12252

СПЕЦІАЛЬНІ РОБОТИ ПРИ БУРІННІ СВЕРДЛОВИН

Лекция

География, геология и геодезия

Закріплення свердловин трубами; тампонування міжтрубного та позатрубного простору свердловини; влаштування фільтрів (або облаштування водоприймальної частини бесфільтрових) свердловин; розглинизацію свердловин споруджених обертовими промивними способами; облаштування оголовка, камер та павільонів насосних станцій; проведення відкачок води;

Русский

2014-11-15

2.35 MB

7 чел.

48

Тема №10

«СПЕЦІАЛЬНІ РОБОТИ ПРИ БУРІННІ СВЕРДЛОВИН»

План:

  1.  Основні поняття про спеціальні роботи при бурінні свердловин на воду.

  1.  Закріплення свердловин трубами.

3. Тампонування міжтрубного і позатрубного простору свердловини.

1. Основні поняття про спеціальні роботи при бурінні свердловин на воду.

Спеціальні роботи виконуються як в процесі буріння свердловин, так і по їх завершенню.

До спеціальних робіт при спорудженні свердловин на воду слід віднести наступні:

  1.  закріплення свердловин трубами;
  2.  тампонування міжтрубного та позатрубного простору свердловини;
  3.  влаштування фільтрів (або облаштування водоприймальної частини бесфільтрових) свердловин;
  4.  розглинизацію свердловин споруджених обертовими промивними способами;
  5.  облаштування оголовка, камер та павільонів насосних станцій;
  6.  проведення відкачок води;
  7.  облаштування зон санітарної охорони підземного джерела та водозабірних споруд;
  8.  виконання комплексу робіт по передачі свердловин в експлуатацію.

Деякі з вищенаведених спеціальних робіт виконуються після завершення буріння свердловин (Наприклад, розглинизація водоносного горизонту, влаштування фільтру, облаштування оголовка та приміщень насосних станцій, зон санітарної охорони передача свердловин в експлуатацію та пробні відкачки), а цілий ряд спеціальних робіт починають виконувати вже під час буріння (Наприклад,закріплення стінок свердловини трубами, тампонування, будівельні відкачки тощо).

Перелік і обсяг спеціальних робіт при спорудженні свердловини визначається :

  1.  обраним способом та технологією буріння,
  2.  обладнанням , яке для цього застосовується,
  3.  гідро-геологічними умовами буріння;
  4.  обраною конструкцією свердловини.

Спеціальні роботи є відповідальним етапом у спорудженні свердловини, тому у проектній документації поряд з описом технології буріння наводять як окремий розділ перелік заходів для виконання спеціальних робіт.

1.1 Конструкця свердловини та рекомендації щодо її вибору.

Конструкцією свердловини називається схема її устрою, у якій указуються зміни діаметрів буріння по мірі  заглиблення, діаметри й глибини спуску колон обсадних труб, а також місця й способи тампонування (термінологічний словник до теми № 10).

Вихідними даними для вибору конструкції свердловини служать:

  1.  фізико-механічні   властивості   порід  геологічного розрізу,
  2.  мета буріння свердловини;
  3.  спосіб буріння свердловини,
  4.  глибина буріння;
  5.   кінцевий діаметр свердловини

Кінцевий діаметр гідрогеологічної свердловини визначається діаметром установленого в ній фільтру й габаритами водопідйомника, які у свою чергу залежать від розрахункової продуктивності свердловини (термінологічний словник до теми № 10).

Для свердловин малої продуктивності (до 10 м3/год.) кінцевий діаметр приймається 100150 мм, для свердловин середньої продуктивності (до 50 м3/год.) 200250 мм, для високопродуктивних свердловин – 250400 мм. 

Після вибору величини кінцевого діаметра намічаються інтервали, що вимагають закріплення стінок свердловини установкою колон обсадних труб, або одним з безтрубних способів, які ґрунтуються на фізико-хімічних процесах, що протікають при спеціальній обробці порід.

До безтрубних способів кріплення відносять:

  1.  створення гідростатичного тиску промивної рідини на стінки свердловини та утворення на них щільної глинистої кірки при промиванні свердловини глинистим розчином;
  2.  тампонування свердловини з використанням цементу, бітуму або синтетичних смол;
  3.  електрохімічне закріплення.

2.Закріплення свердловин трубами.

Колони обсадних труб установлюються в свердловині концентрично і кожна з них виводиться на денну поверхню. 

2.1 Особливості конструкції свердловини роторного буріння

Свердловини роторного способу буріння закріплюють обсадними трубами :

  1.  після закінчення буріння;
  2.  при переході на меншій діаметр за гідрогеологічними умовами чи недостатній потужності двигуна.

В загальному вигляді свердловина роторного способу буріння може мати:

  1.  напрямну колону;
  2.  кондуктор;
  3.  проміжну колону;
  4.  експлуатаційну колону;
  5.  фільтрову колону (рис. 1).

Рис.1 Схема конструктивних розмірів елементів водозабірної свердловини:

а ударного буріння; б — роторного буріння: 1  колона обсадних труб, що витягається; 2 — захисна колона обсадних труб ; 3 — експлуатаційна колона обсадних труб ; 4 — фільтруюча поверхня; 5 — відстійник із пробкою ; 6 — надфільтрова труба; 7 — сальник; 8 — водопідйомник; 9 — водопідйомна труба; 10 — напрямна труба; 11 — цементація затрубного простору.

Напрямна колона служить для закріплення устя свердловини від розмиву глинистим розчином і направлення циркуляційного розчину (термінологічний словник до теми № 10).

Вона має довжину 2...9 м.

В залежності від стійкості верхнього шару порід, напрямна труба спускається в раніше викопаний шурф, який після перевірки вертикальності тампонують (наприклад методом цементації).

При бурінні глибоких свердловин установлюється колона труб, що слідує за напрямною і називається кондуктором (термінологічний словник до теми № 10) 

Вона служить для перекривання товщи нестійких, водовбирних або водоносних порід, що залягають у верхній частині геологічного розрізу. 

Довжина кондуктора не повинна бути більшою 50м.

Проміжна (технічна) колона встановлюється рідко, тільки при необхідності     перекриття     не    закріплених    направленням    або кондуктором водоносних горизонтів, які мають схильність до обвалів і поглинання промивної рідини (термінологічний словник до теми № 10)  

Експлуатаційна колона труб встановлюється з метою:

  1.  ізоляції експлуатаційного водоносного горизонту від вище розташованих (не експлуатованих) горизонтів;
  2.  для розміщення в ній водопід`йомника;
  3.  для розміщення фільтрової колони

і є основною невилучаємою трубою в конструкції свердловини.

Крім призначень, виконуваних напрямною колоною й кондуктором, обсадні труби встановлюються в свердловині з метою: 

1) ізоляції водоносних горизонтів, закриття стінок свердловини перед перетинанням корисної копалини, над яким залягають нестійкі, що обсипаються породи;

2) перекриття водоносного горизонту для забезпечення установки в ньому фільтру;

3) закриття зон карстів або старих підземних гірських вироблень, а також ділянок зруйнованих і подріблених порід.

ПРИМІТКА: Проте, в залежності від конкретних геологічних та гідрогеологічних умов, деякі колони не використовуються і тому їхнє встановлення не передбачене проектом.

ТЕХНОЛОГІЯ ОБСАДЖУВАННЯ СВЕРДЛОВИНИ: Перед опусканням труб стовбур проробляється новим долотом з промивкою глинистим розчином.

Перед спуском труби оглядають, перевіряють шаблоном і вільно опускають на двох трубних елеваторах з цементацією затрубного простору.

На одному елеваторі колона висить над устєм свердловини, а другим - підіймають наступну трубу і вгвинчують в муфту попередньої.

При прихопленні породою труби її додатково обертають ланцюговим ключем або швидко підіймають і знову опускають, бажано при цьому промивати затрубили простір глинистим розчином.

  1.  Закріпленняч трубами свердловин ударно-канатного буріння

При ударно-канатному бурінні свердловину обсаджують трубами, найчастіше, одночасно з бурінням.

Тільки в стійких міцних породах обсадка проводиться після проходки на всю товщу.

В породах, які обрушуються, обсадку проводять сталевими трубами.

Труби задавлюють або забивають.

ПРИМІТКА: Долото і желонки в цьому випадку меншого діаметра, ніж труби.

В м'яких і сипких породах башмак труб при посадці зрізає стінки свердловини, а в більш твердих породах діаметр свердловини попередньо збільшують розширювачем або ексцентричним долотом.

Для забивки колони труб на верхню муфту монтують забивну головку і ударами забивного снаряду осаджують колону труб.

Забивають до тих пір, поки над робочим майданчиком труба не буде вище за 0,4...0,6 м, після чого нарощують нову трубу.

По мірі просування колони вглиб опір грунту збільшується, швидкість її просування зменшується і, коли колона практично не забивається, переходять на менший діаметр.

Зменшення різниці в діаметрах попередньої і наступної колон труб досягається обточуванням муфт.

Для збільшення величини виходу колони можна використовувати вібратори.

Пластмасові труби можна використовувати або в стійких міцних породах або встановлювати в колону сталевих труб з наступним вилученням сталевих труб.

В обох випадках пластмасові труби вільно опускаються в свердловину.

2.3 Обсадні труби та обладнання для обсаджування труб

Основні способи з'єднання окремих ланок труб, що спускають у свердловину:

  1.  муфтовими різьбленнями  в колону;
  2.  зварюванням «встик».

Існує три основних способи нарізного сполучення обсадних труб, застосовуваних при бурінні геолого-розвідувальних свердловин:

  1.   ніпелями,

  1.   муфтами;

  1.  з'єднанням «труба в  трубу»   (безніпельне)   (Рис.2).

Рис.2 Обсадні труби: а — безніпельного    з'єднання;    б — ніпельного    з'єднання;   в — муфтового   з'єднання

Труби ніпельного з'єднання (ГОСТ 6238—77) застосовуються в основному при колонковому бурінні.

Кожна така труба на кінцях має внутрішнє трапецеївидне різьблення із кроком 4 мм. 

Для кріплення свердловин малого діаметра можуть бути використані безніпельні обсадні труби (ГОСТ 6238—77), які мають на одному кінці зовнішнє, а на іншому - внутрішнє різьблення й з'єднують трубу в трубу.

Через недостатню міцність цих труб їх спускають на невеликі глибини. 

При ударно-механічному бурінні, обертальному бурінні свердловин на нафту й газ, а також гідрогеологічних свердловин застосовують товстостінні обсадні труби муфтового з'єднання  (ГОСТ 632—80).

Муфти, що з'єднують труби, мають відповідним трубам внутрішнє різьблення.

Довжина муфтових труб від 9,5 до 13 м. 

Для кріплення свердловин більших діаметрів застосовують сталеві труби по ГОСТ 10706—76 діаметром 426—1420 мм, які з`єднуються в колонну зварюванням.

2.4 Приналежності для обсаджування труб.

Трубні башмаки (рис. 3, в і г) служать для запобігання нижнього кінця обсадної колони від зминання й полегшення її просування при спуску в свердловину (Термінологічний словник до теми № 10).

Башмак - це короткий патрубок, що з'єднує різьбленням з нижньою трубою обсадної колони.

При посадці труб із забиванням або задавлюванням застосовують гладкий башмак, що має знизу гострий ріжучий торець, а при просуванні труб з обертанням - фрезерний башмак із зубами на нижньому кінці.

Трубні хомути (рис. 3, а) використають для захоплення труб при їхньому спуску й підйомі, а також для підтримування обсадної колони над устям свердловини у завислому положенні (Термінологічний словник до теми № 10).

 

Рис.3 Приналежності обсадних труб

Зображений на Рис. 3, б труботримач для втримання обсадних труб над устям свердловини в підвішеному положенні має корпус 1 із внутрішнім конічним отвором, у яке вставляють знімні кільця 2 відповідно до  діаметра застосовуваних обсадних труб.

Шарнірні трубні ключі (Рис. 3, з) служать для згвинчування й розгвинчування обсадних труб. 

Фрезер конічний (рис. 3, ж) застосовується для видалення нерівностей на внутрішній поверхні труби (задирок, окалин й ін.) загартованими ріжучими ребрами.  

Забивна голівка (рис. 3, д) служить для запобігання верхнього кінця колони обсадних труб при посадці її забиваниям (Див.термінологічний словник до теми № 10). 

Вибивний снаряд (рис. 3, е) застосовується при витягу зі свердловини обсадних труб муфтового з'єднання вибиванням. 

Домкрати призначені для витягу зі свердловини обсадних труб, а також для звільнення схопленого в свердловині бурового снаряда. 

Розрізняють два різновиди домкратів: гвинтові й гідравлічні.

ПРИМІТКА: Застосовувані в цей час гідравлічні домкрати мають вантажопідйомність 40 й 100 т. 

3. Тампонування міжтрубного і позатрубного простору свердловини.

Тампонування затрубного простору забезпечує захист водоносного шару в свердловині:

  1.  від проникнення поверхневих вод;
  2.  від проникнення вод забруднених або невикористаних водоносних горизонтів;
  3.  від проникнення піску із вище розташованих водоносних шарів.

Тампонування  -  заповнення в`язким і щільним водонепроникним матеріалом міжтрубного або позатрубного кільця свердловини (термінологічний словник до теми № 10).

Рис.4 Схема тампонування свердловини.

Розрізняють два види тампонування свердловин: постійне й тимчасове.

 

Постійне тампонування виконується на тривалий час, як правило, на весь строк існування свердловини (термінологічний словник до теми № 10).

Тимчасове тампонування призначається для ізоляції окремих водоносних (нафто- і газоносних) горизонтів один від одного для роздільного їхнього дослідження й виконується на термін проведення випробування свердловини (термінологічний словник до теми № 10).

У якості  тампонажних матеріалів можна використати:

  1.  глину,
  2.  цемент,
  3.  глиноцементні суміші,
  4.  бітуми, смоли,
  5.  спеціальні швидкосхоплювальні суміші.

В свердловинах ударно-канатного способу буріння передбачається такі способи тампонуваня:

а) забивка або затискування колони труб в шар природних
глин
або шар м'ятої жирної глини (рис.5), яка накидана в
спеціально підготовану каверну
;

б) підбашмачна цементація обсадної колони труб також при
умові підготовленої каверни;

в) цементація простору між двома колонами труб.

3.1Тампонаж глиною.

УМОВИ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ:

Тампонаж глиною застосовують переважно при ударно-канатному бурінні для ущільнення башмака обсадної колони, але в тих випадках, коли необхідна герметизація.

ПРИМІТКА: Тампонування глиною застосовується переважно при бурінні неглибоких розвідницьких або гідрогеологічних свердловин для ущільнення затрубної частини обсадної колони, що закриває водоносний шар з невисоким тиском.

Тампонування свердловин за допомогою  цементного розчину або  матеріалами, які вміщають цемент називається цементуванням (термінологічний словник до теми № 10).

Рис.5 Тампонаж м'ятою жирною глиною (при  перетинанні водоносного пласта), 1 - колона обсадних труб; 2 - кульки з глини; 3 - глина, яка вилучається з свердловини; 4 - глиняне кільце

Рис.6 Тампонування за допомогою задавлювання колони обсадних труб у шар жирної щільної глини: а — підстилений несипучими породами; б — підстилений пісками : 1 — обсадні труби; 2 — башмак.

3.2 Цементування – як метод тампонування водозабірних

Тампонування свердловин за допомогою  цементного розчину або  матеріалами, які вміщають цемент називається цементуванням (термінологічний словник до теми № 10).

МЕТА ЦЕМЕНТУВАННЯ: Цементування застосовується у випадках, коли необхідно одержати міцний і щільний тампон на досить тривалий час.

Для цементування свердловин використовується портландцемент, який називається тампонажним. 

При змішуванні з водою тампонажний цемент утворює легко рухомий розчин, що із часом  загустіває і поступово перетворюється в міцний цементний камінь.

Терміни  й міцність схоплювання цементного розчину залежать від:

  1.  якості цементного порошку;
  2.   тонкості його помолу;
  3.  кількості і якості    води, що втримується в розчині.

Необхідні строки охоплення та міцність цементного розчину забезпечується   водоцементним   відношенням  при цьому густина цементного розчину відповідно дорівнює 1,95 т/м3 -1,84 т/м3.

ПРИМІТКА:  При  менших значеннях т період рідкого стану розчину малий, а при більших - міцність цементного каменю різко знижується.

Кінець схоплювання цементного розчину, коли він повністю губить рухливість, наступає не пізніше 10 год.  після затворення. 

Підвищення температури середовища, у якій перебуває цементний розчин є активним прискорювачем (каталізатором) його схоплювання. 

Цементація міжтрубного простору свердловин ударно-канатного буріння передбачається, зазвичай, при вийманні проміжної колони труб.

Для цементації використовується тампонажний, піщаний цементи. 

Розчин готується з водоцементним фактором 0.4...0.5.

В свердловинах роторного способу буріння, зазвичай цементується затрубний простір одночасно із посадкою обсадних труб.

Основні методи цементування свердловин:

1) з нижньою або верхньою пробками;

2) з двома розподільними пробками;

3) манжетним способом.

УМОВИ ЗАСТОСУВАННЯ ЦЕМЕНТУВАННЯ:

При глибині свердловин до 100...150 м, звичайно, використовуються схема цементувння з однією пробкою, а при більшій - з двома.

Манжетне цементування використовується при опусканні в свердловину обсадної колони разом з фільтром.

 

Рис.7 . Способи цементування затрубного простору:

а — з нижньою пробкою, б —з верхньою пробкою, в — з двома розподільними пробками; г — манжетний: 1 — свердловина, 2 — цементний розчин, 3 — обсадні труби, 4 — нижня дерев'яна пробка, 5 — верхня щільна пробка, 6 — строп-кільце, 7 —нижня рухома пробка, 8 — верхня рухома пробка, 9 — подавання промивної рідини, 10 —клапан, 11 — отвори, 12 — манжета, ІЗ — подавання цементного розчину

Рис.8  Пробки цементуючі:

а - нижня; б-верхня ; 1 - гумові манжети; 2 - чавунний або алюмінієвий корпус.

Рис.9.  Схема   цементування свердловини із двома розділовими пробками: 1 -  цементний розчин; 2 нижня пробка; 3 — глинистий розчин; 4башмак обсадної колони; 5 — верхня пробка; 6 — рідина для продавлювання   пробок

Манжетне цементування (рис.10.) застосовують в одноколонних конструкціях водозабірних свердловин.

В нижній частині обсадних труб, над фільтром, встановлюють зворотній клапан, а в обсадній трубі, вище нього роблять ряд отворів для виходу цементного розчину і встановлюють спеціальну манжету - воронку висотою 60...70см, і діаметром, який перевищує на 25...35% діаметр свердловини, з брезенту, армованого металевими смужками.

Рис.10 Схема манжетного цементування: 1 - стовбур свердловини; 2 - манжета; 3 - отвір в трубі; 4 - клапан; 5 - надфільтрова труба.

3.3Особливості розрахунків при цементуванні свердловин

При ударно-канатному бурінні у разі виймання проміжної колони труб діаметром Д2.

Об'єм цементного розчину складає, м3:

,      (1)

де    - внутрішній діаметр першої колони труб, м;

- зовнішній діаметр другої колони труб, м;

- зовнішній діаметр третьої колони труб, м;

- вихід першої колони, м;

- вихід другої колони, м;
-   коефіцієнт,   який   враховує   заповнення   тріщин   та збільшення діаметра проти розрахункового (приймається 1,2... 1,3 ).

При цементуванні обсадної колони на всю висоту :

,                    (2)

де  - діаметр свердловини, м;

- зовнішній діаметр обсадної труби, м;

 - висота підняття розчину, м;
- коефіцієнт збільшення об'єму розчину (1,2... 1,3);

- внутрішній діаметр обсадної труби, м;
- висота цементної пробки в колоні, м.

Всі роботи по цементації повинні проводитись дуже швидко, а тому використовуються спеціальні цементні агрегати, які повинні:

  1.  Подавати воду в цементозмішуючу машину;
  2.  Закачувати цементний розчин в свердловину;
  3.  Закачувати    глинистий    розчин    для    забезпечення    підняття цементного розчину в затрубному просторі.

В склад цементного агрегата входять:

  1.  водяний насос,
    1.  поршневий насос великої продуктивності і тиску  (для закачування цементного або глинистого розчинів),
    2.  мірний бак,
    3.  гідравлічна цементомішалка,
    4.  бачок для цементного розчину, 
    5.  з'єднувальні металеві трубопроводи.

ПРИМІТКА: Найбільш поширені використовуються цементні агрегати 4ЦА-100 або ЦА-320.

Цементування через заливні трубки (рис.11) використовують при відсутності цементуючих агрегатів або достатньо потужних бурових насосів.

В якості заливних трубок використовується колона бурильних труб.

Верхню частину колони обладнують герметичним пристроєм.

Через час, який необхідний для твердіння цементного розчину, знімають заливочну головку і приступають до розбурювання пробок і цементу, який залишився в трубах - в проміжку між башмаком : нижньою пробкою.

В практиці ця частина цементу називається цементним стаканом.

Розбурювання виконують пікоподібним долотом, діаметр якого на дюйм менше внутрішнього діаметра труб.

При перевірці якості тампонажу спочатку випробовують герметичність колон, а потім герметичність затрубного простору.

Методика випробування герметичності основана на різниці тиску рідин в затрубному просторі і в обсадних колонах труб.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7685. Опухоли системы крови (гемобластозы) 53.5 KB
  Опухоли системы крови (гемобластозы) Гемобластозы - опухолевые процессы кроветворной ткани. Разделяют две группы гемобластозов: лейкозы (лейкемия) - системные опухолевые заболевания кроветворной ткани. лимфомы - регионарны...
7686. Онкология. Теоретические особенности 49 KB
  Онкология Опухоль (tumor, neoplasma, blastoma) - патологический процесс, характеризующийся бесконтрольным размножением и ростом клеток, что связано с изменениями в генетическом аппарате клеток. Свойства опухоли: автономный рост опухоли...
7687. Эпителиальные органоспецифические опухоли 41 KB
  Эпителиальные органоспецифические опухоли Определение. Органоспецифические опухоли - это большая группа доброкачественных и злокачественных опухолей, которые развиваются только в определенном органе или происходят из клеток определенного органа...
7688. Мезенхимальные опухоли 49 KB
  Мезенхимальные опухоли Мезенхимальные опухоли происходят из тканей мезенхимального происхождения. Это группа включает опухоли из фиброзной, жировой, мышечной, синовиальной, мезотелиальной, костной, хрящевой тканей, а также опухоли сосудов (кро...
7689. Раки важнейших локализаций 91 KB
  Раки важнейших локализаций Актуальность темы Ежегодно число новых случаев выявления рака во всех странах мира составляет около 6 млн. человек. Уровни заболеваемости и смертности от злокачественных опухолей в разных странах и даже регионах этих стран...
7690. Акселерация и ретардация 35 KB
  Акселерация и ретардация. Акселерация (от лат. acceleration - ускорение) - это ускоренное физическое и отчасти психическое развитие в детском и подростковом возрасте...
7691. Предмет и задачи дидактики 35.11 KB
  ТЕМА: Предмет и задачи дидактики. План Общее понятие о дидактике. Возникновение и развитие теории обучения и образования. 1.Общее понятие о дидактике. Дидактика - раздел педагогической науки. Педагогика и дидактика находятся в соотн...
7692. Педагогические способности 36.45 KB
  Педагогические способности. Педагогические способности - сложное целостно-структурное психическое образование, складывающееся прижизненно в процессе педагогической деятельности и под её воздействием. Условно (чисто рабочее дел...
7693. Средства обучения и их классификации 79.5 KB
  ТЕМА: Средства обучения и их классификации. План: Понятие о средствах обучения и их сущность. Классификации средств обучения. Виды средств обучения и их характеристика. Современные информационные средства обучения. Электронные журналы и эл...