Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

,

Конструкция скважины — это характеристика буровой скважі ны, определяющая изменение ее диаметра с глубиной, а таь же диаметры и длины обсадных колонн, установленных в сквг жине. 1

Основными факторами, определяющими конструкцию скважі> ны, являются: ее целевое назначение, требуемый конечный диа метр, геолого-технические условия и глубина бурения.

Конструкция скважины должна быть экономичной. и рацис нальной, т. е. обеспечивать безаварийную проходку с высоким технико-экономическими показателями. і

Целью колонкового бурения является получение керна, до статочного для опробования полезного ископаемого (с учетом всєі его особенностей, строения и состава) и другой необходимой red логической информации. Конечный диаметр скважины зависит d минимально допустимых диаметров керна, обеспечивающих не обходимую достоверность опробования, а также от размеров red физической и другой скважинной аппаратуры, применяемой npj геофизических, гидрогеологических и других исследованиях 1 скважине. Значения минимально допустимых диаметров керн] а также рекомендуемые диаметры скважин, типы и размеры ка лонковых снарядов для различных видов полезных ископаемы приведены в табл. 4 [22, 31]. Конечный диаметр скважины, крощ того, зависит от принятого способа бурения, типа породоразру шающего инструмента. Так, для алмазного бурения характерным являются диаметры 46, 59 и 76 мм; в чрезвычайно сложных геа логических условиях с целью обеспечения кондиционного керн! может быть использован диаметр скважины 93 мм. Для тверда сплавного бурения — диаметры 59, 76 и 93 мм; для дробового-^ 110 и 91 мм. I

С целью разработки наиболее экономичной конструкции сква жины следует стремиться к уменьшению конечного диаметт скважины (без ущерба достоверности опробования месторожда ния), так как при этом повышается устойчивость стенок скважи ны и сокращается необходимое количество колонн обсадных тру! спускаемых в скважину. Бурение скважин малыми диаметрам] дает, как установлено исследованиями последних лет, более выса кие технико-экономические показатели [31]. Однако в сл<?жны| геологических условиях (наличие зон закарстованных, трещинова тых пород, зон дробления горных пород и т. п.) при недостаточно! изученности геологического разреза в начальной стадии геолога разведочных работ выбранный минимально допустимый диамет] бурения рекомендуется оставлять запасным. 1

При разведочном бурении на твердые полезные ископаемш

крепление стенок скважины обсадными трубами производится I целью: закрепления устья скважины для предохранения его <м размыва и отвода промывочной жидкости в желобную систеш (устанавливается направление); фиксации заданного направленЛ ствола скважины и закрепления мягких, неустойчивых, обвалив! ющихся пород в верхней части разреза, а также коренных отложа ний и многолетнемерзлых пород (устанавливается кондуктор)] устранения различных геологических и технических осложнений встречающихся или возникающих в процессе бурения скважинн (зоны галечниковых и валунных отложений, разрушенных пород склонных к обрушению, трещиноватых и закарстованных поро; поглощающих промывочную жидкость, и т. п.), когда применени специальных технологических мероприятий не может обеспечит безаварийной проводки скважины (техническая колонна). Техн* ческие колонны, спускаемые в скважину, могут иметь выход и устья или спускаться без выхода на поверхность, т. е. способо «впотай», так называемые потайные колонны.

При выборе конструкции скважины необходимо стремиться составлению наиболее простых конструкций — одноколонны; следует избегать применения потайных колонн обсадных труб ступенчатости открытого ствола скважины. В сложных геологе технических условиях правильнее предусмотреть спуск всех КС лонн обсадных труб с поверхности с последующим извлечением их по окончании бурения. Применение потайных обсадных колон и ступенчатость открытого ствола скважины допускаются тольк в аварийных ситуациях либо при больших глубинах (боле 1000 м) бурения и при использовании частот вращения снаряд не выше 500 об/мин. При использовании снарядов со съемным керноприемниками (ССК и КССК) применение потайных обеги ных колонн и ступенчатость открытого ствола категорически зг прещаются [31].

Составление конструкции скважины начинается с уточнени конечного диаметра скважины, затем намечаются интервалы крег ления стенок скважины обсадными трубами, глубины их спуск и диаметра, а также диаметры по интервалам глубин. Выбор диа метров скважины и обсадных труб производится снизу вверх таким расчетом, чтобы на конечной глубине скважина имела тре буемый диаметр.

При проектировании конструкций глубоких скважин со спус ком технических колонн на глубины свыше 700—800 м следуе проверять колонну обсадных труб на прочность.

Обсадные колонны составляютсяшз обсадных труб безниппель ного и ниппельного соединения по ГОСТ 6238—77. Краткая техни ческая характеристика обсадных и колонковых труб приведена табл. 5.

Проверка прочности обсадных колонн такого типа соединени! производится по двум условиям: на разрыв в опасном сечени: трубы (в нарезанной части) и на смятие ниток резьбы (рис. 1, 2, 3)

Условие прочности на разрыв при растяжении под действие

внутренний диаметр резьбы

Рис. 3. Разрез обсадно] грубы безниппельно1 соединения:

й — наружный днаме! трубы; £* — диаметр ра< точки; Ог — диаметр п| точки; б — толщина сте! трубы

веса обсадной колонны в опасном сечении верхней трубы [11]

(П.1)1

К] =

и К] — [oJIk,

где [сгр] — допустимое напряжение на растяжение, Па; [ат] — npej дел текучести материала труб, Па; q — масса единицы длины ко лонны обсадных труб, кг/м; L — длина колонны обсадных труб, м F0 — площадь опасного сечения трубы или ниппеля по резьбе, м2; k — коэффициент запаса прочности на растяжение, £=1,5. В слож^ ных геолого-технических условиях принимают k—2 g= =9,81 м/с2 [11].

Решив уравнение (II. 1) относительно L, получим допустиму глубину спуска колонны обсадных труб из условия *их прочности на разрыв

Lv =

[ат1 F0 ‘ (П

kл9

Условие прочности на смятие ниток резьбы в опасном сечении верхней обсадной трубы под действием веса* колонны обсадны: труб

■чЦ— и (н. з;

г0сМ]_допустимое напряжение на смятие, Па; й, йг — наруж­ной и внутренний диаметр резьбы, м.

Решая уравнение (Н. З) относительно Ь, получим допустимую пубину спуска колонны обсадных труб из условия прочности езьбы в опасном сечении на смятие

..»мМ-О

Наименьшая из двух величин Ьр и 1см, рассчитанных по фор­мулам (11.2) и (П.4), и будет допустимой глубиной спуска колон — 1Ы обсадных труб безниппельного и ниппельного соединений.

При проведении расчетов следует пользоваться^ данными абл. 5 и рис. 1, 2. Обсадные трубы изготавливаются’ из стали

;арки Д.

Рекомендации по выбору обсадных труб для последних обсад- шх колонн в зависимости от глубины и конечного диаметра жважины даны в табл. 6.

Таблица 6

Размеры (диаметр х толщина стенки) обсадных труб для последних (перед открытым стволом) обсадных

колони» мм

Проектные глубины сква* жин, м

Конечный диаметр сква­жин, ми

ГОСТ 6238—52

ГОСТ 6238—77

Ниппельное соединение

Ниппельные заготовки

57X4.5 73×5,0 89X5,0 108×5,0

46 До 300 57X3,75 300—1200 — 59 До 500 73X3,75 500—3000 — 76 До 500 89X4 500—3000 93 До 800 108X4,25

73×6,25 (кроме ССК) 89×6,5 (кроме ССК) 108×7,25 (кроме ССК)

При составлении конструкций скважин следует пользоваться также рекомендациями по выбору обсадных колонн, приведенными в табл. 6.

В настоящее время при типизации конструкций скважин для их обозначения рекомендуется использовать шифр, включающий: глубину скважины (проектную или фактическую), м; способ бу­рения на конечной глубине (А — алмазными коронками, Т — твер­досплавными коронками, Г — гидроударниками, П — пневмоудар­никами, Ш — шарошечными долотами, АС — комплектами ССК и КССК, АГ — гидроударниками с алмазными коронками); конеч­ный диаметр скважины, мм; сложность конструкции скважины по числу обсадных колонн (I, II, III, БО — без обсадки); глубину спуска, диаметр и тип обсадных колонн; диаметр, вид бурения и глубину каждой ступени открытого ствола.

08907J-

0SU 1

J«

i

420м

1000м 1

I I I 1

05,9

I500M

ЮЗм | I 059 I I I 1

70014

,Д ^ 0108 08$

0112 ^ 5м

в 0121С /09083
075
0112
150 1608
07*
09S
720м
(
076
Рис. 4. Схемы конструк­ций скважин

колонн обсадных труб: направления на глубину до 3 м и кондуктор — до 103________________________________________________________________

105 м для перекрытия неустойчивых пород. В связи с использованием комплек­са ССК-59 следует предусмотреть специальные мероприятия, обеспечивающие строгое центрирование кондуктора в скважине (например, применение специаль­ных центрирующих муфт и т. д.). Диаметр обсадных труб для кондуктора дол­жен быть только 73 мм, что обеспечит нормальную работу специальных гладко­ствольных бурильных труб комплекса ССК-59, имеющих наружный диаметр 55 мм. Диаметр скважин под кондуктор будет соответственно 76 мм; диаметр об­садных труб направления — 89 (108) мм. Шифр конструкции .проектируемой скважины:-700 АС П 3 (89Н) (108Н) 103 (73ВН). Конструкция скважины схема­тично изображена на рис. 4, б.

Пример 3. Обосновать конструкцию скважины, проводимой с целью пред­варительной разведки месторождения угля. Проектная глубина бурения 1500 м, заданный конечный диаметр скважины 59 мм. Геологический разрез представлен следующими породами: в интервале 0—150 м четвертичные отложения III— IV категорий буримости, в интервале 150—700 м чередование песчаников, ар­гиллитов и алевролитов V—VII категорий буримости, далее до проектной глу­бины 1500 мм чередование песчаников и известняков VII—VIII категорий бу­римости. Песчано-глинистые отложения до глубины примерно 140 м отличаются неустойчивостью и возможными поглощениями промывочной жидкости. Зоны возможных геологических осложнений расположены также в интервале глубин от 400 до 700 м.

Решение. Наличие осложненных зон и большая глубина бурения требуют установки следующих колонн обсадных труб: I — направления на глубину 5 м с цементированием затрубного пространства; II — кондуктора на глубину 150— 160 м с цементированием затрубного пространства до устья; III — технической колонны на глубину до 720 м. Далее можно бурить без обсадки, но в связи со сложностью геолого-технических условий бурения и учитывая то, что в сква­жине не планируется использование комплексов ССК и КССК, можно предус­мотреть ступенчатость открытого ствола, т. е. до глубины 1000 м бурить сква­жины диаметром 76 мм и далее до проектной глубины — диаметром 59 мм. Техническая колонна должна быть из обсадных труб диаметром 89 мм из нип­пельных заготовок, скважину бурят диаметром 93 мм. Кондуктор будет сос­тавлен из обсадных труб диаметром 108 мм ниппельного соединения, бурение скважины будет осуществляться диаметром 112 мм. Направление должно быть взято из обсадных труб ниппельного соединения диаметром 127 мм. Забурива — ние скважины будет производиться диаметром 131 мм. Проектируется по сква­жине твердосплавное и алмазное бурение. Шифр конструкции: 1500 А (Т) 59 Ш 5 (127Н) 150 (160) (10811) 720 (89НЗ) Т(А) 1000. Схема конструкции скважи­ны изображена на рис. 4, в.

Пример 4. Определить предельную глубину спуска колонны обсадных труб диаметром 89 мм ниппельного соединения, составленную из труб длиной 4,5 м. Материал труб — сталь Д.

Решение. Воспользуемся формулами (II.2) и (П.4) и данными табл. 5. Предварительно рассчитаем теоретическую массу 1 м колонны обсадных труб’

10,36×4,5+1,7 _ _ _

а г=——————————- = 10,74 кг.

4 4,5

Площадь опасного сечения трубы по резьбе (см. рис. 1, 2) составит /?0 = -^- — = 0,785(0,0893 — 0,08452) =6,12>10~4 мЧ

Тогда предельная глубина спуска колонны обсадных труб из условия их прочности на разрыв составит

372-10. X 6.12.10- " 1.5X9.81X10,74^^,^

774^0 *> *->

Предельная глубина спуска обсадных труб из условия их прочности на смя — глставнт

тие составит

, 2,35 х 372 • 10« (0,0845« — 0,0832)

СМ 1,5 X 9,81 X 10,74 = 1382,8 м.

На основании проведенных расчетов принимаем предельную глубину спуска колонны обсадных труб исходя из прочности их на смятие в резьбовом соеди­нении, т. е. 1382 м.

Комментарии запрещены.