References

gscience

Mining Science and Technology (Russia)

Горные науки и технологии

2500-0632

The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)

10.17073/2500-0632-2021-1-42-51

gscience-264

Research Article

MINERAL RESOURCES EXPLOITATION

РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Methods and technical solutions for keeping the path of a geotechnological borehole

Методы и технические решения повышения надежности удержания трассы геотехнологической скважины

Молдаши

Д. Н.

Moldashi

D. N.

Динмухамед Нурболович Молдаши – председатель правления

г. Алматы

Dinmukhamed N. Moldashi – Chairman of the Board

Almaty

priemnaya@vg.kazatomprom.kz

АО «Волковгеология» (НАК «Казатомпром»)КазахстанVolkovgeologia JSC (NAC Kazatomprom)Kazakhstan

2021

06042021

614251

2021

Молдаши Д.Н.

Moldashi D.N.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://mst.misis.ru/jour/article/view/264

With increasing depth of exploration and process boreholes (at small drilling diameters), the probability of deviation of the borehole path from design trajectory increases many times; i. e. zenith curvature and azimuth deviation of the borehole path occur. Therefore, developing methods for keeping vertical path of the borehole when drilling deeper horizons of ore bodies is a very topical issue. The paper presents the results of developing a new bottom-hole assembly for drilling boreholes in soft rocks using screw casing centralizers, which provide good stabilizing and centering effects to mitigate horizontal departure of the hole axis from the design direction and minimize vertical curvature of the hole path (zenith angle) while maintaining sufficient drill string flexibility. The developed technical solutions provide simplicity of design and ability to adapt to wide range of mining, geological and technological drilling conditions. The feasibility of manufacturing the centralizers by own efforts and the technological feasibility of quick and easy connecting the centralizer with other elements of the bottom-hole assembly have been substantiated. The manufacture efficiency is proved by the use of inexpensive and wear-resistant materials in the centralizer armouring, for which tungsten-cobalt or titanium-cobalt hard-alloy inserts were used. In addition, prevailing volume of borehole drilling in soft rocks allowed using replaceable centering elements, as well as their repair and restoration to increase their service life. The manufactured centralizer has a low production cost due to the design simplicity and the use of inexpensive wearresistant material and will compete in the market of drilling tools and technical devices for drill string stabilization. The economic effect from the introduction of the self-produced centralizers amounted to more than 170,000 tenge per a borehole.

С увеличением глубины разведочных и технологических скважин при малых диаметрах бурения многократно возрастает вероятность отклонения трассы скважин от заданной траектории, т.е. происходит искривление трассы скважины по зениту и отклонение по азимуту. Поэтому применение способов удержания трассы скважины по вертикали при бурении более глубоких горизонтов рудных тел – вопрос очень актуальный. В работе представлены результаты разработки новой компоновки низа буровой колонны для бурения скважин в мягких горных породах с использованием винтовых центраторов, позволяющих обеспечить хорошие стабилизирующие и центрирующие воздействия, необходимые для уменьшения горизонтального смещения оси скважины от заданного направления, и уменьшение искривления трассы скважины по вертикали (зенитного угла) при сохранении достаточной гибкости буровой колонны. Разработанные технические решения отличаются простотой конструкции и возможностью адаптации к широкому диапазону горно-геологических и технологических условий бурения. Обоснованы возможность изготовления центраторов собственными производственными мощностями и технологическая возможность быстрого и легкого соединения с другими элементами низа буровой колонны. Эффективность производства доказана использованием в армировке центраторов недорогих по стоимости и износостойких материалов, в качестве которых были применены твердосплавные вольфрам-кобальтовые или титан-кобальтовые вставки. Кроме того, преобладающий объем бурения скважин в мягких горных породах позволил предусмотреть использование сменных центрирующих элементов, а также возможность ремонта и реставрации для увеличения срока службы, производственного ресурса и повторной эксплуатации. Изготовленный центратор имеет низкую себестоимость производства за счет простоты конструкции и применения недорогого износостойкого материала и составит достойную конкуренцию на рынке буровых инструментов и технических средств для стабилизации бурильной колонны. Экономический эффект от внедрения центраторов собственного производства на 1 (одну) скважину составил более 170 000 тенге.

горные породыбурениеразведочные скважинытехнологические скважиныдобыча уранаКазахстан

rocksdrillingexploration boreholetechnological boreholeuranium miningKazakhstan

References1

Ракишев Б. Р., Федоров Б. В. Техника и технология сооружения геотехнологических скважин. Алматы; 2013. 260 с.

Rakishev B. R., Fedorov B. V. Technique and process for the construction of geotechnological boreholes. Аlmaty; 2013. 260 p. (In Russ.)

Armstrong D., Jeuken B. Management of In-Situ Recovery (ISR) Mining Fluids in a Closed Aquifer System. In: Proceedings of the International Mine Water Conference. 19–23 October 2009. New York: Curran Associates; 2009. P. 688–697.

Armstrong D, Jeuken B. Management of in-situ recovery (ISR) mining fluids in a closed aquifer system. In: Abstracts of the International Mine Water Conference. South Africa; 2009. P. 703–712.

Armstrong D, Jeuken B. Management of in-situ recovery (ISR) mining fluids in a closed aquifer system. In: Abstracts of the International Mine Water Conference. South Africa; 2009, pp. 703–712.

Arnold N., Gufler K. The future of Nuclear Fuel Supply. In: Proceedings of the 1st INRAG Conference on Nuclear Risk. 16–17 April 2015. Vienna: University of Natural Resources and Life Sciences in Vienna; 2015. P. 1–27.

Benes V., Gorbatenko O., Jones B., Marten H., Solodov I., Slezak J. International overview of ISL uranium mining operations. In: IAEA − Uranium raw material for the nuclear fuel cycle: Exploration, Mining, Production, Sypply and Demand, Economics and Environment issues. 23–27 June, 2014. Vienna, Austria, URAM; 2014.

Boystov A. Worldwide ISL Uranium Mining Outlook. In: In Situ Leach Mining of Uranium: An Overview of Operations. IAEA Nuclear Energy series NF-T-1.4 (URAM-2014). Vienna: IAEA; 2016.

Сушко С. М., Бегун А. Д., Федоров Б. В., Касенов А. К., Дауренбеков С. Д. Методика сооружения скважин для разведки и добычи урана методом ПСВ. Алматы: АО НАК «Казатомпром», ТОО «Институт высоких технологий»; 2007. 178 с.

Sushko S. M., Begun A. D., Fedorov B. V., Kassenov A. K., Daurenbekov S. D. Technique of borehole construction for exploration and production of uranium using ISL method. Almaty: JSC NAC Kazatomprom, Institute of High Technology LLP (IHT); 2007. 178 p. (In Russ.).

Boytsov A. Worldwide ISL Uranium Mining Outlook: presentation. In: Proceedings of the International Symposium on Uranium Raw Material for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues (URAM-2014). 23–27 June 2014. Vienna: IAEA; 2014. P. 1–23.

Mudd Gavin M., Critical review of acid in situ leach uranium mining: 1. USA and Australia, Cases and Solutions. Environmental Geology. 2001;(41):390–403. https://doi.org/10.1007/s002540100406

Uranium 2018: Resources, Production and Demand. A Joint Report by the Nuclear Energy Agency and the International Atomic Energy Agency. Boulogne-Billancourt, France: Nuclear Energy Agency (NEA); 2018. URL: https://oecd-nea.org/jcms/pl_15080/uranium-2018-resources-production-and-demand?details=true

Khawassek Y. M., Taha M. H., Eliwa A. A. Kinetics of Leaching Process Using Sulfuric Acid for Sella Uranium Ore Material, South Eastern Desert, Egypt. International Journal of Nuclear Energy Science and Engineering. 2016;(6):62–73. https://doi.org/10.14355/ijnese.2016.06.006

Брылин В. И. Технология бурения и оборудование эксплуатационных скважин при отработке месторождений урана методом подземного выщелачивания. Томск: Изд-во Томского политехнического университета; 2010. 218 с.

Brylin V. I. Drilling technology and equipment for production boreholes for in-situ leaching recovery of uranium. Manual for graduate students: National Research Tomsk Polytechnic University, Yurga, Russia Tomsk, Publishing House of Tomsk Polytechnical University; 2010. 218 p. (In Russ.).

Бейсебаев A. M., Туякбаев Н. Т., Федоров Б. В. Бурение скважин и горноразведочные работы. М.: Недра; 1990. 303 с.

Beisebaev A. M., Tuyakbaev N. T., Fedorov B. V. Borehole drilling and exploration. Мoscow: Nedra; 1990. 303 p. (In Russ.).

Гержберг Ю. М. Бурение ступенчатым забоем как средство ограничения искривления скважины. Бурение и нефть. 2013;(6):28–31.

Gerzhberg Yu. Drilling with stepped face as mean to restrict deviation of well. Burenie i Neft’. 2013;(6):28–31. (In Russ.)

Диева Н. Н., Вольпин С. Г., Корнаева Д. А., Штейнберг Ю. М. Повышение информативности исследований скважин, работающих при забойном давлении ниже давления насыщения, методом установившихся отборов. Бурение и нефть. 2014;(1):41–43.

Dieva N., Vol’pin S., Kornaeva D., Shteinberg Yu. By method of settled production rates increasing of surveys information content of wells working with bottom-hole pressure lower than saturation pressure. Burenie i Neft’. 2014;(1):41–43. (In Russ.)

Кейн С. А. Современные технические средства управления траекторией наклонно-направленных скважин. Ухта: УГТУ; 2014. 119 с.

Kein S.A. Modern facilities for directional drilling trajectory control. Ukhta: USTU; 2014. 119 p. (In Russ.).

Wu H.-H., Hinke S., Fan Y. A new well positioning technique: Access-independent ranging solution for providing accurate well completion. In: Proceedings – SPE Annual Technical Conference and Exhibition. San Antonio, Texas, USA; 2017. https://doi.org/10.2118/187050-ms

Prawira A. Y. Logging while drilling operation. Engineering Solid Mechanics. 2019;7(3):163–178. https://doi.org/10.5267/j.esm.2019.6.001

Hearst Joseph R., Nelson Philip H. Well logging for physical properties: a handbook for geophysicists, geologists, and engineers. 1985. 571 p.

Aadnoy B. S., Cooper I., Miska S. Z., Mitchell R. F., Payne M. L. (eds.) Advanced Drilling and Well Technology. Society of Petroleum Engineers; 2009. 888 p.

Bourgoyne Jr. A. T., Millheim K., Chenevert M., Young Jr. F. S. Applied Drilling Engineering. SPE Textbook Series, Vol. 2. Society of Petroleum Engineers; 1991. 502 p.

Klingbiel T. The Uranium and Conversion Markets. In: U.S. Women in Nuclear Conference. July 18, 2005.

Mataev M. M., Rakishev B. R., Kenzhetaev G. S. The impact of ammonium bifluoride complex on colmataging formations during the process of in situ uranium leaching. International Journal of Advanced Research. 2017;5(2):147–154. https://doi.org/10.21474/IJAR01/3126

Meng H., Li Z., Ma F., et al. Preparation and characterization of surface imprinted polymer for selective sorption of uranium (VI). Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2015;306(1):139–146. https://doi.org/10.1007/s10967-015-4067-8

Niyetbayev M., Yermilov A., Avdassyov I., Pershin M. The methods for performance improvement of technological wells at in-situ uranium leaching. In: International Symposium on Uranium Raw Material for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues (URAM-2014). 23–27 June 2014. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. P. 81.

Башкатов Д. Н., Панков А. В., Коломиец A. M. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. М.: Недра; 1992. 286 с.

Bashkatov D. N., Pankov A. V., Kolomiets A. M. Cutting edge technique for drilling hydrogeological boreholes. Moscow: Nedra; 1992. 286 p. (In Russ.).

Леонов Е. Г. Новая модель оптимизации режимов роторного бурения. Выбор лучшего типа долота. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2005;(5):2–5.

Leonov E.G. New model for optimization of rotary drilling practices. Selection of the best bit type. Stroitel’stvo neftianykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2005;(5):2–5. (In Russ.)

Polack C. Uranium exploration (2004–2014): New discoveries, new resources. In: International Symposium on Uranium Raw Material for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues (URAM-2014). 23–27 June 2014. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. P. 8–9.

Woods P., Pool T., Beneš V., Gorbatenko O., Jones B., Märten H., Solodov I., Slezak J. International overview of ISL uranium mining operations. In: International Symposium on Uranium Raw Material for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues (URAM-2014). 23–27 June 2014. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. P. 138.

Беркунов B. C., Леонов Е. Г. Обобщенные формулы для определения оптимальных значений времени отработки долота и его проходки. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1999;(10):20–21.

Berkunov B. C., Leonov E. G. Generalized formulas for determining optimal values of a bit drilling footage and operation time. Stroitel’stvo neftianykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 1999;(10):20–21. (In Russ.)

Булатов А. И., Демихов В. И., Макаренко П. П. Контроль процессов бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Недра; 1998. 345 с.

Bulatov A. I., Demikhov V. I., Makarenko P. P. Oil and gas boreholes drilling monitoring. Мoscow: Nedra; 1998. 345 p. (In Russ.).

Гержберг Ю. М., Кузнецов Н. И., Киршин В. И., Кулигин А. В. Научные основы и современная технология безориентированного регулирования трассы скважины. М.: ООО «ИРЦ Газпром»; 2008. 45 c.

Gerzhberg Yu. M., Kuznetsov N. I., Kirshin V. I., Kuligin A. V. Scientific fundamentals and modern technique for non-oriented control of hole path. Мoscow: LLC IRC Gazprom; 2008. 45 p. (In Russ.).

Курочкин Б. М. Техника и технология ликвидации осложнений при бурении и капитальном ремонте скважин. В 2-х т. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». 2007;1:598; 2008;2:555.

Kurochkin B. M. Technique and process for eliminating complications during drilling and overhaul of boreholes. Мoscow: JSC VNIIOENG Publ. 2007;1:598; 2008;2:555. (In Russ.).

Ошибков А. В., Двойников М. В. Исследование характеристик профилей наклонно-направленных скважин, представленных одной линией. Бурение и нефть. 2014;(6):18–20.

Oshibkov A. V., Dvoynikov M. V. Characteristics “survey of directional wells’’ profiles presented by one line. Burenie i neft’. 2014;(6):18–20. (In Russ.).

Пенкевич С. В. Методические указания к расчету эрлифта при откачке из гидрогеологических скважин. М.: МГГРУ; 2003. 28 с.

Penkevich S. V. Procedural guidelines for airlift calculation when pumping out of hydrogeological boreholes. Мoscow: MGGRU; 2003. 28 p. (In Russ.).

Цуприков Л. А. Определение параметров модели механической скорости бурения методом наименьших квадратов. В кн.: Телекоммуникационные и информационные системы: тр. междунар. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та; 2007. С. 274–276.

Tsuprikov L. A. Determination of the ROP model parameters by the least squares method. In: Telecommunication and information systems. Proceedings of Int. Conf. St. Petersburg: Publ. House of Polytechnical University; 2007, pp. 274–276 (In Russ.).

Доровских И. В., Подъячев А. А., Павлов В. А. Влияние изменения механических свойств горных пород при насыщении буровым раствором на напряженное состояние прискважинной зоны. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2014;(11):31–38.

Dorovskikh I. V., Pod’yachev A. A., Pavlov V. A. Effect of changes in mechanical properties of rocks when saturating with drilling fluid on the stress state of the near well bore area. Stroitel’stvo neftianykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2014;(11):31–38. (In Russ.).

Коротченко А.Н., Земляной А. А. Система регистрации параметров, закачиваемых в скважину жидкостей. Бурение и нефть. 2013;(1):49–50.

Korotchenko A., Zemlyanoy A. Registering system of parameters of liquids being pumped into well. Burenie i Neft’. 2013;(1):49–50. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.