Успешное бурение сверхпротяженной разведочной скважины на шахте Boulby

В северо-восточной Англии на шахте Boulby Potash по добыче поташа горнодобывающей компанией Cleveland Potash был осуществлен уникальный проект бурения горизонтальной колонковой скважины, в процессе которого были отобраны керновые образцы породы и руды. Уникальность проекта заключалась в рекордной протяженности горизонтальной скважины – общая ее длина составила 3963 м.

Бурение производилось в северной части шахты, имеющей 4000-футовую глубину. По проекту буровая установка размещалась в штольне на глубине 2070 м. Скважина проводилась по соленосным породам под горизонтально залегающим рудным телом и подсекала его в 11-ти местах.

Для осуществления этого проекта был выбран станок Diamec 282 фирмы Сraelius – ведущего подразделения группы Atlas Copco по производству буровых установок для разведочного бурения. Станки серии Diamec были разработаны под специальную технологию отбора проб при бурении геологоразведочных скважин, позволяющую осуществлять непрерывное транспортирование породного шлама и отбирать образцы керна. Технология отбора проб заключается в том, что образцы породы в виде шлама выводятся гидротранспортом, а руды – в виде керна.

Для создания необходимого напора подаваемой в скважину промывочной жидкости в устье колонковой скважины была пробурена короткая скважина (длиной 6 м) диаметром 150 мм, затем ее зацементировали, а в устье сооруженной «трубы» закрепили заглушку для герметизации скважины. С целью избежания вымывания (растворения) солей в поташной шахте, что может привести к опасным ситуациям и разрушению скважин, вместо воды в качестве промывочной жидкости использовался раствор насыщенного рассола.

Основная колонковая скважина бурилась штангами типоразмера NK и буровой коронкой с внешним диаметром 85.5 мм с формированием образцов керна диаметром 51.5 мм.

Для отбора проб руды в установленных местах скважина должна была отклоняться от горизонтального направления и пересекать пласт поташа снизу вверх. Изменение направления бурения достигалось за счет изменения взаимного расположения расширителя и буровой колонны, а также изменения скорости подачи и скорости вращения коронки. При близком расположении расширителя и коронки, скорости вращения около 600 об/мин и быстрой скорости подачи скважина начинает отклоняться вниз (на схеме – В). Чтобы произошло отклонение скважины вверх требуется отдалить расширитель от коронки на 18 м, повысить скорость вращения до 750 об/мин и замедлить скорость поступательного движения (на схеме – А).

В случае бурения по породе подача промывочной жидкости на забой производилась между штангой и стенкой скважины. Обратно жидкость отводилась по внутренней штанге, вынося частички породного шлама гидротранспортом. Образцы по руде отбирались в виде керна.

В шахте температура достигала +40°С, в то время как температура масла в гидросистеме находилась в пределах +56°-+60°С. Учитывая проблемы с использованием воды станок Diamec 282 был модернизирован – на нем установлен воздушный маслоохладитель и двигатель мощностью 120 л.с. Привод вентилятора маслоохладителя осуществлялся от гидравлического двигателя, который управлялся с пульта управления бурением. Независимый электропривод промывочного насоса был выбран как наиболее эффективный для данных условий. На последней стадии бурения скважины производительность насоса достигала 135 л/мин при давлении в гидравлической системе 275 бар.

За 10 недель было пробурено 3963 метров скважины, которые распределились следующим образом:

1 неделя – 60 м;

2 неделя – 573 м;

3 неделя – 600 м;

4 неделя – 615 м;

5 неделя – 474 м;

6 неделя – 537 м;

7 неделя – 267 м;

8 неделя – 462 м;

9 неделя – 362 м;

10 неделя – 15 м.

Среди буровых установок серии Diamec установка Diamec 282 способна бурить скважины с наибольшим многообразием диаметров и глубин. На этой полностью гидрофицированной установке все операции с бурильными или обсадными трубами можно выполнять через патрон вращателя и штангодержатель. Возможность бурения нисходящих скважин с гидроударником в сочетании с отбором керна позволяют получить значительную экономию времени. Глубина при бурении скважины диаметром 100 мм может достигать 600 м.

Благодаря своей модульной конструкции установка может эффективно использоваться как для бурения с поверхности, так и из подземных выработок.

Установка Diamec 282 была спроектирована с целью обеспечения самых высоких требований безопасности бурильщиков: патрон не имеет внешних вращающихся частей, механизм подачи – без приводных цепей, мощная автоматизированная система спуска и подъема, свинчивания и развинчивания труб исключает необходимость применения ключей.

Установка может поставляться в двух базовых вариантах – несамоходное исполнение с буровой мачтой на широких или узких полозьях для бурения соответственно с поверхности под любым углом наклона или для бурения восстающих и нисходящих скважин из подземных выработок. Кроме того, возможно исполнение самоходной установки на гусеничном ходу.

Установка Diamec 282 не имеет алюминиевых частей и может быть легко налажена для работы с такими пожаробезопасными жидкостями, как Aguacent, Mobile Hydrofluid HFC 46 и др.

Силовой агрегат для установки Diamec 282 выпускается с электрическим или дизельным двигателем, а для работ в угольных шахтах – с трудновоспламеняемой гидравлической жидкостью.

Журнал "Горная Промышленность" №3 1997