автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Научное обоснование методов повышения эффективности технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях

доктора технических наук
Егоров, Николай Гаврилович
город
Москва
год
1999
специальность ВАК РФ
05.15.14
цена
450 рублей
Диссертация по разработке полезных ископаемых на тему «Научное обоснование методов повышения эффективности технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях»

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Егоров, Николай Гаврилович

Актуальность проблемы. Сложные геологические условия - это совокупность природных факторов, характеризующих состояние горных пород, бурение в которых сопровождается высокой вероятностью геологических осложнений, повышенной трудностью получения представительного кернового материала для достоверного опробования и, в итоге, снижением качественных и технико-экономических показателей бурения. К числу наиболее распространенных относятся сложные условия по бурению (неустойчивость горных пород, поглощения промывочной жидкости) и по трудности отбора керна (сильно-трещиноватые горные породы, имеющие удельную кусковатость керна Куд. >11 при отношении длины куска керна к диаметру его 1К / с1 к < 2,5, а также малопрочные, слабосвязные и перемежающиеся по твердости породы, объединенный показатель динамической прочности и абразивности которых рм< 22,5).

При бурении в сложных геологических условиях часто происходят обвалы как неустойчивых горных пород, так и шламового материала, отложенного на стенках скважин из циркулирующей промывочной жидкости. Основным меропг •. ем по предотвращению этих осложнений является применение пром» жидкостей с высокими реологическими свойствами, одним из эффе-тодов поддержания которых в процессе бурения является очистку жидкостей от шлама с помощью гидроциклонов. Эффективная мой в скважину промывочной жидкости от шлама является та?., мероприятием, обеспечивающим получение представительр - " & ^^ ** призабойными шламоуловителями. Однако гидроциклонаг, - '",у: няе^ым в бурении, свойственны серьезные недостатки: недостаточно высокая степень очистки промывочное • кости от шлама; большие потери промывочной жидкости с удаляемйм из нее шламом; отсутствие возможности бесперебойного управления технологическим процессом очистки промывочной жидкости с целью поддержания его в оптимальном режиме.

Повышение эффективности гидроциклонной очистки промывочной жидкости является актуальной научно-технической проблемой.

Несмотря на то, что для отбора керна и шлама создано много различных '•эдмческих средств, проблема получения представительного материала для ^верного, опробования при бурении скважин в сложных геологических ] иях остается актуальной. Известные технические средства предназначе-' |ак правило, для отбора керна или шлама в конкретных специфических ¡г ;|иях. Вместе с тем, в природе наблюдается не только чрезвычайное разно-= фие свойств горных пород и руд, но и частая перемежаемость их. Поэтому '4:д такие технические средства, которые могут обеспечить отбор кондици->4керна в изменяющихся реальных геологических условиях.

В трещиноватых, дробленных, кавернозных горных породах бурение зачастую сопровождается поглощением промывочной жидкости, являющимся одним из распространенных видов геологических осложнений. Известные методы изоляции зон поглощения сопровождаются значительными непроизводительными потерями времени и резким снижением рентабельности буровых работ, но далеко не всегда приводят к ликвидации поглощения. Вместе с тем, как показывают гидрогеологические исследования, в большей части поглощающих скважин устанавливается определенный уровень пластовых вод, которые можно использовать для создания местной (призабойной) циркуляции. Известные технические средства для этой цели не эффективны. Поэтому актуальной научно-технической проблемой является создание комплекса методов и технических средств, способного обеспечить высокопроизводительное бурение поглощающих скважин с минимальным расходованием материально-технических ресурсов.

Каждое из названных геологических осложнений в процессе бурения может встречаться отдельно и в разных сочетаниях. Наиболее сложным вариантом является наличие всего комплекса сложных условий (неустойчивость стенок йскважин, поглощение промывочной жидкости, трудные условия получения кон-¿Нного керна).: В практике геологоразведочных работ такие случаи неред-могут служить золоторудные месторождения в Якутии (В.В. Лы-1999), Подмосковный буроугольный бассейн и многие другие различных регионах Российской Федерации, щмендовавшие себя известные прогрессивные способы бурения мююгращ&ЗД^ые области применения, к числу которых сложные геологические услови1||||

§Ьсятся не всегда.

Так, при буреййи с ГЖС не обеспечивается .необходимая представительность керно-шламового материала и не во всех горных породах поддерживается устойчивость ствола скважин. Область эффективного бурения с гидротранспортом керна1 ограничивается мягкими породами с пропластками пород до VIII категории; не" обеспечивается устойчивость стенок скважины в случае бурения ее более чем за один рейс; достаточно велики (0,1-0,35 м 3 на 1 м бурения) потери промывочной жидкости в зонах поглощения; возможности получения представительной шламовой пробы ограничены в связи с тем, что частицы размером менее 0,25 мм сеткой керноприемного. узла не улавливаются. Бурение скважин снарядами со съемными керноприемниками в условиях поглощения невозможно, более того, в связи с очень малыми зазорами и высокими перепадами давления поглощение жидкости в скважинах даже интенсифицируется; в этих снарядах не предусмотрено призабойное шламоулавливание, но в то же время для эффективной работы их необходима тонкая очистка промывочной жидкости (содержание шлама с размером частиц > 0,07 мм не должно превышать 1 %). Такая же тонкая очистка промывочной жидкости от шлама необходима для повышения надежности работы гидроударников.

Заключение диссертация на тему "Научное обоснование методов повышения эффективности технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Предлагаемая диссертация в виде научного доклада представляет собой законченную научную работу, содержит совокупность теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских исследований, научно обосновывающих технико-технологические решения, направленные на повышение эффективности технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях.

В целом основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении комплекса исследований, заключаются в следующем.

1. Впервые выявлены, систематизированы и проанализированы способы повышения эффективности использования гидроциклонов для очистки промывочной жидкости от шлама; на основе исследований созданы гидроциклоны с ручным и автоматическим регулированием основных параметров технологического процесса, обеспечивающие высокую эффективность очистки промывочной жидкости при минимальных потерях ее со шламом.

2. Разработана наиболее полная классификация колонковых снарядов с кер-нозахватными устройствами, выявлено влияние конструктивных особенностей технических средств на сохранность и надежность захвата и удержания керна, создан двойной колонковый снаряд с принудительным захватом керна, обеспечивающий его сохранность, эффективное призабойное шламоулавливание, надежные захват и удержание керна при транспортировании его на поверхность.

3. Для бурения поглощающих скважин с местной (призабойной) циркуляцией создан комплекс технических средств, обеспечивающий необходимую интенсивность промывки и устойчивое поддержание ее в изменяющихся условиях бурения.

4. Разработаны и реализованы технико-технологические решения и приемы, являющиеся основой ресурсосберегающей технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях, предложены методы расчета и определения конструктивных и технологических параметров разработанных технических средств.

5. Технико-технологические решения, изложенные в защищаемых положениях, являются принципиально новыми, что подтверждается шестью патентами Российской Федерации, шестью авторскими свидетельствами СССР на изобретения и пятью свидетельствами на полезные модели.

6. Использование разработанных методов, технических средств и ресурсосберегающей технологии бурения и опробования разведочных скважин в сложных геологических условиях обеспечивает высокое качество опробования, повышение производительности труда и существенное снижение расходов. Экономическая эффективность от использования разработок автора в ценах 1986-1991 г.г. составляет в расчете на 1 комплект (в р.): гидроциклонов - 8867, двойного колонкового снаряда - 6282, технических средств для бурения с местной циркуляцией - 13477. За период использования технико-технологических решений фактический эффект в ценах 1999 г. превысил 120 млн р.

В процессе исследований автор пользовался поддержкой и советами ученых Д.Й. Башкатова, А.Г. Калинина, Н.В. Соловьева, В.И. Власюка, А.Т. Киселева, A.B. Панкова, многочисленных специалистов из геологоразведочных организаций России и Казахстана.

Большую помощь в оформлении результатов исследований оказали В.И. Полетаева, И.В. Нестеренко, В.Н. Кузина.

Автор приносит глубокую благодарность ученым, производственникам, коллегам за всестороннюю помощь в проведении исследований и реализации их результатов.