Опыт СГД в Западной Сибири

В Западной Сибири для строительства дорог, оснований под буровые и формирования стройплощадок только предприятия Миннефтепрома используют более 100 млн. м³ грунта в год. Песок приходится завозить из карьеров на расстояние 30—80 км, при этом требуется большое число большегрузных автосамосвалов, капиталовложений и рабочих рук. Между тем повсюду в Западной Сибири на глубинах от 20 до 300 м имеются залежи песков, пригодных для широкого использования в промышленном строительстве. Глубокозалегающие пески можно добывать через скважины, пробуренные в непосредственной близости от сооружаемых дорог или оснований.

Безопасное ведение работ в условиях сдвижения подрабатываемой поверхности обеспечивается использованием плавучих оснований для размещения оборудования и скважинной оснастки или путем применения дистанционно управляемых скважинных земснарядов с опорной их на забой скважины. Управляют выемкой песка подвижными скважинными гидромониторами с использованием обсадных колонн или затрубных пакеров при фильтрационном способе воздействия на пласт. Основой безаварийной скважинной оснастки является эрлифт с пульпоподъемной колонной постоянного сечения от всасывания до слива, причем предусмотрено непрерывное пульпообразование при всасывании и автоматическая расчистка пульпоприемных отверстий гидромонитором в случае их забивки.

Д.Н. Шпаком успешно испытан новый принцип впутритрубного диффузионного пульпообразования при добыче глубинных песков через скважины. Конструктивно эрлифт состоит из забойного водоприемного фильтра и отверстия для песка, расположенного выше фильтра. Устройство обеспечивает регулирование плотности откачиваемой гидросмеси путем изменения расхода воздуха.

Разработан ряд конструкций скважинного земснаряда с гибким рабочим гидромонитором, выдвижным гидромониторным стволом с радиусом действия, который больше мощности пласта.

Для добычных работ создано скважинное оборудование к буровому станку, которое устраняет многооперационность технологического процесса.

Технология основана на применении серийных машин — буровых, монтажных, подготовительных и транспортных. Для работы в условиях открытой водной поверхности создан добычной комплекс на плавучем основании — двух баржах грузоподъемностью 50 т.

При фильтрационном способе разрушения пласта для изоляции верхних водоносных песков, обеспечения первоочередной выемки песка из нижнего горизонта, последующего обрушения и отработки вышележащих песков используют обсадную колонну или затрубные пакеры. Скважинную оснастку собирают из стандартных обсадных и насосно-компрессорных труб и монтируют в скважине непосредственно после бурения с использованием бурового станка.

Особые условия разрезов с наличием многолетнемерзлых пород потребовали ряда новых конструктивных и технологических решений. Прежде всего проект и технология предусматривают устойчивую поверхность, поэтому мерзлые породы готовят к разработке методом предварительного оттаивания и перевода в плывунное состояние; ряд схем метода основан на использовании глубинного тепла земли и термальных вод нижележащих горизонтов; конструкции скважин предусматривают предохранение от растепления поверхности и обсаженного ствола скважины; регулирование скорости формирования подземной добычной камеры и поддержание заданной температуры рабочего агента и откачиваемой гидросмеси.

Мобильная установка скважинной гидродобычи песка обычно состоит из бурового агрегата разведочного бурения УРБ-ЗАМ или 1БА—15В, компрессоров ДК-9 или ПР-10, насосов 9МГр или 9Т с дизельными или электрическими приводами. Насосов и компрессоров должно быть не менее двух (один в резерве), так как при остановках работающей скважины в трубах образуются песчаные пробки. Не исключено применение и других типов насосов и компрессоров, и, чем выше их рабочие параметры, тем выше производительность установки. В состав комплекта установки входит также следующее вспомогательное оборудование: дизель-генераторные электростанции; посты сварки и резки металла; вагоны-бытовки, транспорттрубовоз, автокран, гусеничный вездеход, вахтовый автобус, бортовой автомобиль, бензовоз.

Все работы выполняет комплексная бригада, работающая вахтовым методом. Скважины эксплуатируются круглосуточно при непрерывной рабочей неделе. При этом две смены обеспечивают выполнение буровых и намывных работ по 12 ч в сутки поочередно.

Экспериментальные работы были проведены в 1980—1982 гг. в шести районах Среднего Приобья, где из пластов мощностью от 8 до 44 м с глубины от 15 до 270 м извлекался песок и намывался в опытные площадки.

Получены следующие показатели: производительность эрлифта по твердому от 10 до 40 м³/ч, по гидросмеси от 30 до 250 м³/ч; подача воды на гидромонитор от 40 до 120 м³/ч при давлении от 1 до 6 МПа; подача воздуха на эрлифт от 8 до 24 м³/мин при давлении до 1, 2 МПа. Время бурения скважины глубиной 100 м с монтажом эрлифта и исследованиями составляет 16 ч, время монтажа станка на твердой поверхности—8 ч, устройство лежневого настила на болоте длиной 50 м—48 ч. Обеспечена безаварийная работа эрлифта в условиях неоднородного по крупности грунта а дистанционном управлении до полной отработки скважины — в течение 10—20 суток непрерывной работы. Оседание поверхности наблюдалось повсеместно при глубине разработки до 170 м и добыче из скважины более 200 м³ грунта. При закреплении скважин трубами па глубину 150 м не происходило сдвижения поверхности при добыче из скважины более 2 тыс. м³ песка с глубины 270— 290 м.

При труднопроходимой поверхности целесообразно цикличное выполнение работ: опережающее бурение и оборудование скважин проводить в зимний период и намыв объекта—в теплое время года. При использовании грунтовой воды возможно ведение намыва и в зимний период, что подтверждено опытными работами на Аганском месторождении. В ряде случаев возможно и целесообразно использование для гидронамыва глубинных вод сеноманского горизонта, где температура достигает 110 °С.

Ликвидируют отработанные скважины путем подъема труб с помощью бурового станка или автокрана и заполнения ствола глинистым материалом, чтобы предотвратить переток поверхностных вод в глубокие горизонты. Благодаря наличию высокопластичных глин в разрезах происходит естественное заполнение выработанных объемов глинистым материалом и обеспечивается кольматация трещин и сдвижения текучими суглинками.

Метод предусматривает оборотное водоснабжение, не имеет вредных выбросов в водоемы и атмосферу, что отвечает требованиям охраны природы и окружающей среды.

Разработанная технология и оснастка могут быть использова­ны для добычи рыхлых руд, разработки россыпных месторождений, добычи песчано-гравийных смесей при высокоценной поверхности путем углубления действующих карьеров и снижения их площади, а также для выполнения целого ряда специальных строительных работ, таких как очистка водоемов от заиления, добыча сапропелей для сельского хозяйства, заглубление в водо-насыщенный грунт крупных строительных конструкций, а также для добычи фосфатно-глауконито-кварцевых песков в центрально-европейских районах страны для их комплексного использования.

Расчеты и производственный опыт показывают, что новый метод имеет значительные производственные и экономические выгоды. По сравнению с методом карьерной разработки песка и его автотранспорта на расстояние 30—50 км способ скважинной гидродобычи местного глубинного сырья для производства строительных материалов обеспечивает высвобождение 30—60 автомобилей, 200—300 человек, экономию 500—1000 т жидкого топлива при производстве 150 тыс. м³ грунта в год, т.е. на одну эрлифтную установку.

Себестоимость намыва грунта новым методом изменяется от 1, 2 до 4, 1 руб/м³ и зависит от глубины залегания песка, мощности разрабатываемого пласта и вида энергоснабжения. Удаленность места работ от базы очень незначительно влияет на удорожание производства.

Экономический эффект от применения новой технологии составляет от 1, 5 до 3, 5 млн. руб. в год при глубине разработки от; 50 до 70 м.