ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 622.22
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-3-26-33
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания требует применения полимерных обсадных труб, срок эксплуатации которых определяет эффективность технологических скважин. Высокая стоимость сооружения скважин (40–70% от стоимости добытого урана) делает выбор их конструкции критически важным. Однако полимерные трубы подвержены ускоренному старению и имеют высокий коэффициент линейного расширения, что вызывает риски их разрушения. Цель работы. Обоснование факторов, влияющих на надежность и долговечность полимерных обсадных труб, применяемых при сооружении технологических скважин для добычи урана методом скважинного подземного выщелачивания, и разработка рекомендации по минимизации рисков их разрушения для обеспечения безава-рийной эксплуатации скважин в течение проектного срока. Используемые методы. Проведен анализ факторов, влияющих на надежность полимерных труб: условия хранения, кольцевое напряжение в стенке трубы, вызван-ное гидравлическим давлением, замерзанием воды в заколонном пространстве и использованием расширяю-щихся тампонажных материалов. Определены классификации нагрузок и видов разрушений труб и зависимость их длительной прочности от времени хранения и эксплуатации. Новизна. Определен комплекс факторов, влияющих на надежность и долговечность обсадных труб для скважинного подземного выщелачивания, а также установлены зависимости их длительной прочности от продолжительности срока отдельных этапов производственного цикла. Результаты. Установлено, что кольцевое напряжение в трубах снижается со временем, а длительное хранение (свыше 6 месяцев на открытых площадках) существенно ухудшает их прочность. Приведены примеры разрушений: вертикальные трещины, выколы и смятие труб под действием внешних нагрузок. Показано, что соблюдение условия (кольцевое напряжение ≤ длительная прочность) гарантирует безаварийную эксплуатацию скважин в течение проектного срока. Практическая значимость. Установлено, что для обеспечения надежности скважин необходимо применять трубы, соответствующие стандартам, с контролем их качества через аттестованные лаборатории.
Ключевые слова
технологические скважины, полимерные обсадные трубы, кольцевая прочность полимерных материалов, сроки хранения и эксплуатации полимерных труб, расчет конструкции скважин, критическое напряжение, скважинное выщелачивание урана, непластифицированный поливинилхлорид, нарушения целостности эксплуатационной колонны, увеличение безаварийного срока работы скважин
Для цитирования
Влияние фактора времени на срок безаварийной службы технологических скважин подземного выщелачи-вания урана / Иванов А.Г., Арсентьев Ю.А., Вильмис А.Л., Салахова К.Н., Орехов Д.Д. // Вестник Магнитогор-ского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №3. С. 26-33. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-3-26-33
1. О расчете эксплуатационных колонн из полимерных материалов для условий многолетнемерзлых пород / Арсентьев Ю.А., Назаров А.П., Забайкин Ю.В., Иванов А.Г. // Актуальные проблемы и перспективы развития экономики. Российский и зарубежный опыт. Научное обозрение. 2019. С. 27–32.
2. Солодов И.Н., Камнев Е.Н. Геотехнология урана (российский опыт): монография. М.: КДУ; Университетская книга, 2017. 576 с.
3. Uranium speciation and in situ leaching of a sandstone-type deposit from China / Ma Q., Feng Z. G., Liu P., Lin X. K., Li Z. G., Chen M. S. // Journal of Radioanalitycal and Nuclear Chemistry. 2017, vol. 311, рp. 2129-2134.
4. Evaluation of Annular Pressure Losses while Casing Drilling. / Dokhani V., Shahri P., Karimi M., Saeed S. // Paper presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, USA, September 2013. https://doi.org/10.2118/166103-MS
5. API Standard 13B-2. Recommended Practice for Cementing of Oil and Gas Wells. 2019. 134 с.
6. Солодова И.Н. Добыча урана подземным выщелачиванием в криолитозоне / под ред. Солодова И.Н. М.: ZetaPrint, 2022. 183 с.
7. Thermal elasto-plastic computation model for a buried oil pipeline in frozen ground / Zhi W., Yu S., Huijin J., Shuangyang L., Guoyu L., Yonghong N. // Cold Regions Science and Technology. 2010, vol. 64, is. 3, pp. 248-255.
8. Иванов А.Г. Анализ целесообразности применения полимерных обсадных труб из различных полимерных материалов для оборудования технологических скважин подземного выщелачивания урана // Вестник За-байкальского государственного университета. 2024. Т. 30. №4. С. 71–79.
9. ISO 13628-11. Petroleum and Natural Gas Industries – Design and Operation of Subsea Production Systems. 2020. 15 с.
10. Wenjun H., Deli G. A theoretical study of the critical external pressure for casing collapse // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2015, vol. 27, part 1, pp. 290-297/
11. Физико-химическая геотехнология / Аренс В.Ж., Богуславский Э.И., Гридин О.М., Крейнин Е.В., Небера В.П., Рыспанов Н.Б., Фазлуллин М.И., Хрулев А.С., Хчеян Г.Х., Шумилова Л.В. М.: Горная книга, 2021. 816 с.
12. Бурение и оборудование геотехнологических скважин / Сергиенко И.А., Мосев А.Ф., Бочко Э.А., Пименов М.К. М.: Недра, 1984. 224 с.
13. Short-term HDPE pipe degradation upon exposure to aggressive environments/ Alimi L., Chaoui K., Ghabeche W., Chaoui W. // Matériaux & Techniques, 2013, 101 7, 701.
14. Slow crack growth and failure induced by manufacturing defects in HDPE-tubes / Schouwenaars R., Jacobo V., Ramos E., Ortiz A. // Engineering Failure Analysi. 2007, vol. 14, is. 6, pp. 1124-1134.
15. Сащенко А.В. Эволюция соединений урана на месторождениях базальных палеодолин и особенности их извлечения способом СПВ: автореф. дис... канд. геол.-минерал. наук: 1.6.10. М., 2024. 23 с.
16. Mechanical behaviour of machined polyethylene filaments subjected to aggressive chemical environments / Souhila R., Wafia K., Mounia K., Chaoui K. // Mechanika. 2018, no. 77, pp. 40-46.
17. Сабигатулин А.А. Сравнительный анализ изменения температур продуктивных растворов при скважинном подземном выщелачивании урана на месторождении «Хиагда» // Физико-химическая геотехнология: инновации и тенденции развития: сборник материалов международной научно-практической конференции. Чита: ЗабГУ, 2021. С. 34-37.
18. Железняк И.И., Стетюха В.А. Расчёт трубы из полимерного материала под действием внешней нагрузки в скважине в массиве многолетнемёрзлых пород // Известия Уральского государственного горного универси-тета. 2018. №3. С. 121–125.
19. Отставнов А.А. О высокоэффективных напорных трубах из ПВХ последнего поколения // Санитарная техника, отопление, канализация. 2019. № 2. С. 16–21.
20. Сушко С.М., Асанов Н.С., Карманов Т.Д. Метод гидроизоляции затрубного пространства при сооружении геотехнологических скважин для подземного выщелачивания продуктивного горизонта // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 11. С. 118–122.
21. Singh Integrated Drilling Optimization Approach Delivers Rxelent Resurs to Improve Drilling Efficiency in Remote Artificial Island / Paila P., Kirby C., Diaz N., Aboulkhair A., Mfhmoud D., Al Kindi R., Kasem Y., Benygzerm M., Moreira R., Gesettim M. // Abu Dhabi International Petroleum Exhibition conference. Abu Dhabi, UAE. 2018, pp. 70-75.
22. Акутин М.С., Тихонов Н.Н., Платонов М.П. Новые композиционные материалы с улучшенной прочностью и стабильными характеристиками в процессе эксплуатации // XIV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: в 2 т. М.: Наука, 1989. Т. 2. С. 7–14.
23. Зубарев А.Б. Условия работы, обоснование конструкции и технология применения полиэтиленовых обсадных колонн для крепления технологических скважин подземного выщелачивания металлов: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: МГРИ, 1983. 24 с.
24. Бурение и оборудование геотехнологических скважин / Сергиенко И.А., Мосев А.Ф., Бочко Э.А., Пименов М.К. М.: Недра, 1984. 224 с.
25. Шалбаев Ж.С. Разработка методики применения альтернативного материала для гидроизоляции затрубного пространства при сооружении скважин // Развитие урановой и редкометалльной промышленности: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. Алматы, 2024. С. 72–74.