Проведення розвідувально-експлуатаційних робіт буріння свердловини для води

Вступ

Одними з найважливіших здобутків у геології стали методи дослідження земної кори за допомогою гірничорозвідувальних виробок. І у зв’язку з цим, виникла така чудова дисципліна, як геологорозвідувальна справа. Вона охоплює вивчення геологічних умов, технічних засобів і методичних прийомів виконання пошуково-розвідувальних робіт.

На мою думку, геологорозвідувальні роботи мають велике значення для розвитку продуктивних сил країни, забезпечення галузей народного господарства необхідними мінерально-сировинними ресурсами, раціонального розміщення промислових підприємств.

Гірничі роботи поряд із геофізичними та буровими — основні технічні засоби вивчення надр і розвідки родовищ. Проведення гірничих робіт потребує значних затрат праці, енергії, часу й коштів.

Основною метою роботи стало вивчення і дослідження розвідувально-експлуатаційної свердловини на воду.

Актуальність написання даної курсової роботи. Немає потреби доводити, що здоров’я людей в великій мірі залежить від якості води яку вони використовують для споживання. Але забезпечення підприємств, установ та приватних садиб якісною питною водою в теперішній час є великою проблемою. Скрізь, де немає водопроводу, для забезпечення водою альтернативи свердловинам немає. Свердловини також прийшли на зміну колодязям та поверхневим водоймам, які відтепер мають високий ступінь забруднення. Поблизу міст, мегаполісів приповерхневі водоносні горизонти в своїй більшості також забруднені нітратами, нітритами, пестицидами, гербіцидами та іншими хімічними речовинами. Якісна питна вода зосереджена у водоносних горизонтах з глибиною залягання більше 30 — 50 м від денної поверхні.

Найефективнішим способом отримання води для потреб людини є буріння експлуатаційних свердловин на воду. Саме завдяки ним ми забезпечуємо наші потреби у воді в потрібних для нас кількісних і якісних показниках.

Питання, що вирішувалися: вибір типу і марки водопідйомного обладнання, розрахунок конструкцій свердловини, вибір способу буріння та бурової установки, технологія буріння, цементування свердловини та його розрахунок, ерліфт та його розрахунок, вибір фільтру, викривлення свердловини та його попередження, геофізичні та гідрогеологічні спостереження в свердловині, розрахунок часу буріння, техніка безпеки при бурінні.

Шляхи вирішення поставлених задач: теоретично обґрунтувати і вивчити всі поставлені перед мною задачі, провести певні розрахунки, які безпосередньо стосуються усіх поставлених задач, так як вони між собою взаємозв'язані.

1. Завдання на лабораторну роботу

1. Геологічний розріз:

Таблиця № 1.1.

2. Глибина свердловини — L_c = 215 м

3. Статичний (п'єзометричний) рівень води експлуатаційного горизонту — h₀ = 30 м

4. Динамічний рівень — h = 91 м

5. Проектний дебіт свердловини — Q = 30

6. Питомий дебіт свердловини — Q_пит = 30

2. Вибір типу і марки водопідйомного обладнання

свердловина буріння фільтр установка Вибір типу та марки водопідйомного устаткування проводять за допомогою даних дебіту свердловини, глибини водоносного горизонту, статичного та динамічного рівню води в свердловині.

Насоси — механізми, за допомогою яких переміщуються рідини та гази. Насосами рідина піднімається по трубах, долаючи всі виникаючі при цьому опори за допомогою енергії тиску, який називається напором.

За принципом дії та конструкцією всі насоси поділяються на:

1. Поршневі та гвинтові

2. Відцентрові та пропелерні

3. Безпровідні (аероліфт, струменеві)

Для підйому води на поверхню використовують насоси трьох типів:

Таблиця 2. 1.

У нашому випадку доцільно використовувати останній варіант (погружений насос) (Рис. 1). Таблиця 2. 2.

Динамічний рівень вираховується за формулою:

(1)

де h — динамічний рівень, h₀ — статичний (п'єзометричний) рівень води експлуатаційного горизонту; Q — проектний дебіт свердловини; Q_пит — питомий дебіт свердловини; - висота труби над устям свердловини.

Підставивши значення ми отримаємо такий результат:

Електричний центробіжний підйомник — ЕЦВ — 8 - 40 - 180

Таблиця № 2.3.

Занурюючийся насос (свердловинний) ЕЦВ 8-40-180

Середня ціна: 9 560 грн. Подача Q м3/годину — 40 Натиск Н при номінальній подачі +10%; - 6%, м — 180 Натиск в робочій області, м — 153+198. Маса не більша, кг — 79 Потужність ПЕДВ, квт — 32 Струм, А — 63. Підпори не менше, м — 1 Внутрішній діаметр обсадної труби не менше, мм — 200 Діаметр поперечного перерізу н/а не більше, мм — 186 Умовне позначення приєднувальної труби — 108×8, ГОСТ 8732–78 На всмоктуючій частині агрегату розташована сітка, яка служить для затримання великих часток, що містяться у відкачуваній воді. Кожен ступінь (секція) насоса складається з обойми, робочого колеса і відведення лопатки. Положення робочих коліс на валу фіксується шпонками, втулками розпорів і захисних. Вал насоса обертається в радіальних підшипниках ковзання, мастило яких здійснюється перекачуваною водою. У верхній частині насоса розташований зворотний клапан, який служить для утримання стовпа рідини у водопідіймальних трубах при зупинках насоса і забезпечує плавний запуск при повторних пусках. Конструкція секції визначає подачу насоса. Кількість секцій n при достатній потужності N електродвигуна (ПЕДВ) визначають натиск, що розвивається насосом. Приєднання насоса до водопідіймальних труб фланцеве або за допомогою конічного трубного різьблення. Осьові сили, що виникають при роботі насоса, сприймаються вузлом підп'ятника, встановленим в електродвигуні. Електродвигун трифазний асинхронний з короткозамкнутим ротором. Обмотка двигуна виконана водостійким дротом, місця з'єднань ізольовані водостійкою липкою стрічкою. Ротор двигуна обертається в резинометалічних підшипниках і спирається на підп'ятник, виконаний з гуми або графитофторопласта. Внутрішня порожнина перед роботою заполняетя питною водою. Пробка — фільтр в корпусі ПЭДВ служить для захисту від попадання піску у внутрішню порожнину. При купівлі насоса із станцією управління гаранития 18 місяців

Артезіанські занурюючіся насоси ЕЦВ 6-8

Занурюючіся насоси ецв: параметри

Агрегати електронасосні свердловинні типу ЭЦВ (погружные насоси эцв) призначені для подачі питної води зі свердловин загальною мінералізацією не більше 1500 міліграма/k, pH 6.5.9.5, температурою до 25°З, з масовою долею твердих домішок не більше 0.01% (т.з. артезіанських свердловин); можуть використовуватися в системах міського, промислового і сільськогосподарського водопостачання, а також для зрошування і пониження рівня грунтових вод.

Занурюючіся насоси ецв виготовляються з наступними параметрами: подача 1.400 м³/ч, натиск 10.600 м, потужність двигуна 0.25.7000 кВт для свердловин діаметром 100.400 мм. Насоси ЕЦВ працюють в тривалому режимі від мережі змінного струму. Можуть використовуватися поза свердловиною за умови забезпечення необхідної швидкості обмивання корпусу електродвигуна перекачуваною водою.

Погружні насоси ецв: конструкція

Агрегат складається з багатоступінчастого відцентрового насоса і погружного водозаповненого електродвигуна. Конструкція електродвигуна передбачає сприйняття осьових зусиль, що виникають при роботі насоса.

Деталі агрегатів залежно від призначення і сприйманих навантажень виготовляють з конструкційних пластмас, вуглецевих, легованих, корозієстійких, електротехнічних сталей і сплавів. Корпусні деталі агрегатів: підведення, відведення лопаток і робочі колеса деяких погружних насосів, а також підшипникові щити виготовляють з сірого чавуну.

Управління погружними насосами ЕЦВ здійснюється системами автоматичного управління і захисту типу «Каскад», «Висота».

Таблиця № 2.4.

3. Розрахунок конструкції свердловини

Конструкцією свердловини називається розріз де вказано діаметр буріння за інтервалами глибин, діаметр та глибини опускання колон обсадних труб, а також місця та способи тампонування.

Проектна конструкція свердловини складається на основі геологічного розрізу з урахуванням фізико-механічних властивостей гірських порід, глибини свердловини, необхідного кінцевого діаметра свердловини, мети проходки свердловини та способів її буріння. За проектним геологічним розрізом складання конструкції свердловини ведеться знизу вгору, починаючи з обґрунтування кінцевого діаметра свердловини.

Кінцевий діаметр вибирається залежно від мети проходки свердловини, від діаметра фільтру та габаритів водопідйомника, які в свою чергу залежать від експлуатаційної продуктивності свердловини.

Після визначення кінцевого діаметра свердловини потрібно намітити ділянки, які потребують закріплення стінок свердловини обсадними трубами, вибрати розміри обсадних труб і намітити глибини їх опускання. Обсадна колона, що опускається до водоносного горизонту називається основна колона

D₁ — внутрішній діаметр головної основної обсадної колони;

D₂ — зовнішній діаметр обсадної колони;

D₃ — діаметр для буріння під основну колону;

D₄ — внутрішній діаметр кондуктора;

D₅ — зовнішній діаметр кондуктора;

D₆ — діаметр долота для буріння під кондуктор, або початковий діаметр;

D₇ — кінцевий діаметр буріння.

Умови які повинні виконуватися: D₁ > насоса

D₃ > D₁ не менше ніж на 25 мм Вимоги до конструкції свердловини: конструкція свердловини повинна бути найпростішою, тобто мати найменшу кількість обсадних колон різних діаметрів; діаметри свердловини повинні бути якнайменшими. В цьому випадку зростає швидкість проходки, зменшується витрата електроенергії й стираючих матеріалів, знижується вартість робіт.

Хід обчислень:

D₁ — 205,1

D₂ — 219

D₃ — 243

D₄ — 253,1

D₅ — 273

D₆ — 295

D₇ — 190

1 погонний метр = 36,6 кг

L = 175 м.

m _обсад = l *m; m _{обсад. труби} = 6405 кг

Породоруйнівний інструмент (долото)

Вибір породоруйнівного інструменту проводиться враховуючи дані про фізико-механічні властивості гірських порід та літологічного розрізу свердловини. Вибір типу інструменту залежить також від конкретних реологічних властивостей, які обумовлюють можливі швидкості буріння та собівартості метра проходки.

Для вибору продуктивного інструменту використовують класифікаційну таблицю гірських порід по категоріям твердості.

Таблиця 3.1 — Класифікаційна відповідність гірських порід по категоріям твердості. Таблиця 3.1

4. Вибір способу буріння та бурової установки

Буріння — процес спорудження гірничого вироблення циліндричної форми — свердловини, шпуру або шахтного ствола — шляхом руйнування гірських порід на забої. Буріння здійснюється, як правило, в земній корі, рідше в штучних матеріалах (бетоні, асфальті та ін.). У ряді випадків процес буріння включає кріплення стінок свердловин (як правило, глибоких) обсадними трубами із закачуванням цементного розчину в кільцевий проміжок між трубами і стінками свердловин.

Класифікація способів буріння. По характеру руйнування породи, вживані способи буріння діляться на: механічні - буровий інструмент безпосередньо впливає на гірську породу, руйнуючи її, і немеханічні - руйнування відбувається без безпосереднього контакту з породою джерела дії на неї (термічне, вибухове та ін.). Механічні способи буріння підрозділяють на обертальні і ударні (а також обертально-ударні і ударно-обертальні). При обертальному бурінні порода руйнується за рахунок обертання притиснутого до забою інструменту. Залежно від міцності породи при обертальному бурінні застосовують буровий породоразрушающий інструмент різального типу (долото бурове і коронка бурова); алмазний буровий інструмент; коронки дробів, руйнуючи породу за допомогою дробу (буріння дробу).

Ударні способи буріння розділяються на: ударне буріння або ударно-поворотное (буріння перфораторами, у тому числі з зануреними, ударно-канатне, штангове і тому подібне, при яких поворот інструменту виробляється в момент між ударами інструменту по забою); ударно-обертальне (занурюючими пневмоі гідроударниками, а також буріння перфораторами з незалежним обертанням), при якому удари ідуть по інструменту, що безперервно обертається; обертально-ударне, при якому породоруйнуючий буровий інструмент знаходиться під великим осьовим тиском в постійному контакті з породою і руйнує її за рахунок обертального руху по забою і ударів, що періодично завдаються по ньому. Руйнування порід забою свердловини виробляється по усій його площі (буріння суцільним забоєм) або по кільцевому простору з витяганням керна (колонкове буріння).

Видалення продуктів руйнування буває періодичне за допомогою желонки і безперервне шнеками, витими штангами або шляхом подачі на забій газу, рідини або розчину (глинистий розчин). Іноді буріння підрозділяють за типом бурового інструменту (шнекове, штангове, алмазне, шарошкове і так далі); за типом бурової машини (перфораторне, пневмоударное, турбінне і так далі), по методу проведення свердловин (похиле, кущове і так далі).

Технічні засоби буріння складаються в основному з бурових машин (бурових установок) і породоруйнуючого інструменту. З немеханічних способів набуло поширення для буріння вибухових свердловин в кварцевмісних породах термічне буріння, ведуться роботи по впровадженню вибухового буріння

У моєму випадку я застосовватиму спеціалізовану бурову установку на воду яка має наступну абривіатуру — 1 ба-15в ((вона відповідає установці ту 26−02−664−75 угб-4 впп) включає базову установку урб-за2 і компресорно-силовий блок (рис. 4. 1.)).

Установка урб-за2 відноситься до класу самохідних установок роторного типу. Вона змонтована на рамі автомобіля маз-500а.

До складу її входить:

1) ротор з прохідним отвором, рівним 410 мм;

2) однобарабанна лебідка з фрикційною дводисковою муфтою і безпечною котушкою;

3) чотиришвидкісна коробка передач

4) буровий насос нб 12−63−40;

5) генератор потужністю г, квт;

6) щогла двосекційна, спуск і підйом забезпечуються двома гідродомкратами;

7) механізм примусової подачі бурового інструменту на забій, що складається з двох гідроциліндрів, розміщених на щоглі, і гідравлічного затискного пристрою провідної бурильної труби;

8) глиномішалка з електроприводом;

9) система жолоба.

Управління:

1 — буровий агрегат;

2 — компресорно-силовий блок;

3 — карданна передача блокування силових блоків;

4 — причіп з бурильними трубами;

5 — глинохозяйство, 6 насосно-силовий причіп.

Усіма основними механізмами бурового агрегату — пневматичне з дублюванням.

Компресорно-силовий блок призначений для здійснення назад-всмоктуючого промивання при бурінні і виробництві відкачувань води зі свердловини ерліфтом. У агрегаті забезпечується блокування основного осоловілого блоку з силовим насосним або компресорним блоком, чим досягаються висока надійність роботи і передача потужності в будь-якому необхідному напрямі. Агрегат 1 ба-15 В укомплектовується вантажопідйомним пристроєм для виробництва ремонтних робіт, пристосуваннями для винесення бурильних труб, обмежувачем підйому талевого блоку і т.д. Йому надаються також укриття з прогумованої тканини на металевому каркасі для бурової установки і компресорно-силового блоку. Буровий агрегат 1 ба-15 В забезпечує обертальне буріння як з прямою, так і із зворотним промиванням.

Коротка технічна характеристика бурових агрегатів 1 ба-15 В і увб — 600 і урб-2а2

Ударно-механічне буріння на воду застосовують в районах, недостатньо вивчених в гідрогеологічному відношенні, з низьким тиском пласта, де дуже складно організувати подачу води до установок обертального буріння або там, де кліматичні умови утрудняють застосування обертального способу із-за необхідності утеплення бурових і при бурінні свердловин з, великим початковим діаметром — 500 мм і більше.

Гідністю цього способу буріння є те, що розкривані водоносні горизонти не засмічуються і не кальматуються циркулюючим по свердловині, промивальним розчином спостереження за положенням рівня води у свердловині в процесі буріння дозволяє своєчасно виявити водоносний гори парасолька. Погрішність у встановленні межі залягання водоносного горизонту цим способом складає ±(0,5 — 1) м При цьому легко встановлюються усі розкривані водоносні горизонти, забезпечується висока якість випробування водоносного пласта. Дебіт свердловини, як правило, вище свердловин, пройдених обертальним способом з промиванням глинистим розчином.

До недоліків ударно-механічного способу буріння можна віднести:

1) велика витрата обсадних труб (що пояснюєте і малою величиною виходу наступної колони з-під баш маку попередньої), яка зазвичай складає 25−30 м, а при застосуванні спеціальних способів посадки труб до 50−70 м,

2) відносно малу глибину буріння свердловин;

3) низьку технічну і комерційну швидкості буріння;

4) високу вартість 1 м буріння;

5) можливість деякого ущільнення порід в зоні водоносного горизонту при неправильно нормованій технології буріння, що може вплинути на зниження дебіта свердловини.

При спорудженні свердловини на воду за допомогою ударно-канатного верстата виробляються наступні операції: руйнування породи на забої (довбане), чищення свердловини від бурового шламу і кріплення стінок свердловин обсадними трубами усі ці операції розділені в часі. До того ж пройти тривалий час роботи долота на забої складає невелику долю від часу, необхідного на проходку свердловини. Цим пояснюються нижчі техніко-економічні показники ударно-канатного буріння в порівнянні з обертальним.

Ударно-канатним способом зазвичай проходять свердловини початкового діаметру 200−900 мм і завглибшки 100−150 м, іншому в дуже складних геологічних умовах.

Відповідно до виконуваних операцій при бурінні свердловин верстат ударно-канатного буріння має наступні основні вузли:

1) довбальна частина;

2) інструментальний ба-рабан;

3) барабан желонки;

4) головний вал, від якого приводяться в дію перераховані вузли.

У верстатах, розрахованих, на буріння глибоких свердловин, є ще один вузол — талевий барабан для спуску і підйому колон обсадних труб. Усі основні вузли, щогла і двигун, монтуються на загальній рамі верстата.

Загальна схема бурової установки для ударно-канатного буріння.

Буровий верстат забезпечений щоглою 2 і двигуном 6, який встановлений на загальній рамі верстата. Ударний снаряд підвішений на канаті, який через головний ролик 1, відтяжний ролик 4 і направляючий ролик 5 йде до інструментального барабана 7. Снаряд при довбаному піднімається і скидається за допомогою відтяжного механізму верстата. При русі відтяжного ролика 4 вниз ударний снаряд підводиться над забоєм, при русі цього ролика вгору снаряд під дією власної ваги падає вниз, руйнуючи породу на забої.

У міру поглиблення і нажини бурильний канат ii підбурюють з інструментального барабана, здійснюючи подачу долота. Пробуривши деяку ділянку свердловини, припиняють довбане і приступають до її чищення. Цю операцію виконують желонкою, що спускається у свердловину на канаті желонки з барабана желонки.

Після чищення свердловини продовжують довбане або приступають до кріплення свердловини нестійкі її стінки.

Закріплюють обсадними трубами. Важкі колони труб спускають у свердловину з талевого барабана верстата, яким обладналися деякі верстати.

5. Технологія буріння

Одним із видів обертального буріння є роторне буріння, при якому ротор, встановлений над забоєм свердловини, обертає колону бурильних труб із долотом на нижньому кінці.

Роторне буріння застосовується для буріння на нафту та газ, а також воду, розсоли та мінеральні води. Роторні бурові установки поділяються на стаціонарні та пересувні.

Стаціонарні використовуються для буріння експлуатаційних свердловин великої глибини та діаметром до 500 мм.

Пересувні — для свердловин глибиною до 1500 м і діаметром 150−200 мм.

Буріння свердловини ведеться роторним способом. Цей спосіб застосовують для буріння глибоких окремих свердловин, якщо ударно-канатний спосіб технічно неможливий або нерентабельний.

Роторний спосіб буріння на воду, хоч і досить поширений, але має значні недоліки: забруднення водоносного горизонту глинистим розчином, в результаті чого відбувається його глинизація, а розглинизація на завжди дає можливість поновити нормальну водовіддачу, незважаючи на великі витрати часу та кошти; перешкоджає гідрогеологічному випробуванню зустрчних водоносних горизонтів. Крім того, відомо, що питомий дебіт свердловини ударного буріння набагато більший, ніж питомі дебіти свердловин, пробурених роторним способом (від 2 до 4 разів і більше).

Проте, він має ряд позитивних моментів, які часто переважають його недоліки. Це порівняно низька собівартість робіт та досить швидкі темпи виконання.

Підготовчі роботи та обладнання бурових установок.

Усе бурове та допоміжне обладнання розташовується на спеціальному майданчику. Місце майданчика погоджують із замовником та органами місцевого самоврядування. Бурову установку встановлюють від доріг та будівель не менше, ніж на півтори довжина щогли. Не можна розташовувати бурову установку поблизу ліній високовольтних передач. Щоглу бурової установки кріплять чотирма розтяжками до якорів, які встановлюють по кутках площадки, до площадки підводиться дорога та, якщо можливо, водопровід та електроенергія.

Розмір площадки встановлюється виходячи, переважно, типам бурово установки, кліматичних та транспортних умов рельєфу місцевості. В центрі площадки розташовують бурову установку, по боках бурових мостів стелажі бурильних і обсадних труб, площадку для глини; в безпосередній близькості - щит протипожежного інвентарю, далі - вагон-гуртожиток, сушарка тощо. Далі розміщують буровий насос, глиномішалку, обладнують відстійники та укріплюють їх стінки, встановлюються цистерни для води у випадку відсутності поблизу джерела водозабезпечення. У зимовий час бурова установка обладнується брезентовим накриттям та опалювальними приладами.

У буровій вишці вмонтовані: ротор, лебідка, силовий агрегат приводу лебідки та ротора, бурові насоси. А також в буровій вишці знаходиться компресорна станція з повітрозбірником і комплекс електропускової апаратури для електроприводу лебідки і бурових насосів. Зверху на башті встановлений кранблок, зібраний з декількох роликів. Канат, кінець якого закріплений в барабані лебідки, зачіплює ролики кранблока та ролики рухомого талевого блоку.

До талевого блоку підвішений крюк який підхоплює за допомогою сєргі вертлюг, який сполучає колону бурильних труб з нагнітаючим шлангом. Верхня робоча труба квадратного перерізу проходить крізь вкладиші ротора, сполучаються з вертлюгом, а знизу з колоною бурильних труб.

Під час буріння всмоктують промивну рідину через стояк, шланг, вертлюг в колону бурильних труб. Потік промивної рідини рухається вниз по трубам, охолоджує долото і транспортує зруйновану породу (шлам) на поверхню по кільцевому каналу між колоною бурильних труб та стінками свердловини.

Колона бурильних труб, підвішена за допомогою гачка до толевого блока по мірі занурення долота в породу плавно опускається буровиком за допомогою гальмів барабана лебідки. При цьому буровик так регулює подачу інструменту, щоб нижня частина колони, зібрана з важких труб, давила на шарошечне долото. При бурінні пересувними установками свердловин на воду глибиною до 150−200 м. навантаження на 1 см долота в межах 0,78−3,8 кН, в залежності від фізико-хімічних властивостей порід. Частота обертання від 100 до 300 обр/хв. Чим міцніша порода, тим менша частота обертання. Частоту обертання зменшують також із збільшенням глибини свердловини.

Монтаж бурового обладнання проводить бурова бригада під керівництвом старшого бурового майстра відповідно до інструкці з експлуатаці бурової установки та правил техніки безпеки. Буріння не починається без наявності затвердженого геолого-технічного наряду та необхідного для цього обладнання, матеріалів та інструменту. Перед початком робіт проводиться інструктаж та прийом іспиту техніки безпеки у персоналу.

Вибір типу і конструкції долота.

В даний час для буріння використовують долота різноманітних типів і конструкцій, які доцільно застосовувати у визначених умовах. Існують долота різних типів — лопастні, гідромоніторні, шарошечні.

В м’яких, пластичних породах і породах середньої міцності, як і в даному випадку, застосовують шарошечні долота дроблячо-сколювальної дії. Долота цього типу мають зміщення осей цапф шарошки відносно долота, що викликає проковзування зубців шарошок і сколюванню породи. В породах середньої твердості застосовують долота типу С та СТ. Долота типу Т застосовують для буріння твердих і малоабразивних порід. Зубчасто-штиреві долота типу ТК застосовують для буріння змінних за твердістю та міцних порід. В міцних породах застосовують шарошечні долота типу К, а в дуже міцних долота типу ОК. Але підбір типу долота тільки за параметром міцності порід є у більшості випадків неприйнятним. Великий вплив на роботу долота спричиняє абразивність гірських порід, тріщинуватість тощо.

Перед спусканням долота в свердловину необхідно оглянути його, щоб переконатися у Відсутності люфту шарошок та непошкодженості штирів і зубців, перевірити стан промивальних каналів. Нове долото має бути припрацьоване протягом 15 хвилин при зменшених осьових навантаженнях (вдвоє менших від оптимальних). Продовжують буріння з повільним збільшенням навантаження до оптимальних значень. Заборонено навантажувати долото до початку обертання для запобіганню його зламу, а також бурильних труб або їх з'єднань.

В даному проекті при бурінні свердловини будуть використані долота марок М-295, МС-243.

Промивка свердловини

Промивка свердловини виконує наступні функції:

видаляє продукти руйнування гірської породи;

охолоджує породоруйнівний наконечник;

підтримує стінки свердловини у стійкій рівновазі та запобігає проникненню в стовбур свердловини підземних вод, газу, нафти, флюїдів;

знижує коефіцієнт тертя обертальних труб по стінкам свердловини та потужність, що затрачається на їх обертання.

Кількість промивальної рідини, яка подається на забій, має забезпечувати своєчасне видалення продуктів руйнування гірських порід (шламу). За недостатньої промивки свердловини зменшується не лише механічна швидкість буріння, але й проходка на долото. В такому випадку, якщо не є можливим збільшити інтенсивність промивки, варто перейти на буріння з пониженим осьовим навантаженням.

При роторному бурінні витрата промивальної рідини розраховується, виходячи зі швидкості висхідного потоку, величина якої має бути не менше 0,8 — 1,2 м/с. В м’яких породах інтенсивність шламоутворення більша і тому значення швидкості висхідного потоку рідини має бути більше, ніж при бурінні твердих порід.

Умови роботи бурильної колони.

Бурильна колона виконує наступні функції:

— передає обертання від ротора до долота;

створює осьове навантаження на долото;

забезпечує подачу промивально рідини на забій;

забезпечує подачу долота на забій та його вилучення.

Залежно від умов буріння застосовують бурильні труби з різних типів сталі та з різною товщиною стінки.

6. Цементування свердловини та його розрахунок

Після того як колона обсадних труб опущена у свердловину, виконують цементування.

Цементування — це операція, що проводяться для ізоляції водоносних пластів, вскритих при бурінні свердловин, втримання обсадної колони в підвішеному стані, захисту обсадної колони від корозії, ліквідації поглинання промивально рідини. Це потрібно для ізоляції водоносного горизонту від забруднення поверхневими водами, а також для ущільнення його виснаження. Підготовка свердловини до цементування заключається в промивці після спуску обсадних труб. Для цього на спускну колону труб накручують цементуючу головку і пристосовують до циркуляції промивальної рідини і промивають доти, поки промивна рідина не перестане виносити відвалені частинки (шлам). Потім переходять безпосередньо до цементування.

В основному застосовують одноступінчатий ступінь цементації. При бурінні свердловин на воду рекомендується проводити цементування з двома роздільними пробками. Такі пробки виготовляються із легкорозбурювальних матеріалів (дерево, гума, пластмаса). Воно проводиться при наближенні до покрівлі водоносного горизонту, але не перебурюючи його. Це переслідує наступні цілі:

ізолювання експлуатаційного горизонту від водоносних горизонтів, що не використовуються;

запобігання в затрубному просторі можливих обвалів пухких порід та наступного проникнення їх у водоприймальну частину свердловини;

ізолювання пластів, що при бурінні поглинають промивальну рідину;

ізолювання обсадних труб від корозії при контакті з мінералізованими водами.

Таке цементування проводиться наступним чином: свердловину ретельно промивають до повного видалення шламу. Потім в обсадну колонну вставляють нижню розділюючу пробку. Пробка продавлюється до башмака колони при нагнітанні цементного розчину насосом цементувального агрегату чи бурової установки в один прийом. При закачці розрахованої кількості цементного розчину опускається верхня розділююча пробка. На верхню розділюючу пробкузакачують продавлювальну рідину.

Нижня пробка зупиняється на упорному кільці вище башмака обсадної колони. Оскільки закачка рідини в колонну продовжується, то тиск над пробкою зростає. Під впливом цього тиску діафрагма нижньої пробки руйнується і цементний розчин надходить у затрубний простір. В процесі цементування тиск у колонні змінюється. Оскільки питома вага цементного розчину вище питомої ваги промивальної рідини, то по мірі заповнення цементним розчином колони тиск в насосах зменшується. Коли цементний розчин починає виходити в кільцевий простір і піднімається до гирла, тиск в насосах і цементувальній головці знову зростає. При посадці верхньої пробки на нижню виникає стрибок тиску (гідравлічний удар), що є сигналом для припинення закачки продавлючої рідини в обсадну колонну.

Пробки виконані у вигляді чавунного стакану з прикріпленими 3-ма різними манжетами. Стакан верхньої пробки (без дна) закритий русловою мембраною, що проривається при доходженні пробки до упору. Стакан верхньої пробки має міцне дно. Коли нижня пробка доходить до упорного кільця, тоді зупиняється; різко підвищується тиск і руслова мембрана, яка виготовлена з дерева аюо товстого скла, руйнується.

Насос зупиняється, колону опускають у забій і закривають вентиль заливної головки для тоого, щоб не було зворотного руху рідини зі свердловини. Таким чином, колона залишається герметичною до затвердіння цемента (Рис. 6. 1.).

Рис. 6. 1. Схема цементування свердловини з двома пробками, а — продавлювання нижньої пробки, б — скидання верхньої пробки, в-рух цементного розчину між пробками, г — заключна стадія цементування (посадка обох пробок на стоп-кільце)

Задача цементування:

1. Ізолювання експлуатаційного горизонту від водоносного горизонту, які не використовуються

2. Запобігання поза трубного простору, від можливих обвалів нестійких порід і проникненні їх у водоприймальну частину свердловини.

3. Ізолювання шарів, які поглинають промивальну рідину

4. Ізолювання обсадних труб від коронування, від впливу мінеральних вод

Тампонування — заповнення поза трубного простору щільним матеріалом Тампонування цементним розчином здійснюють шляхом щільного заповнення кільцевого зазору між обсадними трубами та стінками свердловини цементним розчином, який добре тужавіє з породами та обсадними трубами. Для цементування беруть тампонажний цемент марок 400,500, 600. При розвідувальному бурінні найчастіше користуються цементом для холодних свердловин з параметрами с = 30,5 — 32 кг/м^3, початок тужавіння цементного розчину на прісній воді 3 — 3,5 год, закінчення тужавіння не пізніше ніж 3 год після початку; на солоній воді відповідно 3 — 6 год і 3 год. Для тампонування розвідувальних свердловин беруть 50%-й цементний розчин (100 кг цементу на 50 л води), при цементуванні свердловин — цементуючі агрегати 4ЦА — 100 і ЦА — 320 М, 3ЦА — 400А, змонтовані на шасі триосьових автомобілів ЗІЛ — 157К і КрАЗ — -257 відповідно. За допомогою цементуючих агрегатів у свердловину накачується цементний розчин, глинистий розчин, а також здійснюються промивальні, продавлю вальні та пересувальні роботи. Індекси 320 і 100 визначають максимально допустимий тиск, розвинутий поршневими насосами агрегату, 31,4 *10³ і 9,8 * 10³ кПа відповідно.

Необхідна кількість тампонажного цементу і тиск для його продавлення визначають за розрахунком.

Розрахунки цементування свердловини:

1. Потрібна кількість цементного розчину, м^3, визначається за формулою

(6.1)

де D - діаметр свердловини, м; d_H - зовнішній діаметр обсадних труб, м; Н₁ - висота підйому цементного розчину поза колоною, м; - коефіціент, який визначає можливе збілынення об’ему цементного розчину на заповнення розширень, каверн; його приймають рівним 1,1-1,3; d_B - внутрішній діаметр обсадних труб, м; h - висота цементної пробки в колоні, м.

D₃² — D₂²

h = ———————-* H₁, (6.2)

D₁²

де Н₁ — висота підйому цементного розчину поза колоною (від забою до водоносного горизонту), м

k₁ = 1,3

h = (0,295²:0,273²): 0,2591² _* 260 = 48,4;

V_ц.р. = 0,785 [(0,87 025 — 0,74 529) _* 260 _* 1,3 + 0,67 133_*48,4] = 5,87 (м³).

2. Густина цементного розчину визначаеться за формулою

сц =3,15 т/м³; с_в= 1 г/см²

(6.3)

с _ц.р. = 3,151 (1+0.5): (1+0,5*3,15) = 1,83.

де - густина цементного розчину, т/м³; - гусгина цементу, т/м³; m - водоцементний фактор, його беруть рівним 0,5.

3. Кількість сухого цементу, т; для виготовлення 1 м³ цементного розчину визначаеться за формулою

(6.4)

q = (3,15*1):1,05 * 3,15 = 1,23

4. Загальна кількість сухого цементу:

Q_ц = q*V_ц.р.* V_в (6.5)

Q_ц = 1,22 * 5,87 * 1,15 = 8,3

5. Кількість води, необхідної для приготування цементного розчину:

V_d = Q_ц * m (6.6)

V_d = 8,3*0,5=4,15 (м³). (6.7)

6. Кількість рідини для приготування розчину:

V_ж = 0,785 [d_d²*(Н_і — h_і)] k; (6.8)

V_ж = 0,785 [0,259²*(260−48,4)] * 1,05 = 11,7 (м³)

7. Тиск на голівці колони у момент сходження цементуючих пробок:

(6.9)

р₁ = (260−0,2)*(1,87−1,2): 10 = 16,3 (МПа);

р₂ = 0,01 * L +8=0,01*260=8=9,3 (Мпа);

р = 16,3+9,3=25,6 (Мпа).

Для закачування та продавлення цементного розчину в свердловину використовуються спеціальні цементувальні агрегати. Вони обираються на основі визначених параметрів тиску. Цементувальні агрегати застосовуються не лише для транспортування цементу, але й для виготовлення цементного розчину. Саме для цього в кожному агрегаті змонтовані водяні насоси. Агрегат складається з двох — чи трьохциліндрового насосу подвійної дії з приводом від спеціального двигуна, двох мірників і системи обв? язки. На цементувальних агрегатах, окрім цементувального, передбачено водоподавальний насос для подання води до змішувальних машин, які не мають водоподавальних баків.

Для даного проекту за всіма даними підходить цементувальний агрегат марки ЦА-320М.

Таблиця 6.1. Технічна характеристика цементувального агрегату ЦА — 320 М

7. Ерліфт та його розрахунок

Ерліфт — це пристрій для піднімання води з використанням енергії стисненого повітря (Рис. 7.1.). Ерліфти використовуються для опробування та очищення викривлених та «запісочених» свердловин. У свердловину опускають водопідйомну колону, а в неї чи поряд з нею — повітропровідну колону. У випадку ексцентричного розташування колон (труби поряд) вони з?єднуються камерою-змішувачем. Виходячи з отворів цієї камери, повітря змішується з водою, створюючи повітряно-водяну емульсію.

Рис. 7. 1. Ерліфт При концентричному розташуванні колон (труба в трубі) нижня частина повітропровідної колони на відстані 1,5−2,0 м від нижнього кінця має отвори діаметром 5 мм. Сумарний прохідний переріз отворів у 1,5−2 рази більший за площу поперечного перерізу повітропровідної труби.

Принцип дії ерліфта базується на різниці питомої ваги рідини та суміші повітря з водою (емульсії). Робота ерліфта полягає в тому, що стиснене повітря, вироблене компресором, надходить повітропровідною трубою до змішувача, з якого виходить у водопідйомну трубу. Утворена емульсія піднімається повітропровідною коолоною та виливається на поверхню. Швидкість руху емульсії зростає від змішувача до поверхні за рахунок енергії, яка утворюється при розширенні бульбашок повітря в емульсії *від 2,5 до 3 м/с поряд зі змішувачем до 6−8 м/с біля виливу). Ерліфт розраховують на основі проекту водозабірної свердловини. Проект такої свердловини складається з трьох частин: 1) пояснювальної записки; 2) геолого-технічного наряду; 3) графіка робіт.

Згідно з наведених на стор. 24 обчислених даних найбільш доцільним є використання компресора 6ВКМ — 1318. (Рис. 7. 2.)

Таблиця 7.1. Технічна характеристика компресора 6ВКМ-1318

Таблиця 7.2. Розрахунок ерліфта

8. Вибір фільтру

Обладнання водоприймальної частини свердловини зумовлює тривалу та продуктивну її роботу. Залежно від характеру та складу водонасичених порід приймальна частина водних свердловин може бути фільтровою — для водоносних горизонтів, що залягають у пухких уламкових та сильно тріщинуватих породах (пісках, гравій, сильно тріщинуваті вапняки тощо), та безфільтровою — при отриманні води зі стійких міцних тріщинуватих порід (граніти, вапняки). У тріщинуватих скельних породах, якщо вони не мають прошарків пухких порід, а стінки свердловини стійкі, приймальну частину залишають відкритою. У протилежному випадку доводиться опускати в приймальну частину колону дірчастих обсадних труб.

Свердловину в інтервалі водоносних порід, що представлені нестійкими пухкими різновидами, обладнують фільтром (Рис. 8. 1.). Призначення фільтру — оберігати водоносний горизонт від обвалу та пропускати чисту воду без механічних домішок, не утворюючи значних гідравлічних спротивів.

Основні вимоги до фільтрів водних свердловин такі:

1. Фільтруюча поверхня повинна забезпечувати проектн ий дебіт свердловини.

2. Фільтр має слугувати максимально тривалий термін.

3. Фільтр не повинен пропускати глинисті, пилуваті та піщанисті частинки і не має погіршувати якість води.

Робоча частина фільтра призначається для пропускання чистої води з водоносного горизонту. У відстійнику (глуха труба) обсаджуються залишені у фільтрі частинки породи. Якщо у ґрунті пласта є щільна порода, то відстійником може бути частина свердловини, пройдена у цьому водотривкому горизонті. Довжина відстійника зазвичай вибирається залежно від глибини свердловини (від 1,5 -8 м і більше). Надфільтрова труба — патрубок із сальником (гумовим, свинцевим, прядильним тощо), що забезпечує герметичне перекриття кільцевого зазору між фільтром і колоною обсадних труб. У верхній частині патрубка розміщено пристрій, що використовується для спускання в свердловину фільтра за допомогою бурильних труб (виріз, муфта тощо).

Існує декілька конструкцій фільтрів водозабірних свердловин: сітчасті, з дротяною обмоткою, каркасно-стрижневі, гравійно-кожухові з обсипкою гравієм, блочні з пористим заповнювачем, просоченим бітумом, цементом, рідким склом. Робоча частина фільтра складається з каркаса та фільтрувального покриття. Каркаси фільтрів поділяються на сталеві, пластмасові, азбесто-цементні, керамічні тощо. За наявності агресивних вод зазвичай застосовують каркаси з нержавіючої сталі, пластмаси та кераміки.

За конструкцією розрізняють каркаси — трубні, вальцові з металевих листів, збірні (кільцеві, стрижневі тощо). У каркасах прорізають круглі або щільові отвори, розташовані у шаховому порядку. Діаметр округлих отворів — 8−10 мм, розміри щільових: довжина 30−100 мм, ширина 3−5 мм. Діаметр отвору або ширина щілини повинні бути менші за товщину гальки, гравію тощо.

Фільтр характеризується коефіцієнтом шпаруватості, тобто відношенням загальної площі отворів у каркасі фільтра до поверхні його робочої (фільтрувальної) частини.

Сітчасті фільтри. Робоча частина фільтру складається із каркасу, дротяної обмотки (спіральної чи ребристої) та сітки (латунної, з нержавіючої сталі, пластмасові, скловолоконні) (Рис. 8).

Дротяна обмотка збільшує шаруватість фільтра, в основному її виготовляють з нержавіючого дроту діаметром 2−3 мм. Найчастіше застосовується сітка галунного плетіння, яка має велику міцність та менш схильна до закупорювання.

Фільтри з дротяною обмоткою складаються із сталевого перфорованого каркаса, на якій по спіралі навивається дріт із нержавіючої сталі діаметром 2−3 мм (Рис. 9). Діаметр опірних (підкладних) стрижнів 3−6 мм. Опорні стрижні приварюються до каоркаса, а спіральний дріт — до опорних стрижнів.

Каркасно-стрижневі фільтри. Секція циліндричного каркаса фільтра побудована з дротяних стержнів приварених до кілець-насадок. В середину каркаса вставляють опорні кільця-фланці для надання йому міцності. Для з'єднання секцій каркаса між собою з одного боку з'єднувальний патрубок із різьбою, а з протилежного — патрубок із муфтою. Фільтри такої конструкції застосовуються для крупнозернистих пісків, а для дрібнозернистих на каркас одягається чохол (кожух), який наповнюється гравієм.

Гравійно-кожухові фільтри. Складається з перфорованого каркаса який обмотується спіраллю з нержавіючого дроту. Кожуж-чохол виготовляється з листового заліза з дрібними отворами або з дротяної сітки з крупними комірками. В кожух насипається дрібний гравій або крупнозернистий пісок з таким розрахунком, щоб товщина шару була не менше ніж 25−30 мм. Такі фільтри застосовують за наявності дрібних і тонкозернистих пісків. Фільтри з обсипкою гравієм у свердловині. За результатами багаторічного досвіду с найкращими. Встановлюється за певною схемою:

водоносний горизонт перекривають колоною обсадних труб;

у свердловину спускають фільтрову колону з сітчастим або безсітчастим фільтром діаметром принаймні на 20 мм менше за діаметр Д₇.