Структура и содержание курсовой работы по бурению геологоразведочных скважин

Приступая к курсовому проекту по бурению, студент сталкивается с комплексной инженерной задачей. Это не просто академическое упражнение, а симуляция реального проектирования. Главная цель такой работы — спроектировать технологию бурения разведочной скважины в заданных геологических условиях, закрепив теоретические знания и приобретя навыки решения практических задач. Для достижения этой цели последовательно решается ряд ключевых задач: от анализа исходных данных и выбора оборудования до проведения детальных технологических расчетов и планирования мер безопасности. Важность качественного проектирования подчеркивается тем, что именно керн и шлам, получаемые в процессе бурения, являются основными источниками геологической информации.

Раздел 1. Как грамотно описать геолого-технические условия бурения

Этот раздел является фундаментом всего курсового проекта. Его цель — не просто скопировать исходные данные, а провести их системный анализ, который станет основой для всех последующих инженерных решений. Грамотное описание геолого-технических условий должно включать в себя несколько ключевых компонентов:

• Литологический разрез: Детальное описание последовательности залегания пород с указанием их наименований, мощностей и глубин. Например, разрез может включать суглинок, мел, глину, трещиноватый известняк и песчаник.
• Физико-механические свойства пород: Для каждого слоя необходимо указать его ключевые характеристики — твердость, абразивность и, что особенно важно, категорию по буримости (например, от II до VII). Эти параметры напрямую влияют на выбор породоразрушающего инструмента и режимов бурения.
• Гидрогеологические условия: Указываются пластовые давления, давления гидроразрыва пластов и температурные градиенты. Эта информация критически важна для выбора плотности промывочной жидкости и предотвращения осложнений.
• Зоны возможных осложнений: На основе анализа разреза прогнозируются потенциальные проблемы, такие как поглощение промывочной жидкости в трещиноватых известняках, сужение ствола в пластичных глинах или обвалы в неустойчивых породах.

Систематизация этих данных позволяет создать полную картину «сопротивления среды», на основе которой и будет строиться вся дальнейшая технология бурения.

Раздел 2. Проектирование и обоснование конструкции скважины

Конструкция скважины — это ее «скелет», инженерное решение, которое напрямую вытекает из проанализированных геологических условий. Это не произвольный набор труб, а система, где каждый элемент выполняет свою функцию. Основными компонентами конструкции являются ствол, забой и, конечно, обсадные колонны.

Выбор диаметров и глубин спуска обсадных колонн — ключевой этап проектирования. Основной принцип здесь таков: каждая колонна решает конкретную задачу, продиктованную геологией. Например, первая колонна (направление) может перекрывать рыхлые четвертичные отложения, вторая (кондуктор) — изолировать верхние водоносные горизонты и неустойчивые глины, а эксплуатационная колонна — обеспечивать герметичность продуктивного пласта. Крайне важно обосновать глубину спуска каждой колонны: для обеспечения надежности их необходимо устанавливать на прочном основании, немного ниже контактов между различными слоями пород. В зависимости от цели скважины, проектируется и ее водоприемная часть. Например, для песчаного водоносного горизонта логичным выбором будет фильтровая конструкция.

Раздел 3. Методология выбора способа бурения и породоразрушающего инструмента

Когда «скелет» скважины спроектирован, необходимо определить, как именно и чем мы будем его создавать. Выбор технологии и инструмента — это логический процесс, основанный на анализе геологии, конструкции и экономических факторов. Он не бывает случайным и подчиняется четкому алгоритму:

1. Анализ свойств пород в каждом интервале бурения. Оценивается их твердость, абразивность, трещиноватость.
2. Учет цели бурения скважины. Если главная задача — отбор керна, предпочтение отдается колонковым снарядам. Если важна максимальная скорость проходки — долотам сплошного бурения.
3. Выбор конкретного типа долота или коронки. Для разных пород подбирается свой инструмент. Например, для твердых и монолитных пород может использоваться двойной колонковый набор ТДН-У, а для среднетрещиноватых — ТДН-УТ.

Важно понимать, что для разных интервалов одной и той же скважины могут и должны использоваться разные инструменты. Обоснование этого выбора на основе сопоставления свойств пород и характеристик инструмента — одна из главных задач данного раздела.

Раздел 4. Расчет и оптимизация параметров режима бурения

Выбрав инструмент, необходимо определить, в каком режиме он будет работать наиболее эффективно. Этот раздел превращает теоретические знания в конкретные производственные параметры. Режим бурения — это триединая система, включающая в себя три взаимосвязанных элемента:

• Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент: Сила, с которой долото давит на забой. Она должна быть достаточной для разрушения породы, но не чрезмерной, чтобы не вызвать поломку инструмента.
• Частота вращения: Скорость вращения бурильной колонны. Оптимальная частота зависит от типа долота и свойств породы.
• Параметры промывочной жидкости: Расход и свойства раствора, который очищает забой от выбуренной породы и охлаждает инструмент.

Логика расчета в курсовой работе должна быть прозрачной: отталкиваясь от свойств породы (например, ее категории по буримости) и характеристик выбранного долота, студент должен рассчитать и обосновать оптимальные значения нагрузки, скорости вращения и расхода жидкости для каждого интервала бурения. Именно эти расчеты показывают глубину понимания физики процесса разрушения горной породы.

Раздел 5. Пути повышения качества и процента выхода керна

В геологоразведочном бурении отбор керна — это не побочный продукт, а центральная задача. Поэтому раздел, посвященный повышению его качества, имеет особое значение. Ключевым показателем здесь является выход керна — отношение длины извлеченного столбика породы к длине пробуренного интервала (рейса), выраженное в процентах. Низкий выход керна обесценивает всю работу.

Основными причинами потерь керна являются его механическое разрушение и размыв промывочной жидкостью, особенно в рыхлых, трещиноватых или легкорастворимых породах. Для борьбы с этими явлениями в проекте необходимо предусмотреть и обосновать комплекс технологических мер:

• Ограничение времени непрерывной работы коронки на забое.
• Снижение скорости потока промывочной жидкости для уменьшения ее размывающего действия.
• Применение качественных коронок и кернорвателей, обеспечивающих надежное заклинивание керна.
• Использование специальных технических средств, таких как шаровой клапан для защиты керна при подъеме или технологии с локальной обратной циркуляцией.

Раздел 6. Анализ и предотвращение осложнений, включая искривление ствола

Даже самый идеальный проект сталкивается с реальностью, а в бурении реальность — это геологические осложнения. Этот раздел формирует у студента проактивный подход: не бороться с последствиями, а предвидеть и предотвращать проблемы на этапе проектирования. Опираясь на ранее проанализированный геологический разрез, необходимо классифицировать потенциальные риски и предложить превентивные меры.

Типичные осложнения включают поглощения промывочной жидкости в кавернозных известняках, обвалы стенок в неустойчивых глинах и аргиллитах, прихваты инструмента. Для каждой проблемы должно быть предложено решение: например, для борьбы с обвалами — подбор правильного состава и плотности бурового раствора, создающего на стенках скважины прочную фильтрационную корку.

Отдельно следует разобрать проблему естественного искривления скважин, которое часто возникает при бурении наклонно залегающих или перемежающихся по твердости пород, и предложить методы контроля траектории ствола.

Раздел 7. Подбор основного и вспомогательного бурового оборудования

Решив все технологические задачи, необходимо подобрать материально-техническую базу для их выполнения. Выбор оборудования должен быть комплексным и обоснованным. Его удобно разделить на несколько ключевых групп:

• Буровая установка: Ее мощность и грузоподъемность выбираются исходя из проектной глубины скважины и веса бурильной и обсадных колонн.
• Бурильная колонна: Включает в себя бурильные трубы, утяжеленные трубы и ведущую трубу. Прочность резьбовых соединений и самих труб должна быть проверена расчетом на максимальные нагрузки.
• Насосный блок: Производительность бурового насоса должна соответствовать расчетным параметрам промывки скважины.
• Оборудование для устья скважины: Включает различные оголовки, выбор которых зависит от диаметра спускаемой обсадной трубы.

Каждый элемент этого комплекса должен быть не просто назван, а выбран с привязкой к ранее принятым проектным решениям и расчетам.

Раздел 8. Организация производственных процессов и вопросы безопасности

Курсовой проект не ограничивается только техникой и технологией. Он должен отражать понимание того, как процесс строительства скважины организуется во времени и пространстве. В этом разделе следует кратко описать циклограмму работ: от подготовки площадки до монтажа оборудования, самого процесса бурения и последующей ликвидации скважины.

Особое внимание необходимо уделить двум важнейшим аспектам: охране природы и промышленной безопасности. Следует перечислить конкретные меры по предотвращению разливов ГСМ и бурового раствора, а также по последующей рекультивации территории. В части безопасности нужно затронуть основные правила ведения работ на буровой, использования средств индивидуальной защиты и предотвращения аварий. Это показывает, что будущий инженер мыслит не только техническими, но и организационно-производственными категориями.

Заключение и формирование списка литературы

Заключительная часть работы подводит итог всему проектированию. Здесь необходимо кратко, но емко перечислить ключевые принятые решения: финальную конструкцию скважины, типы выбранного инструмента, основные параметры режима бурения. Главный вывод должен подтверждать, что цель, поставленная во введении, — спроектировать технологию бурения — полностью достигнута.

Неотъемлемой частью работы является список использованной литературы, оформленный в соответствии с требованиями ГОСТ. Этот раздел демонстрирует важный навык — способность к самостоятельной работе с нормативными документами, учебниками и научными статьями, что является одной из ключевых целей выполнения курсового проекта.

Список используемой литературы

1. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов А.А. «Разведочное бурение» М:Недра – 1979 г.
2. Калинин, А. Г. Справочник по бурению наклонных скважин [Текст]: справочное пособие / А. Г. Калинин, Н. А. Григорян, Б. З.Султанов. – М.: Недра, 1990. – 350 с.
3. К. В. Иогансен «Спутник буровика» М:Недра, — 1990 г.
4. Р.В. Липницкий, В.М. Трофимов «Методические указания к выполнению дипломного и курсового проектов» М:РУДН – 1989 г.
5. Любимов Н.И. «Принципы классификации и эффективного разрушения горных пород при разведочном бурении» – М.: Недра, 1990. – 350 с.
6. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности [Текст]: РД 08 − 624 − 2003 / Колл. авт; Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора». Серия 08. Выпуск 4. – М.: 2003. – 206 с.
7. Спивак, А. И. Разрушение горных пород при бурении скважин [Текст]: учеб. пособие для вузов / А. И. Спивак, А. Н. Попов. – М.: Недра, 1994. – 261 с.