Буріння свердловин на воду

Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

Кафедра техніки розвідки родовищкорисних копалин

Пояснювальна записка

по курсового проекту по курсу

В«Буріння свердловин на водуВ»

Студента групи РТ-01-1

Алещева А.А.

Керівник курсового проекту: Acc. Хоменко В.Л.

Дніпропетровськ 2005р.

Зміст

Введення

1.Геолого-технічні умови буріння свердловини

2. Вибір ірозрахунок водоприймальної частини свердловини

3. Вибірводопідйомній установки

4. Вибірспособу буріння та проектна конструкція свердловини

5. Вибірбурового обладнання та інструменту

6. Вибірочисного агента

7.Технологія буріння

8. Розтині освоєння водоносного горизонту

9. Монтажфільтра і водопідйомній установки

10. Технікабезпеки

Списоклітератури

Введення

Курсове проектування з буріння свердловин на воду є важливиметапом у підготовці студентів і має на меті закріплення теоретичнихзнань за курсом, вироблення навичок застосування цих знань для вирішенняконкретних інженерних задач в комплексі.

Курсовий проект включає пояснювальну записку та графічнедодаток. Пояснювальна записка повинна мати обсяг не більше 20-25 сторінок текстуна аркушах стандартного формату А4.

Даний курсовий проект передбачає буріння розвідувально-експлуатаційноїсвердловини для питного водопостачання, проектна глибина якої становить -260 метрів.

1.Геолого-технічні умови буріння свердловини

Даний геологічний розріз представлений наступними породами: суглинок,крейда, лес, глина, вапняк, піщаник, аргиллит, пісок дрібнозернистий.Категорія по буримости - II-VII. При бурінні можливі наступні ускладнення: звуження стовбурасвердловини при набуханні глин, часткове поглинання промивної рідини ввапняках. Геологічний розріз і коротка його характеристика, що включаєпотужності пластів і категорію порід по буримости наведені в графічній частиніпроекту на ГТП.

Водоносний горизонт складний дрібнозернистим піском. Має потужність25 метрів. Категорія по буримости - II-а. Глибина залягання покрівлі водоносного пласта 235 метрів.Проектний дебіт - 21 м3/ч. Статичний і динамічний рівні відповіднодорівнюють 19 і 40 метрів.

Глибинапідошви шару Короткийопис Потужністьшару Категоріяпо буримости Зониможл. ускладнень 3 Суглинок 3 II 26 Мел 23 III 46 Суглинок 20 III 82 Лес 36 II 124 Глина 42 IV 157 Мел 33 III 196 Вапняк 39 VII Част.поглинутої зразка. 216 Піщаник 20 V 235 аргиллит 19 VI 260 Пісокдрібнозернистий 25 II 2. Вибір ірозрахунок водоприймальної частини свердловини

Тип водоприймальної частини залежить від характеру порід водоносногогоризонту. Так як водоносний горизонт складний дрібнозернистим піском II-ої категорії по буримости,то приймаємо фільтрову водоприймальну частину. У відповідності з рекомендаціямиСНиП II-31-74 за вибором фільтрів приймаємо трубчастий фільтр з одношаровоюгравійної обсипанням.

Розрахунок водоприймальної частини

Так як потужність пласта понад 10 метрів, то приймаємо діаметрводоприймальної частини, а розраховуємо довжину.

L = Q/(B • d • Vф • W)

Q - дебітсвердловини; d - діаметр водоприймальної частини; Vф - допустима швидкість фільтрації води;W - шпаруватістьфільтра. Приймаємо W рівною 1.

Vф = 65 • 3/Кф

Кф - коефіцієнт фільтрації, м/добу; коефіцієнт фільтраціїприймаємо рівним - Кф = 5 м/добу.

Vф = 65 • 3/5 = 111,2 м3/сут = 4,7 м3/ч

Діаметр каркаса фільтра за ГОСТом на обсадні труби приймаємо Г?114 мм.

dф = (dк +2)) = 114 +2 • 50 = 214 мм

dк - діаметркаркаса

) - товщина обсипання приймаємо = 50 мм

L = 21/(3,14 • 0,214 • 4,7 • 1) = 6,6м

Приймаємо L = 7 м.

Діаметр отворів = 3 • 0,25 = 0,75

Довжина надфільтровой труби приймається рівною з умови її виходуз під черевика експлуатаційної колони не менше ніж на 5 м, виходячи з цьогоприймаємо довжину надфільтровой труби - 14,5 м. Довжину відстійника приймаємо рівною9,5 м.

Загальна довжина фільтра буде дорівнює:

Lф = 7 +14,5 +9,5 = 30м.

Перевірка фільтра за його водопропускної здатності: повинновиконуватися умова f> Q, в свою чергу

f = Vф • d • B • L = 4,7 • 0,214 • 7 • 3,14 = 22,11 м3/ч

Фільтр задовольняє заданим умовам так як 22,11> 21.

3. Вибірводопідйомній установки

Умова роботи водопідйомників в період відкачок і постійноїексплуатації не однакові. У першому випадку вода, як правило, містить багатомеханічних домішок, у другому - вона повинна бути вільна від них. Тривалістьвідкачок в порівнянні з терміном експлуатації свердловини мізерно мала. Крім того,в процесі відкачок і кількості відбирається води і динамічний рівень сильноміняються. Під час експлуатації вони близькі до постійного. Тому для досвідченоївідкачування слід використовувати в першу чергу ерліфти, а для постійноїексплуатації насоси з більш високим ККД. У відповідності з рекомендаціями повибору типу водопідйомній установки для постійної експлуатації приймаємопогружний відцентровий насос типу ЕЦВ.

Розрахунок ерліфта

1.Визначаємо глибину занурення змішувача від рівня ізліва

H = h • k

h - глибинадинамічного рівня води від рівня ізліва

k - коефіцієнт занурення. приймаємо = 2,5

H = 50 • 2,5 = 125м.

2.Визначення питомої витрати повітря

V0 = h/(с • lg ((h • (до-1) +10)/10))

з - коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта занурення = 13,1

V0 = 50/(13,1 • lg ((50 • (2,5-1) +10)/10)) = 4,11м3 на один м3 піднятої води

3.Повний витрата повітря

Wв = Q • V0/60

де Q - дебіт

Wв = 21 • 4,11/60 = 1,44м3/хв.

4.Пусковий тиск повітря

р0 = 0,1 • (до • h-h0 +2)

де h0 - глибина статичного рівня води

р0 = 0,1 • (2,5 • 50-29 +2) = 9,8 кг/см3

5.Робочий тиск повітря

рр = 0,1 • [h • (k-1) +5] = 0,1 • [50 • (2,5-1) +5] = 8 кг/см3

6.Вит...рата емульсії безпосередньо вище форсунки

q1 = (Q/3600) + (W/60 • (рр-1)) = (21/3600) + (1.44/60 • (8-1)) = 0.0093 м3/с

7.Витрата емульсії при зливі

q2 = (Q/3600) + (W/60) = (21/3600) + (1,44/60) = 0,0298м3/с

8.Площа перерізу водопідйомній труби у форсунки

w1 = q1/v1 = 0,0093/2,1 = 0,0044 м2

v1 -швидкість руху емульсії у форсунки. Приймаємо = 2,1 м/с

9.Площа перерізу водопідйомній труби у ізліва

w2 = q2/v2 = 0,0298/7 = 0,0043 м2

v1 -швидкість руху емульсії на зливі. Приймаємо = 7 м/с

10.Внутрішній діаметр водопідйомній труби

d =/(4 • w2/B) =/(4 • 0.0043/3.14) = 0.074 м.

Приймаємо діаметр водопідйомних труб рівним 76 мм ГОСТ 6238-77.

Діаметр повітропровідні труб приймаємо рівним 27 мм ГОСТ 3262-75.

11.Продуктивність компресора:

Wk = 1,2 • Wв = 1,2 • 1,44 = 1,728 м3/хв.

12.Робочий тиск компресора

рк = рр +0,5 = 8 +0,5 = 8,5 кг/см3

13.Розрахункова потужність на валу компресора

Nk = N0 • pk • Wk = 1,18 • 8,5 • 1,728 = 17,33 кВт

N0 - питомапотужність = 1,18 кВт.

14.Дійсна потужність на валу компресора

Nд = 1,1 • Nk = 1,1 • 17,33 = 19,06 кВт.

15.Коефіцієнт корисної дії установки

0 = 1000 • Q • h/(1,36 • Nд • 75) = 1000 • 21 • 50/(1,36 • 19,06 • 75 • 3600) = 0.15

Приймаємо в якості компресора для ерліфта компресор КТ-7.

Розрахунок водопідйомники.

Вибір марки водопідйомники визначається по дебіт свердловини інапору, який повинен розвинути насос.

Нм = нгд + Нвр

Нм - манометричні напір

нгд - геодезична висота подачі

Нвр - втрати напору

нгд = hд + Hи = 40 +10 = 50 м.

Hи - висотаізліва

hд -динамічний рівень

Hи - висотаізліва

Нвр = 0,1 • Н = 0,1 • 55 = 5,5 м.

Н - довжина напірного трубопроводу.

Н = нгд + hз = 50 +5 = 55 м.

hз - заглибленнянасоса під динамічний рівень, приймаємо = 5м.

Нм = нгд + Нвр = 50 +5,5 = 65,5 м.

Експлуатаційні втрати: НЕ = 0,08 • Нм = 0,08 • 65,5 = 5,24 м.

Загальний напір дорівнює Ноб = Нм + НЕ = 65,5 +5,24 = 70,74 м.

Виходячи з даних розрахунку напірної характеристики, якунеобхідно забезпечити, приймаємо відцентровий занурювальний насос марки ЕЦВ8-25-100,який задовольняє нашим вимогам.

Діаметр водопідйомній труби 76 мм.

Робоча характеристика насоса наведена в графічній частиніпроекту.

Модернізація насоса

Надлишок напору:) Н = ННМ-Нм = 100-70,74 = 29,26м.

Напір, що розвивається одним щаблем насоса: Н1 = ННМ/Nст = 100/7 = 14,3 м.

Кількість знімаються ступенів:) Nст =) Н/Н1 = 29,26/14,3 = 2,046

Приймаємо) Nст = 2.

4. Вибірспособу буріння та проектна конструкція свердловини

Вибір способу буріння проводиться на основі попередньоговивчення геолого-технічних умов буріння, а також за раніше пробурених наданій території свердловинах і у відповідності з рекомендаціями з вибору способубуріння. Приймаємо роторний спосіб буріння з прямим промиванням.

буріння свердловина вода

Проектування конструкції свердловини при роторному способі буріння.

1.Діаметр водоприймальної частини свердловини:

dвч = 214 мм.

2.Уточнюємо діаметр долота для буріння водоприймальної частини по ГОСТу надолота: dвч = 214 мм.

3.Внутрішній діаметр експлуатаційної колони визначають з умовинаявності зазору між долотом і колоною

dек = dвч +8 = 214 +8 = 222 мм.

4.Зовнішній діаметр експлуатаційної колони

Уточнюємо діаметр за ГОСТом.

dеквн = 259мм.

dекн = 273 мм

5.Діаметр долота для буріння під експлуатаційну колону:

dекд = dекм +2 б

де dекм - діаметр муфти експлуатаційної колони

б - зазор між стінками свердловини і зовнішньою поверхнею муфти

dекд = 273 +2 • 20 = 313мм.

6.Діаметр долота для буріння під експлуатаційну колону уточнюютьпо ГОСТу:

dекд = 349,2мм.

7.Внутрішній діаметр напрямки:

dнв = dекд +50 = 349,2 +50 = 399,2 мм.

8.Уточнюємо внутрішній і зовнішній діаметр напрямки по ГОСТу на обсаднітруби:

dнв = 406 мм.

dнн = 426 мм.

9.Вибираємо діаметр долота для буріння під напрямок

dнб = dнн +50 = 426 +50 = 476 мм.

10.Уточнюємо діаметр долота для буріння під напрямок по ГОСТу надолота:

dнд = 490 мм.

11.Глибину буріння під напрямок приймаємо Lн = 6 м.

12.Довжина експлуатаційної колони

Lек = Нкр + hз = 235 +1 = 236 м.

Нкр - глибина покрівлі залягання водоносного горизонту.

hз - глибиназаглубкі у водоносний горизонт.

5. Вибірбурового обладнання та інструменту

Вибір бурової установки здійснюється з таким розрахунком, щобзначення таких її параметрів технічної характеристики, як глибина буріння,початковий та кінцевий діаметри буріння відповідали (були більше або рівні)значенням аналогічних параметрів конструкції свердловини. Враховуючи вищесказане вибираємоустановку УБВ-600.

Технічні характеристики бурової установки УБВ-600. Параметри Значення Основнийспосіб буріння Обертальнийз промиванням Глибинабуріння 600 м.Діаметр 114 мм.

Рекомендованідіаметри свердловин, мм:

початковий-

кінцевий-

490

214

Транспортнабаза КрАЗ -257 (2 шасі) Силовийпривід ЯМЗ-238 2двигуна 150х2 Щогла Телескопічнапохила Висота доосі Кронблоки, м. 22,4 Довжинабурильної труби/свічки, м. 12 Механізмобертання Ротор Частотаобертання (основні передачі), об/хв 105, 183 Числопередач основних і допоміжних 2/3 Крутниймомент, кгс • м 1700 Буровийнасос 9МГр-61 -2 насоса Подачамаксимальна, л/с 32 Тискмаксимальне, кгс/см3 150 Компресор КТ-7 Подача, м3/мін 5,3 Тиск,МПа 0,8

Проводимо перевірку установки на вантажопідйомність перевіркою умови Qk <[Q].

Qk = q1 • L • (1 - (рж/рм)) = 41,1 • 236 (1 - (1200/7850)) = 8251,7кг = 8,286 т

q1 - маса 1метра обсадної колони

рж і рм - щільності рідини і стали відповідно

L - довжинаобсадних труб

8,286 т <32 т

Установка підходить.

Діаметр бурильних труб вибираємо з умови: dбт = 0,45 • Dд

Під водоприймальну частина:

dбт = 0,45 • 214 = 96,3мм.

Уточнюємо по ГОСТу dбт = 102 мм.

Під експлуатаційну частину:

dбт = 0,45 • 349,2 = 157мм.

Уточнюємо по ГОСТу dбт = 168 мм.

Діаметр обважнених бурильних труб

dубт = (0,7-0,8)Dд...

Під водоприймальну частина

dвубт = 0,7 • 214 = 149,8мм.

Уточнюємо по ГОСТу dвубт = 178 мм.

Під експлуатаційну:

dекубт = 0,7 • 349,2 = 244,4мм.

Уточнюємо по ГОСТу dекубт = 203 мм.

Вибір конкретних типорозмірів породоруйнуючих інструментуздійснюється в залежності від властивостей гірських порід і діаметрів буріння попроектної конструкції свердловини з урахуванням існуючої номенклатури подіючим ГОСТам та галузевим нормалям.

Приймаємо за ГОСТом 20692-75 наступні долота:

Для буріння під напрямок - Д490СГ.

Для буріння під експлуатаційну колону - Б-349, 2СЦВ.

Для буріння приймаємо долото 3Л-214.

6. Вибірочисного агента

Геологічний розріз складний м'якими і середніми породами II - VII категорій за буримости. При бурінні можливі наступніускладнення: звуження стовбура свердловини при набуханні глин, часткове поглинання ввапняках, осипання аргілітів, поглинання промивної рідини в пісках.Тому в інтервалі залягання цих порід передбачається застосування нормальногоглинистого розчину з наступними властивостями: щільність 1,1 - 1,2 г/см3;умовна в'язкість 20 - 22 с.; вміст піску не більше 4%; водовіддача 8 - 10см3 за 30 хв; товщина глинистої кірки 1 - 2 мм. Для отримання такого розчинунеобхідно додати реагент УЩР (15 - 20%).

7. Технологія буріння

Підготовчі роботи

Всі бурове і допоміжне обладнання розміщують наспеціальному майданчику. Розміщуються заземлення, водні ємності, будинок-гуртожиток,бурова установка.

Загальний порядок спорудисвердловини.

Забурка свердловини під напрямок глибиною 6 метрів здійснюєтьсядолотом діаметром 490 мм. Отриманий інтервал обсаджується трубами діаметром426 мм з повною цементацією затрубного простору.

Буріння по непродуктивним товща в інтервалі 6 - 236 метрів ведетьсядолотом діаметром 349,2 мм з подальшою установкою експлуатаційної колонидіаметром 273 мм з виходом на денну поверхню також з повною цементацієюзатрубного простору.

Подальше буріння до проектної глибини 260 м. ведеться поводоносної породі долотом діаметром 214 мм.

Забурка свердловини під напрямок.

Осьова навантаження створюється власною вагою бурового снаряда.

Частота обертання приймається: n = 105 об/хв.

Подача промивної рідини максимальна, але за допомогою одногонасоса = 32 л/с.

Розрахунок цементування під напрямок.

1. Щільність цементного розчину: рцр = рв • рц • (1 + m)/(рв + m • рц),

де рв - густина води

рц - густина цементу

m -водо-цементне відношення

рцр = 3100 • 1000 • (1 +0,5)/(1000 +0,5 • 3100) = 1830 кг/м3

2. Необхідна кількість цементного розчину

Vцр = 0,785 • [(до • D2-dн2) • hц + d 2 • h]

до - коефіцієнт, що враховує можливе збільшення діаметрасвердловини

D - діаметрсвердловини, м

dн -зовнішній діаметр обсадних труб, м

d - внутрішній діаметр обсадних труб, м

hц - висотапідйому цементу в затрубний просторі

h - висотацементного стакана

Vцр = 0,785 • [(1,3 • 0,492-0,4262) • 6 +0,4062 • 5] = 1,26м3

3. Необхідна кількість сухого цементу

Qц = кц • qц • Vцр

кц - коефіцієнт, що враховує втрати цементу.

Qц = 1,1 • 1,22 • 1,26 = 1,69т.

4. Необхідний обсяг води

Vв = (m • Qц)/(кц • рв) = (1,69 • 0,5)/(1,1 • 1) = 0,77 м3

5. Кількість продавочной рідини

Vпр = 0,785 • к2 • d2 • (Lh) = 0,785 • 1,05 • 0,4062 • (6-5) = 0,136 м3

к2 - коефіцієнт, що враховує стисливість рідини

Буріння по непродуктивним товща.

Осьова навантаження бкдет створюватися УБТ діаметром 245 мм з вагоюодного метра труби q1м = 232 даН, довжина необхідного УБТ становитиме:

Lубт = Р• к/(q1м • (1-рж/рм))

На інтервалі залягання порід I-IV категорій

Р = руд • D = 100 • 34,92 = 3490 кг = 3490 даН.

Приймаємо Р = 3500 даН.

Lубт = Р• к/(q1м • (1-рж/рм)) = 3500 • 1,25/(232 • (1-1,2/7,85)) = 22,26м

З урахуванням довжини свічки (12 м) приймаємо довжину УБТ - 24 м.

Частота обертання n = 105 об/хв

На інтервалі залягання порід VI-VII категорій:

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)) = 44,4м

Приймаємо довжину УБТ - 48 м.

У відповідності з технічною характеристикою установки приймаємо n = 183 об/хв

Q = 0,785 • (D2-d2) • Vn

D -найбільший діаметр свердловини або обсадних труб, м

d - зовнішнійдіаметр бурильних труб, м

Vn - швидкістьвисхідного потоку, м/с

Q = 0,785 • (0,34922-0,1682) • 0,2 = 0,015м3/с; приймаємо Q = 15 л/с

Розрахунок цементування експлуатаційної колони.

1. Щільність цементного розчину: рцр = рв • рц • (1 + m)/(рв + m • рц),

рцр = 3100 • 1000 • (1 +0,5)/(1000 +0,5 • 3100) = 1830 кг/м3

2. Необхідна кількість цементного розчину

Vцр = 0,785 • [(до • D2-dн2) • hц + d 2 • h]

Vцр = 0,785 • [(1,3 • 0,34922-0,2452) • 236 +0,23052 • 7] = 18,46м3

3. Необхідна кількість сухого цементу

Qц = кц • qц • Vцр

Qц = 1,1 • 1,22 • 18,46 = 24,77т.

4. Необхідний обсяг води

Vв = (m • Qц)/(кц • рв) = (24,77 • 0,5)/(1,1 • 1) = 11,26 м3

5. Кількість продавочной рідини

Vпр = 0,785 • к2 • d2 • (Lh) = 0,785 • 1,05 • 0,23052 • (235-7) = 9,985 м3

6. Тиск на оголовка свердловини в кінці цементування на моментсходження пробок

р = рг + g • (hц-h) • (pцр-Pпр)

рг - втрати на гідравлічний опір

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. Сумарна продуктивність цементувальних агрегатів припродавке цементного розчину

Q = 0,785 • (D2с-D2) • до • V = 0,785 • (0,34922-0,2452) • 1,2 • 1,5 = 0,0873м3/с

Для забезпечення такої подачі приймаємо 3 цементувальних агрегатумарки 3ЦА-400 з максимальною подачею 0,033 м3/с.

8. Тривалість цементування свердловини: T = t1 + t2 + t3

t1 - часзакачування цементного розчину

t2 - часустановки верхньої пробки = 15 хв

t3 - часпродавкі

t1 = Vцр/(n • qn) = 18,46/(3 • 0,033) = 186,46 с = 3,11хв

t3 = Vпр/(n • qn) = 9,985/(3 • 0,033) = 100,86 з = 1,68хв

T = 3,11 +1,68 +15 = 19,79хв.

Час початку загустіння цементного розчину має бути більшетривалості цементування з 25% запасом часу 19,79 <60 умовавиконується.

8. Розтині освоєння водоносного горизонту

Виходячи з того, що водоносний горизонт складний дрібнозернистимчастини.

м

9. Монтаж

1.

2.

3.

4.10. Технікабезпеки

1. Загальні вимоги

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.спеціально відведених місцях.

1.6.

1.7.

Список літератури

1.

2.

3.

4.