Норильское месторождение

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был составлен геолого-технический наряд на бурение скважин, произведены все необходимые расчеты, выполнен чертеж двойного колонкового снаряда. В работе рассматривался геологический разрез скважины никелевой рудной зоны. По исследованию пород данного разреза и глубине скважины запроектированы буровые работы на стадии доразведки. Породы в основном слаботрещиноватые, VI категории буримости. Это свидетельствует о твердосплавном режиме бурения на технической воде.
 

...

Содержание

Введение 3
1. Обзор геолого-технических условий бурения 4
2. Проектирование конструкции скважины 6
2.1. Выбор и обоснование способа бурения 8
2.2. Выбор бурового инструмента и оборудования 10
2.3. Буровое оборудование 12
2.4. Проектирование технологического режима бурения 13
3. Качество и количество промывочной жидкости 15
4. Проверочные расчеты 20
5. Техническая и экологическая безопасность проведения работ 26
5.1. Организация буровых работ 28
6. Повышение качества кернового опробования и его сохранность 29
Заключение 32
Список литературы 33
Приложение 1 34
Приложение 2 35

Введение

Цель курсовой работы – закрепление и углубление навыков по расчету бурения скважин на месторождениях металлических ископаемых на стадии разведки с учетом требований ГОСТ, развитие навыков самостоятельной работы со специальной и справочной литературой при решении инженерных задач геологоразведочного производства. Задачей проектируемых работ являются буровые работы на стадии разведки Норильского месторождения силикатных никелевых руд.
Исходные данные включают в себя геологический разрез.
Буровые работы должны быть проведены до глубины 922 метров. Скважины вертикальные, срок работы – 3 месяцев. Графическим материалом для курсового проектирования является геолого-технический наряд на бурение скважины (ГТН) и чертеж колонкового набора.
 

В процессе колонкового бурения горная порода разрушается с применением породоразрушающего инструмента кольцевого типа – буровой коронкой. Коронка оснащается твердосплавными или алмазными резцами, таким образом, колонковое бурение разделяется на твердосплавное и алмазное. Ведение твердосплавного бурения проводятся в породах от I до VI-VII категории буримости с различной степенью абразивности и трещиноватости. Алмазное бурение рекомендуется в породах VIII-XII категорий буримости с различной степенью абразивности и трещиноватости. В нашем случае целесообразно применить только твердосплавное бурение.  2.2. Выбор бурового инструмента и оборудованияПроведение выбора технологического инструмента базируется на таких параметрах как:способ бурения и конструкция скважины;физико-механические свойствагорных пород условия отбора керна. На первом этапе проведем обоснование выбранного типа забойного бурового снаряда. Исходя из совокупности исходных данных и условий бурения целесообразно применение одинарного колонкового снаряда в толще вмещающих пород и двойного колонкового снаряда по типу типа ДТА-2 конструкции С.А. Алексеенко в толще полезного ископаемого. Применение двойной колонковой трубы ДТА Алексеенко целесообразно при бурении в толще некрепких пород с применением твердосплавных коронок. В нижней части невращающейся трубы – штампе, находящейся ниже коронки, в процессе при бурения происходит вдавливание в породу при условии полной изоляции керна от промывочного агента. Внутренняя труба по отношению к наружной может перемещаться по вертикали. Использование рвательного устройства в виде паука обеспечивает надежный подъем керна. Далее проводим выбор соответствующего породоразрушающего инструмента для каждого диаметра бурения и разновидности породы разреза. Правильность выбора породоразрушающего инструмента определяет производительность бурения. Приведем данные по выбранному породоразрушающему инструменту с указанием интервалов его применения в формате таблицы. Таблица 2. Тип породоразрушающего инструмента и забойного бурового снарядаОписание породМощность, мДиаметр, ммТип ПРИКолонковый снарядотдон.вн.Почвенно-растительный слой0593М-93одинарныйСуглинки511593Плотная глина11519776М-76Серпентинит со скоплениями никеля1976345942С-59ДТА-2Разложенный серпентинит со скоплениями никеля6346615942Серпентинит со скоплениями никеля6617165942Разложенный серпентинит со скоплениями никеля7169075942Неразложенный серпентинит9079225942С-59Согласно исходным данным целесообразно использование бурильных труб муфто-замкового соединения – СБТМЗ-42. Муфто-замковые соединения обеспечивают повышенную прочность бурильной колонны, минимальные гидравлические сопротивления при прокачивании промывочной жидкости. Бурильные трубы муфто-замкового соединения применяют при твердосплавном, бескерновом, гидроударном, пневмоударном бурении, при алмазном бурении применение таких труб не рекомендуется. 2.3. Буровое оборудованиеТак как разведочное бурение осуществляется на глубину свыше 900м, то для осуществления разработки используется установка СКБ-7П. Техническая характеристика установки приведена в таблице 3. Таблица 3. Техническая характеристика установки СКБ-7ППараметрыТип станкаСКБ-7ППриводТип Мощность, кВтРЭП 70ЛебедкаТяговое усилие максимальное, кН Скорость намотки каната на барабан, м/с:максимальная минимальнаяРегулирование скорости намотки5,0 8,0ПлавноеВращательКрутящий момент,максимальный, даН • мЧастота вращения шпинделя:диапазон, об/минрегулирование1100 - 1500 ПлавноеУсилие подачи шпинделя, кН:вверхвниз150120Диаметр проходного отверстия шпинделя, мм75Длина хода подачи, мм600Дополнительные устройстваГидропатронАвтоперехват2 ЕстьГабаритные размеры, ммдлинаширинавысота290011502200Масса, кг55002.4. Проектирование технологического режима буренияОсновываясь на таких параметрах, как:выбранный способ бурения;конструкция скважины;буровой инструмент;оборудование для каждого типа породоразрушающего инструмента в зависимости от интервала глубин и диаметра бурения; рассчитаем технологические параметры режима бурения, предусматривающие обоснование и выбор основных режимных параметров, которые обеспечивают высокие технико-экономические показатели проходки скважины в нормальных условиях. При проходке по верхним интервалам скважины, которые закрепляются с помощью колонн обсадных труб (направление, кондуктор), необходимо снизить значение расчетных режимных параметров: осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент на 30-40 %;частоты вращения инструмента до минимальных значений, которые соответствуют техническим характеристикам выбранного бурового станка; расхода очистного агента на 30-50 %. 1. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент: (1)Р0 – удельная осевая нагрузка на 1см диаметра долота [40 даН]; m – число основных резцов в колонке.2. Частота вращения долота: (2)Vокр – окружная скорость коронки, м/с;D-диаметр долота, м. Так как бурение производится с применением бурового инструмента 3-х диаметров: 93, 76 и 59 мм, то:3. Качество и количество промывочной жидкостиПроведем расчет качества и количество промывочной жидкости:(3)где k – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости движения потока по скважине, л/мин; D – диаметр долота, м; Промывочная жидкость на интервале 0-115м - глинистый раствор, плотность которого не должна превышать 1130 кг/м3, на интервале 115-922м – вода плотностью 1000 кг/м3. 1) проходка растительного слоя (0-5м, I категория по буримости) и слоя суглинка (5-115м, III категория по буримости) осуществляется долотом М-93. Осевая нагрузка: Р0 =50-100даН, D=9,3 см: Необходимо снизить на 30%, получаем Р1=326даН; Необходимо снизить на 30%, получаем Р2=651даН.То есть, рост осевой нагрузки на ПРИ происходит от 326даН и постепенно поднимается до 651даН для компенсации износа ПРИ. Найдем частоту вращения при окружной скорости коронки 0,8 м/с и диаметре долота 0,093 м. Частота вращения принимается равной 110 об/мин.Рассчитаем величину расхода очистного агента: (4)где k – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по скважине, 1,1.D – диаметр скважины, 0,093м.d – наружный диаметр буровых труб, 0,054м.v – скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины, 0,6м/с.Снизим на 30%, получив  131л/мин. Данному значению соответствует насос НБ3-120/40 (120л/мин). 2) Плотные глины (115-197м, VII категория по буримости) проходим долотом М-76.Осевая нагрузка: Р0 =100-150даН, D=7,6 см: Необходимо снизить на 30%, получаем Р1=532даН; Необходимо снизить на 30%, получаем Р2=798даН.То есть, рост осевой нагрузки на ПРИ происходит от 532даН и постепенно поднимается до 798даН для компенсации износа ПРИ. Найдем частоту вращения при окружной скорости коронки 1,0 м/с и диаметре долота 0,076 м. Частота вращения принимается равной 300 об/мин.Рассчитаем величину расхода очистного агента: где k – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по скважине, 1,1.D – диаметр скважины, 0,076м.d – наружный диаметр буровых труб, 0,042м.v – скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины, 0,6м/с.Снизим на 30%, получив  87л/мин. Данному значению соответствует насос НБ3-120/40 (70л/мин). Рассчитаем количество промывающей жидкости при бурении для добычи керна.1) Серпентинит (197-922м, VI категория по буримости) проходится долотом С-59. Осевая нагрузка: Р0 =150-200даН, D=5,9 см: То есть, рост осевой нагрузки на ПРИ происходит от 885даН и постепенно поднимается до 1180даН для компенсации износа ПРИ. Найдем частоту вращения при окружной скорости коронки 0,8 м/с и диаметре долота 0,059 м. Частота вращения принимается равной 360 об/мин.Рассчитаем величину расхода очистного агента: где k – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по скважине, 1,2.D – диаметр скважины, 0,059м.d – наружный диаметр буровых труб, 0,042м.v – скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины, 0,7м/с.Данному значению соответствует насос НБ3-120/40 (70л/мин). Сведем полученные результаты в таблицу:Таблица 4. Режимные параметры бескернового и твердосплавного буренияОписание породыИнтервал глубин, мТип ПРИРежимные параметрыОсевая нагрузка, даНЧастота вращения, об/минРасход промывочной жидкости, л/минРастительный слой, суглинок0 - 115М-93326-651110120Глины115-197М-76532-79830070Серпентины197-922С-59885-1180360704. Проверочные расчетыДля завершения выбора режимных параметров бурения произведем после проверочные расчеты, показывающие осуществимость проектируемого режима работы выбранного бурового инструмента и оборудования. Расчет потребной мощности для бурения на предельную глубину:Рассчитаем мощность двигателя:(5)где: Nб – мощность двигателя, расходуемая на забое скважины, кВт; Nз – мощность, расходуемая на забое скважины, кВт; Nт – мощность, затрачиваемая на вращение КБТ в скважине, кВт; Nст – мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка. Мощность, затрачиваемая на забое:(6)где: Р – осевая нагрузка на ПРИ, даН; n – частота вращения коронки, об/мин;Dср – средний диаметр коронки, м;Мощность, затрачиваемая на вращение КБТ в скважине:(7)Nхол – мощность, затрачиваемая на холостое вращение КБТ, кВт; Nдоп – дополнительная мощность, затрачиваемая на вращение сжатой части КБТ. (8)где - радиальный зазор, м;(9)L – глубина скважины, м(10)Рассчитаем мощность, расходуемой в трансмиссии и других узлах бурового станка:(11)где Вс – опытный коэффициент, характеризующий переменные потери в станке, кВт*мин/об;Проведем выбор оснастки талевой системы.Нагрузка на талевую систему рассчитывается по формуле:(12)где Gкр – нагрузка на крюк при подъеме бурового снаряда, Н;Рл – грузоподъемность лебедки, кг;с – к.п.д. талевой системы;(13)Pл = 55000 (кВт)Принимаем 2.Рассчитаем глубину, до которой спуско-подъемные операции следует производить на прямом канате:(14)Рассчитаем скорость подъема крюка:(15)Vк – скорость подъема крюка, м/с;Nп – мощность двигателя на подъем бурового снаряда, 52кВт; - к.п.д. передач от двигателя до крюка;- коэффициент перегрузки двигателей;Gкр – нагрузка на крюк, Н;(16)Найдем скорость навивки каната на барабан (Vб).(17)Произведем расчет колонны бурильных труб на прочность:(18)Т – предел текучести материала, 490МПа;Р – напряжение растяжения, МПа; - касательная напряжения, МПа;(19)где G – вес колонны бурильных труб, Н;F – площадь поперечного сечения трубы, м2;(20)dн и dвнутр – соответственно наружный и внутренний диаметры бурильных труб;(21)где Мкр – крутящий момент, Н*м;Wp – полярный момент сопротивления сечения, м3;(22)(22)где Nб – мощность бурового станка, 52кВт; – угловая скорость вращения колонны бурильных труб, с-1;(23)Вывод: условия прочности колонны буровых труб при действии статических перегрузок в процессе бурения выполняются.5. Техническая и экологическая безопасность проведения работВ геологоразведочном бурении есть свои специфические особенности как организационного, так и технического плана (приуроченность к малонаселенным, труднодоступным районам; сложные природно-климатические условия; сезонность и мобильность работ; др.). Прокладка подъездных путей, сооружение буровой установки, размещение оборудования, устройство отопления, освещения и другие виды работ должны производиться по проектам и типовым схемам. Необходимо разметить площадку, на которой будет находиться буровая установка, снять дерн (сложить в сторону). Буровое оборудование должно осматриваться: механиком партии, начальником участка – не реже 1 раза в месяц; главным инженером партии – не реже 1 раза в 2 месяца; буровым мастером – не реже 1 раза в декаду; бурильщиком – при приемке и сдаче смены. Расстояние от буровой установки до жилых и производственных зданий, охранных зон железных и шоссейных дорог, нефте- и газопроводов и линий электропередачи должно быть не менее высоты мачты плюс 10м.