Технологические параметры бурения, крепления и освоения скважины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Геолого-методическая часть

1.1 Физико-географические условия района изысканий

1.2 Гидрогеологическое строение района

1.3 Гидрология и гидрография района

1.4 Существующее водоснабжение. Результаты изысканий прошлых лет

1.5 Ожидаемое качество воды

1.6 Геологические и гидрогеологические условия района

1.7 Методика проектируемых работ

2. Техническая часть

2.1 Проектная конструкция скважин и производство работ

2.2 Выбор типа фильтра и расчет его основных параметров

2.3 Выбор бурового инструмента и оборудования

2.4 Выбор промывочной жидкости

2.5 Технология бурения

2.6 Расчет потребной мощности для бурения на предельную глубину

2.7 Определение давления нагнетания насоса

2.8 Расчет колонны бурильных труб на прочность

2.9 Расчет эрлифта

2.10 Расчет цементирования скважин

3. Специальный раздел проекта

3.1 Промывка через рабочую поверхность

4. Организационно-экономическая часть

4.1 Геологическое задание

4.2 Методика и техника проектируемых работ

4.3 Проектирование

4.4 Организация полевых работ

4.5 Буровые работы

4.6 Гидрогеологические работы

4.7 Режимные наблюдения

4.8 Ликвидация полевых работ

4.9 Лабораторные работы

4.10 Камеральные работы

4.11 Строительство зданий и сооружений

4.12 Транспортировка грузов и персонала партии

4.13 Организация работ

5. Охрана окружающей среды

5.1 Охрана окружающей среды

5.2 Охрана почвенного покрова

5.3 Радиационно-экологические воздействия

5.4 Охрана растительного и животного мира

5.5 Мероприятия, обеспечивающие охрану окружающей среды

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Характеристика условий и анализ потенциальных опасностей

6.2 Обеспечение безопасности при проектируемых работах

6.3 Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях

Заключение

Список литературы

1. Геолого-методическая часть

1.1 Физико-географические условия района изысканий

Станция Свирь расположена в Подпорожском районе Ленинградской области.

Рельеф и гидрография

Рельеф представляет собой холмистую моренную равнину на правом берегу р.Свирь. Средние абсолютные отметки, в пределах рассматриваемой территории составляют 40-60 метров. Расчлененность рельефа слабая и обусловлена эрозионными процессами. Зандровые поля имеют распластанную форму и в рельефе слабо выражены. Наиболее широко развит ледниковый аккумулятивный рельеф. Относительные перепады высот не превышают 10-20м. Наиболее крупными водотоками являются р. Свирь и ее приток р. Важенка. Расстояние до водотоков от станции чуть больше 2 километров. Урез воды на р.Свирь в точке наименьшего удаления от станции имеет абсолютную отметку 22 метра, а на р. Важенке -28 метров.

Климат

Климат характеризуется, как умеренно континентальный. Лето умеренно теплое, зима продолжительная и неустойчивая. Количество дней с температурой выше 5^oС достигает 160-165. Безморозный период 100-110 дней. Весна и осень носят затяжной характер. Средняя максимальная температура самого теплого месяца+21,8°C. Абсолютная максимальная температура воздуха +34°С. Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее теплого месяца +9,7°С. Температура воздуха наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 -37°С. Абсолютная минимальная температура воздуха -48°С. Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца -7,1°С.

Среднее годовое количество осадков составляет 700-750 мм. Снежный покров 50-60см. В районе преобладают ветры южных и юго-западных направлений, которые господствуют, как летом, так и зимой.

1.2 Гидрогеологическое строение района

Рассматриваемая территория находится в Ленинградском артезианском бассейне. Эта часть Русской платформы представляет собой типичный артезианский бассейн, в осадочном чехле которого господствуют порово-пластовые и трещинно-пластовые воды, приуроченные к водоносным комплексам: четвертичных отложений, девона, протерозоя. Подземные воды этих комплексов характеризуются господствующим распространением гидрокарбонатных, реже хлоридно-гидрокарбонатных вод разного катионного состава.

В строении можно выделить следующие гидрогеологические подразделения: водоносный комплекс четвертичных отложений; водоносный комплекс верхнедевонских отложений; водоносный комплекс отложений верхнего протерозоя.

Водоносный комплекс четвертичных отложений

Включает в себя несколько горизонтов, как водоносных, так водоупорных, сложенных ледниковыми валунно-галечниковыми и гравийными песками, супесями, суглинками и межледниковыми осадками: песками, ленточными супесями и суглинками. Мощность этого комплекса может достигать в древних речных долинах 100-150 м и более метров. В пределах развития ледниковой равнины мощность четвертичных отложений 10-30м. Дебиты скважин составляют 0,19-3,3 л/с при понижениях уровня соответственно от 5 до 19 м. Уровни воды залегают обычно на глубине 3-10м. Иногда отмечается напорность вод. По химическому составу воды пестрые, пресные. Жесткость от 0,3 до 4,4 мг-экв/л. В некоторых пробах отмечается повышенное содержание железа. Питание комплекса за счет инфильтрации поверхностных вод, атмосферных осадков и частично за счет перетекания из нижележащих напорных водоносных комплексов. Защищенность вод от загрязнения весьма слабая.

Водоносный комплекс верхнедевонских отложений

Верхнедевонский комплекс развит почти повсеместно, залегает непосредственно под четвертичными отложениями. Водовмещающими породами служат песчаники, песчаные линзы и прослои, заключенные в пестроцветную толщу. Мощность водоносных прослоев от 1- до 15метров. Комплекс содержит преимущественно напорные воды. Величина напора может достигать 20-40 метров.

Пьезометрический уровень устанавливается на глубинах от 1 до 30 м от поверхности земли. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,03 до 0,5 л/с. Дебиты источников от 0,001 до 0,3 л/с.

По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые с сухим остатком от 0,2 до 0,9 г/л и общей жесткостью от 2 до 10 мг -экв./л.

Комплекс не имеет достаточной защищенности от загрязнения, так как отложения четвертичной системы имеют различный литологический состав. Водоупорная, глинистая морена имеет не повсеместное распространение. Иногда четвертичные отложения представлены только водопроницаемыми породами водно-ледникового и озерно-ледникового генезиса.

Водоносный комплекс верхнепротерозойских отложений

Комплекс этих отложений развит повсеместно. Залегает под верхнедевонскими породами. Водовмещающими породами служат песчаники, переслаивающиеся с алевролитами и глинами. Дебит скважин колеблется от 0,1 до 20 л/с. Воды, приуроченные к прослоям песчаников и алевролитов - напорные. По химическому составу воды чаще гидрокарбонатные, с сухим остатком от 0,08 до 0,9 г/л. Минерализация воды обычно составляет 0,2-0,3 г/л. Комплекс имеет достаточную защищенность от загрязнения, так как его воды защищены от загрязнения поверхностными водами и атмосферными осадками наличием верхнедевонской толщи переслаивания глин, алевролитов, песчаников.

1.3 Гидрология и гидрография района

Территория, относящаяся к ст. Свирь, расположена в 2 км от реки Свирь. Около северной границы станции на ПК 1642 находится исток безымянного ручья, впадающего в р. Важинка - правый приток р. Свирь. Расстояние от границ станции до р. Важинка - не менее 2 км.

Постановлением Губернатора Ленинградской области № 19-пг от 26.01. 1999 водоохранная зона р. Важинка установлена шириной 300 м, прибрежная защитная полоса -35-100 м. Длина Важинки - 123 км, в том числе по территории Ленинградской области - 50 км.

Водоохранная зона р. Свирь - 700 м, прибрежная защитная полоса - 100 м.

Водоохранная зона ручья без названия 50 м.

Река Свирь соединяет два крупнейших озера Европы Онежское и Ладожское. Большая часть водосбора реки расположена в пределах Карелии. Коэффициент густоты речной сети собственно бассейна р. Свири составляет 0,52 км/км². В первую пятилетку на р. Свири сооружена Нижне-Свирская гидроэлектростанция, а после войны Верхне-Свирский гидроузел.

Основной особенностью Свири является очень малая минерализация воды в течение всего года. По величине общей жесткости воды р. Свири можно отнести к очень мягким. В течение всего года жесткость ее не превышает 0,3 - 0,6 мг^.экв/л.

Гидрографическая сеть района расположения станции представлена на рис. 2.

Территория железнодорожной станции Свирь, на которой намечены работы по электрификации, находится за пределами водоохранных зон рек Свирь и Важинка, поэтому существенного влияния на эти водотоки не прогнозируется.

Рис 2 Схема гидрографической сети в районе ст. Свирь

1.4 Существующее водоснабжение. Результаты изысканий прошлых лет

В настоящее время водоснабжение станции осуществляется путем забора подземных вод скважинами №1, глубиной 50м (1959г бурения) и №2, глубиной 72м (1974 г бурения). Скважины подключены к сети централизованного водоснабжения и оборудованы погружными насосами ЭЦВ-5-6,3-80. Отбор воды составляет -77 м³/сут. (по данным МПС). По данным государственной статистической отчетности в 2000г ст.Свирь потребляла 20тыс. м³/год (54 м³/сут.) Проектирование водозабора в пределах расположения существующих водозаборных скважин не представляется возможным из-за невозможности организовать зоны санитарной охраны (СНиП 2.04.02-84 п.10.1,2).

В 2001-2002г.г. Ленгипротрансом были проведены изыскания источника водоснабжения в пределах участка выбранного совместно с представителем водопользователя. Участок был выбран на расстоянии 0,9 км от водопотребителя. Это расстояние было обусловлено предварительным расчетным показателем радиуса охранных поясов (II - пояс должен был иметь радиус около 0,2км; III - пояс должен был иметь радиус около 1км). Наличие поверхностных источников загрязнения в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 и СанПиН 2.1.4.110-02 в зоне радиусом 0,2км (бактериологические и химические загрязнения) и 1км (химические загрязнения) не обнаружено. Изучаемая территория (территория лесопитомника) представляет собой площадку молодых посадок сосен и елей. При изысканиях установлено, что первыми от поверхности залегают четвертичные отложения с наиболее распространенной мощностью около 15-25 метров. Четвертичные породы представлены в основном камовыми озерно-ледниковыми песками валдайского оледенения. Водоносный горизонт, приуроченный к четвертичным отложениям, имеет невыдержанную мощность, ограниченные запасы, плохое бактериологическое состояние. По условиям циркуляции воды классифицируются как порововые. Уровни воды залегают на различных глубинах: от нескольких метров (на возвышенных участках) до выхода на поверхность в виде родников в низинах. Статический уровень вод, приуроченных к четвертичным отложениям в скважинах № 13 и № 14 пробуренных в ноябре-декабре 2001г.(в осенне-зимний меженный период) был отмечен на глубине- 2 м (абс. отм. уровня- 42,5м). Вода по типу гидрокарбонатно-сульфатная кальциево-натриевая. По минерализации- ультрапресная, щелочная (рН-8,18), с высокой окисляемостью-12 мг/л, мягкая (общая жесткость-1 мг-экв/л).

Водоносные комплексы коренных пород приурочены к нерасчлененным отложениям девона- протерозоя, представленных переслаиванием алевролитов, глин и песчаников.

Воды напорные. Ввиду тонкой слоистости пород и частого чередования водоносных алевролитов и песчаников с водоупорными глинами при бурении разведочных скважин отмечалось снижение статического уровня в зависимости от глубины вскрытия пород. Уровень изменялся от нескольких метров до 20 м от поверхности при глубине вскрытия водоносных пород-170м (скв. №14). Было выделено условно две слоистые толщи, в дальнейшем именуемые: верхний-I горизонт и нижний-II горизонт. Граница проведена в интервале 100-102м, в зоне развития преимущественно глинистых отложений. Верхний горизонт был опробован одиночными и кустовой откачками из разведочных скважин 13,15,16,17 .

Таблица 1.

№ скважин (интервал опробования)	Способ обработки	Угловой коэффициент графика	Водопроводимость	Дебит	Мощ-ность	Коэф. фильтр.
скв13 (72м-100м)	S* - lg t/(T+t)	0,714	17,716	69	28	0,6
скв15 (70м-97м)	S* - lg t/(T+t)	1,54	12,834	108	27	0,5
скв17 (70м-100м)	S* - lg t/(T+t)	1,10	17,302	104	30	0,6
скв16 (20м-49м, *горизонт 20м-70м)	S* - lg t/(T+t)	1,82	3,016	30	50*	0,06

По химическому составу воды верхнего горизонта гидрокарбонатно-хлоридные натриево-кальциевые, имеют минерализацию 239 мг/дм³. Общая жесткость 1,9 мг-экв./дм³. По водородному показателю классифицируются как щелочные (рН - 8,1-8,2). Изучено соответствие других показателей подземных вод СанПиН 2.1.4.1074-01. Нефтепродукты, СПАВ, нитраты и нитриты не превышают ПДК. Содержание ГХЦГ- альфа изомеров, ГХЦГ-гамма изомеров, ДДТ, ДДЕ, 2,4Д кислоты соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Содержание суммы ионов железа составило 0,55 мг/л. Проба воды показала превышение бария-0,2 мг/л при норме до 0,1мг/л, а содержание бора в воде составило 0,71 мг/л при норме 0,5 мг/л. Содержание других металлов: мышьяка, марганца, алюминия, кадмия, хрома, никеля, цинка, меди, свинца, ртути, молибдена, бериллия, калия, кальция, магния, натрия, стронция, селена, не превышает нормативных показателей, установленных СанПиН 2.1.4.1074-01. Микробиологические исследования показали, что вода соответствует нормативным показателям. По показателям радиоактивности вода превышает норматив, установленный СанПиН 2.1.4.1074-01по суммарной объемная активность альфа- излучающих радионуклидов - 0,26-0,30 Бк/л (норма 0,1 Бк/л), но при детальном изучении изотопного состава установлено, что вода соответствует критерию радиационной безопасности при использовании ее для хоз.-питьевых целей. При выборе верхнего горизонта в качестве источника водоснабжения необходимо было бы строительство водозабора питьевой воды, состоящего из четырех эксплуатационных скважин: 3 -рабочих и 1 -резервной. Глубина скважин до 100м. Из-за низкой водообильности пород расстояние между скважинами должно быть значительным (до 300м), что увеличило бы размеры охранных поясов зоны санитарной охраны. Кроме этого, предусматривалась бы очистка воды от бора и бария. Нижний горизонт был опробован в ноябре-декабре 2001г разведочной скважиной № 14 (ПК1621+45 лево 942) в интервале 102-170м.

Таблица 2.

Ступени откачки	Статический уровень, м	Динамический уровень, м	Дебит, м3/сут ( л/с)	Удельный дебит, л/с*м	Понижение уровня, м	Примечание
I	19,50	25,1	691 (8)	1,43	5,6	При этой откачке уровень воды в скв.13неопускался
II	19,60	22,7	345 (4)	1,29	3,1

Таблица 3.

Скв 14-(горизонт-II)	Способ обработки восстан. уровня	Угловой коэффициент графика	Водопроводимость	Дебит	Примечание
		C	м2/сут	м3/сут
I-понижение	S* - lg t/(T+t)	0,553	228,667	691	1 участок графика
	S* - lg t/(T+t)	1,143	110,633	-"-	2 участок графика
II-понижение	S* - lg t/(T+t)	0,353	178,853	345	1 участок графика
	S* - lg t/(T+t)	0,714	88,424	-"-	2 участок графика

Фильтрационные параметры нижнего горизонта значительно выше параметров верхнего горизонта. Для обеспечения заявленной потребности в воде подземными водами, приуроченными к нижнему горизонту достаточно строительство двух скважин (рабочей и резервной), глубиной до 150м. Отрицательным фактором использования вод нижнего горизонта является его значительная радиоактивность.

1.5 Ожидаемое качество воды

По данным опробования разведочной скважины № 14 (2001-2002г) воды нижнего горизонта - гидрокарбонатные натриево-кальциевые, имеют минерализацию 0,2 г/дм³, общую жесткость 1,4 мг-экв./дм³. По водородному показателю классифицируются как щелочные (рН -8,2). Изучено соответствие других показателей подземных вод СанПиН 2.1.4.1074-01. Нефтепродукты, СПАВ, нитраты и нитриты не превышают ПДК. Содержание ГХЦГ- альфа изомеров, ГХЦГ-гамма изомеров, ДДТ, ДДЕ, 2,4Д кислоты, железа, бария, бора, мышьяка, марганца, алюминия, кадмия, хрома, никеля, цинка, меди, свинца, ртути, молибдена, бериллия, калия, кальция, магния, натрия, стронция, селена соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Микробиологические исследования показали, что вода также соответствует нормативным показателям. По показателям радиоактивности вода превышает норматив, установленный СанПиН 2.1.4.1074-01: по суммарной объемной активности альфа- излучающих радионуклидов - 0,7-0,9 бк/л (норма 0,1 бк/л). При детальном изучении изотопного состава установлено, что годовая эффективная доза внутреннего облучения работников железной дороги за счет потребления питьевой воды взрослым человеком не более 2л/сут в течение 250 дней в году, на ст.Свирь, не превысит допустимый норматив 0,1мЗв.

1.6 Геологические и гидрогеологические условия района

Участок ж.д. Идель-Свирь располагается преимущественно в пределах юго-восточного края Балтийского щита, захватывая на крайнем юге Русскую платформу. Собственно территория ст. Свирь относится к оконечности Русской платформы.

Научастке ст.Свирь-ст.Томицы (км 287-410) залегают пород песчано-глинистой терригенной толщи, представленные песчаниками, глинами, алевролитами Петрозаводской и Шокшинской свиты (PR1-2 SК, pt).

В районе ст. Свирь распространены красноцветные песчаники девонского возраста, относящиеся к отложениям Русской платформы.

Четвертичные отложения в рассматриваемом районе представлены ледниковыми (gIII), флювиогляциальными (fIII), озерно-ледниковыми (lgIII), аллювиальными (aIV) и техногенными отложениями (tIV).

Ледниковые отложения (gIII) представлены Осташковской мореной мощностью 3-20 м.

Флювиогляциальные отложения (fIII) представлены песками крупной и средней крупности с гравием, галькой и редкими валунами. Имеют локальное распространение, встречены в районе ст. Свирь.

Озерно-ледниковые отложения (lgIII) представлены суглинками, супесями и ленточными глинами с редкими включениями гравия и гальки. Отложения залегают на моренных грунтах. Мощность отложений 3-5 м.

Аллювиальные отложения (aIV) литологически представлены песками от пылеватых до гравелистых с включением гравия, гальки и валунов. Мощность их 1-4 м.

Техногенные отложения (насыпные грунты) (tIV) наблюдаются в виде авто- и железнодорожных насыпей, а также земляных площадок под сооружениями, в том числе станций и поселков. Насыпи в основном отсыпаны дренирующими грунтами (песками мелкими и средней крупности). Фильтрующие насыпи отсыпаны валунным грунтом.

По схеме гидрогеологического районирования территория ст. Свирь расположена в Ленинградском артезианском бассейне.

Эта часть Русской платформы представляет собой типичный артезианский бассейн, в осадочном чехле которого господствуют порово-пластовые и трещинно-пластовые воды, приуроченные к водоносным комплексам: четвертичных отложений, девона, кембрия, протерозоя. Подземные воды этих комплексов характеризуются господствующим распространением гидрокарбонатных, реже хлоридно-гидрокарбонатных вод разного катионного состава.

Водоносный комплекс четвертичных отложений включает в себя много горизонтов, как водоносных, так и водоупорных, сложенных ледниковыми валунно-галечниковыми и гравийными песками, супесями, суглинками и межледниковыми осадками: песками, ленточными супесями и суглинками. Мощность комплекса в среднем составляет 20-30 метров. Дебиты скважин составляют 0,19-3,3 л/с при понижениях уровня соответственно от 5 до 19 м. Уровни воды залегают обычно на глубине 3-10 м. По химическому составу воды пестрые, пресные. Жесткость от 0,3 до 4,4 мг-экв./л. В некоторых пробах отмечается присутствие железа до 0,8 мг/л. Питание комплекса за счет инфильтрации поверхностных вод, атмосферных осадков и частично за счет перетекания из нижележащих напорных водоносных комплексов. Защищенность вод от загрязнения слабая.

Верхнедевонский комплекс залегает непосредственно под четвертичными отложениями. Водовмещающими породами служат песчаники, песчаные линзы и прослои, заключенные в пестроцветную толщу. Мощность водоносных прослоев от 1- до 15 метров. Верхнедевонский водоносный горизонт является слабоводоносным. Удельный дебит скважин варьирует в интервалах 0,01 - 0,1 л/с.

По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые с сухим остатком от 0,2 до 0,9 г/л и общей жесткостью от 2 до 10 мг-экв./л

Ниже залегают верхнекотлинские отложения (Vkt₂), представленные переслаивающейся толщей глин, алевритов и песчаников. По данным ФГУП "Петербургская комплексная геологическая экспедиция" в районе ст. Свирь обводненные прослои песчаников встречены в интервалах глубин 38- 61 м, 72 -91 м, 102 -149,5 м. Мощность прослоев песчаников изменяется от 5 до 47,5 м (скв. №14).

Верхнекотлинский (вендский) водоносный комплекс, приуроченный к одноименным отложениям, в пределах исследуемого участка на ст. Свирь, характеризуется тем, что верхняя часть разреза мощностью 10-53 м представлена чаще глинистыми породами, в которых встречаются прослои водоносных песчаников и алевролитов, ниже залегают песчаники с редкими прослоями глин. Вскрытая мощность до 142 м. Южнее (район Подпорожья) основной эксплуатационный горизонт - верхнекотлинский пески и песчаники, которые залегают на глубине 115 - 190 м.

Воды верхнекотлинского (вендского) водоносного комплекса порово-пластовые, напорные. Уровень воды устанавливается на глубине 9,3 - 18,0 м. Удельный дебит скажин изменяется от 0,04 до 1,43 л/с. Наиболее водообильные отложения около ст. Свирь вскрыты скважиной № 14.

Подземные воды на рассматриваемом участке пресные с минерализацией 0,2 - 0,4 г/л. По составу преобладают гидрокарбонатные воды или гидрокарбонатно-хлоридные кальциево-натриевые или со смешанным катионным составом.

Ресурсы верхнекотлинского водоносного горизонта по заключению ФГУП "Петербургская комплексная геологическая экспедиция" позволяют получить требуемый для ст. Свирь объем воды. При проведении опытной откачки из скважины №14 около ст. Свирь был получен дебит 691,2 м³/сут при понижении уровня на 5,6 м, а из скважины №13 - 82 м³/сут при понижении на 5,65 м. Допустимое понижение уровня в скважинах соответственно - 82 и 58,7 м.

В 6 - 8 км юго-восточнее рассматриваемого участка разведано и утверждено месторождение подземных вод верхнекотлинского водоносного горизонта для водоснабжения г, Подпорожье с запасами 17 500м³/сут. При эксплуатации водоносного горизонта в г. Подпорожье с водоотбором в пределах 6 - 8 тыс. м³/сут. наблюдается снижение уровня подземных вод на 38 м, однако допустимое снижение уровня составляет 156 м. Сработка запасов подземных вод не происходит.

По заключению ФГУП "Петербургская комплексная геологическая экспедиция" эксплуатация верхнекотлинского водоносного горизонта с заданной водопотребностью на ст. Свирь не окажет негативного влияния на действующие водозаборы. Горизонт защищен от поверхностного загрязнения.

1.7 Методика проектируемых работ

Опробование скважин

После проведения буровых работ из скважин планируются откачки воды эрлифтом с целью выявления соответствия дебита скважин проектным данным и установления зависимости дебита от понижения.

Перед каждой откачкой планируется восстановление водообильности пород путем промывки скважин чистой водой и прокачки эрлифтом в течении 1 суток до полного осветления воды. После проведения промывки и прокачки необходимо будет провести наблюдения за восстановлением уровня до статического. Далее скважины опробуются откачками.

Опытные откачки, согласно СНиП 2.04.02-84*, производятся при двух понижениях: с дебитом, равным пpоектному-312м³/сут и на 25% больше его-365 м³/сут. Откачку следует продолжать после установления динамического уровня на постоянной глубине в течение 1-2 суток (СНиП 2.04.02-84*). По опыту работ продолжительность одной одиночной откачки при каждом понижении с восстановлением уровня до статического - 4 суток. Планируется проведение групповой откачки в течение 1 суток, с суммарным дебитом 1350м³/сут (675 м³/сут - дебит скв№4, 675 м³/сут -дебит скв.№5), для определения возможности восстановления противопожарного запаса в объеме 1350 м³ за сутки.

Проектируемые откачки:

Одиночная откачка из скважины №4:

2сут.(промывка, прокачка, восстановление) + 4сут (Понижение с восстановлением) + 4сут.(IIонижение с восстановлением)= 10сут

Одиночная откачка из скважины №5:

2сут.(промывка, прокачка, восстановление) + 4сут (Понижение с восстановлением) + 4сут.(IIонижение с восстановлением)= 10сут

Групповая откачка: 1сут. (скв.№4 и скв.№5)

Продолжительность опытных работ:

Скв.№4 =10сут.+1сут.=11сут.

Скв.№5 =10сут.+1сут.=11сут

Проектное эксплуатационное понижение статического уровня воды в скважинах рассчитано по формуле:

где Q - эксплуатационный дебит, 312м³/сут;

R- приведенный радиус, 366м (определен по данным изысканий 2001 г);

проводимость пласта, 170м²/сут (определена по данным изысканий 2001г);

радиус водоприемной части скважины, r= 0.095м;

S- понижение, S=1,6м

Учитывая, что статический уровень в критический период -20м, то динамический уровень будет находиться на глубине-21,6м

Проектное понижение уровня воды в одной проектируемой скважине (без учета взаимодействия скважин) и на расстоянии от нее при восполнении резервуаров противопожарного запаса воды рассчитано по формуле:

, (2)

где Q - дебит, 675м³/сут;

-расстояние от оси скважины, м;

R- приведенный радиус, 366м;

проводимость пласта, 170м²/сут;

, м	0,095	10	20	30	40	50	60	90	120
S	5,2	2,3	1,8	1,6	1,4	1,3	1,1	0,9	0,7

Таким образом, скважины №4 и №5, планируются на расстоянии 60 м при восполнении противопожарного запаса будут взаимодействовать. Дополнительное понижение уровня за счет взаимодействия скважин составит 1,1 м. Суммарное снижение статического уровня по каждой скважине составит 5,2м+1,1м=6,3м. Динамический уровень будет находиться на глубине -26,3м. Между скважинами, на серединной точке, понижение уровня составит: 3,2м, а уровень будет находиться на глубине-23,2м.

Рекомендуемая глубина установки верхнего фланца насосов в скважинах:

20м (ст. уровень)+6,3м (понижение при откачке с дебитом 675м³/сут)+3м (амплитуда многолетнего колебания уровня)+1м (нормативно- рекомендуемое погружение верхнего фланца насоса )

=20м+6,3м+3м+1м=30,3м ниже поверхности земли

В процессе откачек при каждом понижении уровня планируются замеры динамического уровня воды со следующей частотой через 3, 5, 10, 15, 20, 30, 60 минут от начала опыта, в дальнейшем через каждый час до его окончания. Дебит скважин необходимо определять водомером или емкостью, объем которой должен быть заполнен не менее чем за 60 секунд. Замеры дебита будут производятся ежечасно. Динамический уровень воды в скважинах будут замеряется с помощью электроуровнемера.

Химический анализ

В конце одиночных откачек из каждой скважины отбирут пробы воды на химический, радиологический и бактериологический анализы воды. Методы отбора проб по ГОСТу Р51592-2000, ГОСТу Р51593-2000 и ГОСТу 18963-73 и в соответствии с методиками проведения анализов в выбранных лабораториях. Рекомендуемые виды определений и методы консервирования проб воды для лаборатории ЦИКВ (Санкт-Петербург) приведены в табл.4:

Таблица 4.

Емкость	Объем	Вид определения	Консервант
Стекл. бутылка	0,5л	Определение ртути	2,5 мл ОСЧ HNO3 на 500мл воды
Стекл. бутылка	0,5л	Определение металлов: алюминий, барий, бериллий, бор, ванадий, железо, кадмий, калий, кальций, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, мышьяк, натрий, никель, олово, свинец, селен, серебро, стронций, сурьма, таллий, титан, хром, цинк (28 показателей)	5 мл ОСЧ HNO3 на 500мл воды
п/э	3л	Химические показатели. Определение: запах, привкус, цветность, мутность, водородный показатель, щелочность, взвешенные вещества, сухой остаток, общая жесткость, окисляемость перманганатная, углекислота, гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, аммиак, фтор	нет
Стекл. бутылки по 0,5л	2,5л	Органические показатели Определение: нефтепродукты, фенольный индекс, ПАВ, летучие углеводороды, хлор-органика	нет
п/э	3л	Определение суммарной объемной активности альфа- излучающих радионуклидов. Определение суммарной объемной активности бета- излучающих радионуклидов.	20 мл ОСЧ HNO3 на 1л воды
стекло	1л	Определение радона-222	нет
п/э	15л	Природные изотопы: Объемная активность урана-238, Объемная активность урана-234; Объемная активность радия-226, Объемная активность радий-224; Объемная активность радия-228; Объемная активность свинца -210; Объемная активность полония-210; Объемная активность цезия -137 Объемная активность стронция-90	20 мл ОСЧ HNO3 на 1л воды

Следует отметить, что различные лаборатории используют различные методики определения одних и тех же показателей, поэтому перед проведением работ в выбранной лаборатории следует уточнить способ отбора проб, объем проб, методы консервирования. Дополнительно, согласно "Методическим рекомендациям радиологического контроля питьевой воды", 2000г (табл.4) необходимо определение содержания изотопов тория -232,230,228. По окончанию откачек, при каждом понижении, планируются наблюдения за восстановлением уровня воды до статического с той же частотой, что и при откачках. В процессе работ ведется журнал опытной откачки.

2. Техническая часть

Бурение эксплуатационно-разведочных скважин проектируется провести в Подпорожском районе Ленинградской области. Бурение планируется проводить установкой УРБ-2А2 без отбора керна по всей глубине.

Литологический разрез пород, слагающих объект работ представлен породами II - V категорий по буримости.

Ожидаемый дебит скважины - 15 м³ / час.

Коэффициент фильтрации - 7 м / сут.

Статический уровень воды - 20 м.

Динамический уровень воды - 21,6 м.

Проектом предусматривается бурение 2 скважин общим объемом 300 м.

Таблица 5. Основные физико-механические свойства горных пород

2.1 Проектная конструкция скважин и производство работ

Конструкция скважины - это совокупность количества обсадных колон, их диаметра и глубины спуска, а также способы обстановки обсадных колон. Основными факторами, определяющими конструкцию скважины, являются ее целевое назначение, требуемый конечный диаметр, геолого-технические условия и глубина бурения. Конструкция скважины должна быть экономной и рациональной, то есть обеспечивать безаварийную проходку с высокими технико-экономическими показателями. Диаметр выбранных обсадных колонн и породоразрушающего инструмента определяем в направлении снизу вверх, исходя из выбранного конечного диаметра скважины.

Проектный геолого-технический разрез скважин составлен на основе фактического геологического разреза разведочной скважины №14, пробуренной гидрогеологическим подразделением ОАО "Ленгипротранса" в ноябре-декабре 2001г. Скважина №14 расположена на территории лесопитомника (ПК1621+45 лево 942).

Скважины проектируются на эксплуатацию "нижнего горизонта" водоносного комплекса, приуроченного к нерасчлененным отложениям верхнего девона-протерозоя (котлинские слои). Глубина проектируемых скважин на станции Свирь - 150 метров.

До глубины 3 м бурение ведется трех лопастным долотом диаметром 490мм, устанавливается обсадная колонна (направление) диаметром 426мм.

До глубины 20 м (на всю мощность рыхлых четвертичных пород с углублением в коренные породы) бурение ведется шарошечным долотом диаметром 394мм , устанавливается обсадная колонна диаметром 324мм. Затем проводится цементация затрубья, трубы, диаметром 426мм, если возможно, перед цементацией извлекаются.

Далее разбуривается цементная пробка и до глубины 102 м бурение ведется шарошечным долотом диаметром 295мм. Интервал 0-102м обсаживается трубами диаметром 219мм. Затрубное пространство интервала 0-102м цементируется. Бурение цементной пробки и интервала 102-150м ведется долотом диаметром 190мм.

Скважина оборудуется фильтровой колонной диаметром 146мм. Дырчатый фильтр типа 1ФК-146 устанавливается впотай. Глухая надфильтровая труба устанавливается в интервале 97-103 м. Отстойник в интервале 149-150м. Длина рабочей части -8м.

Конструкция скважины должна обеспечивать:

1) возможность получения расчетного расхода воды;

2) надежную изоляцию эксплуатационного водоносного горизонта от лежащих выше водоносных горизонтов;

3) установку фильтровой колонны в пределах водоносного горизонта;

4) длительный срок эксплуатации и возможность проведения ремонта и восстановления скважины.

При вращательном бурении с промывкой и небольшой глубине залегания водоносного горизонта (80-100м) в большинстве случаев применяется одноколонная конструкция скважины. Для защиты устьевой части скважины от размыва и обрушения, а также придания ей вертикального направления используют верхние обсадные колонны труб - направляющая колонна или кондуктор. Кроме того, эти колонны защищают скважину от проникновения в неё загрязнённых поверхностных вод. Пространство между кондуктором и стенкой скважины цементируется или изолируется глиной.

Промежуточными обсадными колоннами перекрывают промежуточные водоносные горизонты вскрытые по ходу бурения и не принимаемые к эксплуатации и в случае глубоких скважин для обеспечения самой возможности крепления ствола скважины большой глубины (телескопические выходы обсадных колонн).

2.2 Выбор типа фильтра и расчет его основных параметров

Расчет фильтра заключается в определении его диаметра и длины водоприемной части. При мощности водоносного горизонта 5 м. и более м диаметр фильтра D_ф можно определить по формуле С. К. Абрамова:

мм (3)

где - наружный диаметр фильтра, мм; Q - дебит скважины, м³/ч;

- длина рабочей части фильтра, м; - коэффициент фильтрации, м/сут.

143 мм.

По полученному значению выбираем ближайшее фактическое значение наружного диаметра фильтра и тип самого фильтра.

Наружный диаметр фильтра - 146 мм

Диаметр долота для бурения под данную колонну найдем по формуле

, (4)

где -зазор между стенками ствола скважины и обсадной трубой =5-20мм.

мм (Применяем долото диаметром 190мм)

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны D_эк.вн найдем по формуле.

, (5)

где зазор между долотом и эксплуатационной колонной мм.

мм (наружный диаметр 219мм).

В качестве обсадных труб применяются стальные трубы, соединяющие с помощью резьбового соединения "труба в трубу. Диаметр долота находится аналогично, но значение , для интервалов, где предусматривается цементирование, принимается равным 35 мм.

мм (Применяем долото диаметром 295мм) (6)

Кондуктор диаметром 324 мм устанавливается на глубину 20м. Бурение под кондуктор ведется шарашечным долотом диаметром 394 мм.

Направление диаметром 426 мм устанавливается на глубину 3м. Бурение под Направление ведется трех лопастным долотом диаметром 490 мм.

Чтобы песок и другие частицы пород не попадали в скважину, кольцевой зазор между надфильтровыми трубами, устанавливаемые впотай, и обсадными трубами уплотняют специальным сальником.

2.3 Выбор бурового инструмента и оборудования

Обеспечение необходимым оборудованием, инструментом, материалами и различными ремонтными услугами будет осуществляться с центральной базы ГРП " ЗАО Полюс".

В соответствии с выбранным способом бурения и конструкцией скважины, в зависимости от физико-механических свойств горных пород и условий отбора керна был произведён выбор бурового инструмента. Буровой инструмент подразделяется на технологический, вспомогательный.

Технологический включает в себя: буровые долота и бурильные трубы.

Долота выбираются в зависимости от категории пород по буримости и от их физико-механических свойств. На интервале 0-3 м используем трех лопастное долото 490 С, предназначенного для бурения пород средней твердости. Интервал 3-20 м проходим с применением шарошечного долота 394 М-ЦВ, предназначенного для бурения пород мягкой с пропластками средней твердости. Интервал 20-102 м проходим с применением шарошечного долота 295 С-ЦВ, предназначенного для бурения пород средней твердости. Интервал 102-150 м проходим с применением шарошечного долота 190 С-ЦВ, предназначенного для бурения пород средней твердости.

Таблица 6. Техническая характеристика породоразрушающего инструмента

Интервал бурения	Тип П.Р.И.	Диаметр, мм	Категория по буримости	Абразивность
0-3	С	490	II	-
3-20	М-ЦВ	394	V	мало абразивные
20-102	С-ЦВ	295		Мало абразивные
102-150	С-ЦВ	190		мало абразивные

Бурильные трубы служат для: соединения колонкового снаряда с вращателем бурового станка, подачи бурового снаряда по мере углубления скважины и замены породоразрушающего инструмента, передачи на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки и крутящего момента, подачи на забой промывочной жидкости.

Таблица 7. Техническая характеристика бурильных труб СБТ-60,3

Параметры	Значения
Толщина стенки, мм	5,1
Наружный диаметр трубы, мм	60,3
Наружный диаметр бурильного замка, мм	80
Внутренний диаметр бурильного замка, мм	50
Длина труб, мм	5000
Масса 1 м трубы, кг	7,0

Вспомогательный инструмент применяется при проведении спуско-подьемных операций с буровым снарядом.

Обсадные трубы применяются для закрепления неустойчивых стенок скважины, разъединения пластов горных пород. В соответствии с тяжелыми условиями работы обсадные трубы изготавливаются из стали группы прочности С и Д с пределом прочности 550 и 650 МПа.

Таблица 8. Техническая характеристика обсадных труб

Параметры	1	2	3
Наружный диаметр трубы, мм	426	324	219,1
Внутренний диаметр трубы, мм	406	304,9	201,3
Толщина стенки трубы, мм	10,0	9,5	8,9
Масса 1 м трубы, кг	102,7	73,6	46,3
Длина муфты, мм	229	203	196
Масса муфты, кг	37,5	23,4	16,2
Наружный диаметр муфты, мм	451,0	351,0	244,5

Таблица 9. Техническая характеристика насоса НБ4-320/63

Параметр	Значение параметра
Подача, л/мин	32; 55; 105; 125; 180; 320
Наибольшее давление, МПа	6,3; 6,3; 6,3; 6,3; 5,5; 3
Диаметр плунжера, мм	45,80
Число плунжеров, шт	3
Длина хода плунжера, мм	90
Масса с двигателем, кг	1250

Для работ в наших условиях подходит погружной центробежный насос ЭЦВ-6 - 16 - 75. Техническая характеристика насоса ЭЦВ-6 - 16 - 75 представлена в табл.6.

Таблица 10. Технические данные погружного центробежного насоса ЭЦВ - 6 - 16 - 75.

Подача, м3/ч	16
Напор, м	75
Тип электродвигателя	ПЭДВ 2,8 - 114; мощность 2,8 кВт
Напряжение, В	380
Диаметр обсадной колонны, мм	Не менее 122
Масса, кг	60
Длина, м	1,2
Диаметр, мм	142
Герметичный оголовок	ОГ - 51

Динамический уровень установился на отметке 21,6 м (от устья скважины). Насос устанавливается на 10 м ниже, следовательно, насос устанавливается на отметке 31,6 м.

Установка разведочного бурения УРБ-2А-2

Установка разведочного бурения УРБ-2А-2 предназначена для бурения сейсмических и структурно-картировочных скважин на нефть и газ вращательным способом с очисткой забоя скважины промывкой, продувкой или транспортированием разрушенной породы на поверхность шнеками. Установка может использоваться при инженерно-геологических изысканиях.

Техническая характеристика установки УРБ-2А-2

Номинальная глубина бурения, м:

сейсмических скважин………………………………. 100

структурно-картировочных скважин …………….. 200

при продувке забоя воздухом ……………………..30

при шнековом бурении ……………………………..30

Начальный диаметр скважины, м……………………190

Конечный диаметр скважины, мм, для скважин:

сейсмических …………………………………………118

структурно-картировочных ………………………….93

Диаметр скважин, мм:

при бурении с продувкой воздухом ………………...135

при шнековом бурении ………………………………135

Тип вращателя ……………………………..Подвижный

Частота вращения инструмента, об/мин:

140; 225; 325

Ход вращателя, мм ………………………………5200

Момент силы вращателя

(при давлении в гидросистеме 8,3 МПа), Н-м 706

Привод вращателя от аксиально-поршневого гидромотора.

Давление в гидросистеме, МПа:

Рабочее ……………………………………………..8,3

максимальное кратковременно допустимое ….12,25

Тип механизма для спуска,

подъема и подачи инструмента: Домкрат гидравлический с

полиспастной системой.

Максимальная грузоподъемная сила, Н (при давлении

9,3 МПа) ……………39 250

Усилие вниз, Н (при давлении 8,3 МПа)….…25 000

Скорость подъема инструмента, м/с ………….0-- 0,6

Скорость спуска и подачи инструмента, м/с….0 -- 1,1

Тип мачты Сварная с гидравлическими

опорными домкратами.

Грузоподъемная сила мачты, кН …………….58,8

Диаметр бурильных труб, мм …………….60,3

Длина бурильных труб, м ………………………..4,5

Тип бурового насоса ……………. НБ4-320/63

Подача, М³/с ……………..0,012

Давление, МПа ……………...2,82

Транспортная база установки ……………………Автомобиль ЗИЛ-131

Габаритные размеры установки в транспортном положении, мм:

длина …………………………………………………7850

ширина ……………………………………………….2450

высота ………………………………………………… 3030

Максимальная полная масса установки, кг………10400

Максимальная полная масса прицепа, кг………….4000

Максимальная скорость передвижения установки, км/ч:

по асфальтированному шоссе …………………..50

по грунтовым дорогам ………………….30

Уровень шума при работе установки

(у пульта бурового мастера): дБ, не более ……… 90

Все механизмы, входящие в установку УРБ-2А-2, смонтированы на собственной раме, прикрепленной к шасси автомобиля, и приводятся в действие от его двигателя. Установка имеет перемещающийся вращатель с гидроприводом, который используется в процессе бурения, наращивания бурильного инструмента без отрыва его от забоя и выполняет совместно с гидроподъемником работу по спуско -подъему инструмента и его подачу при бурении. Мощность и кинематика вращателя обеспечивают также свинчивание -развинчивание бурильных труб, благодаря чему отпадает необходимость в специальных механизмах для этой цели. Управление установкой полностью гидрофицировано, в том числе подъем и опускание мачты. Оно сконцентрировано на пульте бурильщика. Конструкцией установки предусматривается возможность бурения скважин с очисткой забоя промывкой или продувкой, для чего на ней монтируется буровой насос или компрессор, а также бурение шнековым способом.



Рисунок 3.

1- автошасси ЗИЛ-131;2- насос НБ4-320/63 со шлангами;3- коробка раздаточная с гидронасосами;4- бак масляный с обвязкой и блоком фильтров;5- пульт управления;6- мачта с верхними и нижними роликами;7- гидродомкрат;8- талевая система;9- вращатель с гидродомкратом и маслоприводом;10- элеватор для труб диаметром 60,3 мм;11- механизм подъема и спуска мачты;12- ролик;13- опорные гидродомкраты;14- башмаки;15- рама со стойками;15- коробка отбора мощности.

2.4 Выбор промывочной жидкости

Одним из основных факторов, определяющих эффективность бурения скважин в разнообразных горно-геологических условиях, является выбор промывочного агента и его параметров, это позволяет оптимизировать технологию промывки скважин. Выбор типа промывочной жидкости определяется геолого-техническими и гидрогеологическими условиями бурения, составом и свойствами проходимых пород, способом бурения, опытом буровых работ. При бурении интервала от 0 до 150 м планируется применять в качестве очистного агента глинистый раствор. Плотность вязкость водоотдача 30 , динамическое напряжение сдвига ф₀=3Па, =0,02 Пас. Данный раствор применяется для бурения в средне устойчивых породах. Свойства промывочной жидкости планируется регулироваться в процессе бурения .

2.5 Технология бурения

В соответствии с выбранным способом бурения, типом породоразрушающего инструмента и условиями бурения разрабатывается оптимальный режим бурения для каждого типа породоразрушающего инструмента по интервалам глубин в соответствии с физико-механическими свойствами горных пород.

Основными факторами технологического режима бурения являются осевая нагрузка на забой, скорость вращения породоразрушающего инструмента.

Интервал 0-3м,

Для данного интервала расчет режимных параметров не производится.

Частота вращения для данного интервала принимается 140об/мин, так как это минимальная частота для данной буровой установки.

Осевая нагрузка создается за счет гидросистемы станка и крутящего момента вращателя.

Данный интервал бурится без промывки шнековым способом.

Для расчета технологического режима бурения шарошечного долота применяются следующие формулы (долото диаметром 394 мм):

Интервал 3-20 м :

Осевая нагрузка :

Р = Р_уд * D, кН, (7)

где: Р_уд - удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, кН

D - диаметр долота, см.

Р=20*39,4=79 кН,

Скорость вращения долота :

n = 60 * v_окр / 3,14 * D, об/мин, (8)

где: v_окр - окружная скорость вращения долота, м/сек;

D - диаметр долота, м

n = 60*1,5/3,14*0,394=72 об/мин (принимаем 140 об/мин),

Расход промывочной жидкости определяем по формуле

л/мин, (9)

где q_уд-удельный расход на один см диаметра долота, D-диаметр долота, см.

л/мин (принимаем 320 л/мин),

Расчёт технологического режима бурения долота диаметром 295 мм:

Интервал 20-102 м :

Осевая нагрузка:

Р=20*29,5=59 кН,

Скорость вращения:

n=60*1,2/3,14*0,295=80 об/мин (принимаем 140 об/мин),

Расход промывочной жидкости

л/мин (принимаем 180 л/мин),

Расчет технологического режима бурения долота диаметром 190 мм:

Интервал 102-150 м :

Осевая нагрузка:

Р=20*19=38 кН,

Скорость вращения долота:

n=60*1/3,14*0,19=100 об/мин (принимаем 140 об/мин),

Расход промывочной жидкости:

л/мин (принимаем 180 л/мин),

Таблица 11. Технологические режимы

Тип ПРИ	Dнар, мм	Р, кН	n, об/мин	Q, л/мин
С	490	-	140	-
М-ЦВ	394	79	140	320
С-ЦВ	295	59	140	180
С-ЦВ	190	38	140	180

2.6 Расчет потребной мощности для бурения на предельную глубину

Расчет мощности двигателя

Мощность двигателя, расходуемая в процессе собственно бурения, складывается из трех основных составляющих:

, кВт, (10)

где N_з - мощность затрачиваемая на забое; N_т - мощность затрачиваемая на вращении колоны бурильных труб, кВт; N_ст - мощность, расходуемая в трансмиссии, кВт.

Определение мощности на забое:

, кВт, (11)

где Р - осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, даН; n - частота вращения бурильного снаряда, об/мин; D - диаметр долота, м; - коэффициент трения долота о породу забоя, = 0,15.

15 кВт,

Расчет мощности на вращение колонны бурильных труб в скважине:

N_т = N_хв + N_доп, кВт, (12)

где N_хв - мощность на холостое вращение, кВт; N_доп - мощность, затраченная на вращение зажатой части буровой колоны, кВт..

N_доп = 2,45·10^-4··Р·n, кВт, (13)

где - радиальный зазор, м.

2. Определение радиального зазора:

, м, (14)

(0,190 - 0,0603) / 2 = 0,07 м,

N_доп = 2,45·10^-4·0,07·3800·140 = 8 кВт,

Граница зон частот вращения колонны бурильных труб определяется по формуле:

, об/мин, (15)

n₀ = 0,32·10³ (0,060,)² / 0,07 = 21 об/мин; (16)

т.к. n n₀ то N_хв:

N_хв = k_с ·(2 · 10^-6 · q · · n² + 0.8 · 10^-3 · q · d² · n) · L, кВт, (17)

где k_с - коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости k_c = 1,0;

q - масса 1 метра бурильной колонны, кг; q=6,05 кг L - глубина скважины, L = 150м.

N_хв =1,0· (2·10^-6·6,05·0,07·140²+0,8·10^-3·6,05·0,0603²·140) ·150 = 3,3 кВт,

N_т = 3,3 + 8 = 11,3 кВт,

Определение мощности двигателя, расходуемой в трансмиссии и других узлах бурового станка:

N_ст = В_с · n, кВт, (18)

где В_с - опытный коэффициент, характеризующий переменные потери в станке (20%),

N_ст = 0,02 · 140 = 2,8 кВт,

N = 8+ 11,3 + 2,8 = 22,1 кВт,

Для бурения скважин применяется буровая установка УРБ-2А2, максимальная мощность привода которой составляет 130 кВт. В данном случае потребуется всего 22,1 кВт.

2.7 Определение давления нагнетания насоса

Определим потребное давление в насосе на максимальную глубину скважины =150 м при диаметре 190 мм; промывка глинистым раствором с=1200 кг/м³.

Для обеспечения циркуляции промывочного агента в заданном количестве насос должен развивать давление, достаточное для преодоления гидравлических сопротивлений, встречающихся во всех звеньях циркуляционной системы. Давление, которое должен создавать буровой насос при прокачке промывочного агента, складывается из суммы потерь давления в Па.

, (19)

где k=1,3-1,5-коэффициент, учитывающий необходимость запаса давления на преодоление дополнительных сопротивлений при зашламовании скважины; p₁-потери давления в бурильных, утяжеленных и ведущей трубах; p₂-потери давления в кольцевом пространстве скважины; p₃-потери давления в соединениях бурильных труб; p₄-потери давления в долоте; p₅-потери давления в шланге и вертлюге - сальнике.

Решение. Определим критическую скорость по формуле

(20)

м/c,

Для вычисления фактической скорости течения находим:

Наиболее напряженный участок работы насоса 150 м, где расход насоса составляет 180 л/мин.

м³/с,

Внутренний диаметр бурильных труб d_в=0,05 м

Тогда найдем среднюю скорость течения жидкости по трубам по формуле

, (21)

1,2 м/c.

Так как >, режим течения ламинарный.

Обобщенный параметр Рейнольдса находим по формуле

, (22)

3120.

Коэффициент сопротивления вычисляем по формуле

, (23)

.

Тогда потери давления в трубах определим по уравнению

, (24)

0,09МПа,

Для определения потерь давления в кольцевом пространстве находим фактическую скорость течения по формуле

, м/c, (25)

0,18 м/c,

Так как <в кольцевом пространстве режим течения ламинарный. Обобщенный параметр Рейнольдса для кольцевого пространства вычислим по уравнению

, (26)

105

Коэффициент сопротивления =64/105=0,6.

Тогда потери давления в кольцевом пространстве находим из выражения

, МПа (27)

=0,02 МПа

Определим потери давления в соединениях бурильной колонны по формуле

, (28)

где коэффициент местного сопротивления; -число соединений в колонне;

, (29)

где а_к-опытный коэффициент а_к=2; d₀-диаметр наименьшего проходного отверстия d₀=0,05,м

13,7

Число соединений в колонне

(30)

(принимает 30 шт)

МПа

Если на основе практических рекомендаций принять потери давления в долоте p₄=0,05 МПа и потери давления в нагнетательном шланге и вертлюге- сальнике p₅=0,15 МПа, то суммарные потери давления с учетом коэффициента запаса k=1,3 составят

МПа

Вывод: Давление, которое должен развивать насос при прокачке промывочной жидкости должно быть не менее 1,97 МПа. Выбранный насос НБ4-320/63 удовлетворяет данным условиям.

2.8 Расчет колонны бурильных труб на прочность

Геометрические характеристики при бурении:

Площадь поперечного сечения тела трубы:

(31)

где d- наружн. диаметр бурильной трубы м; d₁- внутр. диаметр БТ м,

(32)

Полярный момент сопротивления кручению:

(33)

(34)

Осевой момент инерции:

(35)

(36)

Осевой момент сопротивления при изгибе:

(37)

(38)

Масса 1 м бурильных труб в сборе:

Число свечей в колонне:

(39)

где L- глубина скважины, м; l_СВ - длина свечи, l_СВ=5м;

Число муфт:

. (40)

Для СБТ-60,3 в сборе q= .

Для УБТ-89 в сборе q= , L=4,62м, m=167кг