Северный город: Петербургское ноу‑хау помогает в бурении геолого‑разведочных скважин на «Маяке»

Сейчас легкий и мобильный герметизатор‑превентор успешно проходит тестовые испытания в выработках под землей. А в скором времени он станет полноправным помощником горняков.

Прибор разработали специалисты компании «Водный центр Санкт‑Петербургского государственного университета». Он обеспечивает безаварийное бурение в случае подсечения возможных водо- и газопроявлений.

Первое бурение геолого‑разведочной опережающей скважины для дальнейшей проходки было выполнено экспериментальным образцом на руднике «Маяк» в ноябре 2023 года. Тогда испытания прибора проводились в рамках научно‑исследовательской и опытно‑конструкторской разработки. После первых испытаний конструкцию прибора усовершенствовали, а затем были произведены серийные образцы, которые сейчас показывают отличные результаты на «Маяке».

«Герметизатор‑превентор используется для безаварийного бурения геолого‑разведочных скважин при опережающем строительстве выработок. Он помогает предотвратить риски, возникающие в условиях возможного прорыва подземных вод или выброса газа в процессе бурения. Превентор блокирует их и не позволяет выходить за пределы массива, тем самым предотвращая возможную аварийную ситуацию в горной выработке. При этом процесс бурения не останавливается. Раньше, если при бурении натыкались на подземные воды, работы прекращались, ставилась заглушка и геолого‑разведочные изыскания проводились в другом месте. Также изобретение питерских ученых позволяет вести мониторинг водопритока в случае его вскрытия. В данном комплексе предусмотрено использование гидрогеологического оборудования, которое позволяет выполнять замеры давления воды, ее расход инструментальными методами. На основе этих данных проводится моделирование параметров подземных вод», — рассказал Александр Кондратьев, руководитель проектов группы по реализации технологических проектов «Норникель Технические сервисы».

Сейчас на руднике «Маяк» происходит внедрение в производство серийных образцов. После испытания на этой скважине этот прибор можно будет использовать и на других рудниках Заполярного филиала компании. Стоит добавить, что рудник «Маяк» не случайно был выбран первопроходцем в испытании нового прибора. Горные выработки здесь находятся на небольшой глубине, и водоносный горизонт находится ближе всего к ним, а значит, возможные риски встречи в процессе бурения с подземными водами здесь выше.

Герметизатор‑превентор уникален. Он изначально разрабатывался так, чтобы при его монтаже можно было обойтись малыми силами. Да и сделан он с запасом прочности. Номинальное давление, которое создавалось при испытаниях, составляло порядка 40 атмосфер, расчетное не более 15‑20. Использовать устьевое оборудование можно и при более высоком давлении, вплоть до 60 атмосфер. Глубина тестовой скважины составила 85 метров. Вес этой чудо‑машины около 30 килограмм, и справиться с его установкой могут два человека. Стоит добавить, что одного превентора на весь рудник «Маяк» будет достаточно.

«На первом этапе испытаний превентор показал себя хорошо, давление в 40 атмосфер продержал более двух часов, как было предусмотрено программой испытаний, и тем самым убедил руководство Заполярного филиала в эффективности его применения на горных выработках, где возможно водопроявление. На руднике „Маяк“ он впервые проходил испытание в горизонтальных горных выработках, в перспективе его применение при бурении вертикально‑восстающих скважинах. Для испытаний были специально выбраны горно‑капитальные выработки, где в непосредственной близости к ним проходит месторождение талнахских подземных вод, а значит, довольно высок риск водопроявления. На первом этапе была пробурена, проверена и испытана 100‑метровая скважина. Вода не появилась. На втором этапе решили проверить серийный образец прибора», — пояснил Александр Иксанов, главный специалист отдела организации и контроля строительства проектного офиса по реализации проектов рудника «Комсомольский» и рудника «Маяк» ЗФ «Норникеля».

Валерий Трифаничев, главный инженер и конструктор компании «Водный центр СПбГУ», сказал, что разработка прибора началась еще в апреле 2023 года, практически с нуля. Изначально стояла задача сделать регламент и технологию безопасного бурения опережающих скважин. Но после проведения мониторинга аналогичного оборудования, включая и импортного, ничего похожего, что подходило бы под запрос компании «Норникель», найдено не было.

«Нам помогло то, что во времена Советского Союза в институте ВИТР были похожие разработки. Это дало зацепку для нашей разработки с учетом современных реалий и требований к оборудованию. Если бурить скважину без обсадки, то, когда начинает идти вода, самое опасное в этой ситуации — может произойти размыв скважины, что, в свою очередь, увеличит поток воды и может привести к подтоплению выработки. Задача была сохранить устье скважины, даже если пошла вода, и не допустить увеличение диаметра скважины. В скважине закрепляется труба определенного диаметра, и все это герметизируется. Такая компоновка называется "кондуктор". Минимальная глубина его установки — пять метров, при условии что породы устойчивые и монолитные. Если породы рыхлые, то длина увеличивается», — рассказал Валерий Трифаничев.

Герметизатор помимо кондуктора присоединяется еще и к фланцу, который устанавливается на анкерах и дает дополнительное закрепление кондуктора в скважине, чтобы его не выдавило водой. Сам превентор‑герметизатор, который, собственно, и герметизирует бурильные трубы, позволяет контролировать движение воды, которая идет по отводящему рукаву. На конце рукава стоит кран, к нему может подсоединяться гидрогеологическое оборудование для замеров давления и объема поступающей воды или с его помощью просто перекрывается поток воды, а дальше появляется время принять решение, что делать с этой скважиной в перспективе.

«Проект интересен своей новизной. Рудник "Маяк" ЗФ "Норникеля" стал первым в России, где было применено оборудование, аналогов которому нет. Нам было интересно посмотреть на работу герметизатора в полях. Помимо этого, перед нами стояла задача сделать так, чтобы его могло обслуживать не более двух человек, и в этом случае вес играет большую роль. Также нам удалось сделать так, чтобы изнашиваемые запчасти было легко заменить, не разбирая весь герметизатор, а сам ремонт не стал дорогостоящим», — добавил Валерий Трифаничев.

В целом изобретатель, заказчик и эксплуатирующее предприятие довольны ноу‑хау. На повторных тестовых испытаниях доработанный герметизатор‑превентор показал себя хорошо.

Ранее «Северный город» рассказывал о том, что демонтаж объектов на ВС‑8 рудника «Маяк» идет полным ходом.