Дипломная (вкр): Бурение скважин на участке Хрустальный месторождения Дукат

Для бурения в интервале свыше 100 метров в трещиноватых риолитах и игнимбритах используем техническую воду с добавлением полимеров и антиморозной добавки с предварительным его охлаждением в летний период.

Конструкция скважин в зоне залегания ММП должна обеспечивать надежную сохранность ее устья, предотвращать промыв буровым раствором затрубного пространства за направлением и кондуктором, а также образование воронок, провалов пород в приустьевой зоне скважины в процессе всего цикла строительства скважины.

Учитывая что зона многолетнемерзлых пород, как правило, состоит из неустойчивых пород, большое значение имеет продолжительность бурения, поэтому главное задачей является проходка всего ствола скважины в короткие сроки избегая осложнений.

3.4 Роль промывочной среды в предупреждении осложнений при бурении в ММП

Наиболее интенсивно разрушаются породы с низким показателем льдистости и слабоуплотненные породы. Теплоемкость таких пород невысокая, и поэтому их разрушение происходит существенно быстрее, чем пород с высокой льдистостью.

Среди мерзлых пород встречаются пропластки талых пород, многие из которых склонны к поглощениям бурового раствора при давлениях, незначительно превышающих гидростатическое давление столба воды в скважине. Поглощения в такие пласты бывают весьма интенсивные и требуют специальных мероприятий для их предупреждения или ликвидации.

Процессы разрушения ММП достаточно сложные и мало изученные. Циркулирующий в скважине буровой раствор термо- и гидродинамически взаимодействует как с горной породой, так и со льдом, причем это взаимодействие может существенно усиливаться физико-химическими процессами (например, растворением), которые не прекращаются даже при отрицательных температурах.

В настоящее время можно считать доказанным наличие осмотических процессов в системе порода (лед) - корка на стенке скважины - промывочная жидкость в стволе скважины. Эти процессы самопроизвольные и направлены в сторону, противоположную градиенту потенциала (температуры, давления, концентрации), т.е. стремятся к выравниванию концентраций, температур, давлений. Роль полупроницаемой перегородки может выполнять как фильтрационная корка, так и прискважинный тонкий слой самой породы. А в составе мерзлой породы кроме льда как цементирующего ее вещества может находиться незамерзающая поровая вода с различной степенью минерализации. Количество незамерзающей воды в ММП зависит от температуры, вещественного состава, солености.

Из-за наличия в открытом стволе скважины промывочного бурового раствора, а в ММП - поровой жидкости с определенной степенью минерализации наступает процесс самопроизвольного выравнивания концентраций под действием осмотического давления. В результате этого может происходить разрушение мерзлой породы. Если буровой раствор будет иметь повышенную по сравнению с поровой водой концентрацию какой-нибудь растворенной соли, то на границе лед - жидкость начнутся фазовые превращения, связанные с понижением температуры плавления льда, т.е. начнется процесс его разрушения. А так как устойчивость стенки скважины зависит в основном от льда, как цементирующего породу вещества, то в этих условиях устойчивость ММП, слагающих стенку скважины, будет потеряна, что может явиться причиной осыпей, обвалов, образования каверн и шламовых пробок, посадок и затяжек при спускоподъемных операциях, остановок спускаемых в скважину обсадных колонн, поглощений буровых промывочных и тампонажных растворов.

Если степени минерализации бурового раствора и поровой воды ММП одинаковы, то система скважина - порода будет находиться в изотоническом равновесии, и разрушение ММП под физико-химическим воздействием маловероятно.

С увеличением степени минерализации промывочного агента возникают условия, при которых поровая вода с меньшей минерализацией будет перемещаться из породы в скважину. Из-за потерь иммобилизованной воды механическая прочность льда будет уменьшаться, лед может разрушиться, что приведет к образованию каверны в стволе бурящейся скважины. Этот процесс интенсифицируется эрозионным воздействием циркулирующего промывочного агента.

На процесс разрушения льда влияет также длительность воздействия соленой промывочной жидкости. Так, при воздействии на лед 3%-ным раствором NaCl потеря массы образца льда с температурой минус 1 °С составила: 0,62; 0,96 и 1,96 г соответственно через 0,5; 1,0 и 1,5 ч.

Чтобы свести к минимуму отрицательное влияние физико-химических процессов на состояние ствола бурящейся в ММП скважины, необходимо, в первую очередь, обеспечить равновесную концентрацию на стенке скважины компонентов бурового промывочного раствора и внутрипоровой жидкости в ММП.

К сожалению, это требование не всегда выполнимо на практике. Поэтому чаще прибегают к защите цементирующего ММП льда от физико-химического воздействия буровым раствором пленками вязких жидкостей, которые покрывают не только обнаженные скважиной поверхности льда, но и частично прилегающее к скважине внутрипоровое пространство, разрывая тем самым непосредственный контакт минерализованной жидкости со льдом.

Таким образом, для предупреждения кавернообразования, разрушения устьевой зоны, осыпей и обвалов при бурении скважин в ММП буровой промывочный раствор должен отвечать следующим основным требованиям:

обладать низким показателем фильтрации;

содержать количество солей, равновесное с жидкостью в ММП;

обладать способностью создавать на поверхности льда в ММП плотную, непроницаемую пленку;

обладать низкой эрозионной способностью;

иметь низкую удельную теплоемкость;

быть гидрофобным к поверхности льда;

обладать низким показателем вязкость.

3.5 Методика выбора и испытания бурового раствора

.5.1 Общие сведения о выборе бурового раствора

Учитывая, геолого-технические условия и возможные осложнения, в качестве основной промывочной жидкости выберем - полимерный безглинистый раствор. Эти растворы отличаются высокой гидрофильностью и псевдопластичностью - способностью разжижаться до вязкости, близкой к вязкости воды, при больших скоростях сдвига и загустевать при низких, так же низкой плотностью, что улучшает условия очистки, повышает эффективность процесса разрушения породы.

Для приготовления безглинистых полимерных буровых растворов будут использоваться: гидролизованный полиакриламид (ГПАА), ксантановая кислота (биополимер)и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ 600). В качестве противоморозной добавки используем NaCl.

Для обработки растворов противоморозной добавкой определены нормы введения в раствор NaCl (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Ориентировочные нормы введения в раствор химических реагентов

Исходя из геолого-технических условий бурения на участке Хрустальный, температура мерзлых пород до -4 0С, концентрация NaCl в растворе - 6,5%.

3.5.2 Оборудование для исследования свойств бурового раствора

Воронка Марша.

Вискозиметр воронка Марша - простой прибор для быстрого измерения вязкости бурового раствора. Воронка Марша дает общие сведения о вязкости бурового раствора, они могут указать инженеру о необходимости изменения состава бурового раствора.

Вязкость по Маршу - это соотношение скорости прохождения бурового раствора через отверстие в воронке (скорость сдвига) и массы самого бурового раствора, которая заставляет буровой раствор двигаться (напряжение сдвига). Вязкость по Маршу записывается в секундах, в течение которых 500 мл. бурового раствора выходит из наполненной воронки

рис. 1 Вискозиметр воронка Марша

Фильтр-пресс Fann Series 300 API

Фильтр-пресс низкого давления - Series 300 API Предназначен для определения фильтрационных свойств буровых растворов и цементных смесей.

Рабочее давление 100 psi; площадь фильтрации 7,1 кв. дюйма.

Фильтрующей средой обычно является фильтровальная бумага, которая специально утверждается для тестирования фильтрата бурового раствора. Приемником фильтрата является мерный цилиндр объемом 10 или 25 мл.

Источники давления обеспечивают необходимое давление 100 ± 5 фунтов на квадратный дюйм (690 ± 35 кПа) и могут быть в виде баллонов с сжатым азотом или воздухом, картриджей с газом CO2, питаться от систем подачи высокого давления воздуха или воды или же от гидравлического балластного источника давления (Dead-Weight).

При замере показателя фильтрации на фильтре-прессе для перевода к Российскому стандарту (для прибора ВМ-6) значение фильтрации делится на 2 и умножается на 0,8 (или умножается на 0,4).

рис 2. Фильтр-пресс Fann Series 300 API

3.5.3 Разработка рецептуры бурового раствора и испытание его в лабораторных условиях

Для приготовления безглинистого полимерного раствора будем использовать гидролизованный полиакриламид ГПАА, КМЦ-600, ксантоновую кислоту, NaCl.

Используя имеющиеся полимеры и противоморозную добавку приготовим три различных по составу и консистенции буровых раствора. Готовые промывочные жидкости подвергаем лабораторным исследованиям.

Самыми важными свойствами являются водоотдача и вязкость, которые измеряются соответственно на фильтр-прессе Fann и воронке Марша. Так же измеряем плотность при помощи ареометра. Для высокой точности, каждое свойство измеряется по три раза при положительной и отрицательной температуре и записывается среднее его значение.

Конечные результаты опытных испытаний записаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Качественные показатели исследуемых растворов

рис. 3 Показатели вязкости

рис. 4 Показатели водоотдачи

Наиболее подходящим составом буровой жидкости для бурения в заданных геологических условиях является 0,15%ГПАА+0,2%Ксантановая ксислота+6,5%NaCl.

В ходе проведенной работы можно сделать вывод о том, что значительное снижение водоотдачи можно добиться при совместном использовании таких полимеров, как гидролизованный полиакриламид и ксантановая кислота, а для получения устойчивости раствора к отрицательной температуре NaCl.

3.6 Расчет экономического эффекта от применения выбранного раствора

При бурении в условия ММП без добавления противоморозного агента с предварительным охлаждением бурового раствора происходит большое количество осложнений в результате растепления мерзлых горных пород. Время на ликвидацию аварий и осложнений составляет около 20% времени от общего времени бурения, то есть 26 ст/см.

При применении предлагаемого состава бурового раствора происходит снижение времени работ на ликвидацию аварий и осложнений на 70-80%, что составляет 20 ст/см.

Таблица 3.3

Экономическая эффективность применения предлагаемого раствора

Таким образом, можно сделать вывод о том, что использование безглинистого полимерного бурового раствора с добавлением противоморозной добавки и охлажденного на поверхности, по сравнению с использованием полимерного безглинистого раствора без антиморозной добавки, привело к уменьшению затрат времени на ликвидацию аварийных ситуаций. За счет чего, сократилось время на собственно бурение на 20 ст/см.

Экономический эффект от использования предложенного состава буровой жидкости составляет 422860 рублей.

4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Условия проведения работ

В административном отношении месторождение находится на на северо-востоке РФ в Омсукчанском районе Магаданской области в 650 км. от г.Магадан и в 40 км. от п.Омсукчан. В области существует прямое автомобильное сообщение с г.Магадан, в котором расположен один из крупнейших на Дальнем востоке портов.

Дукат является крупнейшим в России и третьим в мире месторождением по запасам и объемам производства серебра.

Открыто в 1968 г. в ходе геологической съемки 1:50 000 масштаба (Т.И. Иевлева, 1968 г.; В.Г. Бростовская, 1970 г.).

Дукат функционировал с 1979 по 1995, в этот период там было добыто примерно 90 млн. унций (примерно 2,5 тысячи тонн) серебра. Распад Советского Союза привел к неплатежеспособности рудника в 1995, несмотря на спорадическую добычу, продолжавшуюся до 1998.

Рудный район (размером 30x50x200 км) охватывает удлиненный в север-северо-западном направлении Балыгычано-Сугойский гребенообразный прогиб

Месторождение расположено в малонаселенной и экономически слабо освоенной местности.

Коэффициенты, применяемые на геологоразведочных работах:

-             районный коэффициент к зарплате - 1,7;

-        северные надбавки в первые три года 10% заработка за каждые шесть месяцев работы, а в последующем - 10% заработка за каждый год ;

         коэффициенты, используемые в расчетах транспортно-экономических расходов: к материалам - 1,32 к амортизации - 1,18;