3.3. Буровые установки со шпиндельными вращателями

Для бурения геотехнологических скважин используются также буровые станки, имеющие шпиндельные вращатели. В основном при­меняются буровые станки ЗИФ-650М и ЗИФ-1200МР.

Их основное преимущество перед установками с роторными вра­щателями заключается в наличии гидравлических механизмов по­дачи и средств механизации спуско-подъемных операций (СПО), а также электродвигателей в качестве привода основных механизмов. Дру­гим важным преимуществом этих установок является возможность создания нормальных условий работы для обслуживающего персо­нала путем постройки передвижных буровых зданий.

Установки колонкового бурения применяются в основном для проходки разведочных скважин. Однако в последнее время для со­оружения эксплуатационных скважин ПВ металлов используются модифицированные установки типа БПУ-650М и БПУ-1200М, изготовленные на базе буровых агрегатов ЗИФ-650А, ЗИФ-650М, ЗИФ-1200А, ЗИФ-1200МР. Глубины скважин при диа­метре 243 – 295 мм в зависимости от применяемого бурового станка достигали 250 – 500 м. Основное буровое оборудование смонтировано в утепленном буровом здании, установленном на платформе на ко­лесном ходу. Схема буровой передвижной установки БПУ-1200М дана на рис. 4. Перевозка установки производится с помощью транс­портных средств. В рабочем положении платформа установки снаб­жена гидравлическими опорами, которые подключены к гидроси­стеме бурового станка.

В состав бурового оборудования, установленного на платформе, входят: буровой станок, буровой насос НБ-32, электропривод буро­вого станка и бурового насоса. Из средств механизации СПО применяются труборазворот РТ-1200М и полу­автоматические элеваторы.

Мачта телескопическая, двухсекционная, высотой 18,7 м, грузоподъемностью 11 т. Изменение высоты мачты осуществляется путем выдвижения верхней секции мачты с помощью гидроцилиндров, смотированных на платформе, или лебедки. Гидроцилиндры подъема мачты через распределитель под­ключены к гидросистеме бурового станка. Подъем и опускание мачты осуществляется с пульта управления.

Отапливается буровое зда­ние двумя электрокалориферами типа СФОА, мощностью 25 кВт каждый. Питание бурового агрегата элек­троэнергией осуществляется от промышленной энергосистемы или от передвижной электростанции ЭСД-100.

Иногда в модифицированных установках колонкового бурения в качестве вращателя используется ротор типа Р-410 с проходным от­верстием 410 мм от бурового агре­гата 1БА-15В.

Применение модифицированных буровых агрегатов типа БПУ-650М и БПУ-1200М позволило повысить производительность сооружения технологических скважин ПВ и улуч­шить условия работы обслуживаю­щего персонала.

Однако установки колонкового бурения не дают возможности использовать их при сооружении тех­нологических скважин глубиной свыше 500 м при диаметре ствола 320 – 346 мм.

Техническая характеристика мо­дифицированных буровых агрега­тов и станков для бурения скважин из подземных горных выработок приведена в табл. 2.

Таблица 2

Продолжение табл.2

4. Конструкции геотехнологических скважин для ПВ металлов

При выборе конструкции эксплуатационных скважин для под­земного выщелачивания ПИ с использованием кислотных растворителей металла необходимо учитывать следующее: 1) обеспечение высокой стойкости материала обсадных труб (ОТ) к хими­чески агрессивным средам, а также механической прочности ОТ в условиях горного давления и гидродинамических нагру­зок; 2) внутреннее сечение ОТ должно допускать произ­водство ремонтно-восстановительных работ, цементирование скважин для создания гидроизоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов и проведение необходимых геофизических и гидрогеологи­ческих наблюдений за ходом процесса ПВ; 3) возможность создания надежной гидроизоляции надрудного горизонта, особенно в случае эксплуатации маломощных рудных тел, находящихся в зоне водонос­ных горизонтов; 4) в процессе бурения не должна нарушаться це­лостность нижнего водоупора, в случае перебуривания водоупора необходимо предусматривать в дальнейшем его тампонирование; 5) утяжелитель для спуска в скважину полиэтиленовых обсадных колонн необходимо изготовлять из инертных материалов или же он должен быть извлекаемым; 6) при оборудовании нижней части фильтра отстойником с окнами для облегчения освоения скважины необходимо предусматривать возможность перекрытия окон после окончания работ по освоению; 7) для предохранения затрубного пространства скважин от проникновения с поверхности рабочих рас­творов следует использовать специальное оборудование устья; 8) срок службы скважин должен быть не менее срока отработки блока.

При отработке месторождений ПИ методом ПВ особые требования предъявляются и к фильтрам буровых скважин.

На выбор проектных конструкций эксплуатационных скважин ПВ оказывают влияние следующие основные факторы: 1) геологические и гидрогеологические условия месторождения (физико-механические свойства слагающих пород, глубина залегания продуктивного пласта, наличие в разрезе водоносных горизонтов и др.); 2) принятая си­стема отработки месторождения и схема размещения эксплуатацион­ных скважин; 3) проектная производительность добычных скважин; 4) тип и конструкция раствороподъемных устройств; 5) географиче­ское расположение месторождения; 6) назначение скважин и др.

Конструкции откачных и нагнетательных технологических сква­жин отличаются только по диаметру применяемых эксплуатацион­ных колонн: откачные скважины обычно оборудуются колоннами большего диаметра. Диаметры скважин и эксплуатационных колонн определяются размерами раствороподъемных устройств (эрлифты, погружные насосы и др.).

В качестве материала обсадных и эксплуатационных колонн при подземном выщелачивании металлов наиболее широко используются полиэтиленовые трубы типа ПНП, серии С и Т; ПВП серии С, Т, СТ„ стеклопластовые и металлопластовые трубы, ОТ из не­ржавеющей стали. ОТ применяются при кислотном вы­щелачивании в качестве обсадных (защитных) колонн, а при других способах выщелачивания могут использоваться и в качестве эксплуа­тационных колонн. В практике ПВ металлов в основном применяются одноколонные и двухколонные конструкции технологических скважин.

На рис. 5 показаны конструкции одноколонных эксплуатацион­ных скважин, наиболее широко применяемых при подземном выще­лачивании пластовых месторождений. В некоторых случаях при зна­чительных глубинах залегания продуктивных горизонтов и наличии в разрезе неустойчивых пород устье скважины может быть обору­довано направляющей трубой и кондуктором.

При сооружении эксплуатационных нагнетательных и откачных скважин с гидроизоляцией рабочих и продуктивных растворов с по­мощью манжет скважины бурят до рудного пласта диаметром 190 – 243 мм, а перебуривание рудного пласта осуществляется долотами меньшего диаметра (рис. 5, а).

Рис. 5. Типовые конструкции одноколонных эксплуатационных скважин ПВ металлов:

а – с гидроизоляцией при помощи пакера (манжеты); б – с гравийной обсыпкой фильтров;

в – с комбинированной эксплуатационной колонной и эрлифтным подъёмом продуктивных растворов;

г – с комбинированной эксплуатационной колонной и подъёмом продуктивных растворов с помощью погружных насосов:

1 – эксплуатационная колонна, 2 – фильтр, 3 – отстойник, 4 – разобщающая манжета с цементировочным устройством, 5 – утяжелитель, 6 – материал гидроизоляции, 7 – песчано-гравийная обсыпка, 8 – центратор

Эксплуатационная колонна диаметром 110 – 140 мм оборудуется отстойником, фильтром, манжетой из кислотостойкой резины и утяжелителями.

В месте перехода на уменьшенный диаметр скважины эксплуа­тационная колонна снабжается манжетой с удлиненным корпусом и впаянным в основание металлическим кольцом, которое обеспечивает необходимую прочность и жесткость. В тех случаях, когда посадка манжеты производится в верхний водоупор, представленный слабыми глинистыми породами, плечо должно отбуриваться выше предпола­гаемого места установки манжеты.

Основное назначение манжеты – создание гидроизоляции выше зоны движения продуктивных растворов. Поверх манжеты зали­вается гидроизоляционный материал.

Интервал гидроизоляции, кроме специально оговариваемых случа­ев, обычно равен высоте от манжеты до динамического уровня под­земных вод. Остальная часть затрубного пространства скважины мо­жет заполняться другим материалом, а устье скважины на глубину 2 – 3 м цементируется.

Одноколонные конструкции нагнетательных и откачных техноло­гических скважин ПВ с гидроизоляцией с помощью манжет обла­дают простотой и имеют небольшие затраты на их сооружение. Од­нако такие конструкции технологических скважин не дают возмож­ности применять фильтры с гравийной обсыпкой, что снижает про­изводительность и срок службы скважин. Такие конструкции техно­логических скважин в настоящее время чаще всего используются в качестве нагнетательных.

В последнее время технологические скважины ПВ оборудуются фильтрами с гравийной обсыпкой. С целью создания на забое сква­жины уширенного контура гравийной обсыпки призабойная зона скважины может предварительно расширяться (рис. 5. б).

Оборудование нагнетательных скважин гравийными фильтрами позволило увеличить приемистость скважины, при этом также увеличились срок службы сква­жины и работоспособность раствороподъемных устройств, особенно погружных насосов. Гидроизоляция зон движения рабочих и продук­тивных растворов осуществляется после создания вокруг фильтра песчано-гравийной обсыпки путем заливки гидроизоляционного мате­риала поверх слоя гравия.

Диаметры эксплуатационных колонн выбираются с учетом на­значения скважин и применяемых добычных устройств (откачных, нагнетательных).

При сооружении нагнетательных скважин диаметр эксплуатаци­онных колонн выбирается так, чтобы разместить внутри колонны раствороподающие устройства и обеспечить необхо­димую приемистость скважин (в продуктивный пласт должно быть подано в единицу времени необходимое количество раствора). В на­стоящее время при сооружении нагнетательных скважин диаметр экс­плуатационных колонн колеблется в пределах 70 – 150 мм.

Для конструкции скважин, показанных на рис. 5, б, диаметры эксплуатационных колонн имеют величины 110 – 225 мм.

В глубоких скважинах при высоком динамическом уровне про­дуктивных растворов эксплуатационная колонна может быть комби­нированной. Верхняя часть колонны выбирается большего диаметра для установки погружных насосов. Длина верхней части эксплуата­ционной колонны увеличенного диаметра устанавливается с учетом динамического уровня раствора в скважине, длины насоса, глубины погружения насоса ниже динамического уровня (3 – 5 м) и дополни­тельного понижения уровня в результате кольматации фильтра. Со­бирается эта часть колонны в большинстве случаев из полиэтилено­вых труб, длина которых определяется предельной глубиной спуска труб данного типоразмера. Нижняя же часть эксплуатационной ко­лонны соответствует диаметру фильтра (рис. 5, г). Материал труб нижней и верхней частей колонны также может различаться, обычно в нижней части устанавливаются более прочные трубы, например, из нержавеющей стали, стеклопластиковые и др.

В некоторых случаях при эрлифтном подъеме продуктивных рас­творов при использовании в качестве раствороподъемных труб экс­плуатационных колонн возможно уменьшение диаметра колонны по сравнению с диаметром фильтра (рис. 5, в). Это устанавливается На основе расчетных соотношений диаметра воздухоподающих и раствороподъемных труб и производительности скважины.

Диаметр скважины под экс­плуатационную колонну при од­ноколонных конструкциях зави­сит от диаметра и материала применяемых труб (полиэтилено­вые, стеклопластиковые, из не­ржавеющей стали и др.); типа, диаметра и места установки утя­желителя для спуска полиэтиле­новых колонн, применяемых спо­собов цементирования и гидро­изоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов.

При применении системы отработки месторождений, в которых Число откачных и нагнетательных скважин выбирается из соотно­шения 1:3, 1:4, 1:5, производительность откачных скважин должна быть соответственно в 3, 4 и 5 раз больше производительности на­гнетательных скважин. На рис. 7 даны типовые конструкции высокодебитных скважин. При сооружении высокодебитных откачных скважин, оборудованных фильтрами с песчано-гравийной обсыпкой, находят применение конструкции, в которых предусмотрена обсадка ствола скважины до кровли продуктивного горизонта трубами из нержавеющей стали, стеклопластика и других, материал которых не подвержен разрушению при действии кислотных растворителей (рис. 6, а). Конструктивно башмак обсадной колонны выполняется меньшего диаметра для более надежной и легкой установки гидро­изоляционного пакера.

Рис. 6. Типовые конструкции высокодебитных эксплуатационных скважин ПВ: а – высокодебитные откачные скважины; б – скважины большой глубины при наличии неустойчивых интервалов ствола:

1 – эксплу­атационная колонна; 2 – хвостовик; 3 – фильтр; 4 – отстойник; 5 – пакер; 6 – слой гидроизоляции;

7 – защитная колонна; 8 – глинистый раствор; 9 – гравий; 10 – центра­тор

Забуривание скважины и бурение до продуктивного горизонта обычно осуществляются долотами диаметром 295, 346, 394 мм. Затрубное пространство обсадной колонны цементируется. Дальнейшее бурение с целью вскрытия продуктивного горизонта осуществляется долотами диаметром 190 – 243 мм.

Интервал продуктивного пласта, в котором располагается каркас фильтра с гравийной обсыпкой, при необходимости расширяется. Фильтр вместе с надфильтровым патрубком и отстойником опу­скают в скважину на БТ соединенных с надфильтро­вым патрубком с помощью специального переходника, имеющего левую резьбу. Для обеспечения лучшего центрирования фильтра на забое скважины он снабжается двумя направляющими фонарями – на отстойнике и на надфильтровом патрубке (в верхней части).

Конструкция эксплуатационных скважин, применяемая в усло­виях больших глубин (свыше 300 м) и при наличии неустойчивых пород в верхних интервалах скважины, показана на рис.6, б. За­крепление неустойчивой части ствола скважины осуществляется об­садной (защитной) колонной из металлических труб с последующей цементацией затрубного пространства. В дальнейшем скважина оборудуется эксплуатационной колонной из кислотостойких мате­риалов, которая изолируется от обсадной колонны при помощи манжет (пакеров), цементных, глинистых или известковых рас­творов.

Глубины эксплуатационных скважин ПВ определяются положением продуктивного горизонта, длиной отстой­ника и др. Положение рудного пласта определяется путем взятия геологических проб (кернов) при опережающем бурении скважин малого диаметра в процессе сооружения технологических скважин, а также по данным геофизических измерений.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10