Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Проблема питної води у світі набуває все більшу гостроту. Це пов’язано з тим, що практично всі прісні джерела стали в тій чи іншій мірі забрудненими продуктами життєдіяльності людини. Ця проблема особливо актуальна при організації господарсько - питного у про чання. Ще ніколи проблема питної води не стояла перед человечес т вом так гостро, як в останні роки. В ознаменування офіційного визнання значення водних проблем Генеральна Асамблея ООН проголосила період 2005 – 2015 р. продовж міжнародним десятиліттям «Вода для життя» [3].

Одним з основних джерел водопостачання є гідрогеологічні свердловини.

У свердловинах рух води здійснюють у прямому (зі свердловини) напрямку. На весь період експлуатації свердловини стінки її в межах продуктивного пласта повинні бути стійкими. Це досягається установкою в свердловині фільтра, призначення якого полягає в запобіганні стінок свердловин від обвалення і в очищенні води, що надходить на денну поверхню від твердих домішок.

Залежно від крупності частинок гірської породи продуктивного пласта, конструкції фільтрів можуть застосовуватися від найпростіших-трубчастих з перфорацією або каркасно-стрижневих, до найскладніших гравійних.

Серед виділених фільтрів, особливо коли продуктивний пласт представлений пісками різного гранулометричного складу, рекомендується застосування гравійних фільтрів. Такі фільтри успішно запобігають пескование. Більш низькі гідравлічні опору дозволяють отримати більш високі, ніж у інших фільтрів, дебіти. Швидкість руху води при проходженні через гравійну суміш плавно зростає в міру просування до каркаса. Ця обставина є причиною більш повільної кольматации фільтра за рахунок відкладення солей, гідроксиду заліза, та ін. Тому фільтри з гравійної обсипкою навіть у несприятливих гідрохімічних умовах працюють тривалий час без помітного зниження питомих дебітів [1], [2], [6].

В даний час фільтри з гравійної обсипкою мають обмежене застосування. Для водопостачання їх використовується 5–8%, а для гідрогеологічних досліджень–всього 3–5% [1], [4].Ця обставина пояснюється рядом причин, серед яких можна виділити недостатню ефективність техніки та технології спорудження таких фільтрів, що в ряді випадків обумовлюється складностями, возникаючими при формуванні порожнин в прифильтровой зоні свердловини для розміщення в ній достатнього обсягу сортованого гравія.Тому подальший розвиток і вдосконалення техніки і технології розширення водоприймального інтервалу гідрогеологічних свердловин в місцях споруди гравійного фільтра є важливим завданням.

2.Аналітичний огляд технічних засобів розширення водоприймального інтервалу гідрогеологічних свердловин.

Як правило, товщина гравійної обсипання приймається не менше 50–100 мм. Ця умова практично завжди передбачає виконання робіт з розширення свердловини в зоні водоносного пласта з досягненням виділеного розміру діаметра водоприймального інтервалу свердловини.

З технічної точки зору освіту каверни заданого профілю для заповнення її проникним гравієм забезпечується за двома принциповими схемами [6]: 1 – забурювання розширювача біля нижньої межі інтервалу розширення з подальшим розширенням свердловини від нижньої до верхньої межі пласта (мал. 1, а, б) ; 2 – забурювання розширювача біля верхньої межі інтервалу розширення з подальшим розширенням свердловини від верхньої до нижньої межі пласта (рис. 1, в, г).

Малюнок 1 – Схеми розширення свердловини в інтервалі установки гравійного фільтра

Свердловинні розширювачі, використовувані для створення каверн в інтервалі продуктивного пласта, можуть мати висувні породоразрушающие органи (розсувні розширювачі), або не мати їх (нерозсувні розширювачі).

Нерозсувні розширювачі мають постійні розміри в транспортному і робочому положенні, що забезпечують безперешкодний спуск (підйом) інструменту в свердловині в заданому інтервалі вище продуктивного пласта. При роботі нерозсувних разширювачей забій розвивається уздовж продуктивного інтервалу і в глиб пласта від стінок свердловини.

Розсувні розширювачі мають різні розміри в транспортному і робочому положенні. У транспортному положенні діаметр корпусу забезпечує безперешкодний спуск інструменту в заданий інтервал свердловини з урахуванням діаметрів обсадних труб і буріння пілот-стовбура. Після спуску інструмента в заданий інтервал з корпусу висуваються породоразрушаючі органи, які після закінчення розширення прибираються назад. При роботі розсувних розширювачей після закінчення забуріванія кільцевої забій розвивається уздовж продуктивного пласта від нижньої до верхньої межі або навпаки.

За характером приведення з транспортного в робоче положення, розсувні розширювачі ділять на механічні, гідравлічні і інерційні.

Гідравлічні розсувні розширювачі наводяться в робоче положення тиском, що розвивається в нагнетательной магістралі насоса і корпусі інструменту при промиванні. Породоразрушаючі органи закриваються, як правило, за рахунок поворотного зусилля пружин при припиненні промивки.

Інерційні розсувні розширювачі наводяться в робоче положення відцентровими силами, що діють на породоразрушаючі органи при обертанні інструменту. Закриття лопастей відбувається під дією їх ваги.

У гідромоніторних розширниках для руйнування породи використовується енергія струменя промивної рідини, що минає з насадок. Такі розширювачі наводяться в робочий стан після спуску в заданий інтервал при промиванні із заданим витратою і створення розрахункового перепаду тиску на насадках. Після спуску розширювача в свердловину в заданий інтервал починають здійснювати подачу промивної рідини або одночасно з обертанням, або без обертання інструменту. Потік рідини, що стікає з насадок гідромоніторного розширювача, потрапляє на забій і руйнує породу. Руйнування породи під впливом гідромоніторної струменя відбувається через створення на забої осьового тиску, що приводить до руйнування структурних зв'язків і розмиву породи (мал.2, а).

Малюнок 2 – гідромоніторні розширювачі: а – схема гідравлічного розширювача: 1 – зазор; 2 – бурильні труби; 4 – розширювач; б – схема гідравлічного турбінного розширювача: 1 – муфта з валом; 2 – корпус турбіни; 3 – сопла; 4 – манжети самоуплотняючі; 5 – фіксуюча шайба; 6 – гальмівні пластинки

Гідромоніторний ефект руйнування порід використаний також в гідравлічних турбінних розширниках (мал. 2, б). Перевага цього розширювача перед гідромоніторним полягає у тому, що розбурювання каверни в потрібному інтервалі стовбура свердловини можна робити без обертання корпусу розширювача через бурильні труби. За рахунок реактивних сил через спрямовані сопла 3 високонапірний струмінь промивної рідини руйнує стінки свердловини. При цьому корпус турбіни 2 обертається на муфті з валом 7, через яку подається промивна рідина в насадки 3. Корпус турбіни утримується на валі за допомогою фіксуючої шайби 5. Для зменшення обертів турбіни встановлені гальмівні пластини 6. Ці розширювачі знайшли застосування для розширення стовбура свердловин в слабосцементірованних або нестійких пісках під гравійну обсипку, розширення може проводитися одночасно зі спуском фільтра. Розширювачі також застосовуються при освоєнні свердловин для очищення фільтрів від глинистих частинок і руйнування глинистої кірки на стінках свердловин.

Незважаючи на отриману результативність виділених схем гідромоніторного способу отримання каверн, використання заложеної кінематики та роботи розширювача з прямою схемою промивки свердловини не виключає неконтрольований розмив її стінок вище формуючої прифильтрової порожнини, особливо, якщо стінки складені легкорозмиваючими породами [2].

За оцінками ряду дослідників вплив виділеної нестачі гідромоніторних розширювачей може бути істотно знижений за рахунок технічного забезпечення виносу шламу шляхом використання зворотних схеми циркуляції рідини в свердловині. Разом з тим, практичних пропозицій щодо реалізації, конструктивним виконанням та обґрунтуванню параметрів такого типу роширювачей до теперішнього часу недостатньо.

Ідея магістерської роботи, полягає у використанні гідромоніторного ефекту руйнування агрегатного стану піщано-глинистих порід у розбурюваній каверні з одночасним винесенням шламу і кольматата за рахунок реалізації схеми зворотної циркуляції рідини в свердловині.

Предметом досліджень магістерської роботи є технологія і техніка обладнання водозабірної частини гідрогеологічної свердловини гравійними фільтрами.

Об'єкт досліджень – технічні засоби і технологія гідромоніторного розширення водоприймального інтервалу гідрогеологічних свердловин в місцях споруди гравійного фільтра.

2. Мета і задачі досліджень

Мета роботи – підвищення ефективності та надійності освіти вироблення для обладнання водоприймальної частини свердловини гравійними фільтрами за рахунок використання універсального розширювача, що реалізує гідромоніторний ефект руйнування бічних порід розбурювання каверни і винесення шламу за схемою зворотної циркуляції рідини.

Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні основні задачі досліджень:

  1. Обгрунтувати схему, виконати розрахунок і р азработать конструкцію універсального розширювача.
  2. Виявити основні закономірності впливу конструктивних параметрів утворюючих елементів розширювача, що забезпечують ефективне зруйнованння бічних порід і їх винесення з розбурюваної каверни.

В основу вирішення поставлених завдань покладені висновки, отримані в результаті проведеного аналітичні огляду принципових схем і конструкцій расширювачей, що формують порожнини і для розміщення сортованого гравію при спорудженні гравійних фільтрів. Відзначено, що для найбільш складних умовах, коли продуктивний пласт представлений пісками різного гранулометричного складу, особливо за наявності прошарків глинистих порід, найбільш ефективними є розробки, виконані на основі використання гідромоніторного ефекту руйнування бічних порід у поєднанні зворотного схемою циркуляції рідини при винесенні піщано-глинистих емульсій на поверхню.

3.Схема і технічна реалізація нового гідромоніторного расширювача

3.1. Принципова схема гідравлічного розширювача

Принципова схема розробленого розширювача представлена на мал.3. Расширювач опускається на забій на бурильній колоні 1, що виконують роль водопідйомної колони складається з комплекту бурильних труб ТБС-70Р комплексу КССК-76, в яких концентрично розміщуються возрухоподаючі труби 2 (ЛБТН- 24), що забезпечують роботу ерліфтного насоса.

Малюнок 3 – Принципова схема гідромоніторного розширювача: а – вихідний стан елементів розширювача в свердловині; б – процес розмиву каверни; в – процес очищення свердловини.

Безпосередньо розширювач складається з двох гідравлічно і консруктівно взаємопов'язаних узлів: узла гідромоніторного руйнування порід і вузла очищення свердловини.

У корпусі 4 розміщуються насадки 5, що відносяться до вузла гідромоніторного руйнування порід і непрохідний опорний шток 7, що відноситься до вузла очищення, що з'єднується з колоною повітроподавальних труб 2 і забезпечений зворотнім клапаном 3.

У корпусі виконані камери періодично перекриваються розділ і тільними клапанами 6. При цьому закрите положення клапанів відповідає режиму розмиву порід (мал. 3, б) при подачі рідини до розширювача по трубах 1. На етапі ерліфтної очищення свердловини, при подачі повітря по трубам 2, розділові клапана відкриваються, з'єднуючи порожнину свердловини (через промивні вікна долота) з камерами розширювача та півстіни водпропідйомних труб (мал. 3, в).

Повітроподавальні труби в нижній частині мають змішувач, у вигляді системи отворів, виконаних над корпусом з можливістю виходу повітря в водопідйомні труби.

3.2.Елементи бурової установки, схема компоновки бурильної колони і технологія спуску расширювача в свердловину

Структура бурильної колони наведена на мал. 5. Умовою експлуатації розширювача в свердловині є наявність у складі бурової установки компресора, а також додаткова зміна конструкції провідної труби і сальник-вертлюга, розроблені схематичні креслення яких приведені на мал. 4

Малюнок 4 – Схематичні креслення провідної труби (а) і сальник-вертлюга (б)

Послідовність виконання операцій по спуску розширювача в свердловину:

  • підготовлений до роботи розширювач розміщується на столі ротора;
  • перша свіча бурильних труб ТБС–70Р згвинчується з розширювачем і спускається на канаті талевої системи бурової установки з посадкою на стіл ротора;
  • нарощування колони бурильних труб ТБС–70р до заданої глибини свердловини з посадкою колони на стіл ротора;
  • всередину колони виконується спуск першої свічки бурильних труб ЛБТН–24, до нижньої частини якої попередньо приєднаний непрохідний шток;
  • послідовний спуск свічок ЛБТН–24 до посадки непрохідного штока в посадочне сідло, передбачене в нижній частині корпусу розшювача;
  • верхня частина колони труб ЛБТН–24 забезпечується втулкою з ущільнювальними елементами;
  • сальник вертлюг, з приєднаною до нього провідною трубою, витягується з шурфу і приєднується через перехідник в колоні труб ТБС–70Р.

    • Малюнок 5 – Схема компонування бурильної колони

    3.3. Технологія розмиву порожнини для установки гравійного фільтра

    До кінцевої глибини свердловина буриться за звичайною, загальноприйнятою технологією. Потім буровий снаряд витягується і в свердловину спускається розширювач.

    Після спуску розширювача в свердловину за технологією, розглянутої в розділі 3.2, включається бурової насос. З насадок промивна рідина виходить під тиском. Зворотний клапан не дозволяє воді заповнювати повітроподавальні труби. Енергією струменя при обертанні корпуса розширювача руйнується гірська порода, виробляючи каверну в потрібному інтервалі. Буріння починається біля нижньої межі інтервалу розширення з подальшим розширенням свердловини від нижньої до верхньої межі водоносного пласта.

    Розширення свердловини виконується дискретно. Після розбурювання інтервалу свердловини довжиною 0,2-0,5 м буровий снаряд зупиняють.

    Після завершення етапу розширення інтервалу свердловини бурової насос вимикається. Компресором в повітроподавальну трубу подається стисле повітря. Зворотний клапан тиском повітря відкривається і стисле повітря подається в змішувач ерліфта. Проходячи через систему отворів у змішувачі повітря проходить всередину колони бурильних труб ТБС-70Р, де змішується з водою, що заповнює свердловину, і утворює пульпу. Тиск у змішувачі падає, розділові клапани відкривається, і вибуренной порода засмоктується в колону бурильних труб і видається у відстійник.

    Після того, як зі шланга, закріпленого на патрубку сальника, перестає надходити вибурена порода, подачу повітря припиняють і переходять до розбурювання наступного інтервалу свердловини. Після його разбуривания повторюють операцію очищення свердловини ерліфтним насосом. При цьому колона бурильних труб буровим верстатом обертається на мінімальній швидкості і повільно переміщується вниз. Долото перемішує породу на забої, додатково подрібнюючи її.

    Малюнок 6 – Технологія розмиву порожнини для установки гравійного фільтра
    (23 кадрів, 10 циклів, 223 кілобайта)

    4. Обґрунтування параметрів структурних елементів розширювача

    4.1. Визначення параметрів ерліфта

    У загальному випадку розрахунок параметрів ерліфтної установки зведений до визначення закономірностей формування характеристики ерліфта для обгрунтованого вибору експлуатаційних параметрів ерліфта (глибини занурення змішувача, витрати і тиску повітря, при закладених розмірах повітропідвідні і водопідйомних труб) для забезпечення ефективного очищення свердловини при різних значеннях глибина статичного і динамічного рівнів води в свердловині, а також фізико-механічних властивостей розмивних порід [5].

    Розрахункова схема для визначення параметрів установки показана на мал. 5. Вихідні дані для розрахунку: глибина свердловини; висота рівня виливу води над поверхнею землі; глибина статичного рівня від рівня виливу води hст; глибина динамічного рівня води від рівня виливу hдин; необхідна витрата води для підйому водо-повітряної суміші.

    4.2. Визначення параметрів гідромоніторного руйнування порід

    Враховуючи, що руйнування структурних зв'язків породи відбувається в тому випадку, якщо створюване струменем тиск на забій перевищує критичне для даного типу грунту, в якості параметрів гідромоніторного руйнування порід виділені [7]:

  • напруги, створювані в породі струменем рідини;
  • швидкості витікання струменя з насадки;
  • діаметр руйнуючої поверхні породи;
  • раціонального діаметра сопла насадки;
  • раціональна відстань від насадки до руйнуючої породи;

    Висновки

    1. У магістерській роботі на підставі виконаного аналізу та узагальнення продуктівності техніки та технології спорудження гравійних фільтрів, зазначено, що обмеженість застосування таких фільтрів при освоєнні гідрогеологічних свердловин в чому обумовлюється складнощами, що виникають при формуванні порожнин в прифильтровой зоні свердловини, що служить для розміщення в ній достатнього обсягу сортованого гравію, і недостатньою ефективністю очищення свердловини від разбуренной породи. Тому подальший розвиток і вдосконалення техніки і технології розширення водоприймального інтервалу гідрогеологічних свердловин в місцях споруди гравійного фільтра є важливим завданням.

    2. Обмеженість технічного рівня широкого класу створених расширювачей, з точки зору їх застосування для спорудження гравійних фільтрів, стала основною передумовою для постановки завдання розробки нового розширювача для формування каверн у межах потрібного інтервала свердловини з підвищеними показниками якості очищення свердловини, і адаптованого, насамперед, для умов, коли розріз свердловини складний пісками і нестійкими піщано-глинистими відкладеннями.

    3. Обґрунтовано параметри і розроблен новий гідромоніторний розширювач, виконаний на основі технічного об'єднання вузлів, що реалізують гідромоніторних е зруйнованих е бічних порід розширюваної порожнини, і обратну схему циркуляції рідини в свердловині при винесенні піщано–глинистих емульсій на поверхню. При цьому змінні гідромоніторні насадки можуть використовуватися в різних по твердості породах при незмінній подачі рідини силовим наземним насосом.

    4. Розрахунок ерліфта при використанні обраної колони з концентрично розташуванням водопідйомних труб ТБС-70Р і повітроподавальних труб, виконаних на базі ЛБТН-24 для вилучення зруйнованої породи зі свердловини показав, що при глибині динамічного рівня до 300 м і глибині свердловини до 600 – 700 м можна використовувати поширені компресори, створюють тиск 1 – 1,2 МПа.

    5. Підвищені показники застосування розробленого пристрою обумовлюються можливістю розширювати свердловину на різну довжину при одночасному забезпеченні надійності очищення свердловини від вибуреної породи.

    Перелік посилань

    1. Арестов Б. В. Усовершенствование технологии сооружения гравийно–намывных фильтров способом обратной промывки / Б. В. Арестов, С. Н. Бузинов, А. Е. Корнилов, М. А. Цайгер. // Техника и технология сооружения газовых и газоконденсатных скважин.–М.: ВНИИгаз, 1984.С. 104 – 107.
    2. Башкатов А. Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин /А. Д. Башкатов.–М.: Недра, 2003. – 554 с.
    3. Башкатов Д. Н. Бурение скважин на воду / Д. Н. Башкатов,В.Л. Роговой.–М.: Колос, 1976. – 206 с.
    4. Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин / В. М. Гаврилко, В. С. Алексеев.–М.: Недра, 1985. – 334 с.
    5. Ганджумян Р. А. Расчеты в бурении / Р. А. Ганджумян, А. Г Калинин, Н.И. Сердюк.–М.: Недра, 2007. – 660 с.
    6. Дубровский В. В. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду / В. В. Дубровский, М. М. Керченский, В. И. Плохов, Я. А. Сиднев.–М.: Недра, 1964. – 516 с.
    7. Никонов Г. П. Разрушение горных пород струями воды высокого давления / Г. П. Никонов, И. А. Кузьмич, Ю. А. Гольдин.–М.: Недра, 1986.