Скважинная гидродобыча полезных ископаемых

Cкважинный гидродобычный снаряд состоит из ниж. оголовка c гидромонитором и выданным устройством, набора секций водовода и пульповода и верхняя оголовка питателя (рис. 4).

Рис. 4. Cхема добычного снаряда скважинной гидродобычи.

На рис. 4 показана cхема добычного снаряда скважинной гидродобычи, где I - верхний оголовок; II - набор секций става; III - нижний оголовок; IV - рудный пласт; V - налегающие породы; 1 - подъёмное устройство; 2 – пульповод; 3 - поворотное устройство; 4 - грундбукса; 5 - верхний герметизирующий сальник; 6 - водовод (монтируется из обсадных труб); 7 - муфтовое соединение пульповода; 8 - муфтовое соединение водовода; 9 - пакер; 10 - гидромонитор; 11 - регулирующий клапан гидромонитора; 12 - обтекатель гидромонитора, установленный в пульповоде; 13 - смесительная камера гидроэлеватора; 14 - насадка гидроэлеватора; 15 - клапан бурового устройства; 16 - буровое долото; 17 - зумпфовая часть скважины.

 При технологической  схеме скважинной гидродобычи  c осушенным очистным пространством  применяются скважинные гидромониторы: встроенный, выполненный в виде цилиндрич. патрубка и расположенный внутри СГС под углом 90° к его продольной оси; выводной, располагаемый шарнирно и занимающий при спусках и подъёмах вертикальное положение в специальные углублении на внешней трубе СГС и выводящийся в рабочее горизонтальное положение c помощью гидропривода или автоматически за счёт силы реакции струи. Для подъёма рудной пульпы c глубиной до 120-150 м используются высоконапорные гидроэлеваторы (центрального, кольцевого или комбинир. типов), позволяющие осушать очистное пространство. Для увеличения высоты подъёма до 300 м разработаны комбинир. схемы подъёма, в которых основным подъёмным устройством является гидроэлеватор, вспомогательным - эрлифт.

При технол. схеме c затопленным очистным пространством в связи c быстрым гашением энергии свободных затопленных струй применяются гидромониторы: шланговые реактивные и телескопические выдвижные и выводные, удлиняющиеся до 8-12 м по мере продвижения забоя. Подъём рудной пульпы осуществляется эрлифтами.

При технол. схеме c использованием плывунных свойств руд применяются  короткоствольные встроенные невыдвижные  гидромониторы или разрушение за счёт создания разл. гидравлич. градиента  в разных частях рудного пласта. Подъём рудной пульпы осуществляется гидроэлеваторами, эрлифтами или путём создания на месте разработки избыточного гидростатич. давления.

Cтав промежуточных  секций СГС собирается из сооснорасположенных  труб разл. диаметра, за счёт чего  образуются полости для подачи  воды, сжатого воздуха и подъёма пульпы. Mонтаж всех колонн става может вестись c буровой установки одновременно co спуском ниж. оголовка, и такой СГС может осуществлять бурение скважин c обратновсасывающей промывкой. Гидромонитор при этой конструкции имеет возможность практически неогранич. продольного перемещения относительно поверхности. Kолонны става могут монтироваться раздельно. При этом наружная труба СГС используется в неустойчивых налегающих породах в качестве обсадной, a ниж. оголовок c пакером, перекрывающим межтрубное пространство, опускается на забой вместе c внутр. трубой. Продольное перемещение гидромонитора при такой конструкции ограничено длиной хода секции ниж. оголовка в пакере (до 10 м). При необходимости нижний оголовок может быть извлечён из скважины без подъёма наружной (обсадной) трубы. Bepxний оголовок в зависимости от принятой конструкции става изготовляется в виде двухпроходного или однопроходного вертлюга.

3. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ

В 70-х годах сотрудники кафедры «Геотехнология» Московского геологоразведочного института под руководством Н.И. Бабичева начали разработку технологии и технических средств СГД для месторождений урано-фосфорных руд. С 1987 г. с началом конверсии уранодобывающей промышленности началось интенсивное использо-вание новой технологии на предприятиях геологоразведочной отрасли, прежде всего для извлечения технологических проб объемом от сотен килограмм до нескольких тысяч тонн, позволяющих повысить достоверность геологоразве-дочных данных, отказавшись от проходки дорогостоящих разведочных шахт, шурфов, штолен, а также карьеров.

Способом СГД подняты: большие технологические пробы  титано-цирконовых песков на Туганском  месторождении (Томская ГРЭ), на Тарском  месторождении (Омская ГРЭ), технологическая  проба богатых железных руд на Больше-троицком месторождении КМА (Белгородская ГРЭ); кимберлитов из двух алмазоносных трубках месторождения им. Ломоносова (ПГО «Архангельскгеология»), технологическая проба полиметаллических руд из кор выветривания Жана-Аркалыкского рудного поля (Тургайская ГРЭ, Казахстан)) Аналогичные работы были выполнены на Лукоянов-ском (ПГО «Волгогеология», Малышевском месторождении (Украина), Унечском месторождении (ПГО «Центргеология»). Опыт применения показал, что новый способ обходится в несколько раз дешевле и требует значи-тельно меньших затрат времени и капиталовложений [7].

В 1995 г. на базе запасов  Тарского месторождения акционерным  обществом «Цирконгеология» построен и пущен в эксплуатацию опытно-промышленный участок по скважинной гидродобыче титано-цирконовых песков с производственной мощностью 40 тыс. м³ песков в год, который фактически является единственным в настоящее вре-мя действующим предприятием СГД в России.

Одновременно с разработкой  технологии и технических средств, способ прошел промышленную проверку при добыче строительных материалов и нерудного сырья. В 1988-1991 г.г. до начала гражданской войны и распада федерации в СФРЮ на предприятии «Колубара» велась успешная добыча кварцевого песка, залегающего на глубине 50-60 м ниже дна действующего карьера по добыче бурового угля. 'Производительность добычи составляла 60-80 м3/час при объеме добычи из одной скважины 500-750 м³ (1000-1500 т). Себестоимость производства 1 м³ составляла 2-3 доллара США при цене около 25 долларов.

Силами Усинской ГРЭ ПГО «Поляруралгеология» по проекту НПЦ «Геотехнология» в сентябре-октябре 1990 г. успешно выполнены опытные работы по гидродобыче разнозернистых песков из под слоя многолетне мерзлых по-род с глубины 70-75 м в районе Харьягинской нефтяной структуры для строительства дорог и отсыпки оснований под буровые установки.

Новой технологии свойственны  минимальное воздействие на окружающую среду при значительном сокращении затрат на производство, улучшения качества продукции (за счет отмыва и разделения по классам крупности) а также значительное снижение стоимости продукции и затрат на транспорт.

Интенсивные геологоразведочные работы привели к открытию в Архангельской  области значительного количества алмазоносных кимберлитовых трубок. Поисковые работы, выполненные в этот период, выявили перспективные площади во многих областях Севера европейской части России (Псковской, Новгородской, Вологодской, Тверской и ряде других).

Особенностью этих потенциальных  месторождений являются увеличение с севера на юг глубины залегания  кровли кимберлитовых трубок с 50-100 м до 300-500 м, что делает неэкономичным  разработку этих трубок открытым способом. Так, расчеты для самой богатой  трубки «Ломоносовская» показывают, что её разработка потребует вложе-ния 700-800 млн. долларов США и начнётся при благоприятных обстоятельствах не раньше, чем через 5-6 лет.

Однако проблему освоения месторождений алмазов Русского Севера можно было бы решить значительно дешевле и во много раз быстрее (окупаемость капвложений 2-5 лет), используя новую, экологически чистую технологию скважинной гидродобычи (СГД).

В 1993 году было создано  ЗАО «Зимний берег», которое в  том же году разработало проект добычи алмазов из трубки №323 «Снегурочка» способом СГД. В 1993-1995 гг. было организовано строительство основных сооружений и пробурен куст скважин. В мае-июне 1995 года были выполнены пуско-наладочные работы и в июне того же года комплекс СГД был принят межведомственной приёмочной комиссией для начала эксплуатации.

В этот же период происходила  приватизация ГП «Архангельскгеология»  и организация на её основе ОАО  «Архангельскгеодобыча», одним из основных учредителей которой стал МАПОбанк. Проведённые собрания учредителей, показали, что этот банк, став фактическим хозяином ОАО «Архангельскгеодобыча», вложив средства в приобретение акций, не может и не собирается финансировать работы в счёт своей доли (46 % уставного ЗАО «Зимний берег», а остальные инвесторы, вложив свои деньги в строительство комплекса, не могут это сделать из-за отсутствия средств. Поэтому полностью готовый к работе комплекс простоял с 1996 года до настоящего времени.

В 1998 году НПЦ «Геотехнология», как разработчик новой технологии, попыталась собрать новый состав учредителей, получив согласие Сбербанка России на финансирование на определённых условиях инвестиционного проекта по добыче алмазов из трубки «Снегурочка». Однако, при переговорах с владельцами лицензии, выяснилось, что они не собираются финансировать этот проект, а долю уставного капитала (46 %) хотят оставить за собой. Это завело переговоры в тупик.

Значительно повысить производительность скважин водоснабжения, нефте-газодобычи, при снижении стоимости строительства и обслуживания позволяют скважины с увеличенной приемной зоной, приёмником жидких агентов в которых является большая полость, формируемая в продуктивном пласте с помощью технологии СГТ.

Опыт строительства  и эксплуатации таких скважин, разработанных  в НПЦ «Геотехнология», в Колумбии и США для до6ычи воды и газа показывают, что они обеспечивают меньшую материалоемкость (отпадает необходимость установки фильтра, снижается диаметр обсадных труб); простоту и снижение времени сооружения скважин, большую (в 2-3 раза) производительность; экономическую эффективность (снижение в 2-3 раза стоимости воды) при резком сокращении обслуживания.

Подобные скважины сооружались  раньше лишь в благоприятных горно-геологических  условиях –  устойчивая кровля, представленная известняками, мергелем или плотными глинами и слабосвязный песчаный водоносный горизонта

Разработанные технические  средства скважинной гидротехнологии, обеспечивающие проходку подземных  полостей в породах любой прочности  и сооружение на любой глубине  искусственных перекрытий, позволяют оборудовать скважины с увеличенной приемной зоной в любых условиях.

Скважины с увеличенной  водоприёмной зоной прошли пробные  испытания в различных регионах республики Колумбия. Увеличение приемной зоны позволило поднять дебит  не менее чем в 2-4 раза и резко повысить качество откачиваемой воды за счет снижения содержания твердых взвесей и естественной фильтрации.

Использование технических  средств СГТ восстановления газодобычных скважин было осуществлено в США  в Угольном бассейне Сан Хуан Нью-Мексико. Угольный пласт мощностью около 1 м залегает на глубине 1 км, со-держит в больших объемах метан. В 1993 в НПЦ «ГЕОТЕХНОЛОГИЯ», владеющей лицензией на право проектирования объектов добычи полезных ископаемых с применением технологии скважинной гидродобычи, обратилась фирма «Ресурс-Девелопмент» по вопросу создания подземных полостей в забойной зоне газодобычных скважин для восста-новления их дебита. Работы были выполнены в течение года по предложенному НПЦ «Геотехнология» проекту на 5 скважинах, выведенных из добычи из-за падения дебита.

В результате проведенных  работ дебит скважин возрос в 4-6 раз по сравнению с первоначальным.

Выбор рационального  способа вскрытия продуктивных пластов  при использовании вращательного  способа бурения, предусматривающего применение промывочной жидкости, является одной из сложнейших проблем современной техники и технологии добычи нефти и газа.

В настоящее время  наиболее применяемыми способами вскрытия пластов является перфорация пулевыми, торпедными и кумулятивными перфораторами. Однако, все они обладают следующими недостатками: относительно небольшой вскрытой поверхностью (менее 1 % от поверхности труб) в пределах пласта; уплотнением пород в местах вскрытия; возможностью разрушения из-за большой мощности взрыва, обсадной колонны и выхода скважины из числа действующих [7].

Таким образом, вокруг ствола скважины образуется зона повышенной проницаемости, обеспечивающая приток нефти. Это позволяет поднять дебит откачки и общее извлечение нефти из скважины, т.к. при прострелочных работах перфорируется только зона, составляющая менее 1 процента от общей поверхности трубы, контактирующей с продуктивным пластом.

При применении новой  технологии вскрытия продуктивных пластов  между взаимодействующими скважиной  и самим пластом в зоне повышенной проницаемости создается буферная емкость объемом в десятки кубометров, позволяющая интенсифицировать процесс нефтеотдачи пласта. Это позволяет на первом этапе рекомендовать такую технологию вскрытия прежде всего для восстановления дебита старых скважин и на новых скважинах, где вскрываются пласты с низкими фильтрационными свойствами. Технология резания стальных труб и цемента путем эжектирования абразива прошла опытные испытания в городе Гранада департамента Мета (Колумбия) и получила положительный отзыв специалистов фирмы «Халлубертон», США.

Несомненный интерес  представляет использование технических  средств СГТ для ускорения  строительства подземных хранилищ для жидких нефтепродуктов и газоконденсата.

Недостатком применяемых  технологий строительства подземных хранилищ в массивах соли являются: низкая реакционная поверхность в начальный период и, как следствие, большой срок строительства (1 млн. баррелей - 3-5 лет), невыдержанность формы (уход стенок) и относительно низкая устойчивость стенок полости. Этих недостатков лишена новая технология, которая прошла опытную проверку на месторождении соли вблизи города Редмонт, штат Юта, США и была использована на месторождении соли в местечке Маст-Блаф, штат Техас, США, при сооружении в соляном массиве подземного хранилища для сжиженного газа. Способ включает вскрытие соляного пласта буровыми скважинами, гидроизоляцию пород кровли установкой обсадной колонны, размещение в скважине гидродобычного снаряда. После этого осуществляют подачу воды под давлением, размыв и растворение соли с одновременной выдачей образующего раствора на поверхность. В стенках скважины образуются подготови-тельные щелевые выработки, имеющие после проходки поверхность, превышающую максимальную площадь стенок хранилища в период его эксплуатации. Поэтому, после подачи растворителя, солесъем идет с максимальной скоро-стью и срок строительства сокращается до 8-12 месяцев с соответствующим сокращением расходов.