Результаты разработки технологии оборудования буровых скважин криогенно-гравийными фильтрами

А.К. Судаков, к.т.н., доцент, Национальный горный университет (Днепропетровск, Украина)

В основу работы, выполняемой на кафедре техники разведки месторождений полезных ископаемых Национального горного университета (НГУ), положена идея создания технологии изготовления элемента гравийного фильтра блочной конструкции с соединением гравийного материала в монолитный композит с помощью минераловяжущего вещества на водной основе с последующей однопорционной доставкой и установкой его в скважине и переходом гравийного композита из монолитного состояния в рыхлое, в связи с приобретением минераловяжущим веществом реологических свойств воды, которое происходит под воздействием положительных температур пластовых вод.

Область применения разработанной технологии – долгосрочное оборудование криогенно-гравийными фильтрами (КГФ) буровых скважин различного целевого назначения в интервале неосновных (основных), безнапорных (артезианских) водоносных горизонтов с глубиной их залегания (установки фильтра) до 100 м, которые представлены мелкозернистыми, тонкозернистыми и пылевидными песками. При реализации разработанной технологии необходимо выполнить следующие технологические операции: изготовить на дневной поверхности криогенно-гравийные элементы (КГЭ) фильтра блочной конструкции, собрать рабочую часть КГФ, осуществить спуск КГФ к продуктивному горизонту и посадить его в водоприемную часть скважины. Технологические операции и варианты их осуществления приведены в таблице.

При разработке технологии оборудования КГФ буровых скважин выполнен достаточно большой объем исследований, в результате которых установлены:

в лабораторных условиях – закономерность изменения реологических свойств вяжущего вещества;
в лабораторных и стендовых условиях – закономерность изменения физико-механических свойств композита и КГЭ фильтра во времени в зависимости от изменения температуры и окружающей среды;
аналитически и в стендовых условиях – закономерности изменения температурных полей при их замораживании и растеплении во времени в зависимости от изменения температуры и окружающей среды;
в стендовых условиях – установлены закономерности изменения технологических факторов от условий применения разработанной технологии.

Все это дало возможность оборудовать на территории Днепропетровской и Запорожской областей четыре гидрогеологических скважин глубиной от 50 до 100 м. В результате производственных испытаний получен ряд результатов:

1. Производственные испытания технологии оборудования гидрогеологических скважин КГФ подтвердили эффективность разработанной и испытанной технологии и доказали, что:

разработанная технология изготовления КГЭ фильтра позволяет ее применять в условиях буровой;
разработанная технология транспортировки КГФ по стволу скважины и примененное стандартное технологическое оборудование и инструмент не усложняет процесс оборудования водоприемной части гидрогеологической скважины гравийным фильтром, а упрощает его (фото).

2. Технология изготовления КГЭ фильтра позволяет уменьшить расход гравийного материала в 9–11 раз, улучшить процесс изготовления гравийной фильтра за счет формирования обсыпки на дневной поверхности.

3. Испытанная технология оборудования водоприемной части одной гидрогеологической скважины КГФ позволяет сократить непроизводственные затраты времени в 2–2,5 раза.

4. Экономический эффект от применения технологии оборудования водоприемной части одной гидрогеологической скважины КГФ составил 760–1000 долл. США.

Выводы

В ходе проведения исследований установлено, что разработанная нетрадиционная технология оборудования буровых скважин КГФ позволяет:

уменьшить расход гравийного материала и времени на его транспортировку по стволу скважины к водоносному горизонту;
избежать зависание гравийного материала при его транспортировке по стволу скважины;
улучшить качество гравийных фильтров за счет формирования при визуальном контроле на дневной поверхности гравийной обсыпки, а при необходимости формирования многослойной обсыпки с заданными параметрами;
устранить вероятности образования зияющих пустот в гравийной обсыпке;
снизить вероятности пескования скважины;
снизить гидравлические сопротивления при повышении эффективной пористости и др. При этом скважина будет оборудована гравийным фильтром с заданными и неизменными при транспортировке и установке в водоносный горизонт геометрическими и гидравлическими параметрами.

Результатом применения данной технологии стало сокращение непроизводственных затрат времени в 2–2,5 раза и средств на 760–1000 долл. США при улучшении качества работ, а значит долговечности скважины.

Источники информации:

Патент 18663 України, МКИ Е21 В43/08. Гравійний фільтр / А.О.Кожевников, А.К.Судаков Друк. 15.11.06; Бюл. №11.
Кожевников А.А., Судаков А.К., Гриняк А.А. Гравийные фильтры с использованием эффекта двухфазного инверсного перехода агрегатного состояния вяжущего вещества. Породоразрушаючий та металооброблювальний інструмент – техніка та технологія його виготовленняі використання: вып. 11. – Киев: ИСМ им. Бакуля НАН Украины 2008. c. 84–88.