ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВСКРЫТИЮ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Подготовка месторождения к эксплуатации - комплекс работ, связанный с доразведкой месторождения и его вскрытием, т. е. сооружением добычных скважин, их заканчиванием, исследованием, оборудованием и подготовкой к эксплуатации.

В геотехнологических методах скважина — основная выработка, вскрывающая залежь полезного ископаемого, подготавливающая ее к разработке и служащая для транспортирования рабочих и продуктивных флюидов, поэтому успех работы всего геотехнологического предприятия зависит от работы буровиков.

При решении основных проблем сооружения скважин приходится вести поиск в области способов и технологии проходки скважин, учитывая, что проходка должна быть скоростная, комфортная и экономичная. Основные требования к буровому станку для геотехнологического бурения: скорость бурения (принудительная подача), максимальная механизация работ по бурению, возможность обсадки скважины буровым станком и ее извлечение после отработки. Для ряда геотехнологических методов, например скважинной гидродобычи, эффективно последовательное соединение процессов бурения и добычи полезных ископаемых, которые можно совместить с помощью специальных станков.

Вторая проблема - это проблема эффективного сооружения наклонно направленных скважин, причем в условиях сложного залегания продуктивных пластов чрезвычайно сложно управлять движением забоя скважин в заданном направлении с учетом гипсометрии пласта.

Третья основная проблема для геотехнологических скважин -это качество вскрытия продуктивного горизонта, т. е. подготовки месторождения для его эффективной разработки через скважины.

ВСКРЫТИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ СКВАЖИНАМИ

По своему назначению вскрывающие скважины подразделяются на добычные, вспомогательные (разведочные, кольматационные, водоотливные, оценочные, контрольные и т. д.) и специальные (ликвидационные).

Добычные скважины (могут быть вертикальные, наклонные и наклонно-горизонтальные) предназначаются для добычи полезного ископаемого. Они оборудуются колоннами эксплуатационных труб для подвода к продуктивной залежи рабочего агента и извлечения из недр полезного ископаемого. Диаметр добычной скважины определяется конструкцией ее оборудования, глубина - глубиной залегания полезного ископаемого.

Разведочные скважины закладываются на открытых месторождениях с целью уточнения параметров залежи, водоотливные - с целью регулирования технологических параметров и поддержания пластового давления. Контрольные и оценочные скважины предназначены для систематического наблюдения за технологическим процессом и оценки результатов работы добычных скважин. Диаметр этих скважин в пределах продуктивного пласта обычно не превышает 93-112 мм.

Добычная скважина является основной выработкой при гео-технологических методах добычи полезных ископаемых и представляет собой самостоятельный объект. Геотехиологические методы требуют нового подхода к вопросу вскрытия и подготовки фронта работ, потому что делить проходку и оборудование добычных скважин на вскрывающие (горно-капитальные), подготовительные и нарезные работы было бы в данном случае неверно. При ФХМГ добычные скважины являются одновременно вскрывающими, подготовительными и нарезными выработками, так как они вскрывают месторождение, подготавливают его к разработке и используются для добычи полезного ископаемого.

Выбор способа вскрытия зависит от многочисленных факторов, главные из которых - технологическая схема разработки, размеры месторождения в плане, мощность, угол падения, глубина залегания залежи, физико-механические свойства залежи и вмещающих пород, рельеф поверхности и др. Вопрос о типе и месте расположения скважин решается применительно к конкретным условиям разработки. В табл. 8.1 и на рисунках 8.1 - 8.5 представлена классификация способов вскрытия месторождений при отработке их геотехнологическими методами.

Вскрытие месторождения добычной скважиной - один из самых ответственных моментов в процессе подготовки его к разработке. Малейшие упущения при бурении, подготовке и оборудовании скважины могут привести к потере скважины или вызвать необходимость в проведении трудоемких ремонтных работ.

Наклонно-горизонтальные добычные скважины наиболее эффективны при отработке маломощных залежей, так как позволяют отработать большие запасы. Однако в положении каждой скважины совершенно необходима строгая определенность, так как отклонение от проекта может нарушить работу соседних скважин и вызвать повышенные потери полезного ископаемого.

БУРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Для бурения добычных скважин применяются станки, обычно используемые при поисковом глубинном бурении. Целесообразно использование самоходных и передвижных буровых установок, выбираемых в зависимости от глубины скважины и крепости покрывающих пород. При небольшой глубине продуктивного пласта, залегающего под слоем прочных покрывающих пород, весьма эффективен буровой станок типа СБШ. При слабых покрывающих породах можно использовать станки шнекового вращательного бурения типа СБР. В породах мягких и средней крепости при глубине бурения до 500 м используются роторные буровые установки типа УРБ, УБВ - 600, 2БА-15В, БА-15.

Для бурения глубоких добычных геотехнологических скважин был модернизирован станок СБШ. Опыт его эксплуатации показал эффективность работы и необходимость изготовления ряда таких станков для бурения скважин на 100, 200 и 400 м.

Ведутся работы по использованию турбобуров для бурения неглубоких скважин гидродобычи, а по предложению МГРИ для этих целей опробуется гидродинамическое бурение скважин высоконапорными струями воды.

Все буровые установки состоят из следующих основных узлов: вышки или мачты, механизмов подъема, вращения и промывки, двигателя с трансмиссией, генераторной и компрессорной установок, контрольно-измерительных приборов, превенторов и вспомогательного оборудования. Циркуляция промывочной жидкости (глинистый раствор или вода) осуществляется с помощью поршневых насосов двойного действия. Наибольшее применение находят насосы 11ГР, 9МГР, ЦНС. На большинстве буровых установок используются двигатели внутреннего сгорания (дизели Д-54, КДМ-46, В2-300). Для геотехнологических скважин, расположенных вблизи друг от друга, весьма перспективно использование буровых станков с электроприводом. Чтобы предупредить открытый выброс газа или жидкости при бурении в опасных по выбросам зонах устанавливаются превенторы, герметизирующие пространство между обсадными и бурильными трубами. В комплект противовыбросного оборудования входят превентор с плашками, патрубок с двумя отводами, колонный фланец, уплотнительные кольца и четыре задвижки высокого давления. В комплект буровой установки входит также оборудование для выполнения вспомогательных работ: глиномешалки, приспособления для очистки глинистого раствора (желоба, сита, гидроциклоны и др.), отопительная установка и др.

Породоразрушающий инструмент (долота) для проходки скважин по назначению подразделяются на долота сплошного бурения, разрушающие забой скважины по всей его площади; колонкового бурения, разрушающие забой по кольцу с оставлением в центре забоя столбика породы - керна; специального назначения.

При проходке скважин в мягких породах используются лопастные долота, в породах средней крепости - шарошечные. Долота истирающего типа применяются при бурении крепких пород, лопастные разрушают горные породы резанием или скалыванием. Наиболее широко применяются двухлопастные и трехлопастные долота. Из шарошечных долот, работа которых основана на дробящем действии, наиболее широкое применение получили трехшарошечные.

Из долот истирающего действия, применяющихся при роторном и турбинном бурении глубоких скважин в крепких породах, наибольшее распространение получили алмазные и фрезерные, армированные твердым сплавом.

При разбуривании скважин (увеличении диаметра), а также различных аварийных работах используются долота специального назначения - пикообразные, эксцентричные, ступенчатые, долота-расширители и долота-фрезы.

Бурильные трубы предназначены для сообщения долоту вращения и передачи на него нагрузки, а также для подвода к забою промывочной жидкости. Соединение бурильных труб в колонну производится с помощью замков и ниппелей; у ведущих бурильных труб толстые стенки. Наружная поверхность их имеет шестигранную или квадратную форму. С помощью этих труб передается вращение от ротора колонне бурильных труб. Для обеспечения вертикальности буримых скважин используются центраторы.

КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИН

Выбор конструкции скважин зависит от многих геологических и технических факторов, к числу которых в первую очередь относятся технология добычи полезного ископаемого, а также глубина и мощность водоносных горизонтов и продуктивной залежи. Так как добычные скважины всегда бурятся на изученных месторождениях, проект бурения скважин ориентировочно указывает все их параметры. Конструкцию скважины заносят в геолого-технический наряд, в котором дается разрез скважины с ориентировочным указанием ее общей глубины, диаметра по интервалам, размеров колонн обсадных труб, способа цементации за-трубного пространства, необходимых гидрогеологических и геофизических исследований.

Конструкция скважины включает:

приспособление для задания направления, предназначенное для крепления устья скважины; при большой глубине скважины оно тщательно центрируется и надежно закрепляется; при скважинах небольшой глубины оно может не применяться;

кондуктор, перекрывающий верхнюю часть скважины и обеспе-чивающий изоляцию верхних водоносных горизонтов, а также вертикальность скважины; он обязательно цементируется с подъемом цемента до устья скважины;

колонну обсадных труб, которая спускается до залежи; при обнаружении сильных водопритоков или обвалов спускается промежуточная колонна обсадных труб и дальнейшая обсадка ведется трубами меньшего диаметра.

При определении диаметра добычных скважин исходят из расчетного размера рабочих колонн, которые определяют диаметр обсадных колонн и бурового инструмента.

Герметичность колонны обсадных труб при геотехнологических методах добычи имеет особое значение, поэтому, когда это необходимо, следует вести цементацию затрубного пространства. После цементации производится испытание колонны на герметичность.

СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ

Под системой разработки месторождений полезных ископаемых ФХМГ понимается порядок расположения, проходки и включения в работу добычных и вспомогательных скважин (выработок). Система разработки может быть признана рациональной, если она выбрана в результате комплексного анализа показателей возможных вариантов разработки залежи с учетом геологических, гидрогеологических, технологических, экологических и экономических факторов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ

В основу классификации систем разработки при традиционной технологии добычи закладываются самые разнообразные принципы. Так, например, системы подземной разработки рудных месторождений обычно классифицируются по способу управления горным давлением. Этот принцип классификации можно использовать и при некоторых геотехнологических методах, например при скважинной гидродобыче, где можно выделить следующие системы: с открытым очистным пространством (рис. 9.1), которые эффективны при устойчивых покрывающих породах; с обрушением вмещающих пород или их плавной посадкой (рис. 9.2); с закладкой выработанного пространства (рис. 9.3).

По некоторой аналогии с нефтяниками классифицировать системы Разработок ФХМГ можно по форме расположения добычных и вспомо-

В основу других классификаций положены способы подготовки залежи к ведению технологического процесса, порядок разработки месторождения, его геологическая характеристика, порядок ведения подготовительных, нарезных и очистных работ, метод воздействия на пласт, схема движения рабочих агентов и продуктивных Флюидов и т.д.

системы разработки характерные для традиционных методов добычи полезных ископаемых, но использующие геотехнологический принцип перевода полезных ископаемых в подвижное состояние (под