ВСТУП
Курсовий проект по «Техніці розвідки» представляє собою завершальний етап лекційного курсу, лабораторних та індивідуальних занять. Метою курсового проекту є ознайомлення студентів з наявними технічними засобами розвідки родовищ корисних копалин, технологіями проведення геологорозвідувальних робіт і проектуванням геологорозвідувальних робіт.
Завдання № 79
Підсікти 3 двоствольними свердловинами жілообразную поклад свинцево-цинкових руд потужністю 30 м з кутом падіння 45 ° на СЗ, що залягає серед гранітів. Глибина подсечения основним стволом 560 м від гирла свердловини. Приріст зенітного кута 2 ° (виположування), азимутального 1 ° (позитивне), інтервали вимірів 50 м.
Пройти 2 шурфу глибиною 28 м кожен.
Пройти 30 канав довжиною 25 м кожна.
Проектні геологічні розрізи:
а) за основним стовбуру свердловини: 0,0-10,0 - наноси; 10,00 і нижче - граніти з покладом свинцево-цинкових руд.
В інтервалі 160,0-200,0 - зона поглинання.
б) за шурфу: 0,0-10,0-наноси, 10,0-18,0-граніти, 18,0-25,0-свинцево-цинкові руди.
в) по канавах: 0,0-2,0 - супісок; 2,0-2,5 - граніт з вкрапленим сульфідів.
ЧАСТИНА I. БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН
1.1. Вибір і обгрунтування способу буріння та основних параметрів свердловини
Основним технічним засобом при розвідці родовищ твердих корисних копалин є колонкове буріння. У меншій мірі для цих цілей застосовується роторне буріння та ударно-канатное буріння. Колонкове буріння отримало широке поширення з наступних причин:
- Воно дозволяє витягати з свердловини керн, за яким можна найбільш точно скласти геологічний розріз і випробувати корисна копалина.
- Колонковим способом можна бурити свердловини під будь-яким кутом до горизонту, різним породоразрушающим інструментом, в породах будь-якої твердості і стійкості.
- Цим способом можна бурити свердловини малих діаметрів і на велику глибину, застосовуючи відносно легке обладнання.
До недоліків колонкового буріння відносяться висока аварійність і низький вихід керна при проходці пухких, нестійких і тріщинуватих порід.
Виконання поставленого завдання - подсечения поклади хромовітих руд - доцільно виконувати за допомогою колонкового буріння.
Глибина свердловини визначається необхідністю повного перетину свердловиною рудного тіла і поглиблення в підстилають породи на 10-15 м. За завданням глибина подсечения рудного пласта 560 м. При потужності рудного пласта 30 м і поглибленню в підстилають породи на 10 м глибина свердловини складе 600 м.
1.2. Вибір та обгрунтування проектної конструкції свердловини
Конструкцією свердловини називається її технічний розріз, у якому зазначені діаметри буріння за інтервалами глибини, діаметри обсадних труб і глибина їх установки, місця і способи тампонажу, технологічні параметри буріння по інтервалах глибин.
При виборі конструкції свердловини слід керуватися такими міркуваннями:
- Конструкція свердловини повинна бути гранично простий;
- Кількість обсадних труб повинно бути мінімальним;
- Діаметр свердловини повинен бути якомога менше. Вибір конструкції свердловини залежить від наступних параметрів:
- Способи буріння;
- Технічні характеристики бурового верстата;
- Види корисної копалини;
- Глибина свердловини;
- Фізико-механічні властивості гірських порід;
- Кінцевий діаметр свердловини.
Умови для вибору конструкції свердловини:
- Глибина свердловини 655 м;
- Кінцевий діаметр буріння свердловини залежить від виду корисної копалини і визначається інструкціями (59 мм).
Способи буріння:
1) в інтервалі про 0,0 до 6,0 м - твердосплавних буріння;
2) від 6,0 м до кінця свердловини - алмазне буріння.
Буріння в ускладнених умовах.
Ускладненими вважаються умови, що вимагають спеціальних технологічних операцій при бурінні в цих інтервалах. Згідно з наведеним геологічного розрізу, інтервали з ускладненими умовами буріння наступні:
1) 0,0 - 1,0 м - наноси;
2) 160,0 - 200,0 м - зона поглинання.
Передбачається перекриття інтервалів з ускладненими умовами буріння колонами обсадних труб і виробництво затрубного цементного тампонажу-на 5 м вище і 5 м нижче роздроблених порід.
Промивка свердловини:
1) в інтервалі 0,0 - 10,0 м - промивка глинистим розчином;
2) в інтервалі 10,0 - 600,0 м - промивання технічною водою.
1.2.1.Расчет параметрів багатостовбурний свердловини
Для побудови багатостовбурний свердловини та розрахунку її параметрів використовується графоаналітичний спосіб.
Виходячи з елементів залягання свинцево-цинкових руди (кут падіння 45 ° на СЗ) і глибини подсечения його свердловиною (560 м) вибирається раціональний зенітний і азимутальний кут забурювання основного стовбура свердловини (її гирло).
Зенітний кут - це кут між вертикаллю і стовбуром свердловини в будь-якій точці. Він вимірюється у вертикальній площині і показує положення будь-якої точки стовбура свердловини по відношенню до вертикалі.
Азимутальний кут - це кут між меридіаном і дотичній, заміряється в будь-якій точці горизонтальній площині.
Початковий азимутальний кут вибирається в хрест азимуту падіння рудного тіла 45 0 на СЗ, отже, він дорівнює 135 0 на ЮВ. Початковий зенітний кут залежить від глибини буріння. Якщо загальна довжина свердловини більше 800 м, то зенітний кут дорівнює 20-50, якщо довжина ствола 300-800 м, в цьому випадку зенітний кут буде 50-200, якщо довжина менше 300 м, то зенітний кут дорівнює 200-300. У даному курсовому проекті глибина свердловини дорівнює 600м, отже, зенітний кут повинен бути в межах 50-200 і дорівнює 60.
Середні значення зенітних і азимутальних кутів обчислюються за формулою: (А + В) / 2, А і В - сусідні зенітні (азимутальні) кути і заповнюється таблиця: «Середні значення зенітних і азимутальних кутів» (табл.1) і будується в масштабі 1 : 5000 типовий профіль основного стовбура свердловини, а під ним інклінограмма (додаток 1).
Інтенсивність зенітного і азимутального викривлення розраховується за формулою:
I = D Q (Da) / D l,
де I - інтенсивність викривлення,
D Q - приріст зенітного кута (Da - азимутального),
D l - інтервал замірів.
Інтенсивність зенітного викривлення Iз = 2 / 50 = 0,04; а азимутального Iа = 1 / 50 = 0,02. Радіус викривлення основного стовбура свердловини розраховується за формулою:
R = 57, 3 / I,
де 57,3 - кут у радіанах,
I - інтенсивність викривлення.
Радіус викривлення основного стовбура свердловини R = 57,3 / 0,04 = 1433. Кут зустрічі (g 1) визначається графічно і дорівнює 620. Кінцевий зенітний кут даного стовбура свердловини дорівнює 380.
За допомогою типового профілю основного стовбура в тому ж масштабі проводиться побудова основного стовбура, і розраховують його параметри.
Довжина основного стовбура свердловини визначається за формулою:
L = L1 + L2 + L3,
де L1 - довжина ствола свердловини від поверхні до покрівлі корисної копалини;
L2 - довжина ствола по тілу корисної копалини;
L3 - забійний частина свердловини, яка буриться після проходження пласта корисної копалини.
Довжина основного стовбура свердловини L = 560 +30 +10 = 600м.
Для побудови додаткового стовбура свердловини визначається місце розташування точки зустрічі додаткового стовбура свердловини з тілом корисної копалини і визначається кут зустрічі: g 2 = 780.
На малюнку будується додатковий стовбур MN свердловини (додаток 2) "Схема подсечения двоствольний свердловини жили кварц-гюбнерітовой".
Позначення кутів: Q0 - зенітний кут свердловини; t - кут нахилу свердловини; g 1 - кут зустрічі основним стволом тіла корисної копалини; g 2 - кут зустрічі додатковим стовбуром тіла корисної копалини; n0 - кут падіння рудного тіла. Точка забурювання М додаткового стовбура свердловини повинна перебувати на глибині не менше 150-200м нижче гирла свердловини. Точка М в даному випадку перебувати на глибині 210м.
Таблиця № 1
"Середні значення зенітних і азимутальних кутів по стовбуру свердловини"
Таблиця статистичних вимірів зенітного і азимутального кутів | |||
Глибина виміру, м | Зенітний кут Q, в градусах | азимутальний кут б, в градусах | |
0 | 10 | 135 | |
50 | 12 | 136 | |
100 | 14 | 137 | |
150 | 16 | 138 | |
200 | 18 | 139 | |
250 | 20 | 140 | |
300 | 22 | 141 | |
350 | 24 | 142 | |
400 | 26 | 143 | |
450 | 28 | 144 | |
500 | 30 | 145 | |
550 | 32 | 146 | |
600 | 34 | 147 | |
Інтервал вимірів | Qср. | б СР | |
0-50 | 11 | 135,5 | 0,5 |
50-100 | 13 | 136 | 1,0 |
100-150 | 15 | 136,5 | 1,5 |
150-200 | 17 | 137 | 2,0 |
200-250 | 19 | 137,5 | 2,5 |
250-300 | 21 | 138 | 3,0 |
300-350 | 23 | 138,5 | 3,5 |
350-400 | 25 | 139 | 4,0 |
400-450 | 27 | 139,5 | 4,5 |
450-500 | 29 | 140 | 5,0 |
500-550 | 31 | 140,5 | 5,5 |
550-600 | 33 | 141 | 6,0 |
Таблиця № 2
"Розподіл обсягів буріння гірських порід за категоріями"
Найменування
породи
Категорія
Обсяг буріння
№ п. / п.
По 1
свердловині
По 3
свердловинах
За основним стовбуру
1.
Наноси
I
10,0 м
30,0 м
2.
Граніти з покладом свинцево-цинкових руд
XV
150,0 м
450,0 м
3.
Зона поглинання
X
40,0 м
120,0 м
4.
Граніти з покладом свинцево-цинкових руд
XV
360,0 м
1080,0 м
5.
Свинцево-цинкова руда
XX
30,0 м
90,0 м
6.
Граніти з покладом свинцево-цинкових руд
XV
10,0 м
30,0 м
За додатковою стовбуру
1.
Граніти з покладом свинцево-цинкових руд
XV
375.0м
1125,0 м
2.
Свинцево-цинкова руда
XX
30,0 м
90,0 м
3.
Граніти з покладом свинцево-цинкових руд
XV
10,0 м
30,0 м
1.3. Вибір та обгрунтування бурового обладнання
Бурове обладнання вибирається залежно від глибини буріння, діаметра свердловини, способу буріння. Виходячи з глибини свердловини (560 м), кінцевого діаметра буріння (59 мм) і колонкового способу буріння проектом передбачається застосування установки колонкового буріння - УКБ-5П-500/800.
Пересувна бурова установка УКБ-5П (УКБ-500/800) є модифікацією установок 5 класу (ГОСТ 7959-74).
До складу установки входять:
- Буровий верстат СКБ-5;
- Бурова щогла БМТ-5;
- Пересувне бурове будівлю ПБЗ-5;
- Контрольно-вимірювальна апаратура "Курс-411»;
- Транспортна база ТБ-15;
- Буровий насос НБ4-320/63 (2 шт.);
- Вантажопідіймальні приналежності:
елеватор-50,
елеватор 50/54,
вертлюг-пробка-50,
вертлюг-пробка-54,
напівавтоматичний елеватор;
- ТруборазворотРТ-1200.
Верстат СКБ-5 оснащений контрольно-вимірювальною апаратурою «Курс-411», в яку входять:
- Індикатор ваги бурового снаряда, Н 50000
- Індикатор зусилля на гаку, Н 80000
- Вимірювач навантаження, Н 25000
- Манометр для вимірювання тиску, Н/см2 0-1000
- Індикатор механічної швидкості буріння, м / год 0-3; 0-15.
Технічна характеристика бурової установки наведена в таблиці 4.
Таблиця 4
Технічна характеристика бурової установки УКБ-5П-500/800
Параметри | УКБ-5П-500/800 |
Глибина буріння при кінцевому діаметрі свердловини 59 мм, м | 800 |
Початковий діаметр свердловини, мм | 151 |
Діаметр бурильних труб, мм | 50; 54; 63,5; 68 |
Частота обертання, об / хв: | 120; 260; 340; 410; 540; 720; 1130; 1500 |
Найбільше зусилля подачі, Н: | |
вгору | 85000 |
вниз | 65000 |
Вантажопідйомність лебідки, кг | 3500 |
Швидкості навивки каната на барабан, м / с | 0,7-6,0 |
Потужність електродвигуна для приводу бурового верстата, кВт | 30 |
Потужність бурові установки, кВт | 98 |
Висота щогли, м | 19 |
Довжина свічки, м | 13,5 |
Тип бурового насоса | НБ4-320/63 |
Число бурових насосів | 1 |
Максимальна витрата, л / хв | 320 |
Максимальний тиск, Н/см2 | 400 |
Потужність електроприводу насосів, кВт | 22 |
Габаритні розміри установки, м: | |
довжина | 10,70 |
ширина | 4,56 |
висота | 19,10 |
Маса, кг: | |
верстата | 2200 |
установки | 17500 |
1.4. Промивка свердловини
Метою промивання свердловини є:
- Видалення шламу з вибою;
- Охолодження породоруйнуючого інструменту;
- Закріплення нестійких стінок свердловини;
- Зниження твердості гірських порід;
- Мастило бурового інструменту.
1.4.1. Схема промивання свердловини
Проектом передбачається пряма схема промивки свердловин із замкнутою системою водоспоживання. Переваги:
- Буровий розчин, виходячи з звужених промивних отворів породоруйнуючого інструменту, набуває більшої швидкості і з силою вдаряє об забій, розмиваючи разбуренной породу, що сприяє збільшенню швидкості проходки;
- Застосовуючи спеціальні промивальні рідини при бурінні в сипучих, пухких і тріщинуватих породах, забезпечує закріплення стінок свердловини шляхом скріплення частинок нестійкою породи;
- Технічно та технологічно найпростіша і дешева.
Недоліки:
- Знижений відсоток виходу керна в результаті динамічного впливу струменя на верхній торець керна, що призводить до його розмиву;
- При бурінні свердловин великого діаметру підвищена витрата промивальної рідини, необхідної для створення такої швидкості висхідного потоку, при якій всі разбуренной частинки породи будуть виноситися на поверхню;
- Можливість розмиву стінок свердловини в забою при бурінні в м'яких породах внаслідок великої швидкості висхідного потоку. Для порід що становлять заданий геологічний розріз зазначені недоліки не мають значення.
При прямій промиванні рідина насосом по нагнітальному шлангу подається до вибою по бурильної колоні (рис. 1), охолоджує породоразрушающий інструмент, омиває забій і піднімається по кільцевому простору між стінками свердловини та колоною бурильних труб, транспортуючи на поверхню разбуренной породу.
По виході з свердловини промивний розчин пропускають за системою жолобів і відстійників для очищення його від частинок породи. Очищений розчин вдруге нагнітається в свердловину. При поглинанні промивної рідини в пористих породах в ємність додають нові порції розчину.
Рис. 1 Схема прямої промивки свердловин:
1 - буровий насос, 2 - нагнітальний шланг, 3 - вертлюг - сальник; 4 - колона бурильних труб; 5 - трубний фрезерний перехідник; 6 - колонкова труба; 7 - коронка; 8 - система жолобів; 9 - відстійник; 10 - приймальний бак
1.4.2. Вибір промивної рідини
В якості промивної рідини застосовується:
1) в інтервалі 0,0 - 5,0 м - глинистий розчин;
2) в інтервалі 5,0 - 655,0 м - технічна вода.
Властивості глинистого розчину:
Нормальний глинистий розчин повинен відповідати наступним вимогам:
- Щільність розчину повинна відповідати величині 1,15-1,25 г/см3. Підвищена щільність сприяє кращому очищенню вибоїв свердловини від великого і важкого шламу, запобігає самоізліваніе води зі свердловини і обвали порід зі стінок свердловини.
- В'язкість. Від в'язкості залежить здатність розчину виносити на поверхню шлам і закупорювати тріщини і пори в гірській породі на стінках свердловини. В'язкість вимірюється в секундах, для нормального розчину становить 18-22 сек.
- Водовіддача - це здатність розчину фільтрувати рідку фазу під дією надлишкового тиску. Нормальний глинистий розчин має водовіддачу 8-10 см за 30 хв. з кожного літра розчину.
- Статичне напруга зрушення - це зусилля, здатне вивести глинистий розчин зі стану спокою. Ця напруга має становити 2-3 Па. Застосування глинистого розчину при бурінні свердловин в інтервалі 5,0 - 655,0 м недоцільно, оскільки керн дуніт водою не розмивається, а стінки свердловини стійкі.
1.4.3. Очищення промивного розчину від шламу
Промивний розчин по виході з свердловини на поверхню містить частинки разбуренной породи (шлам). Своєчасна і якісна очищення промивних рідин є одним з найважливіших умов ефективності процесу буріння розвідувальних свердловин. Накопичення шламу в промивному розчині істотно погіршує його якість. Знижується глінізірующая здатність глинистого розчину, що призводить до утворення товстої пухкої кірки на стінках свердловини і створює небезпеку обвалів. Використання зашламованних розчинів призводить до передчасного зносу насосів і бурового снаряда. За рахунок підвищення питомої ваги промивної рідини зменшується механічна швидкість буріння, зростає ймовірність поглинання.
Очищення промивної рідини здійснюється в поверхневій циркуляційної системи, яка складається з жолобів, відстійників та прийомних баків. Довжина і розміри жолобів, кількість і обсяг відстійників та прийомних ємностей залежать від глибини і діаметру свердловини і умов буріння. Кількість ємностей, обсяг і конфігурація їх визначаються виробничою необхідністю і матеріально-технічними можливостями підприємств.
Типова циркуляційна система при бурінні свердловин самохідними буровими установками наведена на рис. 2.
Ринви роблять у відкритому грунті без кріплення стінок або виготовляють з дощок або листового заліза. Встановлюють з ухилом 1,0-1,5 см на 1 м довжини, ширина жолобів ~ 30 см, висота ~ 25 см. По дну жолоби через 1,5-2,0 м один від одного ставлять перегородки. Обсяг циркуляційної поверхневої системи залежить від глибини свердловини. Її довжина для свердловин глибиною до 500 м складає 15м, для свердловин більше 500 м - 25-30 м.
Рис. 2. Схема циркуляційної системи самохідних бурових установок.
1 - гліномешалка; 2,6 - прийомні ємності; 3 - насос, 4 - бурова установка; 5 - жолоби.
Очисна здатність жолобної системи залежить від ступеня руйнування структури, яка залежить від швидкості руху розчину по жолобах. При невеликій швидкості руйнування структурного зчеплення в розчині відбувається тільки близько стінок і дна, а випадання частинок породи спостерігається в обмеженому обсязі. При надмірній швидкості розчину частинки майже повністю переносяться в приймальну ємність. Найбільш повне видалення шламу спостерігається при деякій оптимальної швидкості течії, коли відбувається максимальне руйнування структури розчину і відсутня турбулентний режим течії.
Очищення жолобної системи від шламу виробляють при припиненні циркуляції розчину.
Природний метод очищення є найбільш ефективним при використанні як промивної рідини води і малов'язких розчинів [3, 7, 15].
1.4.4. Розрахунок кількості бурових розчинів
Розрахунок кількості глинистого розчину
Загальний обсяг глинистого розчину для буріння однієї свердловини становить:
Vo = V1 + V2 + V3 (м3), де
Vo - загальний обсяг глинистого розчину для буріння однієї свердловини;
V1 - об'єм свердловини.
V1 =* Н (м3), де
d (м) - діаметр свердловини;
Н (м) - глибина свердловини;
V2 - об'єм резервуарів промивної циркуляційної системи;
V3 - втрата глинистого розчину в свердловині.
Vз = 3 * V1 (мз).
d = 0,093 (м) V1 =* 5,0 = 0,034 (м3)
Н = 5,0 (м) V3 = 3 * 0,034 = 0,102 (м3)
V2 = 4 (мз) V0 = 0,034 + 4,0 + 0,102 = 4,136 (м3)
Кількість глинистого розчину для буріння всіх свердловин:
Vгл.p-pa = 2 * V0, (мз)
Vгл.p-pa = 2 * 4,136 = 8,272 (мз).
Розрахунок кількості глини, необхідної для приготування глинистого розчину.
Vгл. = * V0 (м3);
сгліни = 2,5 г/см3 = 2,5 т/м3;
Vгл. = * 8,272 = 1,38 (м3);
Розрахунок кількості технічної води
Загальний обсяг технічної води для буріння однієї свердловини становить:
Vo = V1 + V2 + V3 (м3), де
Vo - загальний обсяг технічної води для буріння однієї свердловини;
V1 - об'єм свердловини.
V1 =* (Н1 + H2) (м3), де
d - середній діаметр свердловини (м);
Н1 - глибина основного стовбура свердловини (м);
Н2 - глибина додаткового стовбура свердловини (м);
V2 - об'єм резервуарів промивної циркуляційної системи;
V3 - втрата технічної води в свердловині.
Vз = 3 * V1 (мз).
d = 0,076 (м) V1 =* (б55, 0 +600,0) = 5,69 (м3)
(Н1 + H2) = 1255,0 (м) V3 = 3 * 5,69 = 17,07 (м3)
V2 = 4 (мз) V0 = 5,69 + 4,0 + 17,07 = 26,76 (м3)
Кількість технічної води для буріння всіх свердловин:
Vтехн.води = 2 * V0, (мз),
V техн.води = 2 * 26,76 = 53,52 (мз).
Розрахунок кількості промивної рідини
Vгл. = Vгл.p-pa + Vтехн.води (м3), де
Vгл.p-pa - обсяг глинистого розчину, необхідний для буріння всіх свердловин;
Vтехн.води - об'єм технічної води, необхідної для буріння всіх свердловин.
Кількість промивної рідини для буріння всіх свердловин:
V = 8,272 + 53,52 = 61,79 (м3).
1.5.Тампонаж свердловини
Тампонуванням свердловини називається комплекс робіт по ізоляції окремих її інтервалів. Тампонування здійснюється з метою запобігання обвалів свердловини і розмивання порід в просторі за обсадними трубами, поділу водоносних чи інших горизонтів для їх дослідження, ліквідації водопроявів, перекриття тріщин, порожнеч, каверн, для ліквідації втілення промивної рідини при бурінні [12].
Проектом передбачається затрубний цементний тампонаж:
-В інтервалі 0,0-30,0 м - з метою гідроізоляції гирла свердловини;
-В інтервалі 30,0-110,0 м - з метою запобігання поглинання промивної рідини.
Тампонування за допомогою цементу називається цементуванням свердловин. Для цементування застосовують тампонажний цемент на базі портландцементу, тампонажний цемент на базі доменних шлаків, вапняно-піщані суміші.
1.5.1.Схема тампонування свердловини
Тампонування починається з промивання затрубного простору. Для цього через відвід нагнітають промивну рідину для промивання свердловини. Потім у свердловину ставиться колона обсадних труб, не доходячи п'яти метрів, ставиться нижня пробка, в якій знаходиться спеціальна скляна мембрана. Після цього на верхню частину обсадних труб нагвинчують цементувальних голівку з верхньою пробкою. У колону обсадних труб нагнітається цементний розчин, верхня пробка звільняється, продавлюється вздовж колони труб.
У верхню частину колони нагнітається промивна рідина, і колона опускається на забій. Одночасно нагнітання промивної рідини триває. Під тиском мембрана руйнується, і розчин вливається в міжтрубний простір.
Для тампонування свердловин застосовують цементний розчин щільністю 1,84 г/см3. Цемент використовується з водоцементним числом 0,5.
1.5.2.Расчет кількості тампонирующего розчину
Обсяг цементного розчину, необхідного для заповнення цементованої простору визначається за формулою:
V1 = р / 4 * ((D2-dн2) * H) (м3),
де D-діаметр свердловини (м)
dн. - Зовнішній діаметр обсадних труб (м)
Н-висота зони тампонажу (м)
Інтервал 0,0 - 30,0 м
D = 0.093 м
dн. 0.089 м
Н = 30,0 м
V1 = 3, 14 / 4 * ((0, 0932-0.0892) * 30) = 0.017 м3
Обсяг сухого цементу, необхідного для приготування цементного розчину знаходиться за формулою:
Vцемента 1 = (сцем.р-ра-склепіння) / (сцемента-склепіння) * V1 (м3)
= (1.85-1.0) / (3.15-1.0) * 0.017 = 0.007 (м3)
Інтервал 30,0 - 110,0 м
D = 0.076 м
dн = 0.073 м
Н = 80,0 м
V1 = 3, 14 / 4 * ((0, 0762-0.0732) * 80) = 0.049 м3
Обсяг сухого цементу, необхідного для приготування цементного розчину знаходиться за формулою:
Vцемента 2 = (сцем.р-ра-склепіння) / (сцемента-склепіння) * V2 (м3)
сцемента = 3,15 г/см3 = 3.15 m/м3
сцем. р-ра = 1.85 г/см3 = 1.85 m/м3
Vцемента 2 = (1.85-1.0) / (3.15-1.0) * 0.049 = 0.019 (м3)
Загальна кількість цементного розчину:
Vцемента = 3 * (V1 + V2) (м3)
Vцемента = 3 * (0,007 +0,019) = 0,078 (м3)
1.6.Технологія колонкового буріння
1.6.1.Технологіческіе режими буріння
Для буріння всіх порід за свердловині до пласта корисної копалини використовуються твердосплавні коронки різних марок, залежно від твердості порід.
Загальне навантаження на коронку повинна дорівнювати
C = m * q, H,
де m - число об'ємних (основних) різців;
q - рекомендований тиск на 1 різець, Н.
Частота обертання коронки обчислюється за формулою:
n = 60v0 / p Dc »20v0/Dc,
де Dc = (Dн + Dв) / 2 - середній діаметр коронки, м;
v0 - окружна швидкість коронки, яка при бурінні твердими сплавами приймається в межах 0, 6-1, 6 м / с.
Подача промивної рідини Q насоса для промивання свердловини дорівнює:
Q = p / 4 (D2-d2) v,
де D-діаметр свердловини,
d-зовнішній діаметр бурильних труб,
v-швидкість висхідного потоку в кільцевому просторі при промиванні.
Таким чином, для кожного інтервалу отримуємо наступні параметри буріння:
Інтервал 0,0 - 10,0 м
Буріння здійснюється твердосплавної коронкою марки Ml діаметром 93 мм. Буріння здійснюється при мінімальних швидкостях 100-120 об / хв. Промивання здійснюється глинистим розчином без циркуляції промивної рідини. Осьова навантаження на забій порядку 0,4-0,5 кН на основний різець.
Після проходки даного інтервалу свердловина обсаджується трубами діаметром 89 мм до глибини 10,0 м. Проводиться затрубний цементний тампонаж свердловини.
Інтервал 10,0 - 210,0 м.
Буріння здійснюється алмазною коронкою марки МВП-1 діаметром 76 мм. Буріння здійснюється при швидкості 400-700 об / хв. Промивання здійснюється технічною водою при швидкості потоку 50-80 м / с. Осьова навантаження на забій 8-13 кН на основний різець.
Після проходки даного інтервалу свердловина обсаджується трубами діаметром 72 мм до глибини 210,0 м. Проводиться затрубний цементний тампонаж свердловини.
Інтервали 210-600м.
Буріння здійснюється алмазною коронкою марки МВП-1 діаметром 59 мм. Буріння здійснюється при швидкості 500-900 об / хв. Промивання здійснюється технічною водою при швидкості потоку 40-60 м / с. Осьова навантаження на забій 6-10 кН на основний різець.
1.6.2.Буреніе по пласту корисної копалини
Буріння ведеться з дотриманням всіх правил, що забезпечують необхідний вихід керна. Буріння здійснюється коронкою типу МВП-1 діаметром 59 мм. За корисного ископаемому бурят в наступному порядку:
1) визначають контакт порожніх порід з корисних копалин;
2) свердловину готують для буріння по корисного ископаемому;
3) бурят безпосередньо з корисних копалин;
4) відривають керн і піднімають його.
Перед бурінням по корисного ископаемому виконують наступні заходи з підготовки свердловини:
- Промивають свердловину до повного видалення шламу;
- Витягають залишився керн пустих порід;
- Виробляють контрольний замір глибини свердловини;
- Готують потрібний буровий снаряд для буріння по корисного ископаемому.
Способи підвищення виходу керна.
Причинами поганого виходу керна є:
механічна дія колонкового снаряду, що призводить внаслідок вібрації до руйнування і стирання керна;
дію на керн промивної рідини, розмиває керн або вимиваються деякі компоненти;
можливість випадання керна з колонкової труби під час його вилучення з снаряда внаслідок поганого заклинювання.
Основними завданнями отримання представницьких кернових проб є:
- Захист керна від дії потоку промивної рідини або створення потоку, напрямку течії і зливу якого сприяють схоронності керна;
- Захист керна від механічних впливів обертається колонкової труби;
- Надійний відрив керна від забою і утримання його в керноприймальна трубі.
З метою підвищення виходу керна, буріння ведеться на знижених швидкостях, з мінімальною осьовим навантаженням і мінімальної подачею промивної рідини. Для підвищення виходу керна передбачається скорочення рейсопроходкі до 1,0 - 0,5 м. Підйом снаряда з керном корисної копалини проводиться без різких ривків, поштовхів і ударів.
У разі якщо зазначені заходи не забезпечать необхідний вихід керна, повинні бути застосовані спеціальні технічні засоби, що забезпечують підвищення виходу керна і його збереження при підйомі на поверхню (подвійні колонкові труби, знімні керноприемника).
У курсовому проекті передбачено один спосіб буріння - буріння зверху вниз. Спочатку буриться основний стовбур свердловини, потім він тампонують до позначки, з якої починаємо бурити додатковий стіл. Потім вставляємо стаціонарний клин. Для того щоб клин суворо фіксувався на потрібній нам позначці, в проекті застосовується цементний розчин в якості ліквідаційного тампонирующего матеріалу. Потім чітко орієнтуємо клин у напрямку буріння додаткового стовбура. Тільки потім з урахуванням всіх необхідних запобіжних засобів, починаємо бурити додатковий стовбур.
1.7.Ліквідація свердловин
Мета ліквідаційного тампонування свердловини полягає в тому, щоб ізолювати всі водоносні шари і пласти корисної копалини, що підлягає розробці, від надходження в них води по свердловинах і по тріщинах з ізольованої водоносного пласта і усунути можливість циркуляції підземних вод по стовбуру свердловини при добуванні обсадних труб і її ліквідації.
Для ліквідаційного тампонування проектованих свердловин застосовується цемент. Оскільки свердловини бурились із застосуванням глинистого розчину, то перед тампонуванням їх необхідно промити водою для разглинизации.
Цементний розчин через бурильні труби нагнітається насосом (ліквідаційний тампонаж проводиться від вибою свердловини). У міру заповнення свердловини цементним розчином бурильні труби піднімають. Після підйому насос і бурильні труби промиваються водою для очищення від залишків цементного розчину.
Обсяг необхідного цементного розчину дорівнює обсягу свердловини і розраховується за формулою:
V = (p / 4 * D2 * h1) + (p / 4 * D2 * h2) + (p / 4 * D2 * h3),
де D1, D2, D3 - діаметри коронок, які застосовуються для буріння основного стовбура;
h1, h2, h3 - інтервали буріння основного стовбура свердловини даними діаметрами.
V = (0,785 * 0,0932 * 5) + (0,785 * 0,0762 * 105) + (0,785 * 0,0592 * 690) = 0,03 +0,48 +1,89 = 2,4 м3.
Щільність цементу 3,15 г/см3, щільність цементного розчину 1,84 г/см3.
Після проведення ліквідаційного тампонування на гирлі свердловини встановлюють обсадних труб із цементною пробкою, де зазначається номер, глибина свердловини.
1.8.Техніка безпеки
1. Роботи з буріння можуть бути розпочаті тільки на закінченої монтажем буровій установці при наявності геолого-технічного наряду, і після оформлення акта про приймання бурової установки в експлуатацію.
2. Бурова установка повинна мати під'їзні шляхи, що забезпечують безперешкодний під'їзд до неї.
3. До спуску бурової установки повинна бути ретельно перевірена робота всіх механізмів. Виявлені недоліки підлягають усуненню до введення бурової установки в експлуатацію.
4. обладнання, інструмент, підлоги, сходи та перила бурових установок повинні утримуватися в справності і чистоті.
5. Всі робітники та інженерно-технічні працівники, зайняті на бурових роботах, повинні працювати в захисних касках.
6. Відстань то бурової установки до житлових приміщень і виробничих приміщень, залізничних і шосейних доріг повинно відповідати нормам протипожежної безпеки і бути не менше полуторної висоти її вишки (щогли).
7. До верховим робіт при монтажі і демонтажі вишок і щогл допускаються тільки досвідчені монтажники, спеціально навчені безпечного ведення робіт.
8. Бурові вишки повинні мати робочі майданчики з укриттям для бурового робітника від несприятливих атмосферних умов. Підстава майданчиків має бути виготовлено з міцного матеріалу.
9. Вишки і щогли бурових установок у районах, де можливі польоти літаків на висоті, сумірною з висотою вишки або щогли, повинні мати сигнальні вогні.
10. Робочі місця бурового майстра і його помічника на самохідних і пересувних бурових установках повинні мати міцний настил з дощок і укриття від несприятливих атмосферних умов.
11. При монтажі вишок і щогл забороняється використання несправних деталей і вузлів кріплення.
12. Спорудження бурової установки, розміщення обладнання, облаштування опалення, освітлення повинні проводитися у відповідності з затвердженими проектами, технічними вимогами експлуатації обладнання та типовими схемами монтажу, затвердженими керівництвом експедиції, тресту.
13. При несправності електрообладнання (замикання, утворення іскор, поява сильного нагріву, диму і т.д.) необхідно відключити загальний рубильник і викликати чергового електромонтера.
ЧАСТИНА 2. ПРОХОДКИ гірничорозвідувальних ВИРОБОК
Гірничі виробки - це штучні виїмки в надрах. Гірничі виробки різноманітні за формою, розміром, призначенням. За призначенням гірничі виробки поділяються на три групи: геологорозвідувальні, експлуатаційні, технічні.
Геологорозвідувальні гірничі виробки проходяться з метою:
створення штучних відслонень,
пошуків і розвідки корисних копалин.
При інженерно-геологічних та гідрогеологічних дослідженнях
Експлуатаційні гірничі виробки проходяться з метою відпрацювання родовищ корисних копалин. Вони поділяються на три групи:
Капітальні - забезпечують доступ до корисних копалин;
Підготовчі - забезпечують підготовку родовища до ведення очисних робіт;
Очисні - служать для безпосереднього видобування корисних копалин. Технічні гірничі виробки проходяться для наукових, господарських, військових і т.п. цілей (тунелі, метро і т. д.) По відношенню до поверхні Землі гірські виробки поділяються на дві групи: відкриті (поверхневі) та підземні. До поверховим відносяться: кар'єр, канава, траншея, розчищення, закопушка. Підземні поділяються на три групи: горизонтальні, вертикальні, похилі. До них відносяться: штольня, штрек, квершлаг.
2.1.Вибор та обгрунтування типу, форми, і розмірів (перерізу) гірських виробок
Проходка розвідувальних канав
Канави - вузькі, протяжні вироблення глибиною від 1-3м до 5м. Поперечний перетин канав зазвичай трапецієподібне, шириною по дну канави 0,4-1,0 м, у верхній частині до2-2, 5м. Протяжність канав залежить від їх призначення і може бути від декількох до сотень метрів. У більшості випадків канави проходять з метою розкриття корінних порід або тіл корисних копалин (не порушених вивітрюванням), коли вони перекриті наносами потужністю до 3 - 5 м.
Форми поперечних перерізів розвідувальних канав:
а - прямокутна, б, в, г - трапецієвидна; д - ступінчаста; 1 - наноси; 2 - корінні породи; 3 - стінки канави; 4 - майданчики безпеки; 5 - борозна для випробування; т - потужність наносів; с - величина заглиблення канави в корінні породи.
За завданням необхідно пройти 30 канав довжиною 25м кожна:
0,0-2,0 - наноси
2,0-2,5 - граніт з вкрапленим сульфідів
Ширина канави біля поверхні буде визначатися глибиною вироблення і стійкістю гірських порід. Тільки в стійких гірських породах стінки канави можуть бути вертикальними. У всіх інших випадках, особливо при проходці наносів, стінок повинен бути забезпечений необхідний кут нахилу з тим, щоб оберегти їх від обвалення.
Кут нахилу стінок в нестійких і пухких породах повинен бути рівний куту природного укосу для даних порід. Цей кут часто характеризується відношенням "а: m", яке для виконання завдання приймаємо 1:2. Тоді ширина канави біля поверхні буде дорівнює: 0,6 м
Довжина канави (l к) = 25м
Кількість канав (n до) = 20
Vканави = g * b = V1 + V2 = 2462, 5м3
g = 0.6 * 0.5 * lк * nк = 225
b = (2 * 0, 6 +2 * а) / 2 * m * lк * nк = 3468,8
a = 1.25м
m = 2,5 м
Проходка шурфів
Шурф - вертикальна вироблення квадратного, прямокутного або круглого перетину (шурфи круглого перерізу носять назву дудок), яка має безпосередній вихід на земну поверхню. З шурфів нерідко проходять горизонтальні виробки: розтин, квершлаги, штреки.
Поперечний типовий розріз шурфу
1 - баддя; 2 - провідник; 3 - вентиляційна труба, 4, 5 - труби для стисненого повітря та води; 6 - вінець кріплення; 7 - кабелі, в - обшивка; 9 - сходовий відділення
Розміри прямокутних перерізів частіше приймають рівними 1,25; 1,5; 2,0 м2 і рідше більше. Розміри: 1,25 м2 (1х1, 25м); 1,5 м2 (1х1, 5м); 2м2 (1,25 х1, 60м); 4м2 (1,6 х2, 5м). Максимальна глибина шурфів 40м. Шурфи перетином 1.25 і 1.5 м2 проходяться на глибину до 20 м, шурфи перетином 2.0 м2 проходяться на глибину до 30 м, 4.0 м2 передбачено проходити на глибину до 40 м.
За завданням необхідно пройти 2 шурфу глибиною 28м. кожен:
0,0-10, 0 - наноси
10,0-18,0 - граніти
18,0-25,0 - свинцево-цинкові руди
Поперечні розміром шурфів при геологорозвідувальних роботах вибираються в залежності від глибини виробок, а також з урахуванням конструкції кріплення.
З огляду на особливості петрографічного складу і фізичні властивості порід, а також техніку і глибину проходки, приймаємо прямокутну форму поперечного перерізу шурфів з розмірами 1,5 м (1,0 x1, 5).
2.2.Вибор та обгрунтування способу проходки, основного обладнання
Спосіб проходки гірничої виробки в основному залежить від положення її в просторі (вертикальна, похила, горизонтальна), фортеці, будови гірської породи, їх водоносности і наявного устаткування. У залежності від стійкості пересікаються порід та грунтових вод розрізняють звичайні та спеціальні способи проведення виробок. Звичайний спосіб застосовують при порівняно невеликому потоці води в міцних і стійких породах, що допускають оголення забою, покрівлі і бокових стінок виробок.
Способи проходки канав
Розвідувальні канави проходять наступними способами:
1.вручную
2 c застосуванням буропідривних робіт
1.При проходці канав вручну проводять такі підготовчі операції:
Розмітка каналу
Розпушування породи за допомогою Койла чи брухту
Викидання породи вручну на поверхню
Вирівнювання стінок каналу
Цей спосіб застосовується до порід 1-4 категорій за класифікацією буримості. Проходка канав може відбуватися механічно (за допомогою землерийних машин), однак, у такому випадку переріз канав вийде прямокутним і необхідний нахил стінок відсутня.
2.При проведенні розвідувальних робіт в міцних корінних породах (мерзлих) проходка здійснюється із застосуванням буропідривних робіт. Проводять такі підготовчі роботи:
Розмітка лінії канави
Розмітка шпурів
Буріння та очищення шпурів
Закладка вибухової речовини та підривання
Прибирання підірваної породи з викидом її на поверхню
Вирівнювання стінок і дна канави
Способи проходки шурфів
1.вручную
2 c застосуванням буропідривних робіт
1.При проходці шурфів ручним способом виконуються наступні операції:
Підготовка площі для закладення шурфу
Розмітка контурів вироблення
Провітрювання забою
Підйом відбитої породи на поверхню
Кріплення шурфу у разі необхідності
2. При проходці шурфів буро-вибуховим способом виконуються наступні операції:
Буріння шпурів, їх зарядка і підривання
Провітрювання забою після вибуху
Монтаж повітропроводу
Зведення кріплення
Виходячи з проектного геологічного розрізу, вибираються два способи проходки гірських виробок: ручний спосіб і з застосуванням буропідривних робіт. Буропідривною спосіб є буріння в породі шпурів та закладання в них вибухівки з подальшим підриванням і виносом породи на поверхню.
Шпур - це слабоконіческое округлий отвір в гірській породі. Діаметр шпуру визначається діаметром патрона вибухової речовини.
Буріння шпурів здійснюється механічним способом і за характером руйнування породи ділиться на 2 види:
ударне буріння шпурів (буряться шпури в породах VI-X категорії, f ≥ 3);
обертальне буріння шпурів (буряться шпури в породах від I до V категорії, f від 9-10).
При обертальному бурінні процес вибурюванням породи відбувається безперервно, в той час як при ударному бурінні - тільки в момент удару. Тому обертальний спосіб більш продуктивний, ніж ударний.
За родом використовуваної енергії буріння може бути ручним і механічним. Механізми, що використовуються при бурінні шпурів, називаються перфораторами.
За призначенням перфоратори діляться на:
ручні (вага до 25 г, буряться або з руки або з підтримуючою колонки. Частота ударів від 700 до 1100 уд / хв. Застосовується для буріння порід середньої міцності і міцних).
колонкові (вага до40 кг, велика потужність. Встановлюється або на спеціальних бурових каретках або на колонках. Застосовується для міцних і дуже міцних порід).
телескопние (для буріння шпурів вертикально вгору, тому що всі інші не можуть це робити. Представляють собою телескопічну колонку, на верху якої встановлено перфоратор).
Проходка канав:
Проходка канав здійснюється ручним і буровибуховим способами. Проектується проходка 30 канав довжиною 25 м кожна.
Проходка канав спочатку здійснюється вручну (0,0-2,0 м): проводиться розмітка канави, розпушення породи за допомогою кайла чи брухту, викидання породи лопатою на поверхню, вирівнювання стінок канави, відбір проб і геологічна документація.
Далі проходка канави в інтервалі 2,0-2,5 м здійснюється із застосуванням буропідривних робіт.
Буріння шпурів здійснюється за допомогою перфоратора ПА-23к з армованими бурами діаметрами 43,41 мм (крок 2 мм), при обов'язковій мокрій промиванні шпурів.
Технічна характеристика перфоратора ПА-23к:
Вага, кг | 23 |
Довжина, мм | 620 |
Діаметр поршня, мм | 68 |
Число ударів поршня в хвилину | 1865 |
Витрата повітря, м3/хв при тиску 5 атм. | 2,35 |
Роботи удару поршня, кгм | 5,88 |
Максимальний крутний момент, кг. см | 85 |
Спосіб очищення шпуру | Промивання й продування |
Проходка шурфів.
Проектується проходка 2 шурфів перетином по 1,5 м2 і глибиною 28м кожна.
Проходка ведеться із застосуванням ручних і буропідривних робіт.
Буріння шпурів здійснюється перфоратором ПА-23к армованими бурами діаметрами 43,41,39 мм (крок 2 мм), при обов'язковій мокрій промиванні шпурів.
Таблиця № 4
"Розподіл порід за категоріями буримости і вибір способу проходки"
№ п / п | Найменування породи | Категорія | Глибина проходки (М) | Спосіб проходки |
За шурфу | ||||
1. | наноси | I | 10,0 | Ручний |
3. | граніти | XV | 8,0 | Буропідривною |
4. | Свинцево-цинкові руди | XX | 6,0 | Буропідривною |
По канавах | ||||
1. | супісок | I | 2,0 | Ручний |
2. | Граніт з вкрапленим сульфідів | XV | 0,5 | Буропідривною |
2.3.Буровзривние роботи
Буропідривною спосіб проходки є найбільш складним. Він включає ряд послідовних операцій, які становлять разом прохідницький цикл:
1) розмітка шпурів на вибої виробки;
2) буріння шпурів;
3) зарядка шпурів ВР;
4) підривання зарядів (Опалка);
5) провітрювання забою;
6) прибирання розпушеному вибухом породи;
7) настил шляхів;
8) монтування повітропроводу.
Всі буровибухові роботи проводяться в строгій відповідності з паспортом цих робіт. Навантаження породи проводиться за допомогою грейферних вантажників ГШГ-1. Підйом породи проводиться за допомогою лебідки ЛГПЛ-230 [12].
2.3.1.Расчет раціональної довжини заходки і глибини шпурів
Умовами для визначення раціональної довжини заходки є:
перетин гірничої виробки (1,5 м2)
середня розрахункова глибина шурфу (12,5 м)
категорії порід за буримости (I, V і XV)
коефіцієнт міцності f:
наноси f = 3
граніти f = 15
свинцево-цинкові руди f = 20
тип перфоратора (ПА-23)
кріплення:
наноси - суцільна венцових кріплення,
скельні породи - суцільна венцових кріплення у розбіг
кількість шпурів на вибої:
N = 2.7 * ,
де f-фортеця, а S-площа забою
1. f = 3: N = 2.7 * = 6
2. f = 15: N = 2.7 * = 13
тривалість робочого дня = 6 годин
число прохідників на вибої = 1 людина
затрати праці у люд. і годинах на 1 м гірської породи (наведені у таблиці № 5)
Таблиця № 5
"Витрати праці в чол. і годинах на 1 м гірської породи "
Технологічні операції | Витрати праці (в чол. Та годинах) |
буріння шпурів |