора структура его разруш ается и глинисты й раств ор п риобретает св ойств а ж ид кого раств ора. Т иксотроп ией назы в ается св ойств о глинистого раств ора загустев ать п ри стоянии и разж иж аться п ри в стрях ив ании или п еремеш ив ании. Т иксотроп ией облад аю тнев секоллоид ны ераств оры , а только некоторы е, в том числеглинисты ераств оры . Т иксотроп ностью назы в ается бы строта образов ания структуры , а п осле п еремеш ив ания —

бы строта в осстанов ления

структуры . У д ерж ив аю щ ей сп особностью глинистого раств ора назы в ается сп особность глинистого раств ора уд ерж ив ать частицы п ород ы п ри структурообразов ании. Э то св ойств о глинистого раств ора п ред отв ращ ает осаж д ение частиц п ород ы на забой п ри п рекращ ении циркуляции. К оагуляцией, или св ерты в анием, коллоид ов назы в ается п роцессслип ания коллоид ны х частиц в агрегатны егруп п ы сп ослед ую щ имосаж д ениемэтих частиц п од в лияниемсилы тяж ести. К оагуляция коллоид ов п роисх од ит, если коллоид ны ечастицы сд елать нейтральны ми, они п ри столкнов ении буд ут соед иняться, а груп п ы , агрегаты осед ать п од в лиянием силы тяж ести. К оагуляция глинистого коллоид а п роисх од ит от п рибав ления к в од екоагулянтов , нап ример некоторого количеств а п ов аренной соли NaCl,

40

которая расп ад ается п од д ейств ием молекул

в од ы

с образов анием

п олож ительны х ионов натрия, нейтрализую щ их глинисты е частицы , заряж енны е отрицательны м электричеств ом. Е сли скв аж иной п ересечены соленосны е п ород ы или в од оносны й горизонт с соленой в од ой, глинисты й раств ор, п ротекаю щ ий п о ств олу скв аж ины , мож ет п од в ергаться коагуляции. О братимы ми коллоид ами назы в аю тся такие коллоид ы , которы е п ри над леж ащ емэлектрическомсостоянии сред ы сп особны в осстанав лив аться изскоагулиров анного состояния. Пеп тизацией назы в ается п роцесс п рев ращ ения скоагулиров анного коллоид а, св ернув ш егося в в ид е комочков , в коллоид ны й раств ор. Д ля исп ользов ания св ойств обратимости коллоид ов к глинистому раств ору в качеств е п еп тизаторов д обав ляю т в ещ еств а, в осстанав лив аю щ ие отрицательны е электрические заряд ы у глинисты х частиц. К числу п еп тизаторов относятся: щ елочи (каустическая сод а, ед кий натр NaOH, кальциниров анная сод а Na2CO3 и д р.) или коллоид ы , имею щ ие отрицательны е электрическиезаряд ы , нап римергуминов ая кислота. Сод ерж ание в глине окислов и солей. Глины могут сод ерж ать п римеси окиси ж елеза (Fe2O3), окиси натрия (Na2O), окиси кальция (СаО ), окиси магния (MgO), окиси калия (К 2О ) и д р. Н аличием п реоблад аю щ ей п римеси часто оп ред еляю тся св ойств а глины . Ч ем больш е в глине сод ерж ится натрия, темлучш ееекачеств о. Н аличиесолей (NaCl, СаС12, CaSO4 и д р.) ух уд ш ает качеств о глины . Сильно засоленны е глины мож но п рименятьд ля п риготов ления глинисты х раств оров , но п ри этомнеобх од има д оп олнительная их х имическая обработка. Н абух ание глин. Н абух анием назы в ается св ойств о глин ув еличив аться в объеме п ри п оглощ ении в од ы . Н атриев ы е бентонитов ы е глины могутп ри замачив ании ув еличив аться в объемев 8— 10 раз и легко расп ад аю тся в в од е на отд ельны е частицы . В кислы х щ елочны х и солев ы х раств орах бентонит не набух ает. Гид рослю д исты е и п алы горскитов ы е глины облад аю т меньш ей сп особностью

набух ать. К аолинов ы е глины не набу-

41

х аю т, расщ еп ляю тся в в од е п лох о, раств оры , п риготов ленны е из них , неустойчив ы и бы стро разд еляю тся на тв ерд ую ф азу и ж ид кость. Глинизация стенок скв аж ины исп ользуется п ри бурении с п ромы в кой глинисты м раств оромв неустойчив ы х п ород ах д ля укреп ления стенок скв аж ины и д ля изоляции п ластов . После в нед рения глинистого раств ора в п устоты п ород и его загустев ания в них кольцев ая зона п ород ы в округ ств ола скв аж ины укреп ляется. После образов ания глинистой корки на стенках скв аж ины п рекращ ается п оступ ление св обод ной в од ы из буров ого раств ора в п устоты п ород . К роме того, если п ласты п ород сод ерж атв од у, неф ть газ и если в еличина п ластов ого д ав ления не п рев ы ш ает в еличину гид ростатического д ав ления п ромы в очной ж ид кости на стенки скв аж ины , то в од а, неф тьи газ не п оступ ят из п ласта в скв аж ину. Происх од ит изоляция п ластов и п рекращ ение д в иж ения ж ид кости или газа в системе скв аж ина-п ласт. Д ля усп еш ной глинизации в глинистом раств оре д олж ны п реоблад ать мелкие коллоид ны е частицы , над круп ны ми частицами сусп ензий. Н аиболее коллоид альны ми яв ляю тся бентонитов ы е глины , которы е обесп ечив аю т п ониж енную в од оотд ачу, п ов ы ш енную в язкость и п ов ы ш енны е тиксотроп ны есв ойств а глинисты х раств оров . Глинисты й раств ор с нед остаточны м количеств ом коллоид ны х частиц необлад аетсп особностью закуп орив атьв сеотв ерстия меж д у частицами п ород ы . Т олстая корка п роп ускаетв од у, п лох о св язы в ается сп ород ами и легко обв алив ается. В од а, п роникш ая в п ласт, уменьш ает силу трения меж д у частицами и п оэтому сниж ает устойчив ость стенок скв аж ины . При п од ъеме и сп уске бурильны х труб толстая корка набирается на замков ы е соед инения труб, образуя сальники, что сп особств ует п рих в атам инструмента. Т олстая корка затруд няет сп уск обсад ной колонны и неред ко п рив од иткп рих в ату п ослед ней. Глинизация стенок скв аж ины яв ляется круп ны м нед остатоком п ри в скры тии в од оносного или неф тегазоносного п ласта, так как п ред отв ращ аетили уменьш аетп риток в од ы или неф ти и газа из п ласта в ств ол скв аж и-

42

ны . Поэтому в скры тие в од оносного горизонта д олж но п роизв од иться с п ромы в кой в од ой, безглинисты м саморасп ад аю щ имся (в од огип анов ы м или крах мальны м) раств ором. 6.4. М етод ы измерения св ойств п ромы в очны х раств оров Плотностьтела – это отнош ениемассы тела кего объему. И змерение п лотности п ромы в очной ж ид кости необх од имо: 1) д ля суж д ения о степ ени насы щ енности глинистого раств ора глиной; 2) д ля суж д ения о степ ени насы щ енности п ромы в очной ж ид кости ш ламом разбуренны х п ород ; 3) д ля оп ред еления гид ростатического д ав ления п ромы в очной ж ид кости на стенки скв аж ины . В о избеж ание заш ламов ания скв аж ины разность п лотности ж ид кости, в ы х од ящ ей из скв аж ины , и п лотности п ромы в очной ж ид кости, нагнетаемой в скв аж ину, д олж на бы тьв п ред елах 0,01 — 0,03. Плотность нормального глинистого раств ора в зав исимости от требуемого гид ростатического д ав ления д олж на бы ть в п ред елах 1,08— 1,45 г/см3; аэриров анного (насы щ енного в озд ух ом) 0,7—

0,9 г/см3; утяж елен-

ного (сд обав кой п орош ка барита или гематита) д о 2,30 г/см3. Плотность п ромы в очной ж ид кости измеряю т ареометрами п остоянного объема. В язкость глинисты х раств оров . Под в язкостью п онимается в нутреннее трение, сущ еств ую щ ее меж д у слоями ж ид кости, д в иж ущ имися д руг относительно д руга с различной скоростью . У слов ная в язкость оп ред еляется п ри п омощ и станд артного п олев ого в изкозиметра (СПВ -5). Ч ащ е п рименяю тся раств оры , 500 см3 которы х в ы текаю т за 18— 24 с (в язкость 18—

24 с). Д ля борьбы с п оглощ ением п рименяю тся раств оры п ов ы ш ен-

ной в язкости (40— 80 си более). Сод ерж ание п еска в глинистом раств оре. При значительном сод ерж ании п еска в раств оре п роисх од итбы стры й износ д еталей насоса, буров ого сальника (в ертлю га) и д ругого оборуд ов ания. В о в ремя останов ки

43

циркуляции п есок осед ает на забой скв аж ины

и мож ет п рих в атить

колонков ы й снаряд . Под п еском п онимается сод ерж ание тв ерд ы х частиц разбуренны х п ород и комочков глины . Сод ерж ание п еска оп ред еляется разбав лениемраств ора в од ой в отнош ении 1: 9 и отстоемв течение1 мин. За это в ремя в осад ок в ы п ад аю тф ракции п еска круп нее 0,1 мм. Д ля более п олного осаж д ения в сех ф ракций п еска остав ляю т раств ор в п окое в течение 3 мин. Д ля оп ред еления сод ерж ания п еска п рименяется отстойник О М -2. В нормальном глинистом раств оре сод ерж ание п еска д олж но бы ть менее4%. Суточны й отстой х арактеризует стабильность глинистого раств ора, т. е. сп особность в течение д лительного в ремени не расслаив аться на тв ерд ую и ж ид кую ф азы . Н ормальны е глинисты е раств оры д олж ны за сутки д ав ать отстой не более 3— 4%. Стабильность глинистого раств ора оп ред еляется с п омощ ью п рибора Ц С-2. У нормальны х раств оров эта разница нед олж на п рев ы ш ать0,02 г/см3. В од оотд ача х арактеризует сп особность глинистого раств ора отф ильтров ы в ать в од у в п ористы е п ород ы . Показатель в од оотд ачи х арактеризуется объемомв од ы в кубических сантиметрах , отф ильтров ы в аю щ ейся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раств ора через бумаж ны й ф ильтр д иаметром75 ммп од избы точны мд ав лением0,1 М Па. В од оотд ача имеет больш оезначениеп ри бурении в п ористы х п ород ах . Глинисты ераств оры с больш ой в од оотд ачей образую т ры х лую корку, суж аю щ ую ств ол скв аж ины и в ы зы в аю щ ую затяж ки буров ого инструмента п ри п од ъеме. Проникнов ение в од ы в глинисты е п ород ы в ы зы в ает их набух ание и в ы п учив ание в ств ол скв аж ины . Сниж ениев од оотд ачи глинистого раств ора сп особств ует устранению этих яв лений. В еличина в од оотд ачи зав исит: 1) откачеств а глины ; 2) откачеств а в од ы : (ж есткая и засолоненная в од а п ов ы ш аетв од оотд ачу); 3) отсп особа п риготов ления раств ора (нед остаточноеразмеш ив ание глины п рив од ит к п ов ы ш ению в од оотд ачи); 4) над леж ащ ая х имическая обработка раств ора сниж аетв од оотд ачу.

44

В од оотд ачу

глинистого раств ора оп ред еляю т на п риборе

В М -6. Н ормальной д ля глинисты х раств оров считается в од оотд ача неболее 25 см3 за 30 мин. Д ля борьбы сп рих в атами и обв алами сниж аю тв од оотд ачу п осред ств ом х имической обработки д о 5—

6 реж е д о 2— 3 см3 за 30

мин. Раств оры , имею щ иев од оотд ачу св ы ш е25 см3 за 30 мин, могутсозд ав атьослож нения п ри бурении в п ористы х п ород ах . Статическое нап ряж ение сд в игу θ х арактеризуетсп особность глинисты х раств оров уд ерж ив атьв о в зв еш енномсостоянии частицы п ород ы . Т ак как св язи меж д у частицами глины в тиксотроп ном раств оре устанав лив аю тся п остеп енно, то в еличина θ зав исит от в ремени стояния раств ора в п окое. В начале θ бы стро растет, а затем мед ленно п ов ы ш ается д о оп ред еленного п ред ела. И змеряется θв п риборах , назы в аемы х п ластометрами. Статическое нап ряж ение сд в ига θ х арактеризуетсп особность глинистого раств ора уд ерж ив атьв о в зв еш енномсостоянии частицы ш лама. В ы бор глины . О ценку п ригод ности глины лучш е в сего п роизв од ить п о качеств у п риготов ленного из этой глины раств ора. И з небольш ого количеств а исп ы туемой глины п риготов ляю т глинисты й раств ор с услов ной в язкостью i = 18— 24 с. Произв од ят измерение п оказателей св ойств п олученного глинистого раств ора. Срав нив аю т результаты измерений с п араметрами глинистого раств ора д ля нормальны х услов ий бурения и д елаю т в ы в од о п ригод ности п олученного раств ора д ля целей бурения без его х имической обработки. Глиноп орош ки изготов ляю т на глинозав од ах , трансп ортирую т в бумаж ны х меш ках и п рименяю тд ля п риготов ления глинистого раств ора д ля ускорения расп ад а глины на коллоид альны е частицы . Н а зав од е п ри изготов лении глиноп орош ков к ниммогутбы тьд обав лены х имическиереагенты , п ов ы ш аю щ иекачеств о раств ора.

45

6.5. Расчетп отребного количеств а глины К оличеств о глины д ля изготов ления ед иницы объема глинистого раств ора, имею щ его оп ред еленную в язкость, зав исит от степ ени коллоид альности глины . Глины п ринято срав нив ать п о в ы х од у п олучаемого из них раств ора установ ленной в язкости. В ы х од омглинистого раств ора VB назы в ается объемглинистого раств ора в м3 установ ленной в язкости из1 тглины . К оличеств енны еп оказатели глинистого раств ора д ля глин различной степ ени коллоид альности п ри п лотности глины рг = 2,5 т/м3 и услов ной в язкости глинистого раств ора 25— 30 сп рив ед ены в табл. 6.1. Таб лица6.1 К олич ес т венные п оказат ели глинис т ых растворов разной коллоид альности О бъем В ы х од глиниПлотность .М асса глиглины Vr стого раств ора Степ ень коллои- глинистого ны m на 1м3 3 на 1м расиз 1 т глины д альности глины раств ора Рр раств ора, тв ора, Vв г/см кг м3 . м3/т В ы сококоллоид - 1,04— 1,06 0,03— 0,04 70— 100 15— 10 ная К оллоид ная

1,06— 1,15

0,04— 0,10 100— 250

10— 4

Сред неколлоид -

1,15— 1,30

0,10— 0,20 250— 500

2— 1,5

М алоколлоид ная 1,30— 1,40

0,20— 0,27 500— 675

Т яж елая

0,27— 0,33 675-825

ная

1,40— 1,50

1,5— 1,2

О пределени еобъема гли ны Vгдля при гот ов лени я Vр1 м3 гли ни с т ого рас т в ора Пусть: Рг —

п лотность глины (п рирод ны е глины в в озд уш но-сух ом

46

состоянии имею т п лотность от 2,2 д о 2,8 т/м3, в сред нем» 2,5 т/м3); Рв = 1 т/м3 — п лотностьв од ы ; Рр — п лотностьглинистого раств ора, т/м3 (см. табл. 25); Vг — объемглины д ля п риготов ления 1 м3 глинистого раств ора, м3. Состав имурав нениемассв объеме1 м3: (масса глины ) + (масса в од ы ) = (масса раств ора). Заменив массы на соотв етств ую щ ие им п роизв ед ения объема на п лотность, учиты в ая, что объем в од ы мож но п ред став ить как разность объема раств ора и объема глины и п риняв за ед иницу объемраств ора, п олучим VrPr+Vв Рв =VpPp; Vr+Vв =Vр Т аккакVp=1 Vв =1-Vг VrPr + (1 - Vr) Рв = Рр VrPr + Рв - VгРв = Рр Vr (Рг— Рв ) = Рр- Pв Vr= Рр- Pв / Рг— Рв ) О пределени емас с ы гли ны m для при гот ов лени я 1 м3 рас т в ора m=Vr*Pr О бъем глинистого раств ора V д ля бурения зад анной скв аж ины V = V1 + V2 + V3, м3 гд еV1 = объемскв аж ины = Д ср*Н (зд есь Д — сред ний д иаметр скв аж ины , Н – глубина скв аж ины ). V2 — объемрезерв уаров д ля х ранения глинистого раств ора ( 2— 5 м3); V3 — п отеря глинистого раств ора в скв аж ине— зав иситотстеп ени трещ инов атости п ород (V3 = 2— 5 Vх и более). М асса глины М д ля бурения зад анной скв аж ины М = mV, т, гд е м— масса глины д ля п риготов ления 1 м3 раств ора, т; V — объемглинистого раств ора д ля бурения зад анной скв аж ины , м3. Н асы п ная масса (глина имеет п ористость с суммарны м объемом п устот = 20%) буд ет меньш еза счетп ористости, п оэтому M=m*V*0.8

47

7. ТЕ Х НО ЛО ГИ Я К О ЛО НК О В О ГО Б У РЕ НИ Я В зав исимости от категории п ород мож но зад ав ать разны е реж имы бурения, п араметрами которого яв ляется: частота в ращ ения буров ого снаряд а, осев ая нагрузка и объем п од ачи п ромы в очной ж ид кости в ед иницу в ремени. Реж имы бурения разны е д ля п обед итов ого и алмазного бурения. К оронки такж е изготов ляю тся разны ми п о конструкции д ля разны х категорий п ород . Н агрузка на коронку зад ается, исх од я из количеств а основ ны х (объемны х ) резцов , их размеров и тв ерд ости п ород . О бщ ая нагрузка на коронку д олж на бы тьрав на С= m*q, гд е m—

число объемны х (основ ны х ) резцов ; q —

рекоменд уемое

д ав лениена 1 резец, Η (см. табл. 7.1). Ч астота в ращ ения коронки д олж но бы ть n=60V / η Dср

гд е V –

окруж ная скоростькоронки 0,6-1,6 м/с, Dср – сред ний д иаметр коронки, м Под ача п ромы в очной ж ид кости оп ред еляется, исх од я из скорости в осх од ящ его п отока Vn и д иаметра скв аж ины ; Vπ = 0,25—

0,6 м/с. Ч ем

больш ескорость бурения, тембольш еи Vπ. При бурении в трещ инов аты х и абразив ны х п ород ах необх од имо сниж ать окруж ную скорость и осев ую нагрузку. Промы в ка п ри алмазномбурении д олж на обесп ечив ать х орош ее ох лаж д ениеалмазов , так как они п ри сильномнагрев еони граф итизирую тся. Скорость в осх од ящ его п отока меж д у бурильной колонной и стенками скв аж ины д олж на бы тьв п ред елах 0,4— 0,8 м/с. При нап олнении колонков ой трубы керном буров ой инструмент п од нимаю т на п ов ерх ность. Д ля этого над коронкой п омещ аю т кернорв атель, которы й сры в ает керн от забоя. Под нятая коронка отв ерты в ается и осматрив ается. К ерн из колонков ой трубы осторож но и п ослед ов ательно изв лекается, д окументируется и уклад ы в ается в кернов ы еящ ики.

48

Таб лица7.1 Х аракт еристикат верд осп лавныхкоронок 'М арк- К атего- Х арактерииров ка рия п о- стика п ород коронок род п о буримости Ml

М 2

М 5

I— III

Т ип ичны еп ред - Д иаметр, мм став ители п ород

М ягкие од но- Суглинки, глирод ны е ны , торф , мел

Ч исло резцов

Н а- В нут- О снов Под резруж - рен- ны х ны х ны й ний 151 112 8 __

132 112 93 II— IV М ягкиес Глины , слабо 151 тв ерд ы ми сцементиров ан- 132 п рослойками ны е п есчаники, 112 глинисты е алев - 93 ролиты , мергели, неп лотны е изв естняки 151 II— IV М ягкие од но- Глины , слабо род ны е сцементиров ан- 132 ны еп есчаники, 112 ангид риты , 93 глинисты есланцы

92 73 57 113 93 74 58

8 8 8 14 14 12 12

— — — — — — —

107 88 68 53

24 24 16 16

6 6 4 4

О сев ая нагруз- О круж ная ка на 1 основ - скорость ной резец, Η коронки, м/с

500— 600

1,0— 1,5

600— 800

1,0— 1,5

300— 600

1,0— 1,5

49

СМ З (С)

IV— VI М онолитны е А ргиллиты , 151 малоабразив - алев ролиты , 132 ны е глинисты е 112 сланцы , д оломи- 93 ты , гип сы , из76 в естняки 59 46

133 114 94 75 59 44 31

12 12 8 8 6 6 6

9 9 6 6 3 3

600— 1000

1,0— 1,6

CM4 (Μ Ρ2Η Π-1)

V— VI, М алоабразив Ч астич- ны емонолитно VII ны еи п еремеж аю щ иеся п о тв ерд ости

151

132

12

4

500— 800

0,8— 1,5

132 112 93 76

113 93 74 58

12. 9 9 9

4 3 3 3

CM5 (1HM)

V— VI М алоабразив - Д оломиты , изны емонолит- в естняки, ны е и слабо- глинисты еи трещ инов аты е п есчаны е сланцы , серп ентиниты

151

133

24

4

400— 600

0,8— 1,6

132 112 93 76

114 94 75 59

24 18 18 12

4 3 3 4

59

44

12

4

46

31

12

2

36

21

9

3

А лев ролиты , аргиллиты , глинисты еи сланцы , п есчаники изв естняки, базальты , д униты

50

CM5 VI-VII (16HA)

CT2 (CT6)

Д оломиты , из- 151 М алоабразив ны е моно- в естняки, 132 серп ентиниты , литны еи трещ инов аты е 112 п ерид отиты 93

133

24

8

114

24

8

94

18

6

75

18

6

76

59

12

4

59

44

12

4

46

31

12

2

151

133

12

6

132 112 93 76 59 46

114 94 75 59 44 31

12 10 8 6 6 6

6 5 4 3 3 3

IV— VI М алоабраИ зв естняки, зив ны е частично окремтрещ инов аты е ненны е д оломип еремеж аю - ты , сланцы с с щ иеся тв ерд ы ми в клю чениями

500— 700

1,0— 1,6

500— 800

0,6— 1,2

51

О д нослойную алмазную коронку след ует заменить в случае: а) мех анического п ов реж д ения коронки; б) п ояв ления на торцекоронки кругов ы х борозд , в след ств ие отсутств ия п олного п ерекры тия рабочего торца алмазами; в ) сильного оголения алмазов ; г) износа коронки п о д иаметру. И зносив ш иеся алмазны екоронки отп рав ляю тна зав од , гд ематрицу раств оряю тв соотв етств ую щ их кислотах и отбираю т алмазы , которы е мож но в торично исп ользов ать в коронках (рекуп ерация алмазов ). При бурении алмазны ми коронками частота в ращ ения часто п ринимается в п ред елах 500— 1500 об/мин. О сев ая нагрузка п од бирается из расчета 500— 1200Н на 1 см2 рабочего торца коронки в зав исимости от насы щ енности торца алмазной коронки алмазами и креп ости п ород . Параметры реж има алмазного бурения п рименительно к коронкам различного д иаметра и п ород амразной креп ости п рив ед ены в табл. 7.2 (п о д анны м В И Т Ра). Произв од ительностьалмазного бурения п ри п рав ильно в ы бранной коронкезав иситотп араметров реж има бурения: осев ой нагрузки на коронку, частоты еев ращ ения, количеств а и качеств а п ромы в очной ж ид кости. Э то п олож ение, общ ее д ля в ращ ательного бурения, п риобретает п ри алмазном бурении особоезначениев след ств ие чув ств ительности алмазной коронки на наруш ение п рав ильного соотнош ения меж д у указанны ми реж имны ми п араметрами. Н а п роцесс алмазного бурения сказы в ается в лияние многочисленны х п еременны х ф акторов , и п оэтому в оп рос о реж имах бурения д олж ен рассматрив аться разд ельно п о груп п амп ород со сх од ны ми ф изико-мех аническими св ойств ами. В общ ем случае п ри алмазном бурении рекоменд уется п рименять в ы сокую частоту в ращ ения, п ричемп о мере ее ув еличения необх од имо од нов ременно п ов ы ш ать осев ую нагрузку на коронку. Н ормальной частотой считается 750— 1500 об/мин, п ониж енной 400— 750 об/мин д ля алмазны х коронок д иаметром46 и 59 мм. В еличина осев ой нагрузки оп ред еляется с учетом след ую щ их основ ны х ф акторов : а) с ув еличением тв ерд ости п ород ы осев ы е нагрузки д олж ны п ов ы -

52

ш аться; б) в трещ инов аты х , а такж е в тонкослоисты х п ород ах с черед ов анием тв ерд ы х и болеемягких п рослоев осев ы енагрузки д олж ны бы тьменьш е, чемв монолитны х од нород ны х п ород ах ; в ) слоисты е п ород ы с тенд енцией к искрив лению ств ола скв аж ины бурятп ри п ониж енны х осев ы х нагрузках ; г) д ля коронок салмазами меньш ей в еличины осев ая нагрузка уменьш ается; д ) п ри ув еличенной п од аче п ромы в очной ж ид кости коронка меньш е забив ается ш ламом и п оэтому осев ы енагрузки мож но ув еличить. О д но из основ ны х п рав ил алмазного бурения заклю чается в том, что осев ая нагрузка на коронку д олж на бы тьв сегд а рав номерной и д остаточной д ля объемного разруш ения п ород ы . Таб лица7.2

К атегории п ород п о буримости

Д иаметры коронок, мм

36

46

59

76

О сев ая нагрузка на коронку VI— VII VIII— IX IX— XI XI— XII

2500— 3000— 5000— 6000—

3000 5000 7000 8000 Ч

400— 700

3 000— 5 000 4000— 8000 5000— 7 000 6000— 10000 6 000— 9 000 8000— 12000 7000— 10000 10000— 16000 астота в ращ ения об/мин 500— 900

800— 1 400

5000— 10000 8000— 13000 10000— 17000 13000— 18000 600— 1 000

Под ача п ромы в очной ж ид кости Q, л/мин VI— VII VIII— IX IX— XI XI— XII

25-35 20-30 15-25 10-15

30-50 30-40 20-30 15-20

50-70 40-60 35-50 25-35

60-100 50-80 40-60 30-40

*Примечание. При бурении трещ инов аты х , абразив ны х и п еремеж аю щ их ся п о тв ерд ости п ород частота в ращ ения и осев ая нагрузка сниж аю тся на 25— 49%.

53

8. ТА М ПО НИ РО В А НИ Е С К В А Ж И Н Тампони ров ани ем скв аж ины назы в ается комп лексработп о изоляции отд ельны х ее интерв алов . Т амп ониров ание осущ еств ляется с целью п ред отв ращ ения обв алов скв аж ины и размы в ания п ород в п ространств е за обсад ны ми трубами, разд еления в од оносны х или д ругих горизонтов д ля их исслед ов ания, п ерекры тия трещ ин, п устот, кав ерн, д ля ликв ид ации в од оп рояв лений, п оглощ ения п ромы в очной ж ид кости п ри бурении.

Рис. 8.1. О бщ ая сх ема тамп онаж а: 1 – колонна обсад ны х труб; 2 – тамп онаж ны й материал; 3, 4, 5 - изолируемы й, в од онеп роницаемы й и в од оносны й п ласты соотв етств енно. При бурении на ж ид кие и газообразны е п олезны е ископ аемы е, а такж е на минеральны е соли необх од имо изолиров ать п ласт п олезного ископ аемого от в ы ш ележ ащ их п ластов . И золяция отд ельны х горизонтов в скв аж иненеобх од има д ля п ред отв ращ ения п роникнов ения грунтов ы х и п ластов ы х в од в п ластп олезного ископ аемого. При п од х од е к п род уктив ному п ласту п рох од ка скв аж ины п ре-

54

кращ ается в в од онеп роницаемомв ы ш ерасп олож енномп ласте. Затемв скв аж ину сп ускаю т колонну обсад ны х труб, а кольцев ое п ространств о меж д у низомколонны и стенами скв аж ины зап олняю т в од онеп роницаемы мматериалом. Т амп ониров анием затрубного п ространств а обсад ная колонна п ред ох раняется от сж атия д ав лением и коррод ирую щ его в озд ейств ия минерализов анны х п од земны х в од . Применяю т п остоянное и в ременное тамп ониров ание. Постоянное тамп ониров аниеп ров од ятна д лительноев ремя. При п остоянномтамп ониров ании околоств ольное п ространств о изолируется от ств ола скв аж ины . В ременное тамп ониров ание п ред назначается д ля изоляции отд ельны х горизонтов и п ров од ится на срокисп ы тания скв аж ины . Т амп ониров ание п роизв од ят д ля разобщ ения и изоляции в од оносны х п ластов с разны м х имическим состав ом. Н ап ример, д ля изоляции горькосоленой в од ы от п итьев ой, изоляции в од оносны х п ластов от неф тегазоносны х , д ля п роизв од ств а оп ы тны х нагнетаний в од ы в п ористы й п ласт, д ля защ иты обсад ны х труб от коррозии минеральны ми в од ами, д ля устранения циркуляции п од земны х в од п о ств олу скв аж ины п ри изв лечении обсад ны х труб и ликв ид ации скв аж ины . В качеств е тамп онаж ны х материалов исп ользую т глину, цемент, глиноцементны есмеси снап олнителями, бы стросх в аты в аю щ иеся смеси (БСС), битумы и смолы . Т амп ониров аниеглиной п рименяю тп ри бурении неглубоких разв ед очны х или гид рогеологических скв аж ин. Е сли в местенамечаемого тамп ониров ания залегаетп ластглины мощ ностью 2— 3 м, то тамп ониров аниеосущ еств ляю тзад ав лив анием баш мака обсад ной колонны в глину, п ред в арительно п робурив этот п ластна 0,5— 0,6 м. При отсутств ии на забое глины или п ри нед остаточной мощ ности ее п ласта ниж ню ю часть скв аж ины зап олняю т в язкой глиной, в баш мак обсад ной ко-

55

лонны в став ляю т конусную п робку, которой в ы д ав лив аю т глину в затрубное п ространств о. По окончании тамп ониров ания п робки разбурив аю т. Т амп ониров аниесп омощ ью цемента назы в ается цемент и ров ани ем скв аж ин. Ц ементиров ание исп ользую т п ри бурении скв аж ины на в од у, неф ть, газ и в случаях , когд а необх од имо п олучить п рочны й и п лотны й тамп он на в есьма п род олж ительноев ремя. Д ля цементиров ания скв аж ин исп ользую т тамп онаж ны й цемент на основ е п ортланд цемента. Послесмеш ив ания св од ой тамп онаж ны й цементд олж ен д ав ать п од в иж ны й раств ор, п ерекачив аемы й насосами, которы й с течениемв ремени загустев ает и затемп рев ращ ается в в од онеп роницаемы й цементны й камень. Ц ементны й раств ор над о изготов лятькак мож но бы стрее, чтобы п ред уп ред итьего сх в аты в ание в о в ремя нагнетания в скв аж ину. Готов ятцементны й раств ор в цементомеш алках или в сп ециальны х цементиров очны х агрегатах , смонтиров анны х на ав томобиле. Н аиболееш ироко п рименяемы й сп особ цементиров ания п ри разв ед очномбурении — п огруж ениебаш мака обсад ной колонны в цементны й раств ор, залиты й на забой скв аж ины . Забойное цементиров ание п ров од ят д ля изоляции ниж ней п ризабойной части колонны обсад ны х труб. Ц ементны й раств ор залив аю т в скв аж ину через залив очны етрубы на в ы соту 2— 3 м. Послеизв лечения из скв аж ины залив очны х труб на забой сп ускаю тколонну обсад ны х труб. Послезатв ерд ения цементного раств ора разбурив аю тп робку в обсад ны х трубах и п род олж аю тп рох од ку скв аж ины . Временноет ампони ров ани ескв аж ин п роизв од ится на неп род олж ительны й п ериод п ров ед ения разд ельного исслед ов ания в од оносны х (неф те- и газоносны х ) горизонтов . Д ля разобщ ения отд ельны х участков скв аж ины , п од в ергаемы х исслед ов аниям (откачки, нагнетания), исп ользую т сп ециальны е тамп оны , назы в аемы е п акерами. По п ринцип у д ейств ия различаю т п акеры п ростого и д в ойного

56

д ейств ия. Пакеры п ростого д ейств ия разд еляю т скв аж ину на д в а изолиров анны х д руг отд руга участка, а д в ойного д ейств ия — на три. Принцип д ейств ия п акера основ ан на том, что п ри расш ирении резинов ой манж еты или п од уш ки над еж но уп лотняется зазор меж д у стенками скв аж ины и колонной труб, на которой оп ускается тамп он. Резинов ая манж ета (п од уш ка) в скв аж ине мож ет уп лотняться мех анически, с п омощ ью в од ы или сж атого в озд ух а. Гид рав лический п акер (рис. 8.2.) с д в умя резинов ы ми камерами 3 (д в ойного д ейств ия) сп ускаю т в скв аж ину на колонне труб 1. В од а, п од ав аемая п од д ав лением через трубки 2 в камеры 3, п риж имает их к стенкам скв аж ины . Т аким образом скв аж ина разд еляется на три участка. Ч ерез ф ильтров ую трубу 4 п осле установ ки п акера п роизв од ят оп ы тны е откачки или налив ы .

Рис. 8.2. Гид рав лический п акер: I – в од оуп ор; II – п ористы й в од оносны й п ласт; 1 – колонна обсад ны х труб; 2 – трубка д ля нагнетания в од ы ; 3 – камера; 4 – соед инительная трубка; 5 – ф ильтров ая труба; 6 – глух ая п робка Тампони ров ани е без обс адны х т руб. Д ля борьбы с п оглощ ением п ромы в очной ж ид кости без уменьш ения д иаметра скв аж ины п рименяю т БСС

57

различного состав а. Д озиров ка смеси, сод ерж ащ ей п ортланд цемент, глинисты й раств ор, ж ид кое стекло, каустическую сод у и в од у, зав исит от качеств а цемента и глины . И зменениемколичеств а ж ид кого стекла и каустической сод ы регулирую т св ойств а смеси и сроки ее сх в аты в ания. Ч ерез 20— 35 мин п осле п риготов ления БСС теряет п од в иж ность, а через 1— 1,5 ч заканчив ается ее сх в аты в ание. И сп ользую т такж е тамп онаж ны е смеси на основ е синтетических смол п утем смеш ив ания их с нап олнителем и п ослед ую щ им в в ед ениемв смесьотв ерд ителя. Т амп онаж ны е смеси д олж ны бы ть д остав лены к месту п оглощ ения п ромы в очной ж ид кости д о п отери п од в иж ности. Смесь д остав ляю т од ним из след ую щ их сп особов : 1) залив кой через устьенеглубокой скв аж ины ; 2) закачив аниемчерез бурильную колонну, 3) в колонков омнаборе, закры томснизу глиняной п робкой, с п ослед ую щ им в ы д ав лив анием п ромы в очной ж ид костью ; 4) сисп ользов аниемсп ециальны х тамп онаж ны х устройств . Д остав ленную в зону п оглощ ения тамп онаж ную смесь п осле в ы д ерж ки в течениев ремени, необх од имого д ля еезатв ерд ев ания, разбурив аю т. 8.1. Произв од ств о работ п о цементиров анию скв аж ины п ри п омощ и д в ух п робок Е сли необх од има больш ая в ы сота п од ъема цемента в затрубномп ространств е (на лю бое расстояние от забоя, в п лоть д о устья скв аж ины ), п рименяется цемент и ров ани е под дав лени ем с разделяю щи ми пробк ами . При этомисп ользую тд в еразд еляю щ иеп робки и цементиров очную голов ку. Разд еляю щ иеп робки снабж ены уп лотняю щ ими резинов ы ми манж етами. В ерх няя п робка сп лош ная, а в ниж ней в ы п олнен осев ой канал, п ерекры ты й стеклянны мд искомили резинов ой п ереп онкой. Промы в ка затрубного п ространств а. Ч ерез отв од 1 (рис. 8.1, а) цементиров очной голов ки нагнетаю тп ромы в очную ж ид костьд ля п ромы в ки скв аж ины . При этомколонна обсад ны х труб п од в еш ена в устье скв аж ины с п омощ ью ла-

58

ф етного х омута и некасается забоя. В в ед ениев обсад ны етрубы ниж ней п робки. Д ля этого цементиров очную голов ку отв инчив аю тот колонны и в устье обсад ной колонны в в од ятниж ню ю п робку. После этого нав инчив аю т цементиров очную голов ку с закреп ленной в ней в ерх ней п робкой. Н агнетание цементного раств ора в

колонну обсад ны х труб. О св обож д ение

в ерх ней п робки и ее п род ав лив ание в д оль колонны . В ы в инчив аю т в ы д в иж ны е стоп оры 6 цементиров очной голов ки, осв обож д ая этим в ерх ню ю п робку и через отв од нагнетаю тп ромы в очную ж ид кость(глинисты й раств ор или в од у) д ля п род ав лив ания п робок. Т огд а система, состоящ ая из д в ух п робок и цементного раств ора меж д у ними, буд етп еремещ аться в низ. Прод ав лив ание цементного раств ора в затрубное п ространств о. К огд а ниж няя п робка уп рется в уп орное (стоп орное) кольцо, закреп ленное меж д у трубами и баш маком, тогд а в озросш имд ав лениемнасоса разд ав лив ается стеклянная п ластинка, п ерекры в аю щ ая отв ерстие в ниж ней п робке, и цементны й раств ор через это отв ерстиеп род ав лив ается в кольцев оезатрубноеп ространств о (рис. 8.1, в ). О кончание нагнетания цементного раств ора в затрубное п ространств о соотв етств ует моменту сх ож д ения п робок (рис. 8.1, г), оп ред еляемому п о резкому п ов ы ш ению д ав ления на манометре. Снятиеколонны обсад ны х труб слаф етного х омута и сп ускколонны д о забоя. Д ля этого колонну с п омощ ью элев атора, крю ка, талев ой системы и лебед ки буров ого станка п рип од нимаю т, в ы нимаю тиз корп уса лаф етного х омута и сп ускаю тколонну д о забоя. В ы д ерж ив аниеколонны обсад ны х труб п од д ав лением(п ри закры ты х отв од ах 1 и 2) в течение12-24 ч д о конца сх в аты в ания и затв ерд ев ания цемента. Снятие цементиров очной голов ки, разбурив ание п робок и уп орного кольца, очистка забоя. Пров ерка результата тамп ониров ания. Д ля этого п ониж аю т откачкой уров ень ж ид кости в скв аж ине ниж е (не менее чемна 10 м) статического уров ня тамп о-

59

нируемого в од оносного горизонта. Е сли в течение суток уров ень в од ы в скв аж иненеп од нялся (неучиты в ая п од нятия уров ня д о 1мза счетстенания кап ель п о стенкам труб), то считаю т, что тамп ониров ание в од оносного п ласта п роизв ед ено и об этомсостав ляется акт.

Рис. 8.1. Сх ема тамп онаж а скв аж ины цементом п о сп особу «с д в умя п робками» : а – начало закачив ания цемента; б – конец закачки цемента; в – начало п од ъема цемента в затрубноеп ространств о; г– конец цементации 1 – зап орны й кран; 2 – манометр; 3 – голов ка д ля цементации; 4 – в ерх няя часть п робки; 5 - резинов ы еманж еты ; 6 - ниж няя частьп робки; 7 – обсад ная труба; 8 - в ерх няя п робка; 9 - ниж няя п робка

60

8.2. Л икв ид ационны й тамп онаж скв аж ины Пробурив скв аж ину, п роизв од ят контрольны й замер ее глубины , измерение зенитны х углов и азимутов через установ ленны е интерв алы (обы чно 20 м) и геоф изические исслед ов ания (каротаж ). Затемп риступ аю т к изв лечению обсад ны х колонн и ликв ид ационному тамп ониров анию скв аж ины . Ц ель ликв ид ационного тамп ониров ания состоит в том, чтобы изолиров ать в се в од оносны е п ласты и п ласты п олезного ископ аемого, п од леж ащ его разработке, от п оступ ления в них в од ы п о скв аж ине и трещ инам из изолируемого в од оносного п ласта и устранить в озмож ность циркуляции п од земны х в од п о ств олу скв аж ины п ри изв лечении обсад ны х труб и ееликв ид ации. Д ля ликв ид ационного тамп ониров ания скв аж ины , п ройд енной в скальны х и п олускальны х п ород ах , п рименяю тцемент, в п ород ах глинисты х — п ластичную ж ирную глину. Скв аж ина, п робуренная с п рименением глинистого раств ора и тамп онируемая цементом, п еред тамп ониров аниемп ромы в ается в од ой д ля разглинизации. Ц ементны й раств ор нагнетаю т насосом через бурильны е трубы , оп ущ енны е д о забоя. По мере зап олнения скв аж ины цементны м раств оромбурильны етрубы п рип од нимаю т. Послеп од ъема насоси бурильны е трубы д олж ны бы ть п ромы ты в од ой д ля очистки от остатков цементного раств ора. При тамп ониров ании глиной ее замачив аю т, п риготов ляю т густое глиняное тесто, затем с п омощ ью глиноп ресса или в ручную готов ят цилинд ры из глины . Глиняны е цилинд ры оп ускаю т на забой скв аж ины в д линной колонков ой трубе и, п рип од няв колонков ую трубу на 1,0— 1,5 мнад забоем, в ы п рессов ы в аю т с п омощ ью насоса д ав лениемв од ы обы чно п ри 1,0— 1,5 М Па. Д ля над еж ности каж д ую п орцию тамп онаж ной глины трамбую т металлической трамбов кой. Д ля ликв ид ационного тамп ониров ания глубоких скв аж ин х орош о зарекоменд ов али себя:

61

1. Глинисто-цементны й раств ор, изготов ляемы й на базе глинистого раств ора п ов ы ш енной в язкости (Т = 50— 80 с, θ= 500— 1500 Н /см2). Н а 1 м3 глинистого раств ора д обав ляю т 120— 130 кг тамп онаж ного цемента и 12 кгж ид кого стекла. 2. Д ля тамп ониров ания законченны х скв аж ин п рименяю т отв ерж д аемы й глинисты й раств ор (О ГР) след ую щ его состав а: нормальны й глинисты й раств ор — 64%; ф ормалин —

11%; Т С-10 — 25%. Т С-10 п ред став ляет собой темно-

коричнев ую ж ид кость, изготов ленную из смеси (в над леж ащ их п роп орциях ) сланцев ы х ф енолов , этиленгликоля и раств ора ед кого натра. В ряд еразв ед очны х районов ктамп онаж ны мраств орамд обав ляю тп есок. При наличии п олного п оглощ ения п ромы в очной ж ид кости на интерв але скв аж ины в ы ш е зоны п оглощ ения устанав лив аю тд ерев янны еп робки. В устье ликв ид иров анной скв аж ины остав ляю т обсад ную трубу с цементной п робкой. Н а трубеотмечаю тномери глубину скв аж ины . При в ы п олнении работ п о ликв ид ационному тамп ониров анию след ует руков од ств ов аться утв ерж д енны ми инструкциями или п рав илами в ы п олнения этого в ид а работ, д ейств ую щ ими в д анномрегионе. О в ы п олнении ликв ид ационного тамп ониров ания состав ляется акт п о ф орме, п ред усмотренной инструкцией или п рав илами. Рекоменд уемая литература 1. В озд в иж енский Б.И . Разв ед очное бурение / Б.И . В озд в иж енский, О .Н . Голубинцев , А .А . Н ов ож илов . – М .: Н ед ра, 1979. - 510 с. 2. Сов етов Г.А . О снов ы бурения и горного д ела / Г.А . Сов етов , Н .И . Ж абин. – М .: Н ед ра, 1991. – 368 с.

62

Состав ители: СтрикЮ рий Н иколаев ич; И льяш В алерий В лад имиров ич Ред актор: Т их омиров а О . А .