Разработка составов и регулирование свойств промывочных жидкостей для бурения геологоразведочных скважин в слабосвязных породах
Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы в виде экспресс-методики и макета прибора для экспресс-исследований крепящих свойств промывочных жидкостей, которые могут быть рекомендованы для практического использования в производственных геологических предприятиях, ведущих буровые работы. Результаты исследований используются при чтении лекций и при проведении лабораторных… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Особенности бурения скважин в интервалах залегания слабосвязных и несвязных пород
- 1. 1. Геологические условия залегания слабосвязных горных пород и их свойства
- 1. 2. Анализ методов бурения слабосвязных пород
- 1. 3. Анализ промывочных жидкостей используемых при бурении слабосвязных и несвязных пород
- Выводы по главе 1
- Глава 2. Разработка методики исследования
- 2. 1. Структурообразующие процессы закрепления слабосвязных горных пород
- 2. 2. Методика определения свойств промывочной жидкости
- 2. 3. Методы определения физико-механических характеристик несвязных горных пород
- 2. 4. Метод исследования в условиях скважины
- 2. 5. Методика обработки результатов эксперимента
- Выводы по главе 2
- Глава 3. Экспериментальные исследования
- 3. 1. Исследование свойств промывочной жидкости
- 3. 2. Определение пластической прочности
- 3. 3. Определение механических характеристик на срезном приборе
- 3. 4. Экспресс-метод определения крепящих свойств промывочных жидкостей
- 3. 5. Исследования на экспериментальном стенде
- Выводы по главе 3
- Глава 4. Технико-экономическая оценка и экологическая безопасность промывочных жидкостей при бурении слабосвязных горных пород
- 4. 1. Результаты экспериментально-промышленных испытаний рецептур промывочных жидкостей. Технико-экономическая оценка
- 4. 2. Влияние разработанных промывочных жидкостей на окружающую среду
- Выводы по главе 4
Разработка составов и регулирование свойств промывочных жидкостей для бурения геологоразведочных скважин в слабосвязных породах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Результаты бурения геологоразведочных скважин и, как следствие, динамика прироста запасов полезных ископаемых, во многом зависят от эффективности проходки бурением интервалов скважин, представленных толщей слабосвязных и несвязных горных пород.
При бурении геологоразведочных скважин традиционными способами в слабосвязных и несвязных породах, представленных песками, валунно-галечными и моренными отложениями происходит сужение и обрушение ствола скважины, что приводит к прихватам бурового инструмента, перебурке уже пройденных интервалов и обуславливает усложнение конструкций скважин, увеличение металлоемкости за счет постановки дополнительных обсадных колонн и удорожание процесса бурения.
В настоящее время эта проблема решается либо путем создания технических средств и технологий бурения с одновременным креплением ствола скважины колонной обсадных труб, либо за счет разработки специальных составов промывочной жидкости, способной за счет своих крепящих свойств удерживать ствол скважины в устойчивом состоянии. Применение специальных составов промывочных жидкостей является неотъемлемой частью первого способа и по экономическим и технологическим параметрам более выгодно.
Исследованием проблемы беструбного крепления скважин при проходке неустойчивых интервалов скважин в разное время занимались следующие ученые и специалисты в области бурения: A.M. Яковлев, Б. Б. Кудряшов, Л. К. Горшков, B.C. Литвиненко, Н. И. Николаев, A.M. Жуков, А. С. Коржуев, В. А. Никишин, Н. К. Липатов, Л. А. Терещенко, В. Г. Поротов, Э. А. Бочко, Л. М. Ивачев, А. П. Руденко, М. К. Раскопин, М. Роберте, М. У. Шаусманов, Ю. А. Нифонтов, Н. И. Герасименко, С. Н. Смагин и др.
Таким образом, в интервалах залегания слабосвязных и несвязных горных пород особую актуальность приобретает решение проблемы их проходки без дополнительного крепления обсадными трубами.
Актуальность темы
диссертации подтверждается также тем, что исследования выполнялись в соответствии с планом НИР кафедры технологии и техники бурения скважин Санкт-Петербургского государственного горного института, выполняемых за счет госбюджетных ассигнований.
Целью работы является повышение эффективности проходки толщи слбосвязных горных пород при бурении геологоразведочных скважин.
Идея работы заключается в создании условий для формирования зоны консолидации в толще несвязных горных пород приствольной зоны геологоразведочной скважины за счет проникающего и структурообразующего воздействия адгезивов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
• Изучение механических свойств несвязных пород, влияющих на устойчивость ствола скважины;
• Разработка и обоснование экспресс-метода, позволяющего определять крепящие свойства промывочной жидкости по величине относительной продольной деформации;
• Исследование механических свойств несвязных пород, обработанных промывочной жидкостью;
• Исследование механизма структурообразования толщи несвязных горных пород в приствольной зоне геологоразведочной скважины при проникающем воздействии промывочных жидкостей, обогащенных адгезивами;
• Определение параметров промывочной жидкости, влияющих на механические свойства несвязных пород.
Методика исследований включает в себя комплекс теоретических, экспериментальных и стендовых исследований с использованием как стандартных, так и специально созданных методик, приборов и установок.
Планирование экспериментов и статистическая их обработка проводилась с использованием Г1К с помощью современного программного обеспечения.
Основные защищаемые положения.
1. Структурообразующие процессы закрепления слабосвязных горных пород методом холодной битумизации сопровождаются возникновением новообразований, представленных первичными и вторичными субстрат-связующими комплексами, прочностные показатели которых зависят от физико-химических свойств субстрата (зерен горных пород), типа адгезивов и условий их применения.
2. Крепящие свойства промывочных жидкостей, используемых при бурении геологоразведочных скважин в интервалах залегания несвязных пород, могут быть выражены величиной относительной продольной деформации (е — Ah/H) образцов горной породы и достоверно определяются экспресс-методом непосредственно на буровой.
3. При бурении несвязных горных пород временная устойчивость ствола скважины может быть обеспечена за счет использования в качестве промывочной жидкости глинобитумных растворов на основе омыленного талового пека (ОТП).
Основные научные результаты, полученные лично автором:
• анализ современного состояния проблемы бурения толщи несвязных горных пород, позволивший сформулировать цель и задачи исследований;
• методика исследований крепящих свойств промывочных жидкостей;
• результаты исследований механизма структурообразования консолидированных массивов в толще несвязных горных пород приствольной зоны геологоразведочной скважины;
• экспресс-методика определения крепящих свойств промывочных жидкостей;
• установление закономерности проникновения различных типов промывочной жидкости в приствольной зоне толщи несвязных горных пород;
• разработка оптимальной рецептуры промывочной жидкости для проходки толщи несвязных горных пород.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерности консолидирующего воздействия промывочной жидкости на состояние стенок ствола скважины и механизма структурообразования консолидированных массивов в толще несвязных горных пород.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяются современным уровнем теоретических и экспериментальных исследований, высокой степенью сходимости их результатов и многократной воспроизводимостью полученных данных при последующих исследованиях.
Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы в виде экспресс-методики и макета прибора для экспресс-исследований крепящих свойств промывочных жидкостей, которые могут быть рекомендованы для практического использования в производственных геологических предприятиях, ведущих буровые работы. Результаты исследований используются при чтении лекций и при проведении лабораторных занятий для студентов специальностей 80 700 и 90 800 по дисциплинам «Буровые промывочные и тампонажные растворы», «Бурение нефтяных и газовых скважин», «Бурение скважин на нефть и газ», «Заканчивание скважин», «Осложнения и аварии при бурении». Материалы исследований использованы при подготовке учебного пособия «Буровые промывочные жидкости» .
Практическая значимость работы.
1. Разработка экспресс-метода для определения крепящих свойств промывочных жидкостей;
2. Создание оригинальной конструкции стенда для визуального наблюдения и оценки результатов экспериментов;
3. Разработка рекомендаций по применению ОТП при бурении несвязных пород.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) 2001, 2002 и 2003 гг.- международной конференции Streszczenia referatow XIV miedzynarodowa konferencja naukowo-techniczna, Zakopane (Польша), 2003 г.- на заседаниях кафедры технологии и техники бурения скважин СПГГИ (ТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в т. ч. одно учебное пособие.
Выводы по главе 4.
1. На основе производственных данных бурения скважин на Воркутском угольном месторождении оценен экономический эффект от использования ОТП в качестве добавки к промывочным жидкостям. Относительный экономический эффект от использования ОТГ1 составил 29% на 1 м бурения, крепления и извлечения обсадных труб в интервалах слабосвязных пород. Фактический экономический эффект от использования ОТП составил 1050 руб. на 1 м бурения, крепления и извлечения обсадных труб в интервалах слабосвязных пород.
2. Оценена экологическая безопасность применения разработанных рецептур промывочных жидкостей. ОТП относится к IV классу опасности (малоопасные вещества).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В результате выполненных исследований предложен способ решения проблемы бурения несвязных горных пород посредством использования специальных промывочных жидкостей, обладающих высоким уровнем крепящих свойств. При этом:
1. Установлено, что оценка крепящих свойств буровых растворов для бурения несвязных пород может быть достоверно выполнена при помощи обобщенного критерия, характеризуемого показателями их прочностных свойств — пластической прочностью и углом внутреннего трения.
2. Экспериментально доказано наличие консолидирующего воздействия адгезионных промывочных жидкостей на основе ОТП на формирование ствола скважины и приствольной зоны несвязных пород, характеризуемое увеличением их пластической прочности и коэффициента продольной деформации на 30−38%.
3. Разработана и подтверждена, стандартными лабораторными методами, экспресс — методика определения крепящих свойств бурового раствора, основанная на сравнении величин продольной деформации образцов системы: горная порода — буровой раствор.
4. Установлен механизм структурообразования консолидированных массивов в толще несвязных горных пород приствольной зоны скважины, который представляет собой комплекс новообразований, мощность которых зависит от глубины проникновения промывочной жидкости и интенсивности адсорбции адгезива на поверхности поровых каналов.
5. Установлена закономерность распространения промывочной жидкости в толще несвязных горных пород приствольной зоны скважин.
6. Разработана конструкция лабораторного стенда для исследования крепящих свойств бурового раствора моделированием условий буровой скважины. Изготовлен экспериментальный экземпляр.
7. Разработана и апробирована (в экспериментальных условиях) рецептура бурового раствора на основе ОТП для бурения несвязных пород.
8. В результате экспериментальных исследований установлено, что использование разработанного глинобитумного раствора на основе ОТП обеспечивает увеличение устойчивости толщи несвязных пород на 37%.
Список литературы
- Аветисян Н.Г. Выбор типа бурового раствора для бурения в неустойчивых породах. Обзор, информ. Сер. Бурение. — М.: ВНИИОЭНГ, 1983.
- Агабальянц Э.Г. Промывочные жидкости для осложненных условий бурения. М., Недра, 1982, 184 с.
- Анализ и классификация методов и технических средств для бурения скважин в четвертичных отложениях/ Сборник трудов молодых учёных СПГГИ (ТУ)/СПГГИ, СПб, 1999. Вып. 5, С. 84−87.
- Ангенопуло O.K., Подгорнов В. М., Аваков В. Э. Буровые растворы для осложненных условий. М.: Недра, 1988. — 135 с.
- Афанасьев И.С., Дроздик В. Д., Жабрев В. Ф. Техника и технология буровых работ в Финляндии, — Техн. и технол. геол.-развед. работ- орг. пр-ва: Обзор/ВИЭМС, 1980.
- Ахмадеев Р.Г., Данюшевский B.C. Химия промывочных и тампонажных жидкостей. М.: Недра, 1981.
- Балаба В.И. Об оценке экологического риска использования нетоварных веществ в бурении // Нефтяное хозяйство. 2000. — № 7. — С. 81−83.
- Балаба В.П., Колесов А. И. Оценка экологической безопасности веществ, используемых в бурении // Газовая промышленность. 1998. — № 11. — С. 48−51.
- Басарыгин Ю.М., Булатов А. И., Проселков Ю. М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 2000.
- Башкатов Д.Н., Кудайкулов С. К., Тунгусов А. А. Устранение аномального износа алмазных импрегнированных коронок. // В. сб.: Синтетические сверхтвёрдые материалы в буровом инструменте.-Киев, ИСМ АН УССР, 1988.
- I. Биогеохимические основы экологического нормирования / В. Н. Башкин и др. М.: Наука, 1993. — 230с.
- Блинов Г. А., Гореликов В. Г. Методы, технические средства и технология бурения скважинс с одновременным креплением ствола обсадными трубами. М., 1993.-С.33 (Техн., технол. и орг. геол.-развед. работ: Обзор/В ИЭМС. МГП «Геоинформмарк»).
- Блинов Г. А., Гореликов В. Г., Гореликов Н. Н. Испытания комплекса технических средств НКС-93 для бурения скважин с одновременной обсадкой, — В сб: Методика и техника разведки, № 7(145).-СПб.: ВИТР, 1996.
- Бородай А., Левин В. Природосберегающие технологии при строительстве скважин // Бурение. Специальное приложение к журналу «Нефть и капитал». 2001. — № 2. — С. 91−96.
- Бочко Э.А. О влиянии микростроения искуственно закрепленных грунтов на их физико-механические свойства. В кн.: Новые способы строительства и гидравлика гидротехнических сооружений. М., 1976.
- Бочко Э.А., Никишин В. А., Упрочнение неустойчивых горных пород при бурении скважин. М., Недра, 1979, 168 с.
- Булатов А.И., Проселков Ю. М., Рябченко В. И. Технология промывки скважин,— М.: Недра, 1981, 301 с.
- Буровые промывочные жидкости и тампонажные смеси: Методические указания к лабораторным работам f Санкт-Петербургский горный ин-т, Сост.: Николаев Н. И., Цыгельнюк Е. Ю. СПб, 2000, 32 с.
- Буровые промывочные жидкости: Учеб. пособие / Н. И. Николаев, Ю. А. Нифонтов, П. А. Блинов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2002.
- Войтенко B.C. Механизм формирования напряженно-деформированного состояния горных пород около скважины. В кн. Оптимизация и совершенствование технологии бурения и испытания поисковых и разведочных скважин. — М.: ВНИГРИ, 1984.
- Войтенко B.C. Прикладная геомеханика в бурении. М.: Недра, 1990.
- Воркутский угленосный геолого-промышленный район: структура запасов и направления комплексного освоения. Сыктывкар, 1994. — 272 с.
- Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. М., изд-во МГУ, 1973.
- Гореликов В.Г., Казика В. Ф. Алмазный породоразрушающий инструмент. А.с. СССР № 1 182 148 кл. Е21в10/60,1984.
- Городнов В.Д. Буровые растворы: Учебник для техникумов. М.: Недра, 1985.
- Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1984.
- Горькова И.М. Структурные и деформационные особенности осадочных пород. Наука, 1965.
- Грей Дж. Р., Дарли Г.С. Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей) / Пер. с англ. М.: Недра, 1985, 509 с.
- Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И. Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам,— М.: Недра, 1987, 373 с.
- Заливин В.Г., Кудрин О. В. Новая смазочная добавка ОТП к промывочным жидкостям для районов Восточной Сибири. В сб.: Совершенствование и внедрение технологии промывки и тампонирования скважин в условиях Восточной Сибири и Крайнего Севера. Л., ВИТР, 1987.
- Зарипов С.З. Лабораторный контроль при бурении нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1977, 192 с.
- Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. Учебник для вузов. М., Недра, 1987.
- Инженерная геология. Инженерная петрология. Ломтадзе В. Д. J1., «Недра», 1970.
- Калинин А.Г., Ошкордин О. В., Питерский В. М., Соловьев Н. В. Разведочное бурение: Учеб. для вузов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.
- Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов.-М: Недра, 1972, 392 с.
- Кудряшов Б.Б., Яковлев A.M. Бурение скважин в осложненных условиях: Учеб. Пособие для вузов. М.: Недра, 1987.
- Ламбин А.И., Федоров В. В., Бронникова Т. П., Страбыкин И. Н. Промывочные жидкости на основе шлам-лигнина для бурения в осложненных условиях. В сб. Совершенствование технических средств и технологии промывки и крепления скважин. Л., ВИТР, 1985, с. 29−33.
- Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств песчаных и глинистых грунтов. Госгеолиздат, 1952.
- Магомедов М.З., Орлов А. В. Буровые растворы для бурения в неустойчивых горных породах. Обзор, информ. Сер. Бурение. М.: ВНИИЭНГ, 1981.
- Мендюк И.М., Марасанова Л. К., Попова Е. В. Исследование ингибирующих свойств некоторых остаточных продуктов. В сб.: Совершенствование и внедрение технологии промывки и тампонирования скважин в условиях Восточной Сибири и Крайнего Севера. Л., ВИТР, 1987.
- Методика поисков и разведки угольных месторождений Печорского бассейна / М-во геол. СССР, Полярно-Урал. Произв. Геол. Объединение. Под ред. И.и. Молчанова М., Недра, 1981. -260 с.
- Методы научных исследований и организации эксперимента: Учеб. пособие / К.П. Власов- Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 2000.
- Михайлов Н.И. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинных зонах. М.: Недра, 1987.
- Нифонтов Ю.А., Нифонтова Т. И. Избирательное разрушение отвальных масс в отвалах угледобывающих предприятий Севера / Сборник трудов научно-практической конференции «Неделя горняка», МГГУ, Москва, 2629 января 1999 г., 3 с.
- Нифонтов Ю.А., Семенко Н. Ф. Регулирование свойств буровых растворов при бурении геологоразведочных и поисковых скважин на месторождениях Печорского бассейна // материалы XXIX Научно-технической конференции, ВЗПИ, М., 8−9 апреля 1986, 5 С.
- О методике определения крепящих свойств промывочной жидкости для бурения слабосвязных пород/ «Полезные ископаемые России и их освоение» в сб. Записки горного института, СПб, Т. 152, С. 18−20.
- Опыт применения специальных промывочных жидкостей при брении скважин в осложненных условиях на Воркутском угольном месторождении / Народное хозяйство республики Коми, Город в Заполярье. Проблемы и решения, материалы конф. ВГИ СПГГИ (ТУ),
- Т. 12, номер 4, 2003 г., Воркута-Ухта-Сыктывкар, 6 с. (соавторы: Нифонтов Ю. А., Герасименко Н.И.).
- Перечень предельно-допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. -М.: ТОО «Мединор», 1995. 200с.
- Ползучесть осадочных горных пород. Теория и эксперимент/ Ж. С. Ержанов, А. С. Сагинов и др. Алма-Ата, Наука, 1970.
- Применение сополимеров карбоновых кислот при бурении нефтяных и газовых скважин/ Streszczenia referatow XIV miedzynarodowa konferencja naukowo-techniczna, Zakopane, 11−13 czerwca, 2003, C. 53, (соавторы: Николаев Н. И., Нифонтов Ю. А., Тойб P.P.).
- Проходка моренных отложений с одновременным креплением колонной обсадных труб/ Науков1 пращ ДонДТУ. Сер1я прничо-геолопчна. Випуск 24/ Редкол.: Башков Э. О. (голова) та шш. Донецьк, ДонДТУ, 2001, С. 912, (соавторы: Гореликов В. Г., Яковлев A.M.).
- Рабинович Н.Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в бурении. М.: Недра, 1989.
- РД 5 753 490−006−98. Технологический регламент на проектирование и строительство нефтяных скважин (буровые растворы). Тюмень, 1998, 35 с.
- Ребиндер П.А. Физико-химические основы современных методов закрепления грунтов. В кн.: Пленарные доклады и решения 6-го Всесоюзного совещания по закреплению и уплотнению грунтов. М., 1970.
- Резниченко И.Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов.-М.: Недра, 1982, 230 с.
- Рябченко В.И. Управление свойствами буровых растворов.- М.: Недра, 1990, 230 с.
- Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. Под. общ. ред. проф. Е. А. Козловского, т. 1. -М.: Недра, 1984.
- Справочник физических констант горных пород/ Под ред. С.Кларка. М., Мир, 1969.
- Стандарт Акционерного общества. Сборник методик контроля параметров буровых и тампонажных растворов. СТП 103−99. Тюмень, 1999, 51 с.
- Технология и техника разведочного бурения. Учебник для вузов/ Ф. А. Шамшев, С. Н. Тараканов, Б. Б. Кудряшов и др. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1983.
- Титков Н.И., Коржуев А. С., Бочко Э. А. Глинисто-битумные буровые растворы. Бурение, 1966.
- Токунов В.И., Хейфец И. Б. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М., Недра, 1983, 167 с.
- Чубик П.С. Квалиметрия буровых промывочных жидкостей Томск, Изд,-во НТЛ, 1999, 300 с.
- Электрическая природа осложнений в скважинах и борьба с ними/ А. С. Серяков, J1.K. Мухин, В. З. Лубан и др. М.: Недра, 1980.
- Яковлев A.M. Глинистые растворы и способы их приготовления при бурении геологоразведочных скважин. В кн.: Техника и технологиягеологоразведочных работ. Организация производства М.: ВИЭМС, 1980.
- Яковлев A.M., Коваленко В. И. Бурение скважин с пеной на твердые полезные ископаемые. Л., Недра, 1987.
- Яковлев A.M., Литвиненко B.C., Коваленко В. И. и др. Экологизация промывки при бурении скважин. СПб, СПбГГИ (ТУ) 1994.
- Яковлев A.M., Николаев Н. И. Очистные агенты и оперативное тампонирование скважин. Учебное пособие. СПб, СПбГГИ (ТУ), 1990.