Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність роботи
- 2. Мета, задачі, обʼєкт та предмет дослідження, ідея роботи
- 3. Аналітичний огляд
- 4. Обгрунтування і напрямок робіт
- 5. Опис розроблюваного механізму
- 6. Принцип дії розроблюваного механізму
- 7. Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна та значення
- Перелік посилань
Вступ
Загальнодержавною програмою розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 року заплановано збільшення обсягів буріння геологорозвідувальних свердловин. Але в умовах Донбасу багато свердловин перетинають поглинаючі горизонти, які потребують тампонування в процесі буріння для запобігання великих витрат промивальної рідини.
Однак, існуючі засоби тампонування не завжди ефективні при перетинанні нестійких тріщинуватих порід. Для цього потрібна розробка нових і вдосконалення існуючих технологій і технічних засобів тампонування геологорозвідувальних свердловин.
1. Актуальність роботи
У гірництві давно відомі та широко застосовуються невибухові руйнуючі речовини (НРР), наприклад, на основі негашеного вапна, які при взаємодії з водою значно збільшують свій обсяг. Для отримання НРР застосовують негашене вапно, яке отримують за рахунок обжигу вапна при температурах 1150–1350 °С.
Принципово ці їх властивості можуть бути застосовані для тампонування зон поглинання в геологорозвідувальних свердловинах. Це дозволить підвищити продуктивність і знизити собівартість бурових робіт за рахунок більш ефективної боротьби з поглинанням промивальної рідини.
Тому розробка нових технологій тампонування зон поглинання на основі розширяючихся матеріалів в геологорозвідувальних свердловинах і технічних засобів її реалізації є актуальною задачею.
Робота виконана за заявкою ТОВ Південносхідгаз
і звʼязана з реалізацією Загальнодержавної програми розвитку мінерально-сировинної бази України на період до 2030 року.
2. Мета, задачі, обʼєкт та предмет дослідження, ідея роботи
Мета работи – розробка технології тампонування геологорозвідувальних свердловин з застосуванням матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною, розробка конструкції тампонажного снаряду і рецептури тампонажної суміші.
Задачі дослідження:
- Розробити рецептуру тампонажної суміші на основі матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
- Розробити конструкцію тампонажного снаряду для застосування з матеріалами, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною. Виконати 3D-моделювання і робочі креслення розробленого снаряду.
- Розробити технології тампонування геологорозвідувальних свердловин з застосуванням матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
Обʼєкт дослідження – процес тампонування геологорозвідувальних свердловин.
Предмет дослідження – технологія тампонування і рецептура тампонажної суміші на основі невибухової руйнуючої речовини.
Ідея роботи – застосування для підвищення ефективності боротьби з поглинанням в геологорозвідувальних свердловинах матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
3. Аналітичний огляд
Тампонажні пристрої використовують або для доставки у свердловину тампонажного матеріалу, приготованого на поверхні, або для приготування тампонажного розчину безпосередньо в свердловині. Ці пристрої являють собою ємність-контейнер і допоміжні пристрої, що забеспечують герметичність конструкції, витяг і перемішування компонентів складу.
Тампонажний снаряд конструкції В. А. Кичигіна и А. А. Марʼїна
Тампонажний снаряд даної конструкції (рис. 1) застосувується для ізоляції зон поглинання і встановлення мостів у свердловинах.
Рисунок 1 – Тампонажний снаряд конструкції В. А. Кичигіна и А. А. Марʼїна
Він складається з корпусу 1, поршня 2, який виконаний з наскрізним осьовим каналом під зворотний клапан 3, який має пружину 4, запірний елемент 5 і шток 6 з фіксатором 7. Запірний елемент 5 встановлений в нижній частині поршня 2 з можливістю взаємодії з легкоразрушаемыми контейнерами 8, заповненими сухим тампонажним матеріалом. При цьому запірний елемент виконаний діаметром, меншим осьового каналу 9 черевика 10, в якому встановлені ножі 11. Шток 6 виконаний з поздовжніми проточками 12. По довжині, що перевищує висоту поршня 2. В черевику снаряда встановлена заглушка 13.
Тампонажний снаряд працює наступним чином.
На гирлі свердловини корпус 1 заповнюють рідиною і в неї спускають контейнери 8 з попередньо ущільненим до потрібної щільності сухим порошкоподібним швидкосхоплюючимся тампонажним матеріалом. Після повного заповнення корпусу контейнерами вставляють поршень 2 зі зворотним клапаном до упору в останній контейнер. Потім снаряд опускають на трубах в потрібний інтервал свердловини. Через труби за допомогою насоса нагнітають рідину всередину корпусу над поршнем 2 і одночасно обертають тампонажний снаряд. Під дією тиску рідини поршень 2 рухається вниз, передаючи одночасно тиск на контейнери 8 з тампонажным матеріалом і рідиною, що знаходиться в корпусі снаряда, завдяки чому контейнери не деформуються. Після видавлювання заглушки 13 снаряд повільно піднімають вгору. Контейнери, проходячи через ножі 11 розрізаються, а тампонажний матеріал отримує обертальний рух і інтенсивно перемішується з рідиною, заповнюючи повний обсяг свердловини, каверн і тріщин. У момент зупинки поршня 2 в черевику 10 і видавлювання останнього контейнера з тампонажным матеріалом клапан рухається вниз до упору фіксатора 7 об поршень 2, пропускаючи рідину через проточки 12, наявні на штоку 6, при цьому тиск на манометрі насоса різко падає, що є сигналом повного витискування тампонажного матеріалу. Після цього обертання снаряда і подачу рідини припиняють. Клапан 3 під дією стиснутої пружини 4 повертається у своє початкове положення. Потім цим же снарядом виробляють ущільнення затворенной швидкосхоплюючої тампонажної суміші в поглинаючий пласт.
Пристрій дозволяє точно визначити закінчення процесу повного витискування порошкоподібного швидкосхоплюючогося тампонажного матеріалу, який при інтенсивному перемішуванні з водою утворює однорідну, рівномірну, з однаковими структурно-механічними властивостями швидкосхоплюючуюся нетекучу масу, яка, швидко набираючи міцність, утворює якісний ізоляційний міст. Це особливо важливо при боротьбі з обвалами стінок свердловин, катастрофічному і повному поглинання промивної рідини. Пристрій дозволяє також проводити тампонування сухих
свердловин, врівноважувати пластовий і гідростатичний тиск стовпа рідини при підйомі снаряда з свердловини.
Однак такий снаряд має наступні недоліки: неможливість застосування цього снаряда в свердловинах малого діаметра з-за малої різниці площ поршня і бурильної труби.
Тампонажний снаряд конструкції А. С. Покальчука
Тампонажний снаряд (рис. 2) представляє собою подовжену колонковую трубу зі змішувачем і спеціальним шпинделем на нижньому кінці. На верхній кінець зовнішньої труби нагвинчується перехідник 2. У нижньому кінці перехідника є виточення, в яке вставляється верхній кінець внутрішньої труби. Для герметизації у виточку перехідника вставляється гумова прокладка.
Зовнішні і внутрішня труби тампонажного снаряду виготовляються з декількох секцій. Нижній край зовнішньої труби нагвинчує на корпус клапанів.
Корпус клапанів має чотири гнізда 4 з отворами, призначеними для закінчення прискорювача схоплювання. У центрі корпуса клапанів знаходиться прохідний отвір, що розширюється в нижній частині. У корпус клапанів вставляється клапан 7, на якому змонтований розсікач 6 і чотири штиря-клапана. У корпус клапана угвинчується змішувач 5, що має отвори для виходу в свердловину готової швидкосхоплюючоїся суміші. В центрі є отвір змішувача 8 з лівою різьбою, в яку вкручується шпиндель з ексцентриком 14. Гайка 11 запобігає вигвинчування шпинделя із змішувача. На кінці шпинделя монтується вилка 10 зі штирями 12 і зубами 13. Призначення ексцентрика 14 полягає в тому, щоб при обертанні тампонажного снаряда відводити нижню частину шпинделя від осі свердловини і, притискаючи до стінки свердловини зуби, трохи пригальмовувати обертання шпинделя, в силу чого останній вигвинчується із змішувача до тих пір, поки гайка 11 не дійде до упору.
Рисунок 2 – Тампонажний снаряд конструкції А. С. Покальчука
Ліквідація поглинання за допомогою тампонажного снаряда даної конструкції проводиться наступним чином. В нарізний отвір змішувача угвинчують шпиндель, на верхній кінець якого нагвинчують обмежувальну гайку. Потім клапан вставляють у корпус і в такому положенні нагвинчують на змішувач. При обертанні вліво шпіндель входить всередину змішувача до тих пір, поки штирі-клапани не перекриють отвори клапанних гнізд. Коли штирі перекриють гнізда клапанів, розсікач тільки частково увійде в конусний отвір у корпусі клапанів, але не перекриє його.
На цьому складання змішувального пристрою тампонажного снаряда закінчено. Потім на корпус клапанів нагвинчують одну або дві секції внутрішніх і зовнішніх труб. У такому вигляді снаряд встановлюють на хомутах над гирлом свердловини. Потім в межтрубну порожнину заливають прискорювач схоплювання і нагвинчують перехідник. При цьому верхній кінець внутрішньої труби щільно входить у виточку перехідника.
Зібраний снаряд опускають у свердловину і встановлюють на 1,5–2 м нижче зони поглинання. Для отримання високоякісної швидкосхоплюючої суміші необхідно, щоб початок закінчення прискорювача збігся з вступом у зону поглинання цементного розчину через розсікач. Тому до початку цементації підраховують ємність труб.
Цементний розчин закачується в свердловину до тих пір, поки він не витіснить з колони штанг весь глинистий розчин і не надійде до рассікателя. Цей момент визначається кількістю цементного розчину, закачаного в снаряд. Як тільки розчин надійде до рассікателя, колону штанг з тампонажним снарядом приводять в обертання різкими ривками. Після 50–60 обертів снаряд повільно починають піднімати вгору. Під час різкого обертання снаряда шпиндель вигвинчується із змішувача і розсікач разом зі штирями-клапанами опускається вниз, відкриваючи доступ прискорювачу, що надходить у змішувач. Швидкість витікання відповідає швидкості струменя цементного розчину і регулюється каліброваними отворами клапанів у гніздах. Число і розміри каліброваних отворів регулюються в залежності від продуктивності насоса. Для насоса ЗІФ-200/40 і НГР-250/50 необхідно 4 отвори діаметром 10 мм.
Відкриття гнізд клапанів означає початок закінчення прискорювача. Після цього тампонажний снаряд повільно піднімають вгору, звільняючи в свердловині місце для швидкосхоплюючоїся суміші. Підйом снаряда проводитися з середньою швидкістю 1,5–2,0 м/хв.
До моменту, коли залишки цементного розчину надійдуть у змішувач, снаряд повинен бути піднятий вище зони цементації.
Тампонажний снаряд конструкції В. Г. Ясова
Тампонажний снаряд конструкції В. Г. Ясова відрізняється від попереднього тим, що за один спуск інструменту дозволяє провести промивку свердловини, намив в зону поглинання інертних наповнювачів і цементування швидкосхоплюючоюся сумішшю. Снаряд (рис. 3) складається із зовнішньої труби 2 і внутрішньої 5, верхнього 1 і нижнього 8 перехідників, двох центраторів 4 і 6, сопла 7 і пробки 9 з центральним отвором.
Рисунок 3 – Тампонажний снаряд конструкції В. Г. Ясова
Прискорювач схоплювання заливають через отвір 3 і снаряд опускають у зону поглинання. Після цього проводиться промивка інтервалу і намив наповнювачів через отвір в пробці. Перед закачуванням цементної суміші в колону бурильних труб кидають кульку, яка перекриває отвір в пробці. В результаті під тиском цементної суміші пробка виштовхується з снаряда, відкриваючи кільцевий зазор між соплом і перехідником. Через зазор прискорювач схоплювання починає надходити в змішувач і в свердловину, де утворюється швидкосхоплююча суміш. Ширина кільцевого зазору регулюється нагвинтуванням сопла за допомогою торцевого ключа.
4. Обгрунтування і напрямок робіт
Зараз в гірництві активно використовують невибухові руйнуючі речовини (НРР), суть яких полягає в тому, що вони збільшують обсяг при взаємодії з водою. Даний ефект можна використовувати також для заповнення тріщин в гірських породах, наприклад при тампонуванні інтервалів свердловини. Попередній експеримент показав практичну можливість використовувати НРР для тампонування зон поглинань.
5. Опис розроблюваного механізму
Тампонажний снаряд (рис. 4) складається з контейнера 7, який містить еластичну оболонку 5. Всередині еластичної оболонки 5 розміщений тампонажний матеріал 2 (сухий порошкоподібний НРР). В нижній частині контейнера 7 розміщене днище 4, виконане з розбурюючогося матеріалу і ножі 6. У верхній частині тампонажного снаряду виконаний перехідник 1, який зʼєднується з бурильними трубами 8 замкои 10. У верхній частині контейнера 7 встановлений поршень 3 з ущільненням 12, зʼєднаний з контейнером 7 зрізними штифтами 9. У поршні 3 виконано сідло під кульку 11.
Рисунок 4 – Тампонажний снаряд
6. Опис розроблюваного механізму
Тампонажний снаряд (рис. 5) опускається в свердловину на бурильних трубах 8, зʼєднаний з ними перехідником 1 і замком 10. Для приведення снаряда в дію в колону бурильних труб 8, безпосередньо перед нагнітанням промивної рідини, скидають кульку 11, перекривається канал поршня 3. Створюється тиск, при якому зрізаються штифти 9. Поршень 3 при цьому починає тиснути на еластичну оболонку 5, днище 4 видавлюється зі снаряда, і тампонажний матеріал в оболонці 5поршнем 3 видавлюється в свердловину, при цьому оболонка 5 розпорюється ножами 6.
Рисунок 5 – Тампонажний снаряд у робочому положенні
Вода з пластифікатором змішується з порошкоподібним НРР. Після чого починає протікати реакція гідратації, що призводить до збільшення обсягу НРР і проникнення його в пори і тріщини в стінках свердловини. Після твердіння НРР інтервал перебурюється. При цьому поглинання ліквідується, тому всі пори і тріщини затампоновані.
5 кадрів, обʼєм анімації 100 Кбайт
Анімація 1 – Схема роботи тампонажного снаряду
Для отримання невибуховуючої руйнівної речовини використовують негашене вапно, яку отримують шляхом випалу вапна при температурах в межах 1150–1350 °С.
Для попередніх робіт будуть використовуватися склади невибухової руйнівної речовини, які використовуються в гірництві.
Надалі вони будуть уточнюватися в залежності від результатів попередніх випробувань.
7. Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна та значення
Нові результати:
1. Рецептура тампонажної суміші на основі матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
2. Конструкція тампонажного снаряду для застосування з сумішами на основі матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
3. Рекомендації щодо технології тампонування геологорозвідувальних свердловин з застосуванням матеріалів, які розширюються при взаємодії з промивальною рідиною.
Значення роботи полягає у визначенні впливу змісту компонентів тампонажної суміші на її параметри, розробці технології тампонування та тампонажного снаряду для її реалізації.
Перелік посилань
- 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.