Перспективы применения колтюбинговых установок при скважинной добыче твердых полезных ископаемых

18.07.2013
Известно, что примерно 60% твердых полезных ископаемых во всем мире залегает в жидкостно-проницаемых горных породах, и уже сейчас остро стоит проблема отработки таких рудных тел. Не менее 20% полезных ископаемых залегает в недостаточно проницаемых горных структурах, что приводит к очень низким коэффициентам их извлечения. Прослеживается четкая тенденция увеличения глубин отработки рудных полезных ископаемых. Сложность решения проблемы их добычи в этих условиях заключается в том, что общественная необходимость разработки глубокозалегающих и трудно извлекаемых полезных ископаемых непрерывно возрастает, а существующий уровень науки и техники не позволяет этого сделать при одновременном повышении экономической и экологической эффективности.

Выход из этой критической ситуации связан с поиском принципиально новых путей научно-технического прогресса в горнодобывающих отраслях промышленности.

С этой точки зрения особый интерес сегодня представляют возможности повышения эффективности скважинных методов добычи полезных ископаемых и, в частности, физико-химической геотехнологии (ФХГТ) на основе использования колтюбинговых установок.

Под ФХГТ понимается наука, изучающая условия, средства и способы разработки полезных ископаемых путем перевода их на месте залегания в подвижное состояние посредством осуществления в недрах тепловых, массообменных, химических и гидродинамических процессов, что позволяет производить добычу полезного ископаемого из недр через специальные горные выработки скважины. Она дает возможность соединить в недрах операции по добыче полезных ископаемых с их переделом - превращением в продуктсодержащий рабочий агент, удобный для подъема на поверхность.

Главный принцип такого подхода, заключающийся в осуществлении добычных работ с поверхности земли за счет использования новых дистанционных способов воздействия на горный массив, обеспечивает решение фундаментальной проблемы, которая встала перед горной наукой: привести в соответствие с требованиями XXI века технико-экономические и экологические показатели горных технологий, а также тяжелые и опасные условия труда работников горной промышленности.

Для эффективной реализации скважинных технологий добычи твердых полезных ископаемых характерны, по меньшей мере, три основных направления.

Первое связано с необходимостью тщательного, всестороннего изучения горно-геологических и физико-химических условий месторождения.

Второе - с глубоким знанием не только основ, но и мельчайших деталей физико-химии геотехнологических процессов. Этот этап предполагает проведение лабораторных исследований с моделированием натурных условий и опытных работ на экспериментальных полигонах.

Третье направление связано с разработкой на основе полученных данных рациональной и надежной технологии добычи полезного ископаемого.

При этом должны быть обоснованы способ вскрытия месторождения, процессы перевода полезного ископаемого в подвижное состояние, способы формирования в продуктивных пластах фильтрационных каналов, наведенной и дополнительной проницаемости, доставки, подъема, транспортирования и наиболее эффективных схем переработки добытого продукта.   

По своему назначению скважины, вскрывающие месторождения твердых полезных ископаемых, подразделяются на добычные, вспомогательные (разведочные, кольматационные, водоотливные, оценочные, контрольные и т.д.), специальные (бараксные, ликвидационные и др.).

Классификация способов вскрытия месторождений полезных ископаемых при скважинной отработке представлена в табл. 1.
 
Таблица 1.
Классификация способов вскрытия месторождений при отработке их скважинными методами
 
Способ вскрытия
Область применения
1. Отдельной скважиной:  
а) вертикальной
 
 
б) наклонной,
наклонно-горизонтальной 
 
Скважинная гидродобыча (устойчивые покрывающие породы), подземное растворение солей (мощные залежи).
 
Скважинная гидродобыча (неустойчивые покрывающие породы).
2. Группой скважин:
а) спаренными
 
 
б) взаимодействующими (вертикальными;
 наклонными и вертикальными)
 
Скважинная гидродобыча (небольшая глубина залегания), подземное растворение солей, добыча тепла Земли.
 
Подземное выщелачивание металлов, выплавка серы, газификация угля (залежи полезного ископаемого небольшой мощности).
3. Горной выработкой и скважинами:
а) скважинами из подземных выработок
б) скважинами с поверхности и
из подземной выработки   
в) подземными горными выработками   
Отработка локальных рудных тел в сочетании с традиционной технологией добычи (подземное выщелачивание металлов, скважинная гидродобыча и т.д.)
 
 
Колтюбинговые установки могут быть эффективно применены практически при всех способах вскрытия месторождений и особенно при бурении наклонно-направленных добычных скважин, которые наиболее выгодны при отработке маломощных залежей, так как позволяют отработать большие запасы. Кроме того, с их помощью можно выполнять ряд важнейших технологических операций при проведении горных работ:
  • управлять горным давлением путем разгрузки горного массива от предельных напряжений с помощью различно ориентированных стволов скважин, пробуренных с поверхности или из подземных выработок;
  • разгружать горный массив от водогазовых скоплений с организацией при необходимости их добычи (например, газа при разработке угольных месторождений);
  • производить разупрочнение горных пород продуктивных пластов в комплексе с физико-химическими методами;
  • формировать в продуктивных пластах фильтрационные каналы и в сочетании с волновым воздействием наведенную и дополнительную проницаемость;
  • производить сбойку скважин при организации работ по подземной газификации, подземному растворению и выщелачиванию;
  • управлять технологическим процессом (от разрушения пород до транспортирования пульпы) при скважинной гидродобыче, в частности, управлять работой гидромониторной струи на забое, регулировать и поддерживать заданное расстояние насадки гидромонитора до забоя в процессе отработки очистных камер, менять направление действия струи, отрабатывать пласты на больших расстояниях (до 2 км и более) от скважины (горной выработки) и т.д.

Колтюбинговые технологии позволят резко повысить уровень безопасности для работающих в горных выработках за счет эффективного управления горным давлением и предотвращения выбросов в выработку пластовых вод и взрывоопасных объемов природного газа.

Наверх