Буровые работы
Буровые работы
[pic]
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..1
Бурение и область применения, КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ
БУРЕНИЯ……………………………………………….2
БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ……………………..3
ТУРБОБУР, ЭЛЕКТРОБУР………………………………………...5
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ…………………….7
МНОГОЗАБОЙНОЕ БУРЕНИЕ…………………………………...8
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ………………………………………………………..9
СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ АГРЕГАТ…………………………..11
БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН………….14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….15
Список использованной литературы………………………….16
ВВЕДЕНИЕ
Центральная геолого-геофизическая экспедиция проводит целый ряд
буровых работ различной направленности. Имеющийся парк буровой техники и
материально-техническая оснащенность позволяет решать сложнейшие задачи по
бурению скважин. В настоящее время на техническом вооружении экспедиции
находятся следующие виды буровых установок: УРБ-3А3, УРБ-3АМ, УРБ-2.5А, УГБ-
50М, ПБУ-2, СТУ-1001Б и УГБ-3УК, которые позволяют производить бурение:
Геологоразведочных скважин глубиной до 800 м при диаметрах бурения с
отбором керна 132, 112, 93 и 76 мм;
Скважин глубиной до 300 м на рассолы, минеральные воды с проведением
цементации отсадных колонн;
Эксплуатационных скважин для водоснабжения под промышленные насосы типа ЭЦВ-
5, 6, 8, 10;
Инженерно-геологических скважин шнековым и колонковым способом под любые
виды строительства;
Скважин под опоры, столбы, фундаменты, ограждения глубиной 1-10 м и
диаметром 300-600 мм.
Кроме того, экспедиция проводит ремонт эксплуатационных скважин:
6. Оборудование скважин насосами (в том числе, замена насосов),
водоподъёмными трубами, задвижками, станциями управления и защиты
(СЦ-8);
7. Гидравлический "прострел" фильтровой части скважин установкой АСП-
ТМ
Чистка ствола скважин с извлечением и опусканием насоса.
9. Проведение ликвидационного тампонажа скважин, вышедших из строя.
Центральная геолого-геофизическая экспедиция проводит буровые работы в
Нижегородской области, Республиках Татарстан, Марий Эл, Удмуртия, Мордовия
и других регионах.
Экспедиция имеет огромный опыт в производстве буровых работ, за период
её существования сооружены тысячи геологоразведочных скважин, выполнивших
свое геологическое задание с высоким качеством; сооружены сотни
эксплуатационных скважин для водоснабжения поселков, предприятий и
колхозов.
Сооружены тысячи скважин под бытовые насосы для частных лиц и
садоводческих товариществ. В настоящее время скважины оборудуют под бытовые
насосы типа "Малыш" и БЦП-50.
I. Бурение и область применения, КЛАСИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ
Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы -
скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на
забое. Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в
искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс
бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких)
обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между
трубами и стенками скважин.
Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных
ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и
твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через
эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых
полезных ископаемых; искусственное закрепление горных пород (замораживание,
битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений полезных
ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка
подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.
Ежегодные объёмы бурения огромны: только в СССР за 1967 на нефть и
газ пробурено около 12 млн. м глубоких скважин, из которых 5,8 млн. м -
разведочные, свыше 20 млн. м пробурено взрывных и сейсморазведочных
скважин, 10-12 млн. м - структурно-поисковых.
Классификация способов бурения. По характеру разрушения породы,
применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой инструмент
непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и
немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с
породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.).
Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а
также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении
порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В
зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой
породоразрушающий инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка
буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу
при помощи дроби (Дробовое бурение). Ударные способы бурения разделяются
на: ударное бурение или ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том
числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот
инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою);
ударно-вращательное (погружными пневмо-и гидроударниками, а также бурение
перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся
по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором
породоразрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением
в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного
движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород
забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем)
или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение).
Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и
непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа,
жидкости или раствора (Глинистый раствор). Иногда бурение подразделяют по
типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и
т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и
т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.).
Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых
установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов
получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих
породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.
Бурение развивалось и специализировалось применительно к трём основным
областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на
нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых
полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от нескольких м до десятков
м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в
горном деле и строительстве).
II. БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ.
В Китае свыше 2 тыс. лет назад впервые в мировой практике вручную
бурились скважины (диаметром 12-15 см и глубиной до 900 м) для добычи
соляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые штанги)
опускался в скважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из индийского
тростника. Бурение первых скважин в России относится к 9 в. и связано с
добычей растворов поваренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы
развиваются в Балахне (12 в.), в Соликамске (16 в.). На русских соляных
промыслах издавна применялось ударное штанговое бурение. Во избежание
ржавления буровые штанги делали деревянными; стенки скважин закрепляли
деревянными трубами. Первый буровой колодец, закрепленный трубами, был
пробурен на воду в 1126 в провинции Артуа (Франция), отсюда глубокие
колодцы с напорной водой получили название артезианских.
Развитие методов и техники бурения в России начинается с 19 в. в связи
с необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе
было образовано "Общество артезианских фонтанов" и пробурены 4 скважины
глубиной от 36 до 189 м. В 1831-32 бурили скважины в Петербурге (на
Выборгской стороне), в 1833 в Царском Селе, в Симферополе и Керчи, в 1834 в
Тамбове, Казани и Евпатории, в 1836 в Астрахани. В 1844 была заложена
первая буровая скважина для артезианской воды в Киеве. В Москве первая
артезианская скважина глубиной 458 м пробурена на Яузском бульваре в 1876.
Первая буровая скважина в США пробурена для добычи соляного раствора близ
Чарлстона в Западной Виргинии (1806).
Поворотным моментом, с которого начинается бурный прогресс в бурении,
было развитие нефтедобычи. Первая нефтяная скважина была пробурена в США
случайно в 1826 близ Бернсвилла в Кентукки при поисках рассолов. Первую
скважину на нефть заложил в 1859 американец Дрейк близ г. Тайтесвилла в
Пенсильвании. 29 августа 1859 нефть была встречена на глубине 71 фута
(около 20 м), что положило начало нефтяной промышленности США. Первая
скважина на нефть в России пробурена в 1864 около Анапы (Северный Кавказ).
Технические усовершенствования бурения в 19 в. открываются
предложением немецкого инженера Эйгаузена (1834) применять так называемые
ножницы (сдвигавшаяся пара звеньев при штанговом Б.). Идея сбрасывать
соединённое со штангами долото привела к изобретению во Франции Киндом
(1844) и Фабианом (1849) свободно падающего бурового инструмента
("фрейфала"). Этот способ получил название "немецкий". В 1846 французский
инженер Фовель сделал сообщение о новом способе очистки буровых скважин
водяной струей, подаваемой насосом с поверхности в полую штангу. Первый
успешный опыт бурения с промывкой проведён Фовелем в Перпиньяне (Франция).
В 1859 Г.Д. Романовский впервые механизировал работы, применив
паровой двигатель для бурения скважины вблизи Подольска. На нефтяных
промыслах Баку первые паровые машины появились в 1873, а через 10 лет почти
повсеместно они заменили конную тягу. При бурении скважин на нефть на
первом этапе получил развитие ударный способ (бурение штанговое, канатное,
быстроударное с промывкой забоя). В конце 80-х гг. в Новом Орлеане в
Луизиане (США) внедряется роторное бурение на нефть с применением
лопастных долот и промывкой глинистым раствором. В России вращательное
роторное бурение с промывкой впервые применили в г. Грозном для бурения
скважины на нефть глубиной 345 м (1902). В Сураханах (Баку) на территории
завода Кокорева в 1901 заложена скважина для добычи газа. Через год с
глубины 207 м был получен газ, использовавшийся для отопления завода. В
1901 на Бакинских нефтепромыслах появились первые электродвигатели,
заменившие паровые машины при бурении. В 1907 пройдена скважина
вращательным бурением сплошным забоем с промывкой глинистым раствором.
Впервые автомат для регулирования подачи инструмента при роторном
бурении был предложен в 1924 Хилдом (США). В начале 20 в. в США разработан
метод наклонного роторного бурения с долотами малого диаметра для
забуривания с последующим расширением скважин.
Ещё в 70-х гг. 19 в. появились предложения по созданию забойных
двигателей, то есть размещению двигателя непосредственно над буровым
долотом у забоя буримой скважины. Созданием забойного двигателя занимались
крупнейшие специалисты во многих странах, проектируя его на принципе
получения энергии от гидравлического потока, позднее - на принципе
использования электрической энергии. В 1873 американский инженер Х. Г.
Кросс запатентовал инструмент с гидравлической одноступенчатой турбиной для
бурения скважин. В 1883 Дж. Вестингауз (США) сконструировал турбинный
забойный двигатель. Эти изобретения не были реализованы, и проблема
считалась неосуществимой. В 1890 бакинский инженер К. Г. Симченко
запатентовал ротационный гидравлический забойный двигатель. В начале 20 в.
польский инженер Вольский сконструировал быстроударный забойный
гидравлический двигатель (так называемый таран Вольского), который получил
промышленное применение и явился прототипом современных забойных
гидроударников.
Впервые в мировой практике М. А. Капелюшниковым, С. М. Волохом и Н. А.
Корневым запатентован (1922) турбобур, примененный двумя годами позже для
бурения в Сураханах. Этот турбобур был выполнен на базе одноступенчатой
турбины и многоярусного планетарного редуктора. Турбобуры такой конструкции
применялись при бурении нефтяных скважин до 1934. В 1935-39 П.П Шумилов,
Р.А.Иоаннесян, Э.И.Тагиев и М.Т.Гусман разработали и запатентовали более
совершенную конструкцию многоступенчатого безредукторного турбобура,
благодаря которому турбинный способ бурения стал основным в СССР.
Совершенствование турбинного бурения осуществляется за счёт создания
секционных турбобуров с пониженной частотой вращения и увеличенным
вращающим моментом.
III. ТУРБОБУР, ЭЛЕКТРОБУР
Турбобур - забойный гидравлический двигатель для бурения глубоких
скважин преимущественно на нефть и газ. Многоступенчатый турбобур - машина
открытого типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических
подшипниках, смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является
циркулирующая промывочная жидкость - глинистый раствор. Для получения
максимальных значений кпд лопатки турбины профилируют так, чтобы безударный
режим их обтекания совпадал с максимумом мощности турбины. Выполняют
турбины цельнолитыми, общее число ступеней турбины достигает 120, рабочие
диаметры турбобура для бурения глубоких и сверхглубоких скважин - 164,
172, 195, 215, 240, 280 мм, частота вращения вала турбины от 150 до 800-
1000 об/мин. Рабочий момент на валу турбобура зависит от его диаметра и
составляет от 1 до 5-6 кнм (1 нм = 0,1 кгсм). С 1950 для увеличения
вращающего момента на валу применяют многосекционные турбобуры, в которых
последовательно соединяются 2-3 секции турбин турбобура с общим числом
ступеней 300-450. Это позволило наряду с увеличением вращающего момента
снизить частоту вращения вала турбины до 300-400 об/мин (для более
эффективной работы шарошечных долот). В таких турбобурах шаровая осевая
опора вынесена в специальный шпиндель, присоединяемый к нижней секции
турбобура. В шпинделе имеются также радиальные опоры и сальник, позволяющий
использовать гидромониторные долота.
С 1970 для дальнейшего снижения частоты вращения вала турбины в
турбобуре применяют ступени гидродинамического торможения, позволившие
бурить при 150- 250 об/мин. С начала 70-х гг. внедряются турбобуры с
независимой подвеской секции и с демпфирующими устройствами, которые
обладают увеличенным сроком межремонтной работы и улучшают условия работы
шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной колонны. Для работы с
гидромониторными долотами, без дополнительного нагружения буровых насосов,
начато применение турбобуров с разделённым потоком на нижней секции,
который отличается тем, что перепад давлений, срабатываемый в его нижней
секции, равен перепаду давлений в штуцерах гидромониторного долота. При
этом нижняя секция турбобура работает на части потока, подаваемого в
скважину.
В разведочном бурении для отбора керна в полом валу трубобора
размещается съёмная грунтоноска. Для бурения в условиях борьбы с кривизной
ствола скважины используют трубобор с вращающимся корпусом.
В 1899 в России был запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в
США прошёл промышленные испытания электробур с якорем для восприятия
реактивного момента, опускавшийся в скважину на кабеле-канате. В 1936
впервые в СССР Квитнером и Н. В. Александровым разработана конструкция
электробура с редуктором, а в 1938 А. П. Островским и Н. В. Александровым
создан электробур, долото которого приводится во вращение погружным
электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена первая скважина.
В 1951-52 в Башкирии при бурении нефтяной скважины по предложению
А.А.Минина, А.А.Погарского и К.А.Чефранова впервые применили электробур
знакопеременного вращения для гашения реактивного момента, опускаемый на
гибком электрокабеле-канате. В конце 60-х гг. в СССР значительно
усовершенствована конструкция электробура (повышена надёжность, улучшен
токопровод).
Электробур - забойная буровая машина с погружным электродвигателем,
предназначенная для бурения глубоких скважин, преимущественно на нефть и
газ. Идея электробура для ударного бурения принадлежит русскому инженеру
В.И.Дедову (1899). В 1938-40 в СССР А.П.Островским и Н.В.Александровым
создан и применен первый в мире электробур для вращательного бурения,
спускаемый в скважину на бурильных трубах.
Электробур состоит из маслонаполненного электродвигателя и шпинделя.
Мощность трёхфазного электродвигателя зависит от диаметра электробура и
составляет 75-240 квт. Для увеличения вращающего момента электробура
применяют редукторные вставки, монтируемые между двигателем и шпинделем и
снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин. Частота вращения
безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина электробура 12-16 м,
наружный диаметр 164-290 мм.
При бурении электробур, присоединённый к низу бурильной колонны,
передаёт вращение буровому долоту. Электроэнергия подводится к электробуру
по кабелю, смонтированному отрезками в бурильных трубах. При свинчивании
труб отрезки кабеля сращиваются специальными контактными соединениями. К
кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник, скользящие контакты
которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб. Для непрерывного
контроля пространственного положения ствола скважины и технологических
параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-
горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура (в т.
ч. телеметрическая). При бурении электробурная очистка забоя осуществляется
буровым раствором, воздухом или газом.
В СССР с помощью электробура проходится свыше 300 тыс. м скважин
(свыше 2% общего объёма бурения). Использование электробура, благодаря
наличию линии связи с забоем, особенно ценно для исследования режимов
бурения.
IV. НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ
Появление наклонного бурения относится к 1894, когда С.Г.Войслав
провёл этим способом скважину на воду близ Брянска. Успешная проходка
скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложению Р.А.Иоаннесяна, П.П.Шумилова,
Страницы: 1, 2
|