Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность работы
- 2. Цели, задачи, объект и предмет исследования, идея работы
- 3. Аналитический обзор
- 4. Обоснование и направление работ
- 5. Описание разрабатываемого механизма
- 6. Принцип действия разрабатываемого механизма
- 7. Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение
- Список источников
Введение
Общегосударственной программой развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2030 года запланировано увеличение объемов бурения геологоразведочных скважин. Но в условиях Донбасса многие скважины пересекают поглощающие горизонты, которые необходимо тампонировать в процессе бурения для предотвращения больших затрат промывочной жидкости.
Однако, существующие средства тампонирования не всегда эффективны при пересечении неустойчивых трещиноватых пород. Для этого требуется разработка новых и усовершенствование существующих технологий и технических средств тампонирования геологоразведочных скважин.
1. Актуальность работы
В горном деле давно известны и широко применяются невзрывчатые разрушающие вещества (НРВ), например, на основе негашеной извести, которые при взаимодействии с водой значительно увеличивают свой объем. Для получения НРВ применяют негашеную известь, которую получают за счет обжига извести при температурах 1150–1350 °С.
Принципиально эти их свойства могут быть применены для тампонирования зон поглощения в геологоразведочных скважинах. Это позволит повысить производительность и снизить себестоимость буровых работ за счет более эффективной борьбы с поглощением промывочной жидкости.
Поэтому разработка новых технологий тампонирования зон поглощения на основе расширяющихся материалов в геологоразведочных скважинах и технических средств ее реализации является актуальной задачей.
Работа выполнена по заявке ООО Юговостокгаз
и ООО Востокспецсервис
и связана с реализацией Общегосударственной программой развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2030 года.
2. Цели, задачи, объект и предмет исследования, идея работы
Цель работы – разработка технологии тампонирования геологоразведочных скважин с применением материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью, разработка конструкции тампонажного снаряда и рецептуры тампонажной смеси.
Задачи исследования:
- Разработать рецептуру тампонажной смеси на основе материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
- Разработать конструкцию тампонажного снаряда для применения с материалами, расширяющимися при взаимодействии с промывочной жидкостью. Выполнить 3D-моделирование и рабочие чертежи разработанного снаряда.
- Разработать технологию тампонирования геологоразведочных скважин с применением материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
Объект исследования – процесс тампонирования геологоразведочных севажин.
Предмет исследования – технология тампонирования и рецептура тампонажной смеси на основе невзрывчатого разрушающего вещества.
Идея работы – применение для повышения эффективности борьбы с поглощением в геологоразведочных скважинах материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
3. Аналитический обзор
Тампонажные устройства используют или для доставки в скважину тампонажного материала, приготовленного на поверхности, или для приготовления тампонажного раствора непосредственно в скважине. Эти устройства представляют собой емкость-контейнер и вспомогательные устройства, обеспечивающие герметичность конструкции, извлечение и перемешивание компонентов состава.
Тампонажный снаряд конструкции В. А. Кичигина и А. А. Марьина
Тампонажный снаряд данной конструкции (рис. 1) применяется для изоляции зон поглощения и установки мостов в скважинах.
Рисунок 1 – Тампонажный снаряд конструкции В. А. Кичигина и А. А. Марьина
Он состоит из корпуса 1, поршня 2, который выполнен со сквозным осевым каналом под обратный клапан 3, который имеет пружину 4, запорный элемент 5 и шток 6 с фиксатором 7. Запорный элемент 5 установлен в нижней части поршня 2 с возможностью взаимодействия с легкоразрушаемыми контейнерами 8, заполненными сухим тампонажным материалом. При этом запорный элемент выполнен с диаметром, меньшим осевого канала 9 башмака 10, в котором установлены ножи 11. Шток 6 выполнен с продольными проточками 12. По длине, превышающей высоту поршня 2. В башмаке снаряда установлена заглушка 13.
Тампонажный снаряд работает следующим образом.
На устье скважины корпус 1 заполняют жидкостью и в нее спускают контейнеры 8 с предварительно уплотненным до нужной плотности сухим порошкообразным быстросхватывающимся тампонажным материалом. После полного заполнения корпуса контейнерами вставляют поршень 2 с обратным клапаном до упора в последний контейнер. Затем снаряд опускают на трубах в нужный интервал скважины. Через трубы с помощью насоса нагнетают жидкость внутрь корпуса над поршнем 2 и одновременно вращают тампонажный снаряд. Под действием давления жидкости поршень 2 движется вниз, передавая одновременно давление на контейнеры 8 с тампонажным материалом и жидкость, находящуюся в корпусе снаряда, благодаря чему контейнеры не деформируются. После выдавливания заглушки 13 снаряд медленно поднимают вверх. Контейнеры, проходя через ножи 11, разрезаются, а тампонажный материал получает вращательное движение и интенсивно перемешивается с жидкостью, заполняя полный объем скважины, каверн и трещин. В момент остановки поршня 2 в башмаке 10 и выдавливания последнего контейнера с тампонажным материалом клапан движется вниз до упора фиксатора 7 в поршень 2, пропуская жидкость через проточки 12, имеющиеся на штоке 6, при этом давление на манометре насоса резко падает, что является сигналом полного выдавливания тампонажного материала. После этого вращение снаряда и подачу жидкости прекращают. Клапан 3 под действием сжатой пружины 4 возвращается в свое первоначальное положение. Затем этим же снарядом производят уплотнение затворенной быстросхватывающей тампонажной смеси в поглощающий пласт.
Устройство позволяет точно определить окончание процесса полного выдавливания порошкообразного быстросхватывающегося тампонажного материала, который при интенсивном перемешивании с жидкостью образует однородную, равномерную, с одинаковыми структурно-механическими свойствами быстросхватывающуюся нетекучую массу, которая, быстро набирая прочность, образует качественный изоляционный мост. Это особенно важно при борьбе с обвалами стенок скважин, катастрофическом и полном поглощениях промывочной жидкости. Устройство позволяет также производить тампонирование сухих
скважин, уравновешивать пластовое и гидростатическое давление столба жидкости при подъеме снаряда из скважины.
Однако такой снаряд имеет следующие недостатки: невозможность применения этого снаряда в скважинах малого диаметра из-за малой разницы площадей поршня и бурильной трубы.
Тампонажный снаряд конструкции А. С. Покальчука
Тампонажный снаряд (рис. 2) представляет собой удлиненную колонковую трубу со смесителем и специальным шпинделем на нижнем конце. На верхний конец наружной трубы навинчивается переходник 2. В нижнем конце переходника имеется выточка, в которую вставляется верхний конец внутренней трубы. Для герметизации в выточку переходника вставляется резиновая прокладка.
Наружные и внутренняя трубы тампонажного снаряда изготовляются из нескольких секций. Нижний конец наружной трубы навинчивается на корпус клапанов.
Корпус клапанов имеет четыре гнезда 4 с отверстиями, предназначенными для истечения ускорителя схватывания. В центре корпуса клапанов находится проходное отверстие, расширяющееся в нижней части. В корпус клапанов вставляется клапан 7, на котором смонтирован рассекатель 6 и четыре штыря-клапана. В корпус клапана ввинчивается смеситель 5, имеющий отверстия для выхода в скважину готовой быстросхватывающейся смеси. В центре смесителя имеется отверстие 8 с левой резьбой, в которое ввинчивается шпиндель с эксцентриком 14. Гайка 11 предотвращает вывинчивание шпинделя из смесителя. На конце шпинделя монтируется вилка 10 со штырями 12 и зубьями 13. Назначение эксцентрика 14 состоит в том, чтобы при вращении тампонажного снаряда отводить нижнюю часть шпинделя от оси скважины и, прижимая к стенке скважины зубья, несколько притормаживать вращение шпинделя, в силу чего последний вывинчивается из смесителя до тех пор, пока гайка 11 не дойдет до упора.
Рисунок 2 – Тампонажный снаряд конструкции А. С. Покальчука
Ликвидация поглощения при помощи тампонажного снаряда данной конструкции производится следующим образом. В нарезное отверстие корпуса смесителя ввинчивают шпиндель, на верхний конец которого навинчивают ограничительную гайку. Затем клапан вставляют в корпус и в таком положении навинчивают на смеситель. При вращении влево шпиндель входит внутрь смесителя до тех пор, пока штыри-клапаны не перекроют отверстия клапанных гнезд. Когда штыри перекроют гнезда клапанов, рассекатель только частично войдет в конусное отверстие в корпусе клапанов, но не перекроет его.
На этом сборка смесительного устройства тампонажного снаряда закончена. Затем на корпус клапанов навинчивают одну или две секции внутренних и наружных труб. В таком виде снаряд устанавливают на хомутах над устьем скважины. Затем в межтрубную полость заливают ускоритель схватывания и навинчивают переходник. При этом верхний конец внутренней трубы плотно входит в выточку переходника.
Собранный снаряд опускают в скважину и устанавливают на 1,5–2 м ниже зоны поглощения. Для получения высококачественной быстросхватывающейся смеси необходимо, чтобы начало истечения ускорителя совпало с поступлением в зону поглощения цементного раствора через рассекатель. Поэтому до начала цементации подсчитывают емкость труб.
Цементный раствор закачивают в скважину до тех пор, пока он не вытеснит из колонны штанг весь глинистый раствор и не поступит к рассекателю. Этот момент определяется по количеству цементного раствора, закачанного в снаряд. Как только раствор поступит к рассекателю, колонну штанг с тампонажным снарядом приводят во вращение резкими рывками. После 50–60 оборотов снаряд медленно начинают поднимать вверх. Во время резкого вращения снаряда шпиндель вывинчивается из смесителя и рассекатель вместе со штырями-клапанами опускается вниз, открывая доступ ускорителю, поступающему в смеситель. Скорость истечения соответствует скорости струи цементного раствора и регулируется калиброванными отверстиями в гнездах клапанов. Число и размеры калиброванных отверстий регулируются в зависимости от производительности насоса. Для насоса ЗИФ-200/40 и НГР-250/50 необходимо 4 отверстия диаметром 10 мм.
Открытие гнезд клапанов означает начало истечения ускорителя. После этого тампонажный снаряд медленно поднимают вверх, освобождая в скважине место для быстросхватывающейся смеси. Подъем снаряда производиться со средней скоростью 1,5–2,0 м/мин.
К моменту, когда остатки цементного раствора поступят в смеситель, снаряд должен быть поднят выше зоны цементации.
Тампонажный снаряд конструкции В. Г. Ясова
Тампонажный снаряд конструкции В. Г. Ясова отличается от предыдущего тем, что за один спуск инструмента позволяет произвести промывку скважины, намыв в зону поглощения инертных наполнителей и цементирование быстросхватывающейся смесью. Снаряд (рис. 3) состоит из наружной трубы 2 и внутренней 5, верхнего 1 и нижнего 8 переходников, двух центраторов 4 и 6, сопла 7 и пробки 9 с центральным отверстием.
Рисунок 3 – Тампонажный снаряд конструкции В. Г. Ясова
Ускоритель схватывания заливают через отверстие 3 и снаряд опускают в зону поглощения. После этого производится промывка интервала и намыв наполнителей через отверстие в пробке. Перед закачкой цементной смеси в колонну бурильных труб бросают шарик, который перекрывает отверстие в пробке. В результате под давлением цементной смеси пробка выталкивается из снаряда, открывая кольцевой зазор между соплом и переходником. Через зазор ускоритель схватывания начинает поступать в смеситель и в скважину, где образуется быстросхватывающая смесь. Ширина кольцевого зазора регулируется навинчиванием сопла с помощью торцевого ключа.
4. Обоснование и направление работ
Сейчас в горном деле активно используют невзрывчатые разрушающие вещества (НРВ), суть которых состоит в том, что они увеличивают объем при взаимодействии с водой. Данный эффект можно использовать также для заполнения трещин в горных породах, например при тампонировании интервалов скважины. Предварительный эксперимент показал практическую возможность использовать НРВ для тампонирования зон поглощений.
5. Описание разрабатываемого механизма
Тампонажный снаряд (рис. 4) состоит из контейнера 7, который содержит в себе эластичную оболочку 5. Внутри эластичной оболочки 5 размещен тампонажный материал 2 (сухой порошкообразный НРВ). В нижней части контейнера 7 размещено днище 4, выполненное из разбуриваемого материала и ножи 6. В верхней части тампонажного снаряда выполнен переходник 1, который соединяется с бурильными трубами 8 замком 10. В верхней части контейнера 7 установлен поршень 3 с уплотнением 12, соединенный с контейнером 7 срезными штифтами 9. В поршне 3 выполнено седло под шарик 11.
Рисунок 4 – Тампонажный снаряд
6. Принцип действия разрабатываемого механизма
Тампонажный снаряд (рис. 5) опускается в скважину на бурильных трубах 8, соединенный с ними переходником 1 и замком 10. Для приведения снаряда в действие в колонну бурильных труб 8, непосредственно перед нагнетанием промывочной жидкости, сбрасывают шарик 11, перекрывающий канал поршня 3. Создается давление, при котором срезаются штифты 9. Поршень 3 при этом начинает давить на эластичную оболочку 5, днище 4 выдавливается из снаряда, и тампонажный материал в оболочке 5поршнем 3 выдавливается в скважину, при этом оболочка 5 вспарывается ножами 6.
Рисунок 5 – Тампонажный снаряд в рабочем положении
Вода с пластификатором смешивается с порошкообразным НРВ. После чего начинает протекать реакция гидратации, что приводит к увеличению объема НРВ и проникновению его в поры и трещины в стенках скважины. После твердения НРВ интервал перебуривается. При этом поглощение ликвидируется, т. к. все поры и трещины затампонированы.
Анимация 1 – Схема работы тампонажного снаряда
(5 кадров, объем анимации 100 Кбайт)
Для получения невзрывчатого разрушающего вещества используют негашеную известь, которую получают путем обжига извести при температурах в пределах 1150–1350 °С.
Для предварительных работ будут использоваться составы невзрывчатого разрушающего вещества, используемые в горном деле.
В дальнейшем они будут уточняться в зависимости от результатов предварительных испытаний.
7. Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение
Новые результаты:
1. Рецептура тампонажной смеси на основе материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
2. Конструкция тампонажного снаряда для применения со смесями на основе материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
3. Рекомендации по технологии тампонирования геологоразведочных скважин с применением материалов, расширяющихся при взаимодействии с промывочной жидкостью.
Значение работы заключается в определении влияния содержания компонентов тампонажной смеси на ее параметры, разработке технологии тампонирования и тампонажного снаряда для ее реализации.
Список источников
- Невибухова руйнівна речовина НРР–80: Патент України (на 20 р.) № 59940, С04В 24/00/ Грибко В. Ф.; Щебликін С. В.; Палей А. В. –Опубл. 15.07.2005, бюл. № 7.
- Багза М. И., Галазов Р. А., Крысин Г. С. Тампонирование скважин: Технология изоляции поглощающих горизонтов при бурении скважин. – Донецк: Донбасс, 1986.
- Юшков А. С., Серик Е. Л. Бурение геологоразведочных скважин. – М.:Недра, 1976. – 288 с.
- Ивачев Л. М. Борьба с поглощениями промывочной жидкости в разведочном бурении. – М.: Недра, 1982. – 293 с.
- Ивачев Л. М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси: Учебник. – М.: Недра, 1987. – 244 с.
- Ивачев Л. М. Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин: Справочное пособие. – М.: Недра, 1989. – 246 с.
- Юшков И. А. Тампонажные смеси: Учебное пособие. – Донецк: ДонНТУ, 2008. – 73 с.