Введение к работе
Актуальность работа. Для удовлетворения постоянно растущих потребностей народного хозяйства Советского Союза в" минеральном сырье "Основные направления экономического и социального развития СССР на І986-Ї990 годы и на период.до 2000 года" предусматривают "дальнейшее укрепление и расширение минерально-сырьевой базы страны, повшение эффективности и качества подготовки и освоения разведанных запасов полезных ископаемых" я ставят задачу "ускорить внедрение прогрессивных методов поисков и разведки полезных ископаемых",
В связи с этим для интенсификации геологоразведочного производства необходимо дальнейшее совершенствование механического колонкового бурения, являющегося наиболее дешевым и быстрым способом разведки местороаденйй твердых полезных ископаемых. Известно, что при бурений твердых перемещающихся пород происходит интенсивное искривление скважин, а это нередко приводит к их пе-ребуриваняга и сняаает качество и эффективность геологоразведочных работ. Поэтому научные и производственные организации Министерства геологии СССР уделяют большое внимание технике и технологии направленного бурения скважин малых диаметров, так как только его широкое применение обеспечивает поиски и разведку глубокозалегающях. месторождений в новых районах и прослеживание рудных тая ниже границ, ранее переданных в промышленное освоение. Дальнейшее совершенствование и широкое применение методов направленного бурения на основе научной разработки комплексной система организации этих работ, автоматизированных методов проектирования трасс и технико-технологического обеспечения оперативного управления процессом направленного бурения разведочных скважин в твердых породах до их. завершения на проектной глубине
- г -
представляет весьма актуальную для геологоразведочных работ проблему, а ее практическое решение обеспечивает повышение надежности проведения скважин по проектным трассам и оценки запасов полезных ископаемых, снижение материальных и трудовых затрат на бурение скважин, то-есть представляет собой природоохранную и ресурсосберегающую технологию буровых работ и поэтому имеет важное народно-хозяйственное значение.
Настоящая работа, направленная на решение данной проблеш, основана на обобщении многолетних теоретических и практических исследований автора, результаты которых в виде комплекса технико-технологических разработок, инструктивных и методических указаний и рекомендаций широко внедрены в организациях отрасли и используются в странах-членах СЭВ.
Все работы проводились во Всесоюзном научно-исследовательском институте методики и техники разведай (ВИТР) по пятилетним
планам ЫИОКР Шшгео СССР по проблемам Ш 1Л* 115 задание 6,
р ч: т 002
Ш .'.'J 119 задание 7, Отраслевой кошлексной целевой программе "Принципиально ноше технические средства и методы бурения направленных и многоствольных скважин, включая ишшшометричес-кую, ориентирующую и другую аппаратуру", а также по заданиям 1,6; 1.7; 1.7.I; 1.7.3-1.7.7 Координационного центра "Интергео-техника"; по всем указанним .заданиям автор являлся научным руководителем, а также ответственным исполнителем IS завершенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских тем (Л№ гос. регистрации 76029796, 8IC5Q926, 01827039204, QI87006I952 и др.).
Идея работы - Создание комплексной системы проектирования и управления процессом направленного бурения скважин в твердых породах и разработка методов и технико-технолоічіческих решений для ее реализации.
Цель работы - Совершенствование и интенсификация направлен-
ного геологоразведочного бурения в твердых породах в результате разработки системы управления его процессом на основе широкого внедрения комплекса созданных методов и новых технико-технологических разработок.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленных идеи и цели исследований решены следующие основные задачи:
научное обобщение и оценка направлений развития и динамики объемов направленного бурения по отрасли до 2000-2010 гг.;
научное обобщение основных факторов, определяющих механизм искривления скважин и типизацию оптимальних траекторий скважин, разработка метода и пакета алгоритмов автоматизированного проектирования трасс, обоснование метода и критериев оптимизации процесса и разработка пакета алгоритмов оперативного управления направленным бурением скважин;
исследование теоретических основ для разработки современного комплекса принципиально новых технических средств (откло-нители, ориентирующая аппаратура, инклинометры оперативного контроля искривления скважин, специальный алмазный инструмент), обеспечиваздих управление процессом напрагленного бурения в сложных геологических условиях твердых горных пород;
исследования по оптимизации технологии искусственного искривления скважин бесклиновыми отклонителями с регулированием набора кривизны л минимизацией затрат времени на цикл искривления;
обоснование и исследование метода бурения многоствольно-кустовых скважин, позволяющего повысить надежность оценки основных параметров полезного ископаемого (рудного тела), и выбора на основе многовариантных расчетов.оптимального по максимальной экономической эффективности варианта бурения многоствольных скважин на конкретном месторождении.
Методы исследований. Анализ и научное обобщение теоретических представлений и результатов предшествующих исследований, в т.ч. автора, по изучению механизма искривления еквакин.малых диаметров е твердих породах с целью классификации закономерностей и траекторий скважин по однородным группам;
системный анализ факторов оперативного управления процессом направленного бурения л циклом искусственного искривления скважин в твердых породах для формирования рационального комплекса специальных технических средств направленного бурения;
теоретические, экспериментальные и производственные иссле-дозашш и классификация комплекса технических средств и особенностей работы формирующих его элементов: отклонителей, ориента-тороБ, инклинометров, породоразрушающегс инструмента;
теоретические и практические исследования методов бурения многоствольно-кустовых скважин и многовариантиой оценки технико-экономической эффективности бурения многоствольных скважин.
Каушая новизна. В результате выполненных исследований установлены методические и технологические закономерности и создан комплекс теоретических«технических решений, обеспечивающих зффек-тивное управление процессом направленного бурения геологоразведочных скважин л твердах лородах, в т.ч. сбоскован метод автоматизированного проектирования оптимальных трасс направленных скважин на основе типизации их траекторий в различных геологических условиях и минимизации искусственных искривлений;
предложены и обоснованы критерии недопустимости корректировки искусственного искривления скважин, создающие основу системы оперативного управления процессом направленного бурения скважин;
установлены теоретические зависимости набора кривизны скользящим.отклонителем, принимающим на забое форму изогнутой
компоновки с постоянным углом между осями его плеч, обеспечивающей бурение скважины по дуге постоянного радиуса. Обоснован метод оптимизации процесса искусгтзенного искривления скважин путем регулирования интенсивности их искривления таким отклони-телем я минимизации затрат времени и средств на цикл при работе компоновкой со специальными алмазными калибраторами;
обоснован метод повышения достоверности оценки параметров рудного тела на основе бурения многоствольно-кустовых скважин и установлена зависимость изменения изучавшее параметров от числа дополнительных стволов скважины и расстоянии между ними в каждом пункте разведочной сети;
предложен и обоснован метод многовариантных исследований по критерию максимальной окономической эффективности для выбора оптимального варианта бурения многоствольных скванин.
Практическая ценность работы заключается в том, что: разработан и внедрен комплекс методических, технологических и.технических решений, образующих систему оперативного управления процессом направленного бурения раззедочных скванин в твердых породах, а именно:
-
Разработана автоматизированная система проектирования трасс и метод оперативного управления процессом направленного бурения скважин и составлены методические рекомендации, утвержденные Мингео СССР.
-
Разработан комплекс принципиально новых (на уровне изобретений) технических средств, обеспечивающих бурение направленных сквежин по проектной трассе: скользящие отклонители, извлекаемые ориентаторы, лородоразрушаюшй алмазный инструмент, компоновки для проработки и проведения ствола в новом направлении и др.
-
Разработана технология направленного бурения скЕажин в твердых породах, в том числе буримых ССК, с использованием комплекса технических средств, обеспечивающая минимизацию затрат времени и средств на цикл искусственного искривления, а также составлени методические руководства, утвержденные Мянгео СССР,
-
Обоснована методика оперативного контроля кривизны скважин и разработаны автономные инклинометры, обеспечивающие снижение затрат времени на вспомогательные работы при направленном бурении скважин, и подготовлено методическое руководство, утвержденное Мшгей СССР.
-
Предложены рекомендации по повышению достоверности оценки параметров полезного ископаемого бурением многоствольно-кустовых скважин и метод выбора оптимального варианта бурения многоствольных скважин по критерию максимальной экономической эффективности.
Достоверность научных положений и выводов обусловлена результатами теоретических, экспериментальных и производственных исследований, выполненных в стендовых и полевых условиях по разработанным автором методикам с использованием современной контрольно-измерительной, регистрирующей и электронно-вычислительной техники.
Сценка объема и надежности экспериментальных исследований и производственных дш<ных производилась с достоверностью 0,90-0,95.
Обоснованность научных положений л комплекса методических
рекомендаций и инструктивных указаний, разработанных на их основе, подгверадается высокой сходимостью проектных и расчетных величин с производственными данными.
Реализация результатов исследований. Разработанный комплекс технических средств выпускается Экспериментальным заво-
дом техники аякьзного бурения (ЭЗТАБ) НПО "Геотехника": объем выпуска составил более 40 тыс. комплектов, в том числе более 2 тыс. комплектов на экспорт в страны-члены СЭВ и развивающиеся страны. Отдельные группы изделий выпускаются на Карагандинском геолого-ремонтном заводе, зазодах ПГО "Волковгеология", "Соснозгеология", "Ташкентгеологая", "Таджикгеология".
Комплекс технических средств и технология направленного бурения скваяин апробированы ка месторождениях многих объединений отрасли: ПГС "Севзапгеология", "Ташкентгеология", "Центр-казгеологпя", "Таддикгеология", "Самаркандгеология", "Сєвеост-геология" и др. Автоматизированная система проектирования трасс направленных и многоствольных скважин СПРОС разработана ИЗЦ ВКТРа и внедрена на ряде мєсторождеішіі. Инструктивные указания, временная инструкция по направленному бурению, методические рекомендации по проектированию трасс скЕаяш и управлению процессом направленного бурения с применением ЭВМ, по направленному бурению скважш бесклиновшяи скользящими снарядами, по измерению скважин многоточечным инклинометром МТ-І и др. широко внедрены в отрасли.
В странах-членах СЭВ с целью подготовки контрактов на поставку и внедрение изделий комплекса производились совместные испытания разработок на территориях заинтересованных стран -НРБ, ГДР, ЧССР по рабочим планам заданий Щ "Интергеотехкика".
Широкое внедрение результатов исследований в геологоразведочное производство организаций Мингес СССР позволило повысить качественный, уровень направленного бурения по отрасли и получить значительный экономический эффект.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались ка совещаниях Экспертно-координациошюго
совета по направленному бурению и ишслшометрии, на Всесоюзных и республиканских совещаниях, конференциях, ВДНХ СССР 1964, IS66, 1968, 1969, 1975, 1978, 1980, 1984, 1985, 1988, 1989 гг., Международном симпозиуме (ЛГИ - 1989 г.), ГЕ0ЭКСП0-84; на совещаниях специалистов стран-членов СЗВ 1970, 1972, 1973, 1977, 1980, 1982, 1985, 1987 и I9B8 гг., на научных семинарах ЛГИ им.Г.В.Плеханова и МП'И им.С.Орджоникидзе, а также технических советах многих производственных геологических объединений. Разработки комплекса демонотріфовались на ВДНХ СССР, Международных выставках: "ГЕОЭКШ0-Э4", ЧССР, ВНР, Ангола, КНР, автор награжден тремя серебряными и двумя бронзовыми медалями ВДНХ СССР.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 122 работы, в том числе 27 монографий, инструкций, брошюр и методических руководств и 14 изобретений.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, восьми глав, основных выводов и рекомендаций и изложена на 246 страницах машинописного текста, имеет 62 рисунка, 26 таблиц, список изученной литературы из 269 наименований и 8 приложений.
