Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В комплексе геолого-технические условия бу­рения, включая характеристики физико-механических свойств горных пород, их буримости, трещиноватости, устойчивости, проницаемости, являются основанием для выбора способов и средств бурения — проектирования технологии проходки скважин, схема последовательности которого приведена на рис. 5.1. Придерживаясь этой принятой на практике схемы, мы будем рассматривать вопросы технологии разведочного бурения скважин.

Одним из важнейших технико-технологических решений является выбор конструкции (проектирование) скважины.

Проектирование конструкции скважины на основе анали­за геологических условий и ее целевого назначения включает в себя определение конечного диаметра бурения, диаметров скважины на каждом из интервалов, их длины, а также диа­метра длины, глубины посадки, способа заделки башмака об­садных колонн, участков тампонирования, цементации зон осложнений, что является первым шагом в проектировании технологии бурения, поскольку определяет все последующие элементы технологии.

Конструкция скважины определяется целевым назначени­ем буровых работ, геологическим заданием, видом полезного ископаемого, сложностью горно-геологических условий зале­гания полезного ископаемого, способом бурения.

Рациональная конструкция должна иметь следующие ха­рактеристики:

конечный диаметр является минимально возможным с учетом получения достоверной геологической информации по керну различных полезных ископаемых, проведения сква­жинных исследований и применения соответствующих тех­нических средств (пробоотборников, геофизических зондов, оборудования для проведения опытных откачек воды);

Рис. 5.1. Схема проектирования технологии бурения

минимальное количество обсадных колонн и минимальные глубины их спуска в соответствии с возможными геолого­техническими осложнениями, включая потерю промывочной жидкости, интервалы неустойчивых горных пород и т. д.;

типоразмеры породоразрушающего инструмента, буриль­ных, колонковых и обсадных труб соответствуют рациональ­ным соотношениям между ними при данном способе бурения.

Производственный опыт и проведенные исследования по­казали, что наилучшие результаты бурения обеспечиваются малыми диаметрами породоразрушающего инструмента (46- 59 мм). Однако не всегда скважины такого диаметра позво­ляют выполнить геологическую задачу. Прежде всего это свя­зано с необходимостью получения керновых проб, геометри­ческий эквивалент которых (минимальный размер, позво­ляющий получить достоверные среднестатистические харак­теристики оруденения) в поперечном направлении был бы не меньше диаметра керна. В табл. 5.1 приведены минимально допустимые диаметры керна при разведке различных видов полезных ископаемых.

Помимо этого, необходимо учитывать возможность приме­нения геофизической и другой скважинной аппаратуры. При этом имеет значение не только диаметр скважины, но и ха­рактер покрытия стенок скважины: металлическое экраниро­вание стенок обсадными трубами, наличие цементного кольца или глинистой корки. Диаметры геофизических зондов, как правило, составляют 30-40 мм, а керногазонаборников — 73-

89 мм. Типоразмеры устройств для отбора ориентированного керна и снаряды направленного бурения — в пределах 59 мм. Аппаратура визуального обзора стенок скважин (скважинные фотокамеры) предназначена для использования в скважинах диаметром 76-93 мм. Минимальные размеры временных па — керов и устройств для гидрогеологических исследований скважин составляют 73 мм.

Минимально допустимые диаметры скважин в зависимо­сти от габаритных размеров применяемой аппаратуры приве­дены в табл. 5.2.

Возможность применения того или иного скважинного прибора в условиях металлического и безметаллического кре­пления стенок определяется принципами работы прибора и регламентируется его паспортными характеристиками.

При проектировании конструкций скважин необходимо стремиться к наиболее простым одноколонным конструк­циям.

Минимально допустимые диаметры керна и скважин Промышленные типы руд Допустимые диаметры керна, мм Диаметр скважины, мм по формаль­но статисти­ческим показателям по данным мировой практики рекоменду­ емые Магматические месторождения Хромитовые 22 20,6 22 36 Титаномагнетито- 14-22 38 32 46 вые Медно-никелевые 32-42 22-32 32-42 46-59 Редкометальные 32 32 32 59-76 Пегматитовые месторождения Редкометальные 42-60 28,6-41,3 42-60 59-76 Скарновые месторождения Железные 14-22 28,6 32 46 Молибденвольфра- 32-60 60 32-60 46-76 мовые Медные 32 28,6 32 46 Полиметаллические 32 28,6 32 46 Гидротермальные месторождения Колчеданные 14-32 22,2 32 46 Медистые песча­ 22 28,6 22 36 ники Вольфрам- 32-42 28,6-54 32-60 46-76 молибденовые Оловянные 32-42 23,8-33,3 32-42 46-59 Золотоносные 32-60 19,0-28,3 22-32 36-46 Осадочные месторождения Силикатно-нике- — — 22-42 36-59 левые Бокситы 32-42 28,6 22-42 46-59 Метаморфогенные месторождения Железистые 32-42 20,6 32 46 кварциты Золотоносные — 31,4 32 46 конгломераты

Таблица 5.2 Виды исследований Наружный диаметр скважинного прибора, мм Номинальный диаметр скважины, мм Радиометрические (ГК, ГГК, ННК, НГК и др.) 28-60 36-76 Магнитометрия 36-40 46 Термокаротаж 36 46 Резистивиметрия 60 76 Инклинометрия 28-70 36-76 Кавернометрия 60-70 76 Радиопросвечивание 36-48 46-59 Амплитудно-фазовые измерения 36-48 46-59 Кернометрия 57-73 59-76

При выборе конструкции следует избегать применения об­садных колонн, устанавливаемых «впотай» (без выведения верхнего конца на поверхность). Применение потайных ко­лонн и бурение в ступенчатом открытом стволе недопустимо при использовании снарядов со съемным керноприемником.

Ступенчатость ствола скважины при алмазном бурении допускается только в аварийных ситуациях или в глубоких (более 1000 м) скважинах, когда на нижних интервалах буре­ние ведется при сравнительно небольших (400-500 мин-1) час­тотах вращения.

В практике разведочного бурения на рудные полезные ис­копаемые получение представительных проб обеспечивается при использовании следующих минимальных размеров поро­доразрушающих инструментов:

46-%59 мм при бурении алмазными коронками;

59-76 мм при бурении твердосплавными коронками.

Коронки большого диаметра рекомендуется применять в случае бурения трещиноватых пород. При бурении по неруд­ным полезным ископаемым минимальный диаметр скважины составляет 93 мм.

При разведке угольных месторождений в зависимости от типа углей рекомендуют следующие диаметры бурения: по мягким углям — 93 мм, по средним — 76 мм, по плотным — 59 и 76 мм с учетом применения специальных снарядов для полу­чения представительного керна.

После определения конечного диаметра скважины необхо­димо выполнить следующее: наметить участки, требующие закрепления стенок скважины обсадными трубами; выбрать размеры и наметить глубину спуска обсадных колонн; преду­смотреть необходимость тампонирования обсадных труб или отдельных участков ствола скважины.

Во всех случаях необходимо стремиться к выбору наибо­лее простой конструкции скважин с использованием мини­мального количества колонн обсадных труб. Это облегчает бурение скважин, сокращает набор инструментов, расход обсадных труб и снижает стоимость работ. Простая конст­рукция скважины обеспечивает возможность применения высоких частот вращения бурового инструмента при высокой эффективности средств, снижающих вибрации бурильного вала.

Обсадные трубы применяют для обеспечения направления ствола скважины, закрепления устья скважины, предохране­ния его от размывания, отвода промывочной жидкости в же­лоба (такая обсадная труба называется направляющей); а так-

Параметр	Показатели по ГОСТ 6238-77
Наружный диа­	33,5	44	57	73	89	108	127	146
метр труб, мм
Толщина стенки	3,0	3,5	4,5	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
трубы, мм
Внутренний диа­	27,5	37	48	63	79	98	117	136
метр труб, мм
Внутренний диа­	24,5	34	46	62	78	95,5	114,5	134
метр ниппеля, мм
Длина труб, м	1,5-3,0	1,5-4,5		1,5-6,0
Масса 1 м глад­	2,26	3,50	5,83	8,38	10,36	12,7	15,04	17,39
кой трубы

же для закрепления неустойчивых, обводненных и водопо­глощающих интервалов.

Обсадные трубы в колонну могут соединяться посредством ниппелей или труба в трубу. Безниппельное соединение труб является менее прочным, поэтому применяется для соедине­ния труб диаметром не более 89 мм. Краткая техническая ха­рактеристика обсадных труб приведена в табл. 5.3.

При креплении скальных пород зазор между стенкой скважины и обсадной трубой может составлять 1-3 мм. При наличии в геологическом разрезе песчано-глинистых пород, склонных к вспучиванию или обрушению, этот зазор должен составлять не менее 10 мм.

Пример. Разработать проектную конструкцию скважин для следующих условий бурения, приведенных в табл. 5.4. Рудная зона представлена радиоактивными элементами. В интервале 180-500 м предусматривается взятие ориентировочного керна для изучения элементов залегания пород, а также проведе­ние геофизических исследований и инклинометрии по всей глубине скважины.

Бурение в интервале 0-600 м предполагается вести с при­менением твердосплавных коронок, а в интервале 600-700 м — с применением алмазных коронок, что обусловлено буримо — стью горных пород на этих интервалах. В связи с тем, что угол падения пласта полезного ископаемого составляет более 30°, скважины должны быть наклонными.

Конечный диаметр скважины для обеспечения необходи­мой представительности керна по данным табл. 5.1 можно принять равным 36 мм. Так как рудная зона представлена раздробленными породами, при бурении по которым для по­вышения выхода керна потребуется применение специальных технических средств, диаметр бурения должен быть увели­чен.

С учетом трещиноватости горных пород рудной зоны диа­метр скважины должен быть не менее 59 мм, что обеспечит необходимое количество кернового материала для проведения опробования. Для взятия ориентировочного керна (керномет — рия) применяем приборы, называемые керноскопами, диа­метр которых составляет 57 мм (см. табл. 5.2), что соответст­вует выбранному конечному диаметру.

Диаметр приборов, применяемых для проведения инкли­нометрии и других геофизических исследований в буровых скважинах, не превышает 50 мм (см. табл. 5.2). Таким обра­зом, принимаем конечный диаметр скважины равным 59 мм.

1 Интервалы скважины от 0 до 62 м, представленные глини-_ч стыми породами, необходимо перекрывать обсадными труба — / ми. Для закрепления устья скважины, предохранения ее от ( размыва, отвода промывочной жидкости в желоба и обеспе­чения направления скважины в интервале 0-4 м необходимо установить и зацементировать направляющую.

Глубина бурения под следующую обсадную колонну долж­на превышать 62 м с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были установлены в твердые монолитные породы. Принимаем глубину бурения равной 65 м.

Нижняя часть обсадной колонны должна быть зацементи­рована. /

Диаметр выбранных обсадочных колонн определяем в на­правлении снизу вверх. Для прохождения коронки диаметром

59 мм минимальный наружный и внутренний диаметры об­садных труб должны составлять 73 и 65,5 мм соответственно. Принимаем трубы этого размера. Для гарантированного спус­ка таких труб в набухающих породах проектируем бурение породоразрушающим инструментом диаметром 93 мм. Тогда наружный и внутренний диаметры направляющей трубы бу­дут иметь размер 108 и 99,5 мм соответственно, что обеспечи­вает прохождение коронок диаметром 93 мм. Бурение под указанную трубу необходимо вести породоразрушающим ин­струментом диаметром 112 мм на глубину не менее 4 м.

При бурении поисково-разведочных скважин в неизучен­ных геологических условиях необходимо предусмотреть ре­зервный диаметр 76 мм. Породоразрушающим инструментом этого диаметра можно разбуривать ствол в случае осложне­ний. Тогда диаметры (внутренний и наружный) обсадных ко­лонн будут соответственно 89/81 мм и 127/118 мм. Диаметры скважин под эти колонны соответственно 112 и 132 мм.

Типовая конструкция скважины для данных условий при­ведена в табл. 5.4.

(

Рекомендуемые конструкции скважин для основных видов полезных ископаемых

Вид полез­ного иско­паемого	Глубина скважины, м	Шифр конструкции скважины
Уголь	0-300	300А(Т) 59 11х(73Н)
	0-700	700А(Т) 59 11х(73Н)
	0-1000	1000А(АС) 59 II 1х( 108Н) 12(89НЗ) 1000А59 11х(89НЗ) А76 600(700)
	0-1500	1500(АС) 59 II 11(108Н) 12(89НЗ) 1500 А59 1 11(89НЗ) А 76 800(1000)
	0-2000	2000 А 159 II 1|(127Н) 12(89Н)А76 1000(1200) 2000А1 76 III 1](146Н) 12(127Н) 13 (89НЗ) Т93(800)
Железо	0-300	300 А 59 1 1,(73Н) 300 А 46 I Ь(57Н)
	0-500	500 А 59 11Ц73Н) 500 А 59 II 11(89Н) 12(73Н) -500 А 46 II11 (73Н) 12(57)
	0-700	700 А 59 1 11(89НЗ) 700 А 46 II 1,(89Н) 12(73НЗ)
	0-1000	1000А 46 II 11(89Н) 12(73н3) А 59 700(800)
	0-2000	2О0ОА 59 II Щ89Н) 12(73НЭ) А 76 1100(1200)
Бокситы	0-700	700 А (Т) 59 II 1,(89Н) 12(73НЭ)
	0-1000	1000А 59 II 11(127Н) 12(108НЗ) А 76 500(700)
	0-1500	1500А 59 II 1х( 127Н) 12(108НЗ) А 76 800(1000)
Медь	0-300	300 А (АС, г) 59 1 1,(73Н)
	0-1000	1000А (Г) 59 1 11(89НЗ)
	0-1500	1000 АС 46 1 11(57×5) 1500 АС 59 1 11(73×5)
Никель	0-700	700 А (АС) 59 I Ы73Н) 700 АС 46 1 11(57×4,5)
	0-1500	1500 А 59 I М73НЗ) 1500 АС 59 1 11(73×5) 1500А 59 II1, (89Н) 12(73НЗ)

Профессором Е. А. Козловским предложена система коди­рования конструкций скважин.

Выделено четыре основных типа конструкций скважин — А, Б, В и Г, конечный диаметр которых равен соответственно 59, 76, 93 и 112 мм. Каждый тип конструкции в зависимости от количества колонн обсадных труб, опускаемых в скважи­ну, подразделяется на подтипы I, II, III, IV и т. д., порядковый номер которых соответствует числу колонн.

В скобках указывается глубина спуска обсадных колонн. Число изменений диаметра скважины фиксируется индексами «а», «б», «в», «г», и т. д., соответствующими одному, двум, трем, четырем и т. д. ступеням изменения диаметра. Глубина бурения каждым типоразмером инструмента указывается в скобках по­сле буквенного индекса: «а» (Д), «б» (71,12), «в» (Л, 12,1з)-

В качестве примера запишем шифр скважины с конечным диаметром 76 мм, двумя колоннами обсадных труб (первая спускается на 40 м, вторая — на 1700 м), ступенчатым стволом с изменением диаметра на глубине 170 и 300 м: Б П (40, 170) б (170, 300).

В табл. 5.5 приведены рекомендуемые типовые кон­струкции скважин для различных видов полезных ископае­мых.

Комментарии запрещены.