УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована при отработке месторождений полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи. Применение данного технического решения целесообразно для отработки месторождений, представленных рудными телами пластовой, линзообразной и т.п. формы, в том числе месторождениями, в которых продуктивный пласт выделен по содержанию полезного компонента. К таким месторождениям относятся, например, алмазоносные кимберлитовые трубки Архангельской области.
Известно устройство для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых, включающее подвижные относительно друг друга, внешнюю и внутреннюю нагнетательные колонны труб, центральную пульповыдачную колонну труб, установленную в полости внутренней нагнетательной колонны труб, и вспомогательную трубу с гидромонитором (см. а.с. №1700249, кл. E21C 45/00, 1989).
Данное устройство наиболее близко по назначению к заявленному, но ему присущ ряд недостатков. В случае когда твердость вмещающих пород достаточно высока, а рудные тела представлены отдельными гнездами, линзами и пропластками, гидроразмыв массива будет требовать значительных энергозатрат и расхода жидкости, и может вообще оказаться не эффективным. В этом случае не исключены значительные потери кристаллосырья. Это связано с тем, что часть кристаллов может оставаться в не разрушенных «негабаритах». При этом значительные энергозатраты приходятся на разрушение и выдачу пустой породы.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель - повышение эффективности отработки месторождений полезных ископаемых.
Технический результат - уменьшение потерь полезного ископаемого, обеспечение селективности добычи, снижение затрат на добычу и транспортировку за счет совмещения и чередования операций по гидроразрыву и гидроразмыву, и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду.
Для достижения технического результата устройство для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых, включающее подвижные относительно друг друга внешнюю и внутреннюю нагнетательные колонны труб, центральную пульповыдачную колонну труб, установленную в полости внутренней нагнетательной колонны труб, и вспомогательную трубу с гидромонитором, снабжено дополнительным гидромонитором, установленным на внутренней нагнетательной колонне труб, и насадкой гидроразрыва, размещенной на внешней нагнетательной колонне труб, при этом вспомогательная труба установлена с возможностью фиксированного перемещения относительно внутренней нагнетательной колонны труб, а насадка гидроразрыва в исходном положении перекрывает дополнительный гидромонитор и выполнен в виде корпуса с полостью и окнами, вокруг которых установлены гидравлические камеры, наружные стенки которых выполнены эластичными, полость корпуса сообщена с полостью гидравлических камер каналами, и в гидравлических камерах установлены подпружиненные поршни, штоки которых связаны со створками заслонок.
В указанную совокупность включены все существенные признаки, необходимые и достаточные для достижения технического результата.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображено устройство для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых (общий вид);
на фиг.2а - насадка гидроразрыва в начальном положении;
на фиг.2б - створки заслонок - вид I на фиг.2а;
на фиг.3 - вариант использования устройства скважинной гидродобычи.
Устройство для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых 1 включает подвижные относительно друг друга внешнюю 2 и внутреннюю 3, с дополнительным гидромонитором 4, нагнетательные колонны труб, центральную пульповыдачную колонну труб 5, установленную в полости внутренней нагнетательной колонны труб 3, и вспомогательную трубу 6 с гидромонитором 7. Вспомогательная труба 6 установлена с возможностью фиксированного перемещения относительно внутренней нагнетательной колонны труб 3 и имеет общую с нею полость.
Центральная пульповыдачная колонна труб 5 также может быть подвижной относительно внутренней нагнетательной колонны труб 3. На конце внешней нагнетательной колонны труб 2 размещена насадка гидроразрыва 8 в исходном положении перекрывающая дополнительный гидромонитор 4. Насадка гидроразрыва 8 выполнена в виде корпуса с полостью 10. В корпусе выполнены окна 11, вокруг которых установлены гидравлические камеры 12 с эластичными наружными стенками 13. Полость 10 корпуса сообщена с полостью гидравлических камер 12 каналами 14, а в полостях гидравлических камер 12 размещены подпружиненные пружинами 15 поршни 16, штоки 17 которых связаны со створками заслонок 18.
Устройство работает следующим образом. На поверхности, перед погружением устройства в скважину, вспомогательную трубу 6 перемещают относительно внутренней нагнетательной колонны 3 и фиксируют в положении, при котором гидромонитор 7 находится на заданном расстоянии от дополнительного гидромонитора 4 и ориентирован относительно него. Расстояние между гидромониторами выбирается из условия работы гидромонитора 7 у почвы камеры, а дополнительного гидромонитора 4 - над уровнем заводняющей магазин 19 жидкости 20. Затем в скважину опускают колонны труб, при этом насадка гидроразрыва 8 перекрывает дополнительный гидромонитор 4.
При подаче жидкости во внутреннюю колонну нагнетательных труб 3, она поступает в гидромонитор 7 и производит размыв окружающих пород. Поскольку дополнительный гидромонитор 4 перекрыт насадкой гидроразрыва 8, вода не истекает из него и дополнительный гидромонитор 4 не работает.
В таком режиме устройство работает, например (см. фиг.3), при создании сбоек подсечного пространства 21, полости для создания искусственной потолочины 22 и врубов 23 т.е. начальных полостей.
После создания подсечного пространства 21 насадку гидроразрыва 8, размещенную на внешней нагнетательной колонне труб 2 устанавливают против первого снизу вруба 23. Затем, по внешней нагнетательной колонне труб 2 подают в насадку гидроразрыва 8 жидкость. Жидкость поступает в полость 10 корпуса, из нее по каналам 14 жидкость поступает в гидравлические камеры 12, растягивает их эластичные наружные стенки 13 и прижимает их к стенкам скважины, изолируя ее часть между указанными камерами.
Пружины 15 рассчитаны так, что поршни 16 начинают двигаться после изоляции части скважины и повышении давления в гидравлических камерах 12. При движении поршни 16 увлекают за собой штоки 17, которые, в свою очередь, перемещают створки 24 и 25 (фиг.2б) заслонок 18 и открывают окна 11. Жидкость из полости корпуса 10 поступает в окна 11, далее в изолированную часть скважины и вруб. Жидкость может подаваться как в режиме гидроразрыва (при этом из вруба 23 происходит развитие трещины 26) так и в режиме водонасыщения массива 27.
При открытии окон 11, давление в гидравлических камерах 12 может несколько упасть, но при этом пружины 15 возвратят на некоторое расстояние штоки 17 и частично перекроют окна11, подача жидкости в изолированную часть скважины уменьшится, а давление в гидравлических камерах 12 возрастет. Таким образом, осуществляется саморегулирование соотношений давления в гидравлических камерах 12 и изолированной части скважины, и при любых условиях часть скважины будет надежно изолирована за счет прижатия эластичных наружных стенок 13 гидравлических камер 12 к стенкам скважины 28.
После обрушения массива, перемещают внутреннюю колонну нагнетательных труб 3 до освобождения сопла дополнительного гидромонитора 4 из насадки гидроразрыва 8. Жидкость начинает поступать в оба гидромонитора 7 и 4, производя размыв магазина 19, первый в условиях затопленного забоя, второй - осушенного.
Насадка гидроразрыва 8 может использоваться и только как пакер.
Предложенное устройство может осуществить селективную добычу отдельных линз и гнезд.
Применение данного технического решения позволит значительно сократить затраты на разработку. Более того, в связи с тем, что способ обеспечивает селективную выемку отдельных гнезд и пропластков и оставлением в массиве без разрушения вмещающих гнезда пород, становится рентабельной отработка месторождений с низким содержанием, но компактным сосредоточением полезного компонента. К таким месторождениям относятся многие алмазоносные кимберлитовые трубки Архангельской области, в которых гнезда с высоким содержанием алмазов находятся в массиве «пустого» кимберлита.
Кроме того значительно сократится вредное воздействие на окружающую среду, поскольку, селективный способ требует значительно меньшего расхода воды, на поверхность не будет подниматься значительное количество горной породы, что влечет за собой сокращение площадей отстойников и хвостохранилищ.