Министерство образования и науки Украины
Национальный горный университет
Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых
Пояснительная записка
по курсовому проекту по курсу
«Бурение скважин на воду»
Студента группы РТ-01-1
Алещева А.А.
Руководитель курсового проекта: Acc. Хоменко В.Л.
Днепропетровск 2005г.
Содержание
Введение
1. Геолого-технические условия бурения скважины
2. Выбор и расчет водоприемной части скважины
3. Выбор водоподъёмной установки
4. Выбор способа бурения и проектная конструкция скважины
5. Выбор бурового оборудования и инструмента
6. Выбор очистного агента
7. Технология бурения
8. Вскрытие и освоение водоносного горизонта
9. Монтаж фильтра и водоподъемной установки
10. Техника безопасности
Список литературы
Введение
Курсовое проектирование по бурению скважин на воду является важным этапом в подготовке студентов и преследует цель закрепления теоретических знаний по курсу, выработки навыков применения этих знаний для решения конкретных инженерных задач в комплексе.
Курсовой проект включает пояснительную записку и графическое приложение. Пояснительная записка должна иметь объем не более 20-25 страниц текста на листах стандартного формата А4.
Данный курсовой проект предусматривает бурение разведочно-эксплуатационной скважины для питьевого водоснабжения, проектная глубина которой составляет – 260 метров.
Данный геологический разрез представлен следующими породами: суглинок, мел, лесс, глина, известняк, песчаник, аргиллит, песок мелкозернистый. Категория по буримости - II-VII. При бурении возможны следующие осложнения: сужение ствола скважины при набухании глин, частичное поглощение промывочной жидкости в известняках. Геологический разрез и краткая его характеристика, включающая мощности пластов и категорию пород по буримости приведены в графической части проекта на ГТП.
Водоносный горизонт сложен мелкозернистым песком. Имеет мощность 25 метров. Категория по буримости – II-ая. Глубина залегания кровли водоносного пласта 235 метров. Проектный дебит – 21 м3/ч. Статический и динамический уровни соответственно равны 19 и 40 метров.
| Глубина подошвы слоя |
Краткое описание |
Мощность слоя |
Категория по буримости |
Зоны возм. осложнений |
| 3 |
Суглинок |
3 |
II |
| 26 |
Мел |
23 |
III |
| 46 |
Суглинок |
20 |
III |
| 82 |
Лесс |
36 |
II |
| 124 |
Глина |
42 |
IV |
| 157 |
Мел |
33 |
III |
| 196 |
Известняк |
39 |
VII |
Част. погл. |
| 216 |
Песчаник |
20 |
V |
| 235 |
Аргиллит |
19 |
VI |
| 260 |
Песок мелкозернистый |
25 |
II |
Тип водоприемной части зависит от характера пород водоносного горизонта. Так как водоносный горизонт сложен мелкозернистым песком II-ой категории по буримости, то принимаем фильтровую водоприемную часть. В соответствии с рекомендациями СНиП II-31-74 по выбору фильтров принимаем трубчатый фильтр с однослойной гравийной обсыпкой.
Так как мощность пласта более 10 метров, то принимаем диаметр водоприемной части, а рассчитываем длину.
L=Q/(B•d•Vф•W)
Q – дебит скважины; d– диаметр водоприемной части; Vф – допустимая скорость фильтрации воды; W – скважность фильтра. Принимаем W равной 1.
Vф=65•3/ Кф
Кф – коэффициент фильтрации, м/сут; коэффициент фильтрации принимаем равным - Кф =5 м/сут.
Vф=65•3/ 5=111,2 м3/сут = 4,7 м3/ч
Диаметр каркаса фильтра по ГОСТу на обсадные трубы принимаем Ø 114 мм.
dф=(dк+2))=114+2•50=214 мм
dк – диаметр каркаса
) - толщина обсыпки принимаем=50 мм
L=21/(3,14•0,214•4,7•1)=6,6 м
Принимаем L=7 м.
Диаметр отверстий = 3•0,25=0,75
Длина надфильтровой трубы принимается равной из условия ее выхода из под башмака эксплуатационной колонны не менее чем на 5 м, исходя из этого принимаем длину надфильтровой трубы – 14,5 м. Длину отстойника принимаем равной 9,5м.
Общая длина фильтра будет равна:
Lф=7+14,5+9,5=30 м.
Проверка фильтра по его водопропускной способности: должно выполняться условие f>Q, в свою очередь
f=Vф•d•B•L=4,7•0,214•7•3,14=22,11 м3/ч
Фильтр удовлетворяет заданным условиям так как 22,11>21.
Условие работы водоподъемников в период откачек и постоянной эксплуатации не одинаковы. В первом случае вода, как правило, содержит много механических примесей, во втором – она должна быть свободна от них. Продолжительность откачек по сравнению со сроком эксплуатации скважины ничтожно мала. Кроме того, в процессе откачек и количества отбираемой воды и динамический уровень сильно меняются. Во время эксплуатации они близки к постоянному. Поэтому для опытной откачки следует использовать в первую очередь эрлифты, а для постоянной эксплуатации насосы с более высоким КПД. В соответствии с рекомендациями по выбору типа водоподъемной установки для постоянной эксплуатации принимаем погружной центробежный насос типа ЭЦВ.
1. Определяем глубину погружения смесителя от уровня излива
H=h•k
h – глубина динамического уровня воды от уровня излива
k– коэффициент погружения. принимаем =2,5
H=50•2,5=125 м.
2. Определение удельного расхода воздуха
V0=h/(с•lg((h•(к-1)+10)/10))
с – коэффициент, зависящий от коэффициента погружения = 13,1
V0=50/(13,1•lg((50•(2,5-1)+10)/10))=4,11 м3 на один м3 поднятой воды
3. Полный расход воздуха
Wв=Q•V0/60
где Q – дебит
Wв=21•4,11/60=1,44 м3/мин.
4. Пусковое давление воздуха
р0=0,1•(к•h-h0+2)
где h0 – глубина статического уровня воды
р0=0,1•(2,5•50-29+2)=9,8 кг/см3
5. Рабочее давление воздуха
рр=0,1•[h•(k-1)+5]=0,1•[50•(2,5-1)+5]=8 кг/см3
6. Расход эмульсии непосредственно выше форсунки
q1=(Q/3600)+(W/60•(рр-1))=(21/3600)+(1.44/60•(8-1))=0.0093 м3/с
7. Расход эмульсии при изливе
q2=(Q/3600)+(W/60)=(21/3600)+(1,44/60)=0,0298 м3/с
8. Площадь сечения водоподъемной трубы у форсунки
w1=q1/v1=0,0093/2,1=0,0044 м2
v1 – скорость движения эмульсии у форсунки. Принимаем = 2,1 м/с
9. Площадь сечения водоподъемной трубы у излива
w2=q2/v2=0,0298/7=0,0043 м2
v1 – скорость движения эмульсии на изливе. Принимаем = 7 м/с
10. Внутренний диаметр водоподъемной трубы
d=/(4•w2/B)=/(4•0.0043/3.14)=0.074 м.
Принимаем диаметр водоподъемных труб равным 76 мм ГОСТ 6238-77.
Диаметр воздухопроводных труб принимаем равным 27 мм ГОСТ 3262-75.
11. Производительность компрессора:
Wk=1,2•Wв=1,2•1,44=1,728 м3/мин.
12. Рабочее давление компрессора
рк= рр+0,5=8+0,5=8,5 кг/см3
13. Расчетная мощность на валу компрессора
Nk=N0•pk•Wk=1,18•8,5•1,728=17,33 кВт
N0 – удельная мощность = 1,18 кВт.
14. Действительная мощность на валу компрессора
Nд=1,1•Nk=1,1•17,33=19,06 кВт.
15. Коэффициент полезного действия установки
0=1000•Q•h/(1,36 •Nд•75)=1000•21•50/(1,36•19,06•75•3600)=0.15
Принимаем в качестве компрессора для эрлифта компрессор КТ-7.
Выбор марки водоподъемника определяется по дебиту скважины и напору, который должен развить насос.
Нм=Нгд+Нвр
Нм – манометрический напор
Нгд – геодезическая высота подачи
Нвр – потери напора
Нгд=hд+hи=40+10=50 м.
hи – высота излива
hд – динамический уровень
hи – высота излива
Нвр=0,1•Н=0,1•55=5,5 м.
Н – длина напорного трубопровода.
Н= Нгд+hз=50+5=55 м.
hз – заглубление насоса под динамический уровень, принимаем = 5м.
Нм=Нгд+Нвр=50+5,5=65,5 м.
Эксплуатационные потери: Нэ=0,08•Нм=0,08•65,5=5,24 м.
Общий напор равен Ноб=Нм+Нэ=65,5+5,24=70,74 м.
Исходя из данных расчета напорной характеристики, которую необходимо обеспечить, принимаем центробежный погружной насос марки ЭЦВ8-25-100, который удовлетворяет нашим требованиям.
Диаметр водоподъемной трубы 76 мм.
Рабочая характеристика насоса приведена в графической части проекта.
Модернизация насоса
Излишек напора: )Н=Ннм-Нм=100-70,74=29,26 м.
Напор, развиваемый одной ступенью насоса: Н1=Ннм/Nст=100/7=14,3 м.
Количество снимаемых ступеней: )Nст =)Н/Н1=29,26/14,3=2,046
Принимаем )Nст=2.
Выбор способа бурения производится на основе предварительного изучения геолого-технических условий бурения, а также по ранее пробуренным на данной территории скважинам и в соответствии с рекомендациями по выбору способа бурения. Принимаем роторный способ бурения с прямой промывкой.
бурение скважина вода
1. Диаметр водоприемной части скважины:
dвч=214 мм.
2. Уточняем диаметр долота для бурения водоприемной части по ГОСТу на долота: dвч=214 мм.
3. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны определяют из условия наличия зазора между долотом и колонной
dэк=dвч+8=214+8=222 мм.
4. Наружный диаметр эксплуатационной колонны
Уточняем диаметр по ГОСТу.
dэквн=259 мм.
dэкн=273 мм
5. Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну:
dэкд=dэкм+2б
где dэкм – диаметр муфты эксплуатационной колонны
б – зазор между стенками скважины и наружной поверхностью муфты
dэкд=273+2•20=313 мм.
6. Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну уточняют по ГОСТу:
dэкд=349,2 мм.
7. Внутренний диаметр направления:
dнв= dэкд +50=349,2+50=399,2 мм.
8. Уточняем внутренний и наружный диаметр направления по ГОСТу на обсадные трубы:
dнв=406 мм.
dнн=426 мм.
9. Выбираем диаметр долота для бурения под направление
dнб=dнн +50=426+50=476 мм.
10. Уточняем диаметр долота для бурения под направление по ГОСТу на долота:
dнд=490 мм.
11. Глубину бурения под направление принимаем Lн=6 м.
12. Длина эксплуатационной колонны
Lэк=Нкр+hз=235+1=236 м.
Нкр – глубина кровли залегания водоносного горизонта.
hз – глубина заглубки в водоносный горизонт.
Выбор буровой установки осуществляется с таким расчетом, чтобы значение таких ее параметров технической характеристики, как глубина бурения, начальный и конечный диаметры бурения соответствовали (были больше или равны) значениям аналогичных параметров конструкции скважины. Учитывая вышесказанное выбираем установку УБВ-600.
Технические характеристики буровой установки УБВ-600.
| Параметры |
Значения |
| Основной способ бурения |
Вращательный с промывкой |
| Глубина бурения |
600 м. Диаметр 114 мм. |
Рекомендуемые диаметры скважин, мм:
начальный-
конечный-
|
490
214
|
| Транспортная база |
КрАЗ – 257 (2 шасси) |
| Силовой привод |
ЯМЗ-238 2 двигателя 150х2 |
| Мачта |
Телескопическая наклонная |
| Высота до оси кронблока, м. |
22,4 |
| Длина бурильной трубы/свечи, м. |
12 |
| Механизм вращения |
Ротор |
| Частота вращения (основные передачи), об/мин |
105, 183 |
| Число передач основных и вспомогательных |
2/3 |
| Крутящий момент, кгс•м |
1700 |
| Буровой насос |
9МГр-61 - 2 насоса |
| Подача максимальная, л/с |
32 |
| Давление максимальное, кгс/см3 |
150 |
| Компрессор |
КТ-7 |
| Подача, м3/мин |
5,3 |
| Давление, МПа |
0,8 |
Проводим проверку установки на грузоподъемность проверкой условия Qk<[Q].
Qk=q1•L• (1-(рж/рм))=41,1•236(1-(1200/7850))=8251,7 кг=8,286 т
q1 – масса 1 метра обсадной колонны
рж и рм – плотности жидкости и стали соответственно
L – длина обсадных труб
8,286 т<32 т
Установка подходит.
Диаметр бурильных труб выбираем из условия: dбт=0,45•dд
Под водоприемную часть:
dбт=0,45•214=96,3 мм.
Уточняем по ГОСТу dбт=102 мм.
Под эксплуатационную часть:
dбт=0,45•349,2=157 мм.
Уточняем по ГОСТу dбт =168 мм.
Диаметр утяжеленных бурильных труб
dубт=(0,7-0,8) dд
Под водоприемную часть
dвубт=0,7•214=149,8 мм.
Уточняем по ГОСТу dвубт=178 мм.
Под эксплуатационную:
dэкубт=0,7•349,2=244,4 мм.
Уточняем по ГОСТу dэкубт=203 мм.
Выбор конкретных типоразмеров породоразрушающего инструмента осуществляется в зависимости от свойств горных пород и диаметров бурения по проектной конструкции скважины с учетом существующей номенклатуры по действующим ГОСТам и отраслевым нормалям.
Принимаем по ГОСТу 20692-75 следующие долота:
Для бурения под направление – Д490СГ.
Для бурения под Эксплуатационную колонну – Б-349,2СЦВ.
Для бурения принимаем долото 3Л-214.
Геологический разрез сложен мягкими и средними породами II– VII категорий по буримости. При бурении возможны следующие осложнения: сужение ствола скважины при набухании глин, частичное поглощение в известняках, осыпание аргиллитов, поглощение промывочной жидкости в песках. Поэтому в интервале залегания этих пород предполагается применение нормального глинистого раствора со следующими свойствами: плотность 1,1 – 1,2 г/см3; условная вязкость 20 – 22 с.; содержание песка не более 4%; водоотдача 8 – 10 см3 за 30 мин; толщина глинистой корки 1 – 2 мм. Для получения такого раствора необходимо добавить реагент УЩР (15 – 20%).
7. Технология бурения
Подготовительные работы
Всё буровое и вспомогательное оборудование размещают на специальной площадке. Размещаются заземления, водные емкости, дом-общежитие, буровая установка.
Общий порядок сооружения скважины.
Забурка скважины под направление глубиной 6 метров осуществляется долотом диаметром 490 мм. Полученный интервал обсаживается трубами диаметром 426 мм с полной цементацией затрубного пространства.
Бурение по непродуктивным толщам в интервале 6 – 236 метров ведется долотом диаметром 349,2 мм с последующей установкой эксплуатационной колонны диаметром 273 мм с выходом на дневную поверхность также с полной цементацией затрубного пространства.
Дальнейшее бурение до проектной глубины 260 м. ведется по водоносной породе долотом диаметром 214 мм.
Осевая нагрузка создается собственным весом бурового снаряда.
Частота вращения принимается: n=105 об/мин.
Подача промывочной жидкости максимальная, но посредством одного насоса =32 л/с.
1. Плотность цементного раствора: рцр= рв• рц•(1+m)/(рв+ m•рц),
где рв – плотность воды
рц – плотность цемента
m – водоцементное отношение
рцр=3100•1000•(1+0,5)/(1000+0,5• 3100)=1830 кг/м3
2. Необходимое количество цементного раствора
Vцр=0,785•[(к•D2-dн2)•hц+ d2•h]
к – коэффициент, учитывающий возможное увеличение диаметра скважины
D – диаметр скважины, м
dн – наружный диаметр обсадных труб, м
d– внутренний диаметр обсадных труб, м
hц – высота подъема цемента в затрубном пространстве
h – высота цементного стакана
Vцр=0,785•[(1,3•0,492-0,4262)•6+0,4062•5]=1,26 м3
3. Необходимое количество сухого цемента
Qц=кц•qц•Vцр
кц – коэффициент, учитывающий потери цемента.
Qц=1,1•1,22•1,26=1,69 т.
4. Необходимый объем воды
Vв=(m•Qц)/ (кц•рв)=(1,69•0,5)/(1,1•1)=0,77 м3
5. Количество продавочной жидкости
Vпр=0,785•к2•d2•(L-h)=0,785•1,05•0,4062• (6-5)=0,136 м3
к2 – коэффициент, учитывающий сжимаемость жидкости
Осевая нагрузка бкдет создаваться УБТ диаметром 245 мм с весом одного метра трубы q1м=232 даН, длина необходимого УБТ будет составлять:
Lубт=Р•к/(q1м•(1-рж/рм))
На интервале залегания пород I-IV категорий
Р=руд•D=100•34,92=3490 кг=3490 даН.
Принимаем Р=3500 даН.
Lубт=Р•к/(q1м•(1-рж/рм))=3500•1,25/(232•(1-1,2/7,85))=22,26 м
С учетом длины свечи (12 м) принимаем длину УБТ – 24 м.
Частота вращения n=105 об/мин
На интервале залегания пород VI-VII категорий:
Р=руд•D=200•34,92=6980 кг=6980 даН.
Lубт=Р•к/(q1м•(1-рж/рм))=6980•1,25/(232•(1-1,2/7,85))=44,4 м
Принимаем длину УБТ – 48 м.
В соответствии с технической характеристикой установки принимаем n=183 об/мин
Q=0,785•(D2-d2) •Vn
D - наибольший диаметр скважины или обсадных труб, м
d - наружный диаметр бурильных труб, м
Vn - скорость восходящего потока, м/с
Q=0,785•(0,34922-0,1682)•0,2=0,015 м3/с; принимаем Q=15 л/с
1. Плотность цементного раствора: рцр= рв• рц•(1+m)/(рв+ m•рц),
рцр=3100•1000•(1+0,5)/(1000+0,5• 3100)=1830 кг/м3
2. Необходимое количество цементного раствора
Vцр=0,785•[(к•D2-dн2)•hц+ d 2•h]
Vцр=0,785•[(1,3•0,34922-0,2452)•236+0,23052•7]=18,46 м3
3. Необходимое количество сухого цемента
Qц=кц•qц•Vцр
Qц=1,1•1,22•18,46=24,77 т.
4. Необходимый объем воды
Vв=(m•Qц)/ (кц•рв)=(24,77•0,5)/(1,1•1)=11,26 м3
5. Количество продавочной жидкости
Vпр=0,785•к2•d2•(L-h)=0,785•1,05•0,23052• (235-7)=9,985 м3
6. Давление на оголовке скважины в конце цементирования на момент схождения пробок
р=рг+g•(hц-h)•(pцр-pпр)
рг - потери на гидравлическое сопротивление
рг=0,001•L+0,8=0,001•236+0,8=1,035 МПа
р=1,035•106+9,8•(235-7)•(1830-1200)=2,443 МПа
7. Суммарная производительность цементировочных агрегатов при продавке цементного раствора
Q=0,785•(D2с-D2)•к•V=0,785•(0,34922-0,2452)•1,2•1,5=0,0873 м3/с
Для обеспечения такой подачи принимаем 3 цементировочных агрегата марки 3ЦА-400 с максимальной подачей 0,033 м3/с.
8. Продолжительность цементирования скважины: T=t1+t2+t3
t1 – время закачки цементного раствора
t2 – время установки верхней пробки =15 мин
t3 – время продавки
t1= Vцр/(n•qn)=18,46/(3•0,033)=186,46 с=3,11 мин
t3= Vпр/(n•qn)=9,985/(3•0,033)=100,86 с=1,68 мин
T=3,11+1,68+15=19,79 мин.
Время начала загустевания цементного раствора должно быть больше продолжительности цементирования с 25% запасом времени 19,79<60 условие выполняется.
Исходя из того, что водоносный горизонт сложен мелкозернистым песком, принимаем для вскрытия продуктивного пласта вращательный способ бурения с прямой промывкой меловым раствором. Раствор имеет следующие параметры:
Плотность, г/см3 – 1,35 – 1,4;
Вязкость, с – 40 – 60;
Статическое напряжение сдвига, мгс/м2 – 100;
Водоотдача, см3/30мин – 5 – 10.
Преимущество этих растворов в том, что образуемая на стенках скважины корка легко разрушается при кислотной обработке пласта.
При подготовке к вскрытию проводят очистку отстойников, устройств отвода использованной промывочной жидкости от устья скважины, проверяют и подготавливают фильтровую колонну: устанавливают центрирующие фонари, и нижний левый переходник с обратным клапаном, устанавливают сальник в надфильтровой части.
Осевая нагрузка на долото
Р=р•D=50•21,4=1070 кг=1070 даН.
Принимаем Р=1100 даН.
Осевая нагрузка будет создаваться УБТ диаметром 178 мм с весом одного метра трубы q1м=202 даН, длина необходимого УБТ будет составлять:
Lубт=Р•к/(q1м•(1-рж/рм))=1100•1,25/(202•(1-1,2/7,85))=8 м
С учетом длины свечи (12 м) принимаем длину УБТ – 12 м.
Частота вращения принимается минимальная n=105 об/мин
Расход промывочной жидкости
Q=0,785•(0,2142-0,1022)•0,2=0,0055м3/с= 5,5 л/с
Перед каждым наращиванием бурильной колонны пройденный интервал необходимо пройти 1-2 раза с максимальной промывкой.
До установки насоса скважину необходимо прокачать эрлифтом, т. к. наличие в ней песка и мусора неминуемо приведет к аварии.
До монтажа насоса на скважине следует проверить, нет ли в нем заеданий и перекосов, которые могли возникнуть в результате транспортировки.
Монтируют агрегат следующим образом.
1. Питающий кабель соединяют с выводными концами электродвигателя пайкой в соединительной гильзе, места пайки тщательно изолируют.
2. Трубу с муфтой ввертывают в верхний патрубок насоса до отказа и застопоривают двумя винтами.
3. Монтажный хомут закрепляют на трубе у торца муфты и подсоединяют металлическими стропами к крюку тали или блока.
4. Агрегат поднимают в вертикальное положение и опускают в скважину. в резьбу муфты ввертывают трубу.
Питающий кабель следует укладывать вдоль колонны труб, закрепляя его скобами крепления через интервалы 3 м. В местах крепления к трубам кабель следует обернуть резиновой или изоляционной лентой.
Электронасос должен быть опущен на 3-5 м ниже динамического уровня воды в скважине, но не ближе 2,5 м от забоя скважины.
Рабочую часть фильтра устанавливают на расстоянии 0,5-1,0 м от кровли и подошвы пласта во избежание случайного попадания пород кровли и подошвы в фильтр. В пластах мощностью более 10 метров длину фильтра устанавливают, исходя из заданной производительности водоотбора.
1. Общие требования
1.1. К работе допускаются лица, достигшие 18 лет, прошедшие медицинский осмотр и курсовое обучение по профессии.
1.2. При поступлении на работу бурильщик должен пройти у инженера вводный инструктаж по Т.Б., а перед непосредственным допуском к работе – инструктаж на рабочем месте у руководителя работ на объекте.
1.3. Через каждые 6 месяцев работы помощник бурильщика должен проходить повторный инструктаж по безопасному ведению работ и не менее 1 раза в год проверку знаний.
1.4. Все операции, выполняемые на высоте более 1,5 м должны проводиться со специальных площадок, огражденных перилами, на высоте 3 м – с применением специальных крепежных поясов.
1.5. Применение открытого огня и курение разрешается только в специально отведенных местах.
1.6. При несчастных случаях необходимо оказать первую медицинскую помощь, затем сообщить буровому мастеру и вызвать скорую медицинскую помощь.
1.7. Прокладка подъездных путей, сооружение буровой установки, размещение оборудования, устройство оборудования отопления, освещения должны производиться по схемам и типовым проектам монтажа, утвержденным руководством.
Список литературы
1. Методические указания по курсовому проектированию «Бурение скважин на воду», Кожевников А.А. – Днепропетровск, 1984.
2. Справочник по бурению скважин на воду под редакцией проф. Башкатова Д.Н. – М.: Недра, 1979.
3. Справочник по бурению скважин на воду под редакцией проф. Дубровского В.В. – М.: Недра, 1872.
4. Технология бурения геологоразведочных скважин, Винниченко, Максименко. – М.: Недра, 1988.
|
