Выбор проектной конструкции скважины

Выбор способа бурения и построение конструкции скважины

Выбор способа бурения

Способ бурения выбирают в зависимости от целей буровых работ, физико-механических свойств горных пород, глубины и угла наклона скважины.

При проведении разведочных скважин основным способом бурения являет­ся вращательный (колонковый) способ с его разновидностями: твердосплавным и алмазным. Используются также ударно-вращательное (пневмо- и гидроударника­ми), шнековое и вращательное бескерновое бурение. Колонковое бурение являет­ся основным техническим средством разведки месторождений полезных иско­паемых.

Бескерновое бурение как более производительное применяется в тех слу­чаях, когда геологический разрез хорошо изучен и отсутствует необходимость в получении керна, в основном это бывает на стадии детальной и эксплуатацион­ной разведки. Бескерновым способом обычно проходят верхние интервалы по­род, не представляющие интереса при геологическом изучении данного района, перебурка же рудных пластов осуществляется колонковым способом, с отбором керна. Интервалы бурения скважин без отбора керна устанавливают в каждом конкретном случае с учетом изученности месторождения руководством партии (экспедиции) и указывают в геолого-техническом наряде. Следует отметить, что на стадии поисков и предварительной разведки бурение без отбора керна не раз­решается.

Твердосплавное бурение целесообразно применять в породах до VIII кате­гории по буримости, в основном осадочного происхождения.

Алмазное бурение рекомендуется применять в породах средней твердости и твердых, VI-XII категорий по буримости, в изверженных и метаморфических.

Выбор проектной конструкции скважины

Конструкцией скважины называется схема ее устройства, в которой указы­ваются изменения диаметров бурения с глубиной, диаметры и глубины спуска обсадных труб, а также места и способы тампонирования.

Исходными данными для выбора конструкции скважины служат физико-механические свойства пород геологического разреза, цель и способ бурения скважины, ее глубина и конечный диаметр.

Составляют конструкцию скважины снизу вверх. После определения глу­бины скважины, соответствующей цели ее сооружения, выбирают конечный диа­метр бурения. Для снижения стоимости скважины бурить ее следует, возможно, меньшими диаметрами. Вместе с тем выбор диаметра скважины должен отвечать ее назначению (получение качественной пробы в необходимом количестве, про­ведение комплекса намеченных наблюдений, исследований и пр.).

Минимально допустимые диаметры керна, установленные на основе изучения представительности проб малого веса важнейших промышленных типов руд по методам сопоставления, аналогии, математической статистики, опыта разведки рудных месторождений в отечественной и зарубежной практике, приведены в табл.1.

В табл. 1 указаны минимально допустимые диаметры керна, считая, что керн не разрушается в процессе бурения. На самом же деле горные породы и полезные ископаемые находятся очень часто в нарушенном состоянии (различной степени трещиноватые, а зачастую раздробленные), что затрудняет получение необходимого содержания пробы при проходке данного интервала. Для повышения выхода керна при бурении таких пород очень часто рекомендуется применять двойные колонковые трубы и другие технические средства, имеющие обычно минимальный диаметр 57 мм.

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

- при бурении алмазными коронками 46-59 мм;

- при бурении твердосплавными коронками 59-76 мм.

Коронки большого диаметра рекомендуется применять при бурении трещиноватых пород.

В породах вечномерзлых, растворимых и слабосвязных минимальный диаметр твердосплавных коронок принимают равным 93 мм. При бурении по солям и фосфоритам минимальный диаметр бурения 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.

Таблица 1

Продолжение табл. 1

Кроме того, при выборе конечного диаметра бурения необходимо учиты­вать размеры скваженной аппаратуры для проведения различных исследований (геофизические исследования, инклинометрия, кернометрия и др.).

Минимально допустимые диаметры скважин в зависимости от габаритных размеров применяемой аппаратуры приведены в табл.2.

Таблица 2

После определения конечного диаметра бурения необходимо наметить участки, требующие закрепления стенок скважины обсадными трубами, выбрать их размеры и наметить глубины их спуска, а также предусмотреть необходимость тампонажа обсадных труб или отдельных участков ствола скважины цементом или глиной.

Во всех случаях необходимо стремиться к выбору наиболее простой бес­ступенчатой конструкции скважин с применением минимального количества ко­лонн обсадных труб. Это облегчает бурение скважин, сокращает набор инстру­ментов, расход обсадных труб и снижает стоимость работ. При алмазном бурении бесступенчатая конструкция скважины обеспечивает эффективность применения различных средств по борьбе с вибрациями.

Обсадные трубы применяют:

- для закрепления устья скважины, предохранения ее от размывания и от­воде промывочной жидкости в желоба; такая обсадная труба называется направляющей;

- для закрепления залегающих сверху неустойчивых и обводненных пород и для направления ствола скважины (кондуктор);

- для перекрытия зон разрушенных и раздробленных пород, галечников, слабых конгломератов и брекчий, которые плохо крепятся глинистым раствором.

В некоторых случаях такие зоны целесообразно тампонировать быстросхва-тывающимися смесями без перекрытия их обсадными трубами.

Пример. Построить проектную конструкцию скважины для условий буре­ния, приведенных в табл.3. Рудная зона представлена радиоактивными элемента­ми. Угол падения пласта полезного ископаемого 50°. В интервале 180-500 м пре­дусматривается взятие ориентированного керна для изучения элементов залегания пород, а также проведение геофизических исследований и инклинометрии.

Решение. Бурение в интервале от 0-500 м предполагается вести с примене­нием твердосплавных коронок, а в интервале 500-600 м - алмазных коронок. В связи с тем, что угол падения пласта полезного ископаемого более 30°, скважины должны быть наклонными. Принимаем угол заложения скважин 85°; в дальней­шем за счет естественного искривления можно добиться необходимого угла встречи оси скважины с пластом полезного ископаемого.

Конечный диаметр бурения для обеспечения необходимой представитель­ности керна по данным табл.1 можно принять равным 36 мм. Однако, учитывая то, что рудная зона представлена раздробленными породами, по которым для по­вышения выхода керна потребуется применение специальных технических средств, диаметр бурения должен быть увеличен. Необходимо также учитывать, что при бурении глубоких скважин бурильные трубы диаметром 33,5 и 42 мм, предназначенные для бурения разведочных скважин с применением коронок 36 и 46 мм, имеют недостаточную прочность и в нашем случае не могут быть реко­мендованы.

В связи с этим принимаем конечный диаметр бурения равным 59 мм, что обеспечит необходимое количество кернового материала для проведения опробо­вания. Для взятия ориентированного керна (кернометрия) применяют приборы, называемые керноскопами, диаметр которых может быть 57 мм (см. табл.2).

Таблица 3

При бурении скважин с целью разведки редких и радиоактивных элементов диаметры применяемых приборов для проведения инклинометрии и других гео­физических исследований (γ-каротаж, γγ-каротаж, радиопросвечива- ние и др.) обычно не превышает 50 мм. Таким образом, в интервале 62-600 м диаметр буре­ния может быть принят равным 59 мм.

Верхние интервалы, представленные глинистыми породами, необходимо перекрывать обсадными трубами. Принимаем диаметр обсадных труб (кондукто­ра) равным 89/81 мм (соответственно наружный и внутренний диаметры обсадной трубы). Диаметр бурения под кондуктор ввиду возможного выпучивания глини­стых пород должен быть не менее 112 мм Глубина бурения под кондуктор долж­на превышать 62 м с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были посажены в твердые монолитные породы. Принимаем ее равной 65 м. Низ кондуктора должен быть зацементирован. Диаметр направляющей трубы должен быть не менее 127/118 мм, что обеспечит дальнейшее бурение скважины диаметром 112 мм. Забурку скважины под направляющую трубу осуществляем твердосплавной корон­кой диаметром 132 мм.

Типовая конструкция скважины для данных условий приведена в табл.3