Публикации

Описаны основные результаты работ по обоснованию возможности применения техники и технологии горизонтального направленного бурения для сооружения систем осушения. Дано описание принципиальной схемы опережающего осушения шахтного поля с помощью наклонно-горизонтальных дренажных скважин, сочлененных с вертикальными откачными скважинами. Приведены основные технико-экономические параметры строительства и эксплуатации новой системы осушения подземных горных выработок.

The main results of the works for grounding the opportunity for applying the equipment and technology for the horizontal directional drilling to create the dewatering systems have been described. The description of the principal diagram of the faster mine field dewatering by means of the inclined – horizontal drainage holes combined with the vertical extraction wells has been presented. The main technical and economic parameters of the construction and operation of the new system of dewatering the underground mine openings have been described.

2015;(9):9-12

https://chermetinfo.elpub.ru/jour/article/view/210

 В Московском государственном горном университете в период с 28 января по 1 февраля 2013 г. прошла ХХI «Неделя горняка-2013», в рамках которой был проведен международный научный симпозиум, заседание Совета Учебно-методического объединения вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела, заседание Научного совета РАН по проблемам горных наук и Совета Научно-учебного центра фундаментальных и прикладных исследований в области горного дела (НУЦ) ИПКОН РАН и МГГУ,  заседание Научного совета РАН по проблемам народно-хозяйственного использования взрывов, научно-практическая конференция, круглые столы и другие мероприятия.

Основным преимуществом этих БУ является возможность работ на экстремально неглубоких пластах, поскольку установка использует для бурения не столько земное тяготение, сколько зубчато-реечную тягу, что дает уникальную возможность её использования при разведке и добыче углеводородного сырья, в том числе:

• добыча метана из угольных пластов;

• добыча тяжелых нефтей и битумов;

• добыча прочих ресурсов углеводородного сырья (сланцевый газ, нефтяные пески);

• строительство геолого-разведочных скважин на нефть (в том числе тяжелые нефти и битумы), газ (в том числе угольный метан);

• капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин глубиной до 3000м.

Мобильные наклонные буровые установки с реечным приводом наилучшим образом могут решить проблему строительства с дневной поверхности вертикальных, горизонтальных, наклонно направленных дегазационных и водопонижающих скважин, а также вертикальных и наклонно направленных скважин, в том числе большого диаметра, в Кузбассе.

В ОАО "ВНИИОЭНГ", в лаборатории "Проектирование нефтяных и газовых скважин" разработаны основные технико-технологические решения для строительства горизонтальных, горизонтально-разветвленных скважин с дневной поверхности для снижения содержания взрывоопасных газов в шахте, угольных пластах и выработанном пространстве до установленных допустимых норм, предотвращения внезапных выбросов газа метана для шахты им. С.М. Кирова (Кузбасс) с применением буровой установки МНБУ-100/125. Строительство горизонтальных скважин обеспечит более эффективную дегазацию пласта за счет вскрытия поверхности пласта протяженностью до 2000м.

Следует отметить, что до настоящего времени для дегазации пласта использовали вертикальные скважины, пробуриваемые с дневной поверхности. Для строительства горизонтальных скважин с дневной поверхности с применением МНБУ-100/125 был разработан ряд вариантов конструкций и профилей скважин применительно к конкретным горно-геологическим и технико-технологическим условиям бурения скважины. Типовой, рациональный профиль и конструкция горизонтальной скважины с глубиной залегания угольного пласта 400 м и углом падения пласта 7° имеют следующие параметры:

• на интервале от устья до глубины 255 м по стволу (180 м по вертикали) зенитный угол скважины равен 45°, что соответствует углу наклона мачты БУ. На эту глубину спускается кондуктор диаметром 426 мм и цементируется до устья;

• на интервале ствола от 255 до 467 м (от 180 до 330 м по вертикали) зенитный угол скважины остается постоянным, равным 45°. На эту глубину спускается техническая колонна диаметром 324 мм, цементируется до устья. На устье скважины устанавливается превентор — противовыбросовое оборудование;

• на интервале ствола от 467 до 630 м зенитный угол скважины увеличивается с 45 до 83° с радиусом искривления, равным 245,33 мм (интенсивность искривления — 2,33° на 10 м длины ствола). На глубину 630 м, что соответствует глубине по вертикали 400 м, спускается эксплуатационная колонна диаметром 245 мм.

Для дальнейшего бурения скважины разработаны следующие схемы:

• бурение основного ствола (для извлечения газа), проложенного параллельно угольному пласту на расчетном расстоянии от кровли, с последующим бурением ряда боковых ответвлений для пересечения пласта по всей его толщине; либо спуск перфорированной обсадной колонны диаметром 178 мм (168 мм) с последующим гидроразрывом угольного пласта;

• бурение основного ствола (для извлечения газа) внутри угольного пласта по траектории, близкой к синусоиде, с таким расчетом, чтобы точки экстремума достигали кровли и подошвы пласта. Средняя длина полуволны кривой составляет 80—90м;

• бурение ствола скважины для последующего сбора пластовой воды со спуском перфорированной обсадной колонны диаметром 178 мм (168 мм). Ствол скважины прокладывается параллельно угольному пласту на максимально-возможном близком расстоянии от подошвы пласта.

Основной диаметр долота для бурения горизонтального ствола — 215,9 мм (возможно применение долота диаметром 190 мм, тогда спускаемая колонна будет иметь диаметры 146, 140, 127 мм). В качестве обсадных труб в пределах горизонтального ствола скважины используются алюминиевые перфорированные трубы, спускаемые в виде хвостовика, для возможного извлечения их из скважины или разбуривания после выполнения своего назначения.

В скважину для откачки пластовой воды на глубину, близкую к забою, спускается погружной центробежный электронасос. В скважинах для дегазации угольного пласта для отсоса метана спускается а глубину, близкую к башмаку эксплуатационной колонны диаметром 245 мм, вакуум-насос.

Для описанного выше варианта конструкции и профиля скважины, по расчетным данным, представляется возможность с использованием МНБУ-100/125 пробурить скважину с длиной горизонтального ствола до 2500 м при общей глубине скважины 3100—3200 м. Технические возможности БУ, оснащенной современной навигационной аппаратурой (телесистемой), стабилизирующими и отклоняющими устройствами, позволяют строго по заданному азимуту обеспечить достижение проектного отклонения забоя скважины от вертикали и длину горизонтального ствола. Наличие в комплексе БУ оборудования для приготовления, хранения и очистки бурового раствора вместе с буровыми насосами, рассчитанными на рабочее давление до 100 бар (кгс/см2)  при подаче до 3000 л/мин (50 л/с), обеспечивает необходимую очистку горизонтального ствола от шлама, высокую скорость бурения, предупреждение загрязнения окружающей природной среды.

С применением МНБУ-100/125 представится возможность пробурить разветвленную скважину для извлечения метана одновременно с 2 угольных пластов, расположенных на некотором расстоянии по вертикали друг от друга. Для откачки пластовой воды, в зависимости от объема поступающей жидкости, предусматривается бурение специальной скважины, ствол которой в расчетной точке соединится с угольным пластом с установлением гидравлической связи между стволами. Погружной электроцентробежный насос устанавливается в этой специальной скважине.

Применение МНБУ-100/125 обеспечит большой экономический эффект за счет обеспечения высокого качества и скорости строительства горизонтальных скважин.

С.А. Оганов (профессор)
Э.Э. Байсаров (канд. техн. наук)
С.Х. Лабазанов (науч. сотрудник)
ОАО "ВНИИОЭНГ"

По его словам, в настоящее время в Кузбассе широко внедряется предварительная дегазация угольных пластов и выработанных пространств скважинами, пробуренными из горных выработок, а также дегазация выработанного пространства скважинами, пробуренными с поверхности. 
"Однако частое бурение вертикальных скважин - обычно через 150-200 метров - приводит к удорожанию работ. Новый метод позволит одной скважиной вскрыть значительную площадь пласта, что в итоге позволит снизить природную газоносность угольных пластов; повысить нагрузки на очистные забои, темпы проходки горных выработок, безопасность шахтерского труда и рентабельность предприятия", - пояснил Э.Байсаров. 
В настоящее время разработаны различные варианты профилей скважин, в том числе горизонтальных стволов с ответвлениями в одном пласте, в параллельных пластах, использование кустового метода бурения, обеспечивающего сокращение затрат на строительство скважин. 
Агентству "Интерфакс-Сибирь " Э.Байсаров пояснил, что за рубежом - в ФРГ, Австралии, США, Китае - данная технология ведения дегазационных работ активно применяется на метаноносных угольных месторождения. В РФ пилотный проект НИИ предложил осуществить в текущем году на участке, лицензией на который владеет ОАО "Южкузбассуголь". 
"Реализация программы намечается совместно с "Татбурнефтью", имеющей современное буровое оборудование и опыт бурения горизонтальных и наклонных; научное и проектное обеспечение предполагается осуществлять в сотрудничестве с ВНИИОЭНГ, Учреждением российской академии наук "Институт проблем комплексного освоения недр РАН" и институтом по проектированию угольных шахт и разрезов ОАО "Кузбассгипрошахт", - сказал Э.Байсаров. 
Он отметил, что накануне проект был рассмотрен на научно-техническом совете, и руководство Кемеровской области рекомендовало его к реализации в Кузбассе.