ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ РАЗРЕЗЕ
Геологический разрез представлен породами:
от 0 до 25 метров – четвертичные отложения,
от 25 до 70 метров – песчаники крупнозернистые трещиноватые,
от 70 до 90 метров – аргиллиты,
от 90 до 93 метров – антрацит,
от 93 до 180 метров – аргиллиты, слабо окремненные,
от 180 до 182 метров – угли слабые,
от 182 до 270 метров – песчаники кремнистые,
от 270 до 275 метров – антрацит,
от 275 до 300 метров – алевролиты окварцованные,
от 300 до 320 метров – песчаники кварцевые.
Четвертичные отложения
Четвертичные отложения, коэффициент абразивности кабр=0.4
коэффициент динамической прочности Fд= 3.2
3.0
1. Категория по буримости III
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 100-250
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 1-2
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 11-15
Песчаники крупнозернистые трещиноватые
Коэффициент абразивности кабр=1.1; коэффициент динамической прочности Fд=4.3
1. Категория по буримости VI
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 250-500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 2-4
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 5,7-10
Аргиллиты
Аргиллиты, коэффициент абразивности кабр=0.6; коэффициент динамической прочности Fд=10.0
1. Категория по буримости VII
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 1000-1500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 6-7
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 2,5-3,5
Антрацит
Антрацит, коэффициент абразивности кабр=0.5; коэффициент динамической прочности Fд=6.0
1. Категория по буримости V
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 1000-1500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 6-7
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 2,5-3,5
Аргиллиты, слабо окремненные
Аргиллиты слабо окремненные, коэффициент абразивности кабр =1,4; коэффициент динамической прочности Fд= 9,7
1. Категория по буримости IX
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 2000-3000
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 8-10
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 1,0-2,0
Угли слабые
Угли слабые, коэффициент абразивности кабр=0,4; коэффициент динамической прочности Fд= 3.2
1. Категория по буримости IV
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 250-500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 2-4
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 5,7-10,0
Песчаники кремнистые
Песчаники кремнистые, коэффициент абразивности кабр=2,06; коэффициент динамической прочности Fд= 10.0
1. Категория по буримости VIII
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 3500-3500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 14-16
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 0.75-1.20
Алевролиты окварцованные
Коэффициент абразивности кабр=0,4; коэффициент динамической прочности Fд= 3.2
1. Категория по буримости VI
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 1500-2000
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 7-8
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 1.5-2.5
Песчаники кварцевые
Песчаники кварцевые сливные, коэффициент абразивности кабр=1.8; коэффициент динамической прочности Fд= 10.8
1. Категория по буримости X
2. Твердость по Шрейнеру (МПа) 3000-3500
3. Коэффициент крепости по Протодьяконову 11-14
4. Примерная механическая скорость бурения, м/ч 1.3-1.9
Таблица 1
Характеристика горных пород проектного разреза
| №п/п | Мощность, м | Название горных пород и полезного ископаемого, краткая характеристика | Определение категории пород по буримости | |||||
| от | до | всего | Fд | кабр | 
| кат | ||
| Четвертичные отложения, по степени устойчивости - порода малоустойчивая, легко разрушаемая и растворимая. Возможный выход керна 40%. | 3.2 | 0.4 | III | |||||
| Песчаники крупнозернистые трещиноватые, порода малоустойчивая, легко разрушаемая. Возможный выход керна 75% | 4.3 | 1.1 | 10.5 | VI | ||||
| Аргиллиты, Порода среднеустойчивая, разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрациями снаряда. Возможный выход керна 80% | 0.6 | 11.3 | VII | |||||
| Антрацит. Порода малоустойчива, легко разрушаемая. Возможный выход керна 70% | 6.0 | 0.5 | 6.3 | V | ||||
| Аргиллиты, слабо окремненные. Порода устойчивая, практически не разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрациями бурового снаряда. Возможный выход керна 85%. | 9.7 | 1.4 | 25.8 | IX | ||||
| Угли слабые. По степени устойчивости порода малоустойчивая, легко разрушаемая, по твердости – мягкие, возможный выход керна 30%. | 3. | 3.2 | 3.84 | IV | ||||
| Песчаники кремнистые. Порода среднеустойчивая, разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрациями снаряда. Возможный выход керна 80%. | 10.0 | 2.06 | 38.9 | VIII | ||||
| Антрацит. Порода малоустойчива, легко разрушаемая. Возможный выход керна 70% | 6.0 | 0.5 | 6.3 | V | ||||
| Алевролиты окварцованные. Порода среднеустойчивая, разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрациями снаряда. Возможный выход керна 80%. | 10.8 | 1.8 | 36.2 | X | ||||
| Песчаники кварцевые. Порода устойчивая, практически не разрушаемая гидродинамическими нагрузками и вибрациями бурового снаряда. Возможный выход керна 80%. | 10.8 | 1.8 | 36.2 | X |
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА БУРЕНИЯ. РАЗРАБОТКА ТИПОВОЙ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ
Из основных способов бурения скважин, применяемых при геологоразведочных работах, самым целесообразным в данном случае является вращательное. Этот выбор обоснован тем, что скважины на участке работ глубокие. Применение других способов не эффективно, так как применение, например, ударно-канатного бурения не возможно, потому что скважины бурятся с отбором керна и необходимо получать представительные образцы пород с сохранением их структуры и свойств. Бурение с использованием ударно-вращательного способа так же не эффективно, потому что категории горных пород, представленных на данном участке, в основном средней твердости, и ниже средней твердости.
Конструктивно скважина состоит из ствола, пробуренного в горных породах, обсадных колонн и тампонажного камня, заполняющего целиком или частично пространство между колоннами и стенками ствола.
Конструкцию скважины характеризует число спущенных в нее колонн и их диаметры, длина ствола под каждую колонну, а также местоположение интервалов цементирования.
Проектирование конструкции начинается с анализа, минимально - допустимого диаметра керна (dкmin) по полезному ископаемому.
На основании анализа осложнений выделяются интервалы с несовместимыми условиями бурения. Обеспечение же безаварийности проводки скважины при бурении по интервалам с несовместимыми условиями бурения возможно лишь либо перекрытием данных зон обсадными колоннами, либо применением высококачественных промывочных жидкостей.
Полезное ископаемое – антрацит. Для того, чтобы получить минимально допустимый диаметр керна dкmin, нужно определить минимально возможный диаметр коронки Dвmin, для этого используем формулу:
Dвmin= dкmin+Δ, (1)
где Δ – уменьшение диаметра керна в зависимости от категории горной породы по буримости – ƒ. Определим Δ по формуле:
D=20-8×ln ƒ, (2)
D=7.2 мм
Отсюда,
Dвmin=32+7.2=39,2мм
Определим минимально возможный диаметр скважины Dсmin по типу используемой геофизической аппаратуры. Минимально допустимый диаметр определяется:
(3)
Dсmin≥ (1.03-1.05)Da,
Da - диаметр применяемой аппаратуры.
Dсmin=1.03*73=75.19
Исходя из полученных значений Dвmin=39.2 мм и Dсmin=75.19 мм, принимаем Dс=76 мм и выбираем наиболее рациональный снаряд с внутренним диаметром коронки Dв=40 мм
На основе геолого-технических условий и диаметра керна по полезному ископаемому проектируем типовую конструкцию скважины (рис1).
Для бурения по полезному ископаемому выбираем снаряд конструкции Донбасс-НИЛ-II, который специально разработан для разведки угольных месторождений. Его отличие в том, что керноприемная труба снабжена дополнительной коронкой и при бурении мягких пород опережает трубу корпуса, действуя, как штамп (без вращения).
При встрече прослоек более крепких пород керноприемная труба начинает вращаться вместе с корпусом, разбуривая эти породы. Такая конструкция позволяет получить высокий процент выхода керна.
В интервале от 0.0 до 30 м бурение производится твердосплавной коронкой М-5 диаметром 93 мм, затем в данном интервале устанавливается обсадная колонна диаметром 89 мм и производится тампонирование затрубного пространства цементным раствором.
В интервале от 30 до 90 м бурение производится твердосплавной коронкой СМ-4 диаметром 76 мм.
В интервале от 90 до 93 м бурение производится твердосплавной коронкой СМ-3 диаметром 76 мм.
Бурение в интервале от 93 до180 м осуществляется твердосплавной коронкой СА-5 диаметром 76 мм.
В интервале от 180 до 182 м бурение производится твердосплавной коронкой СМ-3 диаметром 76 мм.
Бурение в интервале от 182 до 270 м осуществляется твердосплавной коронкой СА-1 диаметром 76 мм.
Бурение в интервале от 270 до 275 м бурение производится твердосплавной коронкой СМ-3 диаметром 76 мм.
Бурение в интервале от 275 до 320 м осуществляется твердосплавной коронкой СА-4 диаметром 76 мм.
Рис. 1. Типовая конструкция скважины