Последние конференции
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии
- Современные проблемы экологии
- Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения
- Экология, образование и здоровый образ жизни
Анализ опыта бурения глубоких разведочных скважин ксск-76 в Норильском районе
Е.В. Бучковский
Российский государственный геологоразведочный университет,
г. Москва
Ю.Е. Будюков, В.И. Власюк
Открытое акционерное общество «Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие» (ОАО «Тульское НИГП»),
г. Тула
О.В. Рудой
Общество с ограниченной ответственностью «Норильскгеология»,
г. Норильск
Геологоразведочные работы в Норильском рудном районе ведутся с целью обеспечения минерально-сырьевой базы Норильского горно-металлургического комбината. Разведочные скважины бурятся для поиска богатых медно-никелевых руд на глубоких горизонтах, с учётом данных сейсморазведки, которые свидетельствуют, что глубина залегания медно-никелевых руд может быть более 3000 м.
Особенностью технологии бурения (которая разрабатывалась ООО «Норильскгеорлогия» с участием ОАО «Тульское НИГП», СКБ «Геотехника» и РГГУ) скважин в Норильском районе является то, что оно осуществляется комбинированным способом: по эффузивной толще базальтов используется бескерновый способ бурения шарошечными долотами, по осадочным породам тунгусской серии и девона – алмазное бурение с применением съёмных керноприёмников КССК-76 с комплектом алмазного породоразрушающего инструмента конструкции ОАО «Тульское НИГП».
Бурение глубоких скважин выполнялось в два этапа: до 2000 м бурение ведётся с применением станка ЗИФ – 1200 МР, затем до проектной глубины - агрегата СКБ -8, смонтированного в блочном исполнении.
На основе анализа бурения первых глубоких скважин в Норильском районе составлен алгоритм разработки проекта конструкции скважины, состоящей из двух последовательных этапов: составление предварительного проекта конструкции скважины и его уточнения. На первом этапе предусматривается изучение объективных факторов, определяющих конструкцию скважины, а именно изучение целевых факторов, определяющих глубину бурения и конечный диаметр бурения, и изучение геологических факторов, определяющих количество обсадных колонн и глубину их постановки.
Анализ фактических конструкций скважин, пробуренных (по данным Красовского В.П. и др.) в Норильском районе показывает (табл. 1), что они отличаются сравнительной простотой и не высокой металлоёмкостью. Значительная часть ствола скважины остаётся открытой в течение всего процесса проводки скважины.
Как уже указывалось бурение верхней части разреза (базальтовой толщи мощностью 2000 м и более) осуществляется бескерновым способом с применением шарошечных долот ДДА-76 и бурильных труб комплекса КССК-76 с очисткой забоя газожидкостными смесями.
Использование бурильных труб КССК-76 позволяет не только сократить потери времени на замену снаряда, но и осуществить бурение шарошечными долотами на оптимальном режиме с минимальными геологическими осложнениями.
В ООО «Норильскгеоогия» был испытан новый алмазный породоразрушающий инструмент конструкции ОАО «Тульское НИГП» и РГГРУ: алмазные коронки с торцевыми каналами оптимального диаметра (К-30-0; 17А4-0, К-16-0) - заявка на изобретение № 2011 1048 75, алмазные коронки с защитными элементами породоразрушающей части для предотвращения износа коронки - заявка на полезную модель № 2010 1490 17. Также применялись алмазные разбурники Р-2 (патент на полезную модель № 10767.
|
Номер скважины |
Конечная глубина |
Конструкция скважины |
Интервалы осложнений, м |
Интервалы цементиро-вания, м | ||||||
|
Кондуктор |
Диа-метр буре- ния, мм |
Диа-метр расши-рения, мм |
Интервал крепления обсад-ными трубами, м |
Породы, склонные к жело-образованию |
Солеб-рек-чии и соле-вые пласты |
Аргил-литы разве-дочинской свиты | ||||
|
Длина, м |
Диаметр, м | |||||||||
|
СГ-1 |
3009 |
20,0 |
127 |
76 |
93 |
1990,0-2181,4 |
- |
2146,0-2162,0 |
- |
- |
|
СГ-2 |
2631 |
18,7 |
127 |
76 |
93 |
2205,0-2279,0 |
1350-1470
1754-1765 |
2253,7-2280,9 |
- |
1390-1470 1750-1850 2259-2287 |
|
СГ-3 |
2681 |
13,2 |
127 |
76 |
93 |
1984,1-2040,5 |
1360-1400 |
2015,5-2039,3 |
- |
1993-2052 |
|
СГ-4 |
2243 |
29,8 |
127 |
76 |
93 112 |
1450,0-1770,0 |
1733-1765 |
- |
2079-2153 |
1451-1771 |
|
СГ-5 |
2262 |
13,5 |
127 |
76 |
- |
- |
2379,9-2384,0 |
2379,9-2384,0 |
- |
- |
|
СГ-6 |
2605 |
37,9 |
108 |
76 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
СГ-7 |
2767 |
- |
- |
76 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
СГ-9 |
3047 |
31,2 |
108 |
76 |
- |
- |
- |
2841,9-2853,0 |
- |
- |
|
СГ-25 |
СГ-25 |
2580 |
- |
- |
76 |
93 |
2197,0-2320,0 |
-- |
- |
2165-2350 |
|
ЛБТ-3 |
2701 |
24,0 |
146 |
76 |
93 |
- |
1984-210 |
- |
2250-2433 |
- |
Таблица 1. Конструкция глубоких скважин
Из-за обрушения стенок скважин, зашламливания и других причин дальнейшее бурение пород осадочной толщи, осложненной аргиллитами, песчаниками, доломитами, мергелями, ангидритами общей мощностью 600-900 м, проводится с полным отбором керна с применением съёмных керноприёмников, в качестве промывочной жидкости используется многосолевые гидрогельмагниевые растворы.
В производственных условиях был прослежен характер изменения механической скорости от времени при бурении коронками 17А4-0-76 по песчаникам двух разновидностей по абразивности со значениями коэффициента 1,15 и 1,48, определёнными по ОСТ 41-83-74. После обработки этих наблюдений с применением методов математической статистики Е.В. Бучковским найдено выражение для изменения механической скорости во времени.
, (1)
где 
- начальная механическая скорость;
- текущая механическая скорость в момент времени t;
L- опытный коэффициент.
С учётом зависимости (1) найдено выражение для средней механической скорости, которое использовано для взаимосвязи углубки за 1 оборот коронки с параметрами режима бурения и шириной рабочего торца
, (2)
где 
- углубка за один оборот коронки;
- механическая скорость бурения;
- частота вращения коронки.
Для определения оптимального момента снятия алмазной коронки при бурении КССК принят экономический критерий - величина углубки на коронку, при которой стоимость 1 м бурения ниже аналогичного показателя по базе сравнения.
С учётом этого получено выражение для конечной механической скорости бурения V и углубки на коронку S , соответствующих моменту прекращения рейса по предложенному критерию:
, (3)
, (4)
где 
- стоимость одной станко-смены за исключением стоимости истирающих, руб; К – коэффициент дополнительного времени, равный 1,06; 
- продолжительность одной станко-смены, час; 
- стоимость 1 м бурения по базе сравнения, руб.; 
- средняя механическая скорость бурения, м/ч; 
- опытные коэффициенты, равные соответственно а =3,4?10-3 ч/м; d = 0,72ч; в = 1,5?10-3 ч/м; с= 0,37ч; Н- глубина скважины, м; Р- проходка за цикл, м; m- стоимость коронки, руб.
При внедрении нового алмазного инструмента на ряде объектов ООО «Норильскгеология» производилась оптимизация режимов бурения, рациональные значения параметров режимов бурения приведены в табл. 2
Таблица 2.
Рекомендуемые типы коронок и параметры режима бурения КССК-76 в ООО «Норильскгеология»
|
Категория пород по бури-мости |
Группа пород по трещино-ватости |
Тип породо-разру-шающего инстру-мента |
Параметры режима бурения | ||
|
осевая нагрузка, даН |
частота вращения, мин-1 |
количество промывочной жидкости, л/мин | |||
|
VI-VIII |
I-II |
17А4 (17А4-0) |
1250-1400
|
400-500 |
40-60 |
|
III-IV |
17А4 (17А4-0) |
800-1200
|
200-350
|
50-70 | |
|
VIII-IX |
I-II |
К-16 (К-16-0) |
1500-1800 |
450-500 |
40-60 |
|
III-IV |
К-16 (К-16-0) |
900-1100 |
200-300 |
50-70 | |
|
V-VII |
I-II |
К-30 (К-30-0) |
800-900 |
450-500 |
40-60 |
|
III-IV |
К-30 (К-30-0) |
600-800 |
200-300 |
50-80 | |
Примечание. Для калибровки скважин со всеми типами коронок применяются алмазные расширители РЦК, алмазные коронки выполняются с защитными элементами.
Результаты испытаний в ООО «Норильскгеология» экспериментальных образцов новых коронок К-30-0, 17А4-0, К-16-0 в сопоставлении с данными отработки стандартных коронок приведены в табл. 3
Таблица 3.
результаты сравнительных испытаний алмазных коронок
|
Тип коронок |
Количество отработанных коронок, шт. |
Про-ходка на коронку |
Средне-взвешан-ная катего-рия пород |
Выход керна |
Средняя механическая скорость, м/ч |
Расход алмазов, кар/м |
|
К-30-0 |
5 |
120,5 |
6,5 |
98 |
1,92 |
0,10 |
|
К-30 |
10 |
85,7 |
6,5 |
89 |
1,53 |
0,14 |
|
17А4-0 |
5 |
73,5 |
7,3 |
95 |
1,74 |
0,24 |
|
17А4 |
8 |
56,6 |
7,3 |
80 |
1,58 |
0,32 |
|
К-16-0 |
5 |
54,2 |
8,2 |
92 |
1,51 |
0,37 |
|
К-16 |
8 |
40,3 |
8,2 |
81 |
1,15 |
0,49 |
Анализ данных табл. 3 показывает, что применение новых коронок
К-30-0, 17А4-0, К-16-0 по сравнению с бурением стандартными коронками эффективнее по всем показателям.
Важное значение имеет вопрос о сохранности керна при бурении новыми алмазными коронками, в которых благодаря разделению потока промывочной жидкости уменьшается его разрушающее воздействие на керн. Применение новых коронок обеспечивает эффективное разрушение горной породы и её удаление с забоя при минимальном износе рабочей части коронки, максимальной скорости бурения и высокой сохранности керна.