Технический раздел проекта на сооружение геологоразведочных скважин

В этой части проекта обосновывают способ бурения и конструкцию скважины, подбирают типоразмеры ПРИ, буровые снаряды, бурильные трубы и их компоновку, вспомогательный буровой инструмент и др. Все принимаемые решения обосновываются расчетами, справочными или опытными данными, а конечные результаты сводят в таблицы и показывают в графической части ГТП (см. табл. 22.1).

Основным способом бурения геологоразведочных скважин является вращательный с его разновидностями, отличающимися технологическими схемами извлечения керна: при подъеме бурового снаряда и всей колонны бурильных труб, при подъеме только керноприемной части бурового снаряда, при подъеме с помощью потока жидкости или воздуха.

При выборе способа бурения руководствуются возможностью его реализации в конкретных условиях и эффективностью: качеством получаемых результатов, достигаемой производительностью и стоимостью бурения 1 м скважины.

Конструкция скважины (рис. 22.1) отражает смену диаметров по интервалам ствола, количество и глубину спуска колонн обсадных труб и их диаметр, а также интервалы тампонирования затрубного пространства (цементирования башмака обсадных труб).

В скважину может быть спущено от одной до нескольких колонн обсадных труб в зависимости от состояния пород разреза, глубины скважины и цели бурения.

Первая колонна (труба) служит для предохранения устья скважины от разрушения (размывания) и направления промывочной жидкости в циркуляционную систему, в связи с чем она называется направляющей.

Вторая колонна предназначается для закрепления стенок скважины в интервале неустойчивых пород, изоляции водоносных пород, залегающих на небольшой глубине, и для сохранения заданного пространственного положения (направления) скважины. Эту колонну обычно называют кондуктором.

Все последующие колонны, спускаемые для перекрытия или изоляции глубокозалегающих горизонтов пород, зон тектонических нарушений, горных выработок или выработанных пространств с целью обеспечения нормальных условий бурения, носят название промежуточных.

Обычно каждая колонна начинается от устья скважины. Ho в отдельных случаях практикуется посадка колонн, не доходящих до устья, или впотай. Такие колонны получили название потайных. Количество (масса) используемых обсадных труб при сооружении скважины характеризует металлоемкость ее конструкции.

Конструкция скважины характеризуется целым рядом элементов и параметров, к числу которых относятся (см. рис. 22.1): глубина скважины L (общая) и интервалов L1, L2, L3, L4 до смены диаметра ствола D1с, D2с, D3с, D4с, D5с, начальный Dн(D1с) и конечный Dк(D5с) диаметры ствола, число колонн обсадных труб Kо.т, глубины их спуска H1, H2, H3 и диаметры D1о.т, B2о.т, D3л.т, D4о.т количество изменений (ступеней) диаметра ствола скважины и протяженность (длина) участков ствола I1, l2, l3, l4, l5, имеющих соответствующий диаметр D1c, D2c, D3c и т. д.

Расстояние между башмаками смежных колонн обсадных труб h1, h2, h3 называется выходом колонны.

Конструкция скважины может быть показана либо в виде схемы (см. рис. 22.1), либо с помощью шифра (кода), в котором отражаются все или часть ее параметров и элементов. Например: D1c(L1) D1о.т(Н1) D2с(L2) D2о.т(Н2) D3c(L3) (D4о.т(Н3...Н4) D5c(L). Отсюда видно, что скважина имеет пять участков ствола с разными диаметрами и три колонны обсадных труб и их параметры — диаметры и длины участков. В случае, когда используется потайная колонна, в шифре указывают интервал, в котором она располагается, в данном случае (H3...H4). Расширение ствола в каком-либо интервале отражается в шифре условным знаком, например D2c*D3c(L2...L3).

Учитывая, что глубина участков, обсаженных трубами, совпадает с глубиной ствола, имеющего соответствующий диаметр, шифр можно упростить: D1c/D1о.т(L1) D1c/D2о.т(L2) D3c/D3о.т(L3) D4c/D4о.т(L3...L4) D5c(L). В цифрах, например, это будет выглядеть следующим образом: 152/146(15) 132/127(200) 93х112/108(600) 93/89(600...800) 76(1200). Откуда видно, что скважина имеет начальный диаметр 152 мм и направляющую колонну труб диаметром 146 мм, спущенную на глубину 15 м, далее ствол скважины диаметром 132 мм обсажен трубами диаметром 127 мм на глубину 200 м, затем участок ствола, имеющий диаметр 93 мм, расширен до 112 мм (знак x) и обсажен трубами диаметром 108 мм на глубину 600 м, далее участок ствола, имеющий диаметр 93 мм, обсажен потайной колонной диаметром 89 мм в интервале 600...800 м и заканчивается скважина, имея конечный диаметр 76 мм на глубине 1200 м.

По методике ВИТРа в шифре конструкции скважины указывается кроме диаметров ствола и обсадных труб еще и вид ПРИ. Например: 152(146)Т112(108)Ш93А76А, где А — алмазный, T — твердосплавный, Ш — шарошечный породоразрушающие инструменты.

К конструкциям скважин предъявляются определенные требования, основными из которых являются: возможно меньшее число смен диаметров при минимальной их величине, минимальное число спускаемых в скважину обсадных труб (колонн). Иными словами, принимаемая конструкция скважины должна быть максимально простой и минимально металлоемкой, но обеспечивающей успех ее сооружения.

Таким образом, конструкция скважины в общем случае составляется, исходя из ее назначения, геолого-технических условий бурения (в первую очередь устойчивости горных пород в стенках скважины), конечного диаметра и глубины скважины, а также требований методики разведки.

На основании этого намечают интервалы крепления стенок скважины, а значит и число колонн обсадных труб, диаметры и глубину их спуска, а также диаметры скважины по интервалам и ее начальный диаметр. Начальный диаметр скважины Dн определяют с учетом величины конечного диаметра и числа смен (ступеней) диаметра ствола скважины в соответствии с их стандартными значениями:

где Dк — конечный диаметр скважины, мм; А — разница между стандартными величинами сменяемых диаметров ствола принятой конструкции, мм. Для диаметров 59, 76 и 93 мм эта величина равна 17 мм, для диаметров 93, 112 и 131 мм — 19 мм и т. д.

Конструкции скважин, сооружаемых из подземных выработок, достаточно просты, учитывая, что в большинстве случаев бурение ведут в породах вышесредней категории и достаточно устойчивых. Устье скважины, как правило, закрепляют в тех случаях, когда породы вблизи от горной выработки нарушены от взрывов или подвергаются повышенному горному давлению. К закреплению стенок скважин прибегают только при пересечении зон тектонических нарушений, в которых породы теряют устойчивость. Обычно закрепляют стенки путем тампонирования и реже колонной обсадных труб. В соответствии с этим скважины могут иметь очень простую конструкцию, практически без смены диаметра или иметь два, реже три диаметра: 93, 76 и 59 мм.

Выбор средств бурения осуществляют после обоснования конструкции скважины. При этом выбирают породоразрушающий инструмент, конструкции буровых снарядов для получения керна, их компоновку, руководствуясь геолого-техническими условиями, целью бурения скважины и рекомендациями, изложенными в соответствующих разделах учебника, инструкциях и методических разработках.

При выборе ПРИ учитываются: буримость горных пород, их свойства и состояние, получаемая эффективность (механическая скорость бурения, проходка за рейс и на один ПРИ, экономические показатели).

В мягких и рыхлых породах (I—IV категорий по буримости) следует применять ПРИ режущего действия, армированный твердосплавными резцами. Наиболее эффективно в этом случае прибегать к бескерновому бурению долотами с промывкой глинистым раствором.

В породах средних категорий по буримости (V—VIII) более эффективно применение ПРИ режуще-скалывающего действия с затачиваемыми твердосплавными резцами (крупно- и мелкорезцовые) и самозатачивающиеся.

В породах вышесредней твердости и очень твердых (VIII—XII категорий по буримости) используют ПРИ режуще-скалывающего и дробяще-скалывающего действия: самозатачивающиеся твердосплавные коронки (в породах Vll-IX категорий по буримости), твердосплавный ПРИ для ударно-вращательного способа бурения, алмазный и шарошечный ПРИ. Ранее в таких породах применяли дробовое бурение чугунной и стальной дробью.

Наряду с выбором ПРИ подбирают конструкции (компоновки) буровых снарядов —для бурения с керном (ДКС) или без керна.

Все основные сведения этого раздела отражаются в графической части проекта по принятой форме (см. табл. 22.1).