Закономірності буріння вертикальних свердловин великого діаметру у шаруватому породному масиві.

Abstract

У дисертації виконані дослідження щодо удосконалення проходки вертикальних свердловин великого діаметру способом буріння. Виконаний аналіз інформаційних джерел за темою дисертації. Зібрано та опрацьовано статистичний матеріал стосовно якості пробурених свердловин великого діаметру у Петропавлівському, Красноармійському, Донецько-Макіївському, Должано-Ровенецькому промислових районах. Доведено, що на якість буріння свердловини впливає кут падіння порід та рівень геомеханічного показника умов розробки. Запропонований індекс позаштатної ситуації для кількісної оцінки рівня витрат, що супроводжують ліквідацію цього відхилення від норми. Виконано чисельне моделювання напружено-деформованого стану навколо вибою свердловини при перетині контакту між шарами порід різної міцності. Встановлені закономірності викривлення вертикальної осі свердловини від кута падіння порід. Запропонований спосіб керування станом свердловини шляхом використання важільного відхилювача, на який отриманий патент України. Спосіб впроваджений при бурінні свердловин у різних районах Донбасу з позитивним економічним ефектом.

В диссертации выполнен анализ источников информации в области соору-жения вертикальных выработок: стволов и скважин большого диаметра. Обоснована и определена основная тенденция в технологии проходки таких выработок – способ бурения, который обладает рядом преимуществ (скорость, качество, безопасность). Однако этот способ имеет недостатки, основным из которых является искривление вертикальной оси проводимой выработки. Исправлению этого недостатка и посвящены исследования, выполненные в диссертации. В результате анализа 500 аварийных ситуаций, произошедших на объектах, сооружаемых в структурных подразделениях ДХК «Спецшахтобурения». Предложен индекс нештатной ситуации, который позволяет количественно оценить уровень затрат (опасности), сопровождающих конкретное отклонение от нормы. Собран и обработан обширный статистический материал по качеству пробуренных скважин большого диаметра в Петропавловском, Красноармейском, Донецко-Макеевском и Должано-Ровенецком горнопро-мышленных районах. Статистический анализ показал, что на качество бурения скважин основное влияние оказывает угол залегания породных слоев и уровень предельных напряжений в окрестности забоя при пересечении им контакта пород с разной прочностью и практически не оказывает влияния уровень метаморфизма пересекаемых геомеханических разностей. На основе программного продукта Face-2 разработаны расчетные схемы и выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния породного массива в окрестности забоя скважины, пересекающей контакт двух слоев пород разной прочности. Моделировались две ситуации: А – переход из более мягкой породы в крепкую и Б – переход из более твердой породы в мягкую. Для каждой ситуации угол падения слоев изменяли от 00 до 600 (с интервалом 150). В результате математического моделирования установлена закономерность отклонения вертикальной оси от проектного положения в зависимости от угла падения пород и соотно-шения прочности пересекаемых пород. На этой основе разработан и запатентован рычажный отклонитель, как средство управления расположением скважины в пространстве. Способ внедрен в производство при бурении скважин на шахтах Донбасса и показал свою высокую эффективность.

The research presented in the thesis deals with improving technique for drilling large-diameter vertical boreholes. The analysis of information sources on the dissertation subject is carried out. Statistical material concerning quality of drilled large-diameter boreholes in Petropavlivka, Krasnoarmiys’k, Donets’k-Makiivka, Dolzhano-Rovenets’k industrial areas is collected and processed. It is proved that the quality of drilling depends on the dip angle of rock layers and the level of geomechanical indicator for field development conditions. The index of contingency for quantitative assessment of costs related to elimination of the deviation from the norm is proposed. Numerical modeling of the stress-strain mode around the borehole at the intersection of the contact between rock layers with different hardness is carried out. The relationships of borehole vertical axis curvature from the dip angle of rock layers are established. The method of borehole condition control by using weight deflector is proposed. The patent of Ukraine is obtained. The proposed method is implemented on drilling boreholes in various regions of the Donbass with positive economic effect.