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.

Длина отстойника нагнетательных скважин определяется коли­чеством взвесей, находящихся в рабочем растворе, подаваемом в скважину, и временем между профилактическими ремонтами скважин. Обычно длина отстойников в фильтрах, устанавливаемых в на­гнетательных скважинах, составляет не более 1 % номинальной глубины скважин, для откачных скважин эта величина не превы­шает 2 %.

В некоторых случаях при низких уровнях пластового раствора и большой глубине скважин использование эрлифтов в качестве раствороподъемных средств возможно только путем увеличения за­глубления смесителя под уровень пластовых растворов. Для этого глубину скважин увеличивают.

Если при перебуривании скважины ниже рудного горизонта по­следняя вскрывает водоносный горизонт, то необходимо преду­смотреть цементацию затрубного пространства отстойника до нижней границы фильтра.

5. Крепление геотехнолгичеких скважин

5.1. Обсадные трубы для оборудования геотехнологических скважин

К обсадным трубам для крепления и оборудования геотехноло­гических скважин предъявляются специфические требования, свя­занные с условиями сооружения и эксплуатации скважин.

Основными из них являются следующие: 1) достаточная меха­ническая прочность в условиях горного давления и гидродинамиче­ских нагрузок; 2) стойкость материала труб к химически агрес­сивным средам (рабочим и продуктивным растворам), а также при работе в условиях низких и высоких температур; 3) высокие адге­зионные свойства или сцепление с различными тампонажными и гидроизоляционными материалами; 4) простота конструкции, на­дежность в работе и высокая герметичность соединений труб; 5) не­высокая стоимость труб, обусловливающая рациональную конструк­цию скважин.

Правильный выбор типа труб для обсадных и эксплуатационных колонн геотехнологических скважин определяет работоспособность и срок службы скважин.

В настоящее время для крепления и оборудования геотехноло­гических скважин широко применяются стальные (в том числе из нержавеющей стали) и полиэтиленовые трубы. Реже используются полипропиленовые, винипластовые, бипластмассовые, фанерные и стальные трубы, футерованные полиэтиленом. В стадии внедрения находятся стеклопластиковые и металлопластовые трубы.

Стальные трубы, изготовляемые по ГОСТ 632–80, ши­роко применяются в качестве обсадных и эксплуатационных колонн при сооружении технологических скважин для подземного выщела­чивания солей, а также при обсадке и оборудовании различных вспомогательных скважин (баражные, гидроразрыва пластов, водопонизительные и др.).

При добыче металлов методом ПВ с ис­пользованием кислотных растворителей стальные трубы из обычной стали применяются в качестве обсадных, защитных колонн. В про­цессе освоения и эксплуатации технологических скважин они должны быть изолированы от контакта с продуктивными и рабочими раство­рами.

Обсадные трубы ГОСТ 632–80 выпускаются бесшовными, муфто­вого соединения с короткой, нормальной и реже удлиненной резь­бами. Стандартом предусмотрено также изготовление труб с удлинен­ной резьбой трапециедального профиля, отличающегося повышен­ной прочностью.

Трубы ниппельного соединения, выпускаемые согласно ГОСТ 6238–52, используются при оборудовании неглубоких технологиче­ских скважин, а также для вспомогательных работ.

При оборудовании неглубоких геотехнологических скважин стальными обсадными эксплуатационными колоннами муфтового соединения рабочие напряжения в резьбовых соединениях и по телу трубы будут незначительными. Для упрощения конструк­ции скважин и уменьшения их диаметров, соединительные муфты обсадных труб можно обточить, уменьшив их диаметр на 10 – 15 мм. Это будет способствовать также улучшению условий извлечения труб в процессе ликвидации скважин.

Для выполнения вспомогательных работ в технологических сква­жинах применяются насосно-компрессорные трубы, изготовляемые по ГОСТ 633–80.

При добыче металлов методом ПВ с ис­пользованием кислотных растворителей наиболее полно требованиям технологии оборудования скважин отвечают трубы из коррозионно-стойкой стали. Однако применение труб из нержавеющей стали для крепления и оборудования технологических скважин ПВ очень огра­ничено вследствие недостаточного числа этих труб и их значитель­ной стоимости. Поэтому в настоящее время трубы из нержавеющей стали применяют только для изготовления фильтров глубоких сква­жин и скважинного оборудования, а также в качестве раствороподъемных колонн.

Трубы из нержавеющей стали изготовляются по ГОСТ 9940–81 бесшовные, горячедеформированные, коррозионно-стойкие. Наибо­лее широко используются трубы из стали марок 10Х17Н13М2Т, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т.

Изготавливаются бесшовные, холоднотянутые, холоднокатаные и теплокатаные   трубы из нержавеющей стали марок  12Х18Н10Т.

Опыт эксплуатации технологических скважин ПВ показал, что применение стальных труб позволяет упро­стить конструкции скважин, облегчить их оборудование, а в некото­рых случаях и снизить стоимость работ.

Поэтому проводятся исследования, направленные на повышение коррозионной стойкости труб, изготовленных из обычных сталей. Одним из наиболее эффективных направлений улучшения коррози­онной стойкости материала труб является использование покрытий поверхности труб кислотостойкими оболочками (футерование; ис­пользование лаков и т. д.).

При футеровании полиэтиленовая труба свободно (с зазором) вставляется в стальную, затем вся система подвергается совмест­ному волочению.

Преимуществами футерованных труб являются высокие прочно­стные показатели (всю эксплуатационную нагрузку несет стальная оболочка) и устойчивость при работе с температурами от –40° до + 90 °С.

При сооружении технологических скважин на полигонах ПВ в ос­новном применялись трубы 114X5 (104ХЗПВП) с фланцевым со­единением. Однако широкое применение этих труб для крепления технологических скважин сдерживается по следующим причинам: 1) затруднено проведение ремонтных и других работ в обсаженной скважине вследствие возможного разрушения полиэтиленовой обо­лочки; 2) применение фланцевого соединения для спуска футеро­ванных труб в скважину требует увеличенного диаметра скважины и: значительных затрат времени на сборку труб; 3) для предупрежде­ния разъедания металлического каркаса растворами кислот крепле­ние скважин футерованными трубами возможно только при наличии двух- и более колонн с обязательной цементацией затрубного про­странства кислотостойким или сульфатостойким цементом.

Трубы из неметаллических материалов. Наиболее широко приме­няются трубы, изготовленные из полимеров (полиэтилен, полипропи­лен, винипласт), стеклопластика, фанеры, а также различные типы труб, составленные из разнородных материалов (металлопластовые, бипластмассовые и др.).

Трубы из полимерных материалов находят широкое применение при сооружении технологических скважин ПВ с использованием кислотных растворителей в качестве обсад­ных и эксплуатационных колонн, напорных трубопроводов для по­дачи сжатого воздуха и рабочих растворов в скважину, а также в ка­честве раствороподъемных труб.

Трубы из полимерных материалов обладают высокой химической стойкостью при работе в различных агрессивных средах, достаточ­ной механической прочностью, возможностью механической и теп­ловой обработки. Важным преимуществом труб из полимеров яв­ляется низкий коэффициент трения, что позволяет предотвратить отложения различных веществ на стенках труб и снизить сопротив­ления при движении растворов. Они обладают также низкими ди­электрическими показателями и высокой стойкостью против электро­химической коррозии. Однако трубы из полимерных материалов имеют и некоторые недостатки, которые необходимо учитывать при эксплуатации: 1) низкие адгезионные свойства полимерных труб приводят к недостаточному сцеплению цементных и других раство­ров с поверхностью труб, что способствует ухудшению гидроизоля­ции зон движения растворов и требуют разработки специальных ме­роприятий; 2) механическая прочность труб из полимеров умень­шается при увеличении температуры и нагрузок; 3) величина де­формации полимерных труб и их работоспособность сильно зависят от температуры окружающей среды, при которой осуществляется эксплуатация труб; 4) физико-механические свойства труб из поли­меров под влиянием солнечной радиации ухудшаются с течением времени, т.е. наблюдается старение материала труб, в результате чего увеличивается их жесткость и хрупкость. В США больше нашли применение трубы поливинилхлоридные ПВХ Sch40 и стеклопластиковые.

Полиэтиленовые трубы. Для оборудования геотехнологических скважин наиболее широко применяются полиэтиленовые трубы, ко­торые изготавляются согласно ГОСТ 18599–73 из полиэтилена низ­кой (ПНП) и высокой (ПВП) плотности четырех типов: легкие (Л), среднелегкие (СЛ), средние (С) и тяжелые (Т). В соответствии с ТУ 95333–78 выпускаются трубы из полиэти­лена высокой плотности типа СТ (сверхтяжелые).

Трубы из ПНП менее прочные, но более гибкие, чем из ПВП, и имеют меньшую стоимость. Применение труб из ПНП возможно только в определенных горно-технических условиях с высокой устойчивостью стенок скважин. В геологическом разрезе должны отсутствовать пучащие глины, а также породы, склонные к оплыванию и способные развивать высо­кое горное давление. В процессе сооружения и эксплуатации недодопустимы осевые нагрузки, превышающие предел текучести мате­риала, а для большинства типоразмеров труб перепады гидроста­тического давления должны быть не более 1МПа. Эти условия огра­ничивают возможность применения данного типа труб в скважинах глубже 100 м.

В связи с этим для крепления буровых скважин при ПВ более широко используются ОТ из полиэтилена высокой плот­ности. Прочность труб из ПВП при толщине стенки 6 – 10 мм также невелика, что ограничивает их применение в сложных горно-технических условиях. Применение толстостенных полиэтиленовых труб с наружным диаметром ПО – 210 мм и толщиной стенок 18 мм, которые незначительно уступают по прочности некоторым типам металличе­ских и, несмотря на высокую стоимость, широко применяются при сооружении технологических скважин.

При работе в малоагрессивной водной среде может быть получен экономический эффект за счет отсутствия коррозии, большего срока эксплуатации и меньших сопротивлений движению жидкости.

Глубины спуска полиэтиленовых труб типа ПВП, серии Т и СТ при сооружении скважин подземного выщелачивания достигли в на­стоящее время 300 – 350 м. При этом нарушения целостности обсад­ных и эксплуатационных колонн обычно не превышают величин, имеющих место в скважинах меньшей глубины.

Полипропиленовые трубы. При сооружении технологических сква­жин ПВ могут также применяться полипро­пиленовые трубы.

Полипропилен (ПП) является продуктом полимеризации пропилена и изготовляется из отходов нефтеперерабатывающей промышленности.

Для изготовления труб применяют гранулированный, стабилизи­рованный полипропилен марок 02П и ОЗП.  Изготавливают трубы
методом экструзии гранулированного полипропилена.

Недостатком полипропилена является повышенная хрупкость, при низких температурах.

Полипропиленовые трубы пока не нашли широкого применения для крепления технологических скважин ПВ.

Винипластовые трубы. Винипласт или твердый непластифицированный поливинилхлорид (ПВХ).

К достоинствам винипластовых труб можно отнести их сравни­тельно высокую механическую прочность, высокую химическую стой­кость к воздействию кислот, щелочей и растворов солей различной концентрации, хорошие диэлектрические свойства, хорошую обраба­тываемость материала.

Согласно сортаменту, винипластовые трубы изготавливаются че­тырех типов: Л, СЛ, С, Т.

К основным недостаткам винипласта следует отнести то, что он сильно подвержен старению под воздействием кислорода воздуха и ультрафиолетовых лучей, а также наличие повышенной хрупкости при отрицательных температурах.

Винипластовые трубы могут быть из полиэтилена высокой плотности (ПВП), полиэтилена низкой плотности (ПНП), полипропилена (ПП) и неспластифицированного поливинилхлорида (ПВХ).

Металлопластовые трубы. Одним из направлений повышения прочности обсадных полиэтиленовых труб и увеличения глубины их спуска в скважину является армирование полиэтиленовых труб ме­таллическими спиралями или сетками.

В настоящее время для крепления технологических скважин ПВ по техническим условиям ТУ 95.661–79 разработаны обсадные ме­таллопластовые трубы (МПТ) на основе полиэтиленовой оболочки и металлической сетки из проволоки диаметром 1,5–2,0 мм. Соеди­нение обсадных труб осуществляется при помощи резьбовых металлопластовых муфт.

Важным преимуществом металлопластовых труб является их вы­сокие прочностные показатели и коррозионная стойкость. Глубины спуска труб в настоящее время превышают 600 м.

Основным недостатком металлопластовых труб является разли­чие коэффициентов температурного расширения материала армату­ры и полиэтиленовой оболочки, что приводит к растрескиванию тела трубы и последующему разрушению труб в местах повреждения.

С целью предупреждения повреждения труб от температурных деформаций оболочки и арматуры в настоящее время проводятся исследования по изготовлению труб с наполненным полиэтиленом. В качестве наполнителя применяется стеклопластиковая масса.

В индексации указывают материал труб, наружный диаметр и толщину стенки в миллиметрах. Например, МПТ 132X12,5 ТУ 95.661–79.

Стеклопластиковые трубы. Материалом для изготовления труб служит стекловолокно и связующие вещества в виде смол. При этом тип применяемых смол является определяющим фактором коррози­онной стойкости труб. Стеклопластиковые трубы применяются для оборудования технологических скважин глубиной более 300 м для транспортирования рабочих и продуктивных растворов в напорном режиме. Они обладают высокой прочностью и коррозийной стойко­стью при работе в агрессивных средах, а также низким коэффициен­том гидравлических сопротивлений.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11