Глубины эксплуатационных скважин ПВ определяются положением продуктивного горизонта, длиной отстойника и др. Положение рудного пласта определяется путем взятия геологических проб (кернов) при опережающем бурении скважин малого диаметра в процессе сооружения технологических скважин, а также по данным геофизических измерений.
Длина отстойника нагнетательных скважин определяется количеством взвесей, находящихся в рабочем растворе, подаваемом в скважину, и временем между профилактическими ремонтами скважин. Обычно длина отстойников в фильтрах, устанавливаемых в нагнетательных скважинах, составляет не более 1 % номинальной глубины скважин, для откачных скважин эта величина не превышает 2 %.
В некоторых случаях при низких уровнях пластового раствора и большой глубине скважин использование эрлифтов в качестве раствороподъемных средств возможно только путем увеличения заглубления смесителя под уровень пластовых растворов. Для этого глубину скважин увеличивают.
Если при перебуривании скважины ниже рудного горизонта последняя вскрывает водоносный горизонт, то необходимо предусмотреть цементацию затрубного пространства отстойника до нижней границы фильтра.
К обсадным трубам для крепления и оборудования геотехнологических скважин предъявляются специфические требования, связанные с условиями сооружения и эксплуатации скважин.
Основными из них являются следующие: 1) достаточная механическая прочность в условиях горного давления и гидродинамических нагрузок; 2) стойкость материала труб к химически агрессивным средам (рабочим и продуктивным растворам), а также при работе в условиях низких и высоких температур; 3) высокие адгезионные свойства или сцепление с различными тампонажными и гидроизоляционными материалами; 4) простота конструкции, надежность в работе и высокая герметичность соединений труб; 5) невысокая стоимость труб, обусловливающая рациональную конструкцию скважин.
Правильный выбор типа труб для обсадных и эксплуатационных колонн геотехнологических скважин определяет работоспособность и срок службы скважин.
В настоящее время для крепления и оборудования геотехнологических скважин широко применяются стальные (в том числе из нержавеющей стали) и полиэтиленовые трубы. Реже используются полипропиленовые, винипластовые, бипластмассовые, фанерные и стальные трубы, футерованные полиэтиленом. В стадии внедрения находятся стеклопластиковые и металлопластовые трубы.
Стальные трубы, изготовляемые по ГОСТ 632–80, широко применяются в качестве обсадных и эксплуатационных колонн при сооружении технологических скважин для подземного выщелачивания солей, а также при обсадке и оборудовании различных вспомогательных скважин (баражные, гидроразрыва пластов, водопонизительные и др.).
При добыче металлов методом ПВ с использованием кислотных растворителей стальные трубы из обычной стали применяются в качестве обсадных, защитных колонн. В процессе освоения и эксплуатации технологических скважин они должны быть изолированы от контакта с продуктивными и рабочими растворами.
Обсадные трубы ГОСТ 632–80 выпускаются бесшовными, муфтового соединения с короткой, нормальной и реже удлиненной резьбами. Стандартом предусмотрено также изготовление труб с удлиненной резьбой трапециедального профиля, отличающегося повышенной прочностью.
Трубы ниппельного соединения, выпускаемые согласно ГОСТ 6238–52, используются при оборудовании неглубоких технологических скважин, а также для вспомогательных работ.
При оборудовании неглубоких геотехнологических скважин стальными обсадными эксплуатационными колоннами муфтового соединения рабочие напряжения в резьбовых соединениях и по телу трубы будут незначительными. Для упрощения конструкции скважин и уменьшения их диаметров, соединительные муфты обсадных труб можно обточить, уменьшив их диаметр на 10 – 15 мм. Это будет способствовать также улучшению условий извлечения труб в процессе ликвидации скважин.
Для выполнения вспомогательных работ в технологических скважинах применяются насосно-компрессорные трубы, изготовляемые по ГОСТ 633–80.
При добыче металлов методом ПВ с использованием кислотных растворителей наиболее полно требованиям технологии оборудования скважин отвечают трубы из коррозионно-стойкой стали. Однако применение труб из нержавеющей стали для крепления и оборудования технологических скважин ПВ очень ограничено вследствие недостаточного числа этих труб и их значительной стоимости. Поэтому в настоящее время трубы из нержавеющей стали применяют только для изготовления фильтров глубоких скважин и скважинного оборудования, а также в качестве раствороподъемных колонн.
Трубы из нержавеющей стали изготовляются по ГОСТ 9940–81 бесшовные, горячедеформированные, коррозионно-стойкие. Наиболее широко используются трубы из стали марок 10Х17Н13М2Т, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т.
Изготавливаются бесшовные, холоднотянутые, холоднокатаные и теплокатаные трубы из нержавеющей стали марок 12Х18Н10Т.
Опыт эксплуатации технологических скважин ПВ показал, что применение стальных труб позволяет упростить конструкции скважин, облегчить их оборудование, а в некоторых случаях и снизить стоимость работ.
Поэтому проводятся исследования, направленные на повышение коррозионной стойкости труб, изготовленных из обычных сталей. Одним из наиболее эффективных направлений улучшения коррозионной стойкости материала труб является использование покрытий поверхности труб кислотостойкими оболочками (футерование; использование лаков и т. д.).
При футеровании полиэтиленовая труба свободно (с зазором) вставляется в стальную, затем вся система подвергается совместному волочению.
Преимуществами футерованных труб являются высокие прочностные показатели (всю эксплуатационную нагрузку несет стальная оболочка) и устойчивость при работе с температурами от –40° до + 90 °С.
При сооружении технологических скважин на полигонах ПВ в основном применялись трубы 114X5 (104ХЗПВП) с фланцевым соединением. Однако широкое применение этих труб для крепления технологических скважин сдерживается по следующим причинам: 1) затруднено проведение ремонтных и других работ в обсаженной скважине вследствие возможного разрушения полиэтиленовой оболочки; 2) применение фланцевого соединения для спуска футерованных труб в скважину требует увеличенного диаметра скважины и: значительных затрат времени на сборку труб; 3) для предупреждения разъедания металлического каркаса растворами кислот крепление скважин футерованными трубами возможно только при наличии двух- и более колонн с обязательной цементацией затрубного пространства кислотостойким или сульфатостойким цементом.
Трубы из неметаллических материалов. Наиболее широко применяются трубы, изготовленные из полимеров (полиэтилен, полипропилен, винипласт), стеклопластика, фанеры, а также различные типы труб, составленные из разнородных материалов (металлопластовые, бипластмассовые и др.).
Трубы из полимерных материалов находят широкое применение при сооружении технологических скважин ПВ с использованием кислотных растворителей в качестве обсадных и эксплуатационных колонн, напорных трубопроводов для подачи сжатого воздуха и рабочих растворов в скважину, а также в качестве раствороподъемных труб.
Трубы из полимерных материалов обладают высокой химической стойкостью при работе в различных агрессивных средах, достаточной механической прочностью, возможностью механической и тепловой обработки. Важным преимуществом труб из полимеров является низкий коэффициент трения, что позволяет предотвратить отложения различных веществ на стенках труб и снизить сопротивления при движении растворов. Они обладают также низкими диэлектрическими показателями и высокой стойкостью против электрохимической коррозии. Однако трубы из полимерных материалов имеют и некоторые недостатки, которые необходимо учитывать при эксплуатации: 1) низкие адгезионные свойства полимерных труб приводят к недостаточному сцеплению цементных и других растворов с поверхностью труб, что способствует ухудшению гидроизоляции зон движения растворов и требуют разработки специальных мероприятий; 2) механическая прочность труб из полимеров уменьшается при увеличении температуры и нагрузок; 3) величина деформации полимерных труб и их работоспособность сильно зависят от температуры окружающей среды, при которой осуществляется эксплуатация труб; 4) физико-механические свойства труб из полимеров под влиянием солнечной радиации ухудшаются с течением времени, т.е. наблюдается старение материала труб, в результате чего увеличивается их жесткость и хрупкость. В США больше нашли применение трубы поливинилхлоридные ПВХ Sch40 и стеклопластиковые.
Полиэтиленовые трубы. Для оборудования геотехнологических скважин наиболее широко применяются полиэтиленовые трубы, которые изготавляются согласно ГОСТ 18599–73 из полиэтилена низкой (ПНП) и высокой (ПВП) плотности четырех типов: легкие (Л), среднелегкие (СЛ), средние (С) и тяжелые (Т). В соответствии с ТУ 95333–78 выпускаются трубы из полиэтилена высокой плотности типа СТ (сверхтяжелые).
Трубы из ПНП менее прочные, но более гибкие, чем из ПВП, и имеют меньшую стоимость. Применение труб из ПНП возможно только в определенных горно-технических условиях с высокой устойчивостью стенок скважин. В геологическом разрезе должны отсутствовать пучащие глины, а также породы, склонные к оплыванию и способные развивать высокое горное давление. В процессе сооружения и эксплуатации недодопустимы осевые нагрузки, превышающие предел текучести материала, а для большинства типоразмеров труб перепады гидростатического давления должны быть не более 1МПа. Эти условия ограничивают возможность применения данного типа труб в скважинах глубже 100 м.