Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Решение проблемы вовлечения в производство еральных ресурсов россыпных месторождений шельфа связано с бурением ажин в сложных природных условиях. характеризующихся рядом бенностей. основная из которых - наличие над устьем скважины ного пространства.
При существующем уровне применяемой техники и технологии бурения изводительное, время работы с плавучих буровых установок (ПБУ) не вышает 55 и почти половину времени они простаивают из-за еорологических условий (штормы, туманы, морось, температурный и овый режимы и т.п.). Меньшее влияние на выполнение технологических раций погодные условия оказывают при забивном способе бурения. Он спечивает получение высоких механических скоростей бурения и бходимой геологической информативности в рыхлых и перемеживающихся
крепости породах. Однако забивной способ характеризуется большим ичеством трудоемких операций, связанных с отбором керна, и поэтому
производительность при бурении с ПБУ не превышает 220 м/ст.мес. В ем балансе затрат времени на погружение обсадной колонны в породы ходуется не более 15. а на отбор керна до 60. скорость бурения на е в 2-3 раза ниже, чем при бурении россыпей на суше, стоимость онного метра бурения по состоянию на 31.12.92 составляла 87 руб.
Для повышения производительности и снижения стоимости бурения спективны способы и схемы, в которых процессы разрушения пород, пления стенок скважин и отбора керна совмещены. Интерес дставляют способы с непрерывным транспортированием выбуренной оды по двойной колонне труб (ДКТ). Такая схема бурения исключает более трудоемкие операции, связанные с отбором керна и обсадкой ажины трубами, сокращает затраты времени на сооружение скважины, леднее заманчиво тем. что повышает вероятность завершения скважин в йоды благоприятных для бурения погодно-климатических условий, ращает количество случаев ликвидации из-за штормов недобуренных ажин и последующих их перебурок и. тем самым, снижает стоимость ения на акваториях.
Однако имеется ряд причин. ограничивающих применение для
разведки морских россыпей традиционного вращательного бурения гидротранспортированием керна: невозможность поддержания рациональн режимов бурения из-за качки ПБУ; трудность передачи больших осев нагрузок иэ-эа изгиба ДКТ в интервале между поверхностью и дном мор низкая геологическая информативность и невозможность отслеживай границ пород разреза с заданной точностью из-за обогащения и обеднения транспортируемых проб пород; уход очистного агента затрубное пространство и закупорки канала внутренних труб Д породами; невозможность замены износившегося породораэрушающе инструмента; малые диаметры и ненадежность конструкции ДКТ. больш затраты мощности на ее вращение.
Таким образом, проблема применения высокопроизводительного спосо бурения с гидротранспортированием керна для разведки морских россып является актуальной, но требует разработки новых конструктивных Фо бурового оборудования и технологий его эксплуатации, приспособленных условиям бурения на акваториях.
С 1989 года эта проблема решается А/О "Дальморгеология" п руководством автора, являющегося главным конструктором, заведуют горно-бурового отдела Специального конструкторского бюро. Решение эт проблемы осуществляется по планам НИР и ОКР Госкомитета по геологии и в соответствии с программой "Прогрессивные технологии и техническ средства геологического изучения недр континентального шельфа, экономической зоны Российской Федерации и Мирового океана" на 1993-97 г.г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - выполнение теоретических. конструкторских экспериментальных исследований, совокупность которых обеспечила создание и внедрение в производство комплекса технических средств технологии высокопроизводительного бурения с гидротранспортироват керна для разведки морских россыпей.
1. Разработка технологических схем и технических средств ;
реализации нового способа забивного бурения с гидротранспортировані
керна.
2. Исследование зависимости скорости потока, удерживающего часті
керна во взвешенном состоянии, от параметров технических средств
повий гидротранспортирования.
3. Исследование влияния скорости и режимов движения восходящего
гока на качество керна.
4. Определение параметров ДКТ и насоса для бурения с
дротранспортированием керна.
5. Обоснование рациональной технологии бурения скважин в рыхлых
ложениях шельфа новым способом.
методы исследовании включают: обобщение и анализ Фондовых и тературных источников. аналитические исследования. стендовые и оизводственные эксперименты. сопоставление теоретических и спериментальных результатов, обработка полученных данных и технико-ономическип анализ с использованием ПЭВМ.
1. Уточнена Формула скорости витания и приведена к виду, удобному
я практического применения при выборе необходимой производительности
coca в зависимости от параметров ДКТ и условий
дротранспортирования.
2. Установлено. что соотношение диаметров транспортируемого керна
канала внутренней колонны ДКТ. при котором наблюдается максимум
.орости витания, близко к 0.3 (в диапазонах изменения длины частиц
:рна ОТ 1 СМ ДО 100 СМ; ОТНОСИТвЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОРОД ОТ 1,2 ДО 3,45;
:аметра канала внутренних труб ДКТ от 7.0 см до 14.8 см; абсолютной ;вивалентной шероховатости от 0.03 мм до 0.1мм).
3. Выявлена влияющая на выбор рациональных параметров ДКТ, насоса
режимов бурения зависимость качества геологической информативности
' скорости и режима движения восходящего потока: с увеличением :орости потока выше скорости витания резко усиливается разрушение 'руктуры гидротранспортируемых рыхлых пород, пульсации расхода потока :иливают их разрушение.
4. Разработаны рациональные режимы бурения новым способом и
эаФический метод их выбора. контроля и регулирования по мере
зеличения глубины скважины.
5. Дан научный прогноз развития и использования нового забивного
тособа бурения с гидротранспортиованием керна скважин многоцелевого
назначения в рыхлых породах.
ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводов и рекомендавд обоснована высокой сходимостью стендовых и теоретических исследоваї с результатами опытно-промышленных испытаний нового способа бурения.
1. Разработан комплекс технических средств для нового спосс
забивного бурения с гидротранспортированием керна, успешно прошедї
опытно-производственную апробацию.
2. Разработана, защищена патентом и апробирована на практике hoi
технологическая схема СПО и наращивания ДКТ. снижающая затраты трудг
времени на спуск, наращивание и извлечение ДКТ.
3. Определен оптимальный диаметр внутренних труб для ДКТ
наружными трубами диаметром 168/150 мм. исключающий пульсации давлеї
в нагнетательной линии насоса при бурении с расхаживанием внутрені
труб ДКТ.
4. Получены Формулы и графики. удобные для практическ(
использования при выборе рациональных режимов и контроля за ними
процессе бурения.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований и техничеі разработки применены при: создании комплекса ударно-забивного буре] с гидротранспортированием керна (КЗГК). образец которого прої опытно-производственные испытания; создании оборудования скважинного гидравлического опробования и опытно-промышлен] гидродобычи россыпных полезных ископаемых: оснащении к: керноприемниками для отбора керна и специальными снарядами изучения свойств грунтов в скважине; бурении скважин на глубина! изобатами до 80 м. Экономический эФФект от новой техники и техноло достигается за счет повышения более чем в 2 раза производительно бурения в сравнении с традиционным забивным способом, применяемым ПБУ в аналогичных условиях, и составит от 1 комплекса за полевой се 413489 руб. (в ценах 1991 г) при годовом объеме бурения 2375 м.
АПРОБАЦИЯ основных положений и результатов работы осуществлена 5-ом Всесоюзном заседании экспертно-координационного Совета по буре с гидротранспортом керна. Белая Церковь. 1989 г.: на нучно-техничес
нФеренциях: Всесоюзной "Оптимизация бурения скважин в осложненных повиях". посвященной 20-летию кафедры технологии и техники злогоразведочных работ ДПИ. Донецк.1991 г.; профессорско-вподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГРИ. оква. 1992 г.; на научно-технических советах АО"Дальморгеология". 91-94 гг.; на III международном симпозиуме "Применение геметических методов и компьютеров в геологии, горном деле, галлургии и смежных областях". Москва, 1993 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано восемнадцать работ, в к числе : 13 статей. 3 авторских свидетельства .
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Работа состоит из введения, б глав, новных выводов и рекомендаций,- изложена на 174 стр. машинописного кета, включая 14 табл., 41 рис.. список использованной литературы из наименования и 3 приложения.
Автор выражает благодарность научному руководителю к.т.н. оростовскому С. С. за научно-методическую помощь, консультации и ководство научными исследованиями; к.т.н., доцентам Боголюбскому А. и Пенкевичу СВ. за содействие в выполнении теоретической части боты; сотрудникам СКВ НПО ГЕОТЕХНИКА к.т.н. Когану Д.И.. Кузнецову В.. Пешкову А.Н., Юрьеву м.С. за помощь и консультации при нструировании новой техники; сотрудникам АО"Дальморгеология" Асееву Г.. Перминову В.В. и к.т.н. Пронкину А.П. за критические замечания
ценные советы при обсуждении диссертации; сотрудникам МГГА ючникову А.Ю.. Цыпленкову А.А.. Головину С.А. и буровым бригадам рекой поисково-сьемочной экспедиции за помощь в проведении оизводственных исследований.