В статье рассмотрены перспективные и области применения новейшего класса многофункциональных наклонных буровых установок-мобильных, самоходных, с регулируемым приводом, блочно-модульного исполнения, с наклонной мачтой и зубчатореечным поверхностным механизмом передвижения силового вертлюга – МНБ при добыче твердых полезных ископаемых. Отмечается, что МНБУ позволяют совершенствовать технологию строительство наклонно-горизонтальных скважин (НГС) с большими отклонениями забоя от вертикали и имеют высокую степень апробации при нефтегазодобыче, но недостаточную степень внедрения при добыче твердых полезных ископаемых. Между тем, возможная область применения данной технологии охватывает дегазацию угольных месторождений, водоотлив и осушение, проходку выработок, буровзрывные работы, скважинное выщелачивание и гидродобычу, геологоразведочные работы, способствуя значительному снижению затрат, повышению безопасности и технологической эффективности горных работ. А.А. Твердов, канд. техн. наук, технический директор ООО «Ай Эм Си Монтан», эксперт Общества экспертов России по недропользованию (ОЭРН), эксперт государственной комиссии по запасам (ГКЗ), сертифицированный Ростехнадзором эксперт по промышленной безопасности горных предприятий Э.Э. Байсаров, канд. экон. наук, зам. генерального директора ОАО «ВНИИОЭНГ»

Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом

Буровые установки (БУ) с регулируемым приводом блочно-модульного исполнения с наклонной вышкой и реечным механизмом передвижения силового вертлюга предназначены для бурения наклонно направленных, горизонтальных и горизонтально разветвленных скважин, начиная с поверхности земли, под любым углом от 45 до 90° с допустимой нагрузкой на крюке 100-125 тс.

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"

Наука и Техника