Разведочное бурение
3.2 Выбор параметров режима бурения
Под параметрами режима вращательного бурения с промывкой (продувкой) подразумевают осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, частоту его вращения и расход очистного агента. Изменяя указанные параметры, можно добиться повышения технико-экономических показателей бурения. Параметры режима бурения рассчитываются в зависимости от типа бурения (алмазного, твердосплавного, бескернового) и устанавливаются согласно технической характеристике бурового станка и насоса. Выбранную частоту вращения бурового станка и насоса. Выбранную частоту вращения бурового инструмента проверяют расчетным путем исходя из возможностей станка и установочной мощности привода.
Бескерновое бурение: 1 слой: супесь
Р = Р0*Dдол
Величину удельной нагрузки Ро выбираем в зависимости от типа долота и категории пород по буримости II. Используем Долото III 112 М-ЦВ. Для шарошечных долот при бурении пород I-III категории принимаем Росуд = 100-200 кН/м. Диаметр долота D = 0,151 м. Следовательно, осевая нагрузка будет равна:
Р =100*0,151=15,1 кН/м мин
Р = 200 * 0,151 = 30,2 кН/м макс
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения долота, м/с;
D - диаметр долота, м.
Для шарошечного долота принимаем V = 0,8-1,4 м/с.
Диаметр долота D = 15,1 см
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 0,8/(3,14 * 0,151) =102 об/мин мин
n = 60V/рD = 60 * 1,4/(3,14 * 0,151) = 179 об/мин макс
Расход промывочной жидкости:
Определяется в зависимости от скорости восходящего потока в кольцевом зазоре, достаточной для выноса породы:
Q = 47000 (D2СКВ - d2ТР) VВ
где DСКВ - диаметр скважины, м; dТР - наружный диаметр бурильных труб, м; VВ - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с.
По этой же формуле рассчитывается расход промывочной жидкости при бескерновом бурении.
Q = 47000 ((0,151) 2 - (0,05)2)*0,4= 394л/мин
Q = 47000 ((0,151) 2 - (0,05)2)*0,6= 564л/мин макс
Буровой насос НБ4 - 320/63 не может обеспечить достаточную подачу промывочной жидкости в скважину, так как его скорости подачи промывочной жидкости: 32, 55, 88, 125, 180, 320 л/мин. Таким образом, принимаем скорость подачи равной 320 л/мин, и во избежании аварий снизим на начальном интервале скорость бурения.
2 слой: суглинки
Р = Р0*Dдол
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа долота и категории пород по буримости III. Используем Долото III 112 Т-ЦВ
Для шарошечных долот при бурении пород I-III категории принимаем Росуд = 100-200 кН/м. Диаметр долота D = 0,112 м.
Р = 100 * 0,112 =11,2кН
Р = 200 * 0,112 =22,4кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения долота, м/с;
D - диаметр долота, м.
Для шарошечного долота принимаем V = 0,8-1,4 м/с. Диаметр долота D = 11,2 см. Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 0,8/(3,14 * 0,112) = 137об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,4/(3,14 * 0,112) = 240об/мин
Расход промывочной жидкости:
Определяется в зависимости от скорости восходящего потока в кольцевом зазоре, достаточной для выноса породы:
Q = 47000 (D2СКВ - d2ТР) VВ
где DСКВ - диаметр скважины, м; dТР - наружный диаметр бурильных труб, м; VВ - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с.
По этой же формуле рассчитывается расход промывочной жидкости при бескерновом бурении.
Q = 47000 ((0,112) 2 - (0,05)2)*0,4= 188л/мин
Q = 47000 ((0,112) 2 - (0,05)2)*0,6= 282л/мин
Твердосплавное бурение:
3 слой: глинистые сланцы
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости VII . 1.Долото III 112 Т-ЦВ . 2 Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рш-200-300, рса -70-120 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Рш = 200*0,112=22,4 кН
Рш = 300*0,112=33,6 кН
Рса = 70*0,076=5,32 кН
Рса = 120*0,076=9,12 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с; D - 112мм диаметр долота, D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем Vш = 1,0-1,4 м/с Vк = 0,6-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
Nш = 60V/рD = 60 * 1,0/(3,14 * 0,112) = 171об/мин
Nш = 60V/рD = 60 * 1,4/(3,14 * 0,112) = 240об/мин
Nк = 60V/рD = 60 * 0,6/(3,14 * 0,076) = 150об/мин
Nк = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Qш = 47000 (D2СКВ - d2ТР) VВ
Qк = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 600-800 л/мин * м; D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Qш = 47000 ((0,112) 2 - (0,05)2)*0,6= 282л/мин
Qш = 47000 ((0,112) 2 - (0,05)2)*0,8= 376л/мин
Qк = К * D = 600 * 0,076 = 45,6л/мин
Qк = К * D = 800 * 0,076 = 60,8 л/мин
4 слой: каменный уголь
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости II . Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рО -60- 100 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Р = 60*0,076=4,56 кН
Р = 100*0,076=7,6 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с;
D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем V = 1,0-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 1,0/(3,14 * 0,076) = 250об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Q = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 1000-1500 л/мин * м; D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Q = К * D = 1000 * 0,076 = 76 л/мин
Q = К * D = 1500 * 0,076 = 114 л/мин
5 слой: песчаник абразивный
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости VII. Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рО -70- 120 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Р = 70*0,076=5,32 кН
Р = 120*0,076=9,12 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с;
D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем V = 0,6-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 0,6/(3,14 * 0,076) = 150об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Q = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 600-800 л/мин * м;
D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Q = К * D = 600 * 0,076 = 45,6 принимаем 46 л/мин
Q = К * D = 800 * 0,076 = 60,8 принимаем 61 л/мин
6 слой: известняк
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости V. Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рО -70- 120 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Р = 70*0,076=5,32 кН
Р = 120*0,076=9,12 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с;
D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем V = 0,6-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 0,6/(3,14 * 0,076) = 150об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Q = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 600-800 л/мин * м; D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Q = К * D = 600 * 0,076 = 45,6 принимаем 46 л/мин
Q = К * D = 800 * 0,076 = 60,8 принимаем 61 л/мин
7 слой: каменный уголь
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости II . Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рО - 60-100 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Р = 60*0,076=4,56 кН
Р = 100*0,076=7,6 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с;
D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем V = 1,0-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 1,0/(3,14 * 0,076) = 250об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Q = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 1000-1500 л/мин * м; D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Q = К * D = 1000 * 0,076 = 76 л/мин
Q = К * D = 1500 * 0,076 = 114 л/мин
8 слой: песчанистые сланцы
Р = Р0*м
Величину удельной нагрузки Р0 выбираем в зависимости от типа коронки и категории пород по буримости VII. Используем СА5-76мм самозатачивающаяся 8 зубцов, где рО - 70-120 удельная нагрузка, кН/м; D -76 мм диаметр породоразрушающего инструмента, м.
Р = 70*0,076=5,32 кН
Р = 120*0,076=9,12 кН
Частота вращения бурового снаряда:
n = 60 V/рD, об/мин, где
V - рекомендуемая окружная скорость вращения коронки, м/с;
D - 76мм диаметр коронки, м.
Для принимаем V = 0,6-1,5 м/с.
Следовательно, частота вращения будет равна:
n = 60V/рD = 60 * 0,6/(3,14 * 0,076) = 150об/мин
n = 60V/рD = 60 * 1,5/(3,14 * 0,076) = 391об/мин
Расход промывочной жидкости:
Q = К * D, л/мин, где
К - расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, равный 600-800 л/мин * м; D - диаметр коронки, равный 76мм.
Следовательно, расход промывочной жидкости:
Q = К * D = 600 * 0,076 = 45,6 принимаем 46 л/мин
Q = К * D = 800 * 0,076 = 60,8 принимаем 61 л/мин
Мероприятия по повышению выхода керна
При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые керн и шлам являются основными источниками информации.
Для изучения геологического строения того или иного месторождения требуется получение кернового материала в необходимом количестве и нужного качества. В процессе бурения и извлечения керн разрушается, что снижает достоверность опробования полезного ископаемого.
На выход керна оказывает отрицательное воздействие ряд факторов.
Геологические факторы:
- разрушение и истирание мягких прослоев и участков;
- разрыхление или уплотнение пород;
- растворение или выщелачивание минералов;
- растепление мерзлых пород.
Технические факторы:
- деформация и механическое разрушение керна;
- размывание керна;
- уменьшение диаметра керна и его прочности.
Технологические факторы:
- механическое разрушение керна за счет вибрации;
- растворение керна в промывочной жидкости;
- выпадение керна при расхаживании снаряда;
- потери керна при его подъеме.
Для снижения отрицательного воздействия перечисленных факторов используются технологические мероприятия и технические средства повышения выхода керна.
Технологические мероприятия: применение обратной схемы промывки; снижение частоты вращения бурового снаряда; снижение расхода промывочной жидкости; бурение укороченными рейсами.
К техническим средствам повышения выхода керна относятся двойные колонковые наборы, краткая техническая характеристика которых приведена, для бурения мягких пород I-IV категорий по буримости используются двойные колонковые наборы ДТА-2, Донбасс НИЛ I (II, III)
Двойной колонковый снаряд КГК-100 тип коронки КГ-76МС
Мероприятия по поддержанию заданного направления скважины
Полностью предупредить искривление скважин, происходящее под влиянием геологических и технологических причин, невозможно, так как эти причины действуют постоянно по всей длине ствола скважины, однако можно значительно снизить их влияние. Предупредительные меры борьбы с искривлением скважин должны быть направлены, в основном, на устранение причин технологического характера и на уменьшение степени влияния геологических причин.
Для снижения интенсивности естественного искривления скважин под воздействием геологических факторов применяются следующие способы:
1. Заложение скважин с оптимальными начальными углами с учетом конкретных геолого-структурных условий.
2. Применение специальных компоновок низа бурильной колонны;
3. Использования рациональных параметров режима бурения, при которых интенсивность естественного искривления минимальна;
4. Применения породоразрушающего инструмента с плоской формой торца или специальных коронок с небольшим выходом резцов за периметр инструмента и со слабой фрезерующей способностью.
5. Применения комбинированных или специальных способов бурения.
6. Применения отклонителей для направленного искривления ствола.