Для добычи каких полезных ископаемых бурят скважины
Приветствую всех читателей! Этой статьей я начинаю огромную серию публикаций о бурении скважин. Что заставило меня этим заняться?
Во первых, это действительно интересный и в тоже время сложный технологический процесс, во – вторых, многие люди не знают об этом ничего, но…. хотели бы узнать об этом побольше, в целях расширения кругозора. Но беда в том, что вся литература написана сложным техническим языком и не каждому “ботанику” удается в ней разобраться.
Для начала немного слов об авторе. С рождения и по сей день вся моя жизнь можно сказать пронизана геологией. Родители работали в геологоразведочной отрасли и познавать азы бурения я начинал с детства. Прошел путь от помощника машиниста буровой установки до бурового мастера, а если взглянуть с точки зрения географии, то от республики Коми и до Магаданской области множество месторождений пришлось объехать и поработать.
А теперь приступим непосредственно к тому о чем гласит заголовок.
Что же такое скважина? – это горная выработка цилиндрической формы, длина которой во много раз превышает ее диаметр (Рис.1).
Рисунок 1 – Вид на скважину
Скажем простым языком – отверстие в земной тверди, выполненное специальной установкой. Для наглядности можно провести аналогию со сверлением дрелью в стене отверстий. Разница только в масштабе как диаметра так и глубины. Скважины бурятся на глубину от нескольких метров до десятков километров!!!! и диаметр бывает от десятков сантиметров до нескольких метров. Самая глубокая скважина в мире пробурена на Кольском полуострове во времена Советского Союза. Ее глубина составила, внимание! – 12 километров и 262 метра!!!!! Побить рекорд не удалось ни одной стране. Американцы правда что-то пытались и вроде как гордо объявили о новом рекорде, но когда компетентные службы провели исследования то, отказали им в признании нового рекорда глубины. Они пробурили ее под наклоном перейдя в горизонтальное бурение. И по факту глубина ее была значительно меньше ее длины. Кстати – глубина и длина скважины – это не совсем и не всегда одно и тоже понятие. Но об этом в этой же статье, но чуточку позже. Для начала разберем из каких элементов состоит скважина (Рис. 2). Верхняя часть скважины, ее начало – называется устье. Нижняя часть, глубина которой в процессе бурения меняется, называется забой скважины. Боковые части имеют название такое же как и в наших квартирах части комнат – стенки скважины. Пространство от устья до забоя называют стволом скважины. Проще говоря вся полость скважины это и есть ствол.
Рисунок 2 – элементы скважины
Теперь вернемся к понятию длина и глубина скважины. Обратите внимание на рисунок 2, на нем я не случайно указал земную поверхность. От нее идет отсчет и глубины и длины скважины. На первый взгляд непонятно простому обывателю о чем идет речь, но читая дальше вы все поймете. Итак, предположим мы бурим скважину ( как это делается технологически вы узнаете в следующих статьях) вертикально. Затем, на глубине 100 метров изменяем ее направление и начинаем бурить под углом, постепенно приводя ствол скважины в параллельное положение с земной поверхностью. Для наглядности – представьте, делаем подкоп под забором. Сначала мы копаем в глубину, а затем копать станем параллельно поверхности. Так и здесь все происходит. И вот так мы продолжаем бурить на большое расстояние – допустим еще 100 метров. В итоге мы получаем длину скважины 200 метров, а глубина 100 метров так и останется (Рис.3).
Рисунок 3 – длина и глубина скважины. Глубина будет 100 метров, длина 200 метров.
Единственное исключение из этого, так скажем, правила – это неприменимо к вертикальным скважинам. У этих скважин обе величины будут иметь одинаковое значение.
Теперь ответим на второй вопрос – зачем их бурят? Сейчас даже у малышей есть навыки пользоваться смартфоном или компьютером – молодежь нынче очень прогрессивная. Так вот – разберите его мысленно или реально на составные части. А теперь по порядку рассмотрим из чего он состоит, но не будем слишком углубляться в детали, а обобщенно. Корпус – зачастую пластик, изготовлен из нефтепродуктов, различные болтики, винтики и пластины крепления – металл, полученный из железной руды и сплавов различных металлов. Добавим сюда драгоценные металлы, они тоже есть в смартфонах хоть и в малых количествах. Стекло – кварцевый песок. Это только небольшая часть элементов смартфона, но этого нам достаточно будет для понимания. А теперь объединим все из чего это сделано и получим – полезные ископаемые. Так вот – самое главное для чего бурят скважины – найти полезные ископаемые!!! Металлы, минералы, газ, нефть и еще много чего. Также бурят скважины для водоснабжения, вскрывая водоносные горизонты. Существует еще такой вид бурения как буровзрывной способ. Его применяют при добыче полезных ископаемых которые залегают в твердых горных породах. Экскаватор не в силах расковырять эту твердь земную. Буровики, пробурив определенное количество скважин, закладывают взрывчатку и после взрыва порода разрыхляется, позволяя загружать ее в горные самосвалы.
На этом закончу эту статью, но продолжение следует, еще будет очень много интересного, так как проработав в этой сфере много лет мне есть о чем поведать. Если понравилось, подписывайтесь на канал и будете всегда в курсе выхода новых статей. Всем удачи и до встречи!
Что может быть нового и научного в технологиях добычи полезных ископаемых на россыпных и осадочных месторождениях алмазов, золота, платины, янтаря, фосфоритов…?
Сотни лет ведется разработка столь важного в мире сырья, месторождения истощаются, увеличивается глубина добычи, уменьшается концентрация полезного компонента на 1 м3 вынимаемых вмещающих его пород. Если не предлагать горной промышленности новые технические разработки в этой области, человечество может однажды остаться без столь важных промышленности и повседневной жизни материалов.
Все «лакомые куски» известных месторождений россыпного золота, алмазов, платины, сапфиров давно выработаны. Горнодобывающая промышленность переходит на забалансовые и малые по запасам месторождения. При этом очень важно, чтобы добыча полезных ископаемых на таких месторождениях была рентабельна, безопасна и технологична. Ни подземная (шахтами), ни открытая (карьерами) добыча не может быть в данном случае пригодна для освоения природных россыпей или осадочных продуктивных пластов. Первая, практически не пригодна, вторая – экономически не выгодна в условиях мерзлоты, обводненности, малого содержания и количества полезного ископаемого на выявленных участках месторождений.
Вот в таких случаях на помощь горнякам приходят геотехнологические способы добычи полезных ископаемых, в частности – скважинная гидродобыча (СГД). Способ заключается в бурении технологических скважин, вскрывающих россыпное или осадочное месторождение того или другого полезного компонента, установку в скважины высоконапорного гидромонитора, размывающего полезный пласт и превращающего породы и воду в гидросмесь, элеваторного или эрлифтного подъемника гидросмеси на поверхность к перерабатывающему или обогатительному комплексу.
Оборудование для СГД может быть выполнено в стационарном, модульно-передвижном и мобильном виде. По производительности такие комплексы могут соперничать с открытыми горными разработками, но, как правило, ограничиваются 150-600 м3/ч по пульпе.
На сегодняшний день СГД особо важна при добыче россыпного золота в Монголии, Центральной Африке и России, сапфиров и рубинов – в странах Ю-В Азии, лунного камня, сапфиров, рубинов, др. – на Шри Ланка, алмазов – в Якутии, на Мадагаскаре, в африканских странах. Скважинная гидродобыча позволяет эффективно отрабатывать участки месторождений на больших глубинах, с малым содержанием полезного компонента, на незначительных площадях его распространения, в труднодоступных районах…
Себестоимость добычи данным методом в несколько раз ниже традиционных: подземной и открытой разработки. Капитальные вложения – в десятки раз ниже общепринятых.
Не зря к таким способам добычи полезных ископаемых сегодня обращаются в се чаще и чаще. СГД набирает популярность, усовершенствуется и может быть применено даже малым и средним бизнесом.
Так, например, для добычи обводненных строительных песков в Курской области с глубины до 20 м при мощности вскрышных пород 6-8 м и продуктивного пласта – 12-14 м рационально был использован модульно-передвижной комплекс на базе бурильно-крановой техники УБМ-85-17 и гидромонитора АД-300. Достигнута производительность по песку – 45-60 м3/час. Себестоимость песка составила не более 120 руб/м3. Капитальные вложения в добывающе-обогатительный комплекс составили не более 18 млн. рублей.
С 2018 года специалистами Центра по сапропелю по приглашению золотодобывающих предприятий Монголии были обследованы ряд тальвеговых месторождений страны на предмет их разработки при помощи скважинной гидродобычи. При мощности вскрышных пород 60-140 м и продуктивного золотовмещающего слоя – 1-3 м добыча открытым способом полезного ископаемого стала не эффективной и привела к полной остановке работ. Подземная добыча золота в данных горно-геологических условиях не возможна. Первый проект СГД россыпного золота в Монголии показал высокую эффективность его применения. Достигнута производительность по пульпе до 300-440 м3/ч, выемка золота отлажена на уровне 18-20% потерь, в основном, из-за высокой трещиноватости подстилающих пород. Добычное оборудование выполнено мобильным, на пневмоколесном ходу. Проектные капитальные вложения составили 36 млн. руб. Способ только начал применяться и постоянно усовершенствуется.
Скважинная гидродобыча сапфиров в одной из стран Ю-В Азии с глубины 26-78 м при слабосвязных вскрышных породах мощностью 12-14 м спроектирована под мобильную буро-добычную установку на пневмоходу и модульный промывочно-обогатительный узел на санных салазках. Технология позволяет ведение работ с плавной просадкой поверхности и образования на месте добычи водоема. Достигнута пректная производительность по пульпе в 300 м3/ч. Капитальные вложения в оборудование и проектное обоснование бизнеса оцениваются в 38-43 млн. руб.
Пробная скважинная гидродобыча гравийных отложений с содержанием сапфиров, рубинов, «кошачьего глаза», других хризобериллов, гранатов, турмалинов, топазов, кварцев, бериллов также проведена Центром по сапропелю в Шри Ланка. Работы были выполнены в 2004-2006 г. в провинции Балангода и Элахер и длились втечение 6 месяцев мобильным добычным комплексом на базе буровой установки российского производства, промывка и обогащение осуществлялась на российском оборудовании типа «Новомакс». Глубина разработки продуктивного слоя достигала 16-18 м, средняя мощность продуктивного пласта 16-11 м. Капитальные вложения в оборудование комплекса составили 23 млн. руб. За время пробной работы комплекс полностью окупил себя.
Также на Шри Ланке в провинции Ратнапура были проведены работы по СГД аллювиальных россыпей под руслом реки. При ее ширине в 8-22 м и глубине 0.4-1 м удалось сохранить экостабильную обстановку и отработать технологический режим гидродобычи полезного ископаемого, не меняя природного ландшафта. Для этого использовалось оборудование горизонтально-наклонного бурения с одновременной обсадкой скважины.
Сегодня Центр по сапропелю выполняет ряд проектов по СГД россыпного золота в Монголии, алмазов – в России, сапфиров и рубинов – в Камбодже.
Работы проходят успешно, везде достигнуты проектные показатели. Из этого следует, что СГД россыпных и осадочных полезных ископаемых приобретает всеобъемлющий характер и является одним из перспективных методов освоения природных богатств на планете.
ВИДЕООБОЗРЕНИЕ СГД
Скважинная гидродобыча россыпного золота в Монголии
Скважинная гидродобыча полезных ископаемых
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 ноября 2017; проверки требуют 14 правок.
Общая схема буровой установки: 1 — буровое долото; 2 — УБТ; 3 — бурильные трубы; 4 — кондуктор; 5 — устьевая шахта; 6 — противовыбросовое устройства; 7 — пол буровой установки; 8 — буровой ротор; 9 — ведущая бурильная труба; 10 — буровой стояк; 11 — вертлюг; 12 — крюк; 13 — талевый блок; 14 — балкон верхового рабочего; 15 — кронблок; 16 — талевый канат; 17 — шланг ведущей бурильной трубы; 18 — индикатор нагрузки на долото; 19 — буровая лебёдка; 20 — буровой насос; 21 — вибрационное сито для бурового раствора; 22 — выкидная линия бурового раствора.
Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования. Различают три вида бурения:
- Вертикальное бурение
- Наклонно-направленное бурение
- Горизонтальное бурение для прокладки коммуникаций
Бурение скважин — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр «D» которой мал по сравнению с её длиной по стволу «H», без доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют её ствол.
История бурения[править | править код]
Шарошечное буровое долото
В работах философа Конфуция, которые были написаны в 600 г. до н. э., были описаны китайские скважины для добычи воды и соляных рассолов. Такие скважины сооружались с помощью метода ударного бурения и достигали глубины 900 м. Время от времени китайцы в ходе бурения натыкались на нефть или газ, как, например, в Сычуане из скважин глубиной около 240 м добывали газ, который использовался для выпаривания соли.
В России до середины XIX века нефть добывалась на Апшеронском полуострове из колодцев, а уже 14 июля 1848 года в местечке Биби-Эйбат была пробурена первая в мире нефтяная скважина ударным способом с применением деревянных штанг.
За пределами России первая нефтяная скважина была пробурена в 1859 году в США полковником Эдвином Дрейком в окрестностях г. Тайтусвиля (Пенсильвания), генеральным представителем Seneca Oil Company. Из-за попыток применить бурение для поиска и добычи нефти местные жители считали Дрейка сумасшедшим. Помимо этого Дрейк, по его собственному утверждению, изобрёл обсадную трубу, «без которой никто не смог бы бурить в низинах, где земля подтоплена»[1].
В 1899 году в России был запатентован электробур. Это был электродвигатель, который был соединен с долотом и был подвешен на канате. Уже в 1938 году была разработана его современная конструкция, а через два года таким электробуром пробурили первую скважину.
В 1930 году в Европе пробурили с земной поверхности скважину на глубину 3 км. В конце 1950-х годов глубина пробуренных скважин увеличилась до 7 км.
Бурение на море впервые было осуществлено в Тихом океане в 1897 г. В России первая морская скважина была пробурена в бухте Ильича на искусственно созданном островке.
В 1970-е — 1990-е гг. пробурена Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая параметрическая скважина в мире, глубиной 12 262 метра.[2].
Классификация скважин по назначению[править | править код]
Скважины на нефть и газ, можно систематизировать следующим образом:
- структурно-поисковые, назначение которых — установление (уточнение тектоники, стратиграфии, литологии, оценка продуктивности горизонтов) без дополнительного строительства скважин;
- разведочные, служащие для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов;
- добывающие (эксплуатационные), предназначенные для добычи нефти и газа из земных недр. К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и параметрические скважины;
- нагнетательные, предназначенные для закачки в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи;
- опережающие добывающие, служащие для добычи нефти и газа с одновременным уточнением строения продуктивного пласта;
- оценочные, назначение которых — определение начальной нефтеводонасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта (и проведение иных исследований);
- контрольные и наблюдательные, предназначенные для наблюдения за объектом разработки исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта;
- опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов, чтобы установить общие закономерности залегания горных пород и выявить возможности образования в этих породах месторождений нефти и газа.
Способы бурения[править | править код]
| Способ бурения | Определение |
|---|---|
| Вращательный | Механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся непрерывным вращением породоразрушающего инструмента с приложением осевой нагрузки. |
| Роторный | Вращательное бурение, при котором буровой снаряд вращается станком с вращателем роторного типа. |
| Турбинный | Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент вращается турбобуром. |
| Объёмный | Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент вращается винтовым (объёмным) двигателем. |
| Электробуром | Вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент вращается электробуром. |
| Алмазный | Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим инструментом, армированным алмазами. |
| Твёрдосплавный | Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим инструментом, армированным твёрдыми сплавами. |
| Дробовой | Вращательное бурение, при котором горная порода разрушается дробью. |
| Ударный | Механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся воздействием ударов породоразрушающего инструмента. |
| Ударно-канатный | Ударное бурение, при котором возвратно-поступательное движение, создаваемое станком, передаётся породоразрушающему инструменту канатом. |
| Ударно-штанговый | Ударное бурение, при котором возвратно-поступательное движение, создаваемое станком, передаётся породоразрушающему инструменту бурильными трубами. |
| Ударно-вращательный | Механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся в результате совместного воздействия ударов и вращения породоразрушающего инструмента.[3] |
| Гидроударный | Ударно-вращательное бурение, при котором удары сообщаются породоразрушающему инструменту гидроударником. |
| Вибрационный | Механическое бурение, при котором внедрение бурового снаряда осуществляется виброударником. |
| Гидродинамический | Бурение, при котором горная порода разрушается высоконапорной струёй жидкости. |
| Термический | Бурение, при котором горная порода разрушается тепловым воздействием. |
| Электрофизический | Бурение, при котором разрушается горная порода под воздействием сил, возникающих в результате электрического разряда. |
| Взрывоударный | Бурение, при котором горная порода разрушается под воздействием сил, возникающих в результате взрыва. |
| Химический | Бурение, при котором горная порода разрушается под действием реагентов, вступающих с ней в химическую реакцию. |
| С промывкой | Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаляются потоком промывочной жидкости. |
| С продувкой | Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаляются потоком газа. |
Буровое оборудование[править | править код]
- Буровая вышка
- Буровая установка
- Буровой станок
- Бурильная колонна представляет собой спущенную в скважину сборку из бурильных труб скреплённых между собой бурильными замками, предназначенную для подачи гидравлической и механической энергии к долоту, для создания осевой нагрузки на долото, а также для управления траекторией бурящейся скважины.
- Долото шарошечное
См. также[править | править код]
- Шарошечное бурение
- Алмазное бурение
- Глубоководное бурение
- Бурение методом обратной продувки
- Вышкомонтажник
- Скважина
Литература[править | править код]
- Басарыгин Ю. М., Булатов А. И., Проселков Ю. М. Бурение нефтяных и газовых скважин. — Учеб. пособие для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. — 632 с. — ISBN 5-8365-0128-9.
- Башкатов Д.Н., Панков А.В., Коломиец А.М. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. – М.: Недра, 1992. – 286 с. – ISBN 5-247-02228-9.
- Буровое оборудование. — Технический каталог. — М.: «Немецкая фабрика печати», 2008. — 265 с.
- Дэниел Ергин. Добыча: Всемирная история борьбы за нефть, деньги и власть = The Prize: The Epic Quest for Oil, Money, and Power. — М.: «Альпина Паблишер», 2011. — 944 с. — ISBN 978-5-9614-1252-9.
- Мир-Бабаев М. Ф. Краткая история азербайджанской нефти. Книга вторая. — Баку, Изд-вo SOCAR, 2012, 288 с.
- Загадки глубокого бурения
- Фрик Э. Л. Бурение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Petroleum Engineering-Drilling and Well Completions, C. Gatlin (ed.), Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, NJ (1960.
- Lessons in Rotary Drilling, U. of Texas, Unit II, Lesson 3.
- A Primer of Oil Well Drilling, third and fourth editions, U. of Texas.
- Rotary Drilling Handbook, sixth edition, J.e. Brantly (ed.) Palmer Pub., New York City.
- Andrew B. Cecala, Andrew D. O’Brien, Joseph Schall, Jay F. Colinet et al. Глава 3. Бурение и взрывные работы // Руководство по защите от пыли при добыче и переработке полезных ископаемых = Dust Control Handbook for Industrial Minerals Mining and Processing. — National Institute for Occupational Safety and Health. — DHHS (NIOSH) Publication No. 2012-110, 2012. — 312 p. Вариант перевода PDF