СНАРЯД ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Полезная модель относится к области гидравлической добычи полезных ископаемых, а именно к конструкциям снарядов для скважинной гидродобычи (СГД) твердых полезных ископаемых, и может найти применение для извлечения твердых материалов из подземных формаций через скважины.
К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций снарядов для СГД твердых полезных ископаемых (см. например А.С. СССР и патенты РФ №№374453, 602685, 662717, 739240, 762339, 819345, 825966, 899967, 964150, 1002585, 1065601, 1101553, 1113549, 1149017, 1229346, 1262038, 1265340, 1265341, 1427071, 1461947, 1489139, 1550142, 1608346, 1620631, 1700249, 2111359, 2113591, 2158829, 2169839, 2272142 и др.).
Несмотря на существенные отличия в конструкциях снарядов по вышеуказанным А.С., все они включают следующие основные узлы: для снарядов с гидроэлеваторным способом подъема гидросмеси - колонну водоподающих труб, гидромониторное устройство, пульповыдачной гидроэлеватор и пульповыдачную колонну; для снарядов с эрлифтным способом подъема гидросмеси - воздухоподающюю и пульповыдачную колонну труб, смеситель, колонну водоподающих труб и гидромониторное устройство. Многообразие конструкций снарядов объясняется различиями в конструктивном выполнении вышеупомянутых основных узлов, а также включением в состав снарядов новых узлов и конструктивных элементов. Эти технические усовершенствования направлены на ускорение процесса размыва пласта полезного ископаемого, повышение эффективности выноса пульпы из выемочной камеры, увеличение глубины разработки залежи полезного ископаемого, образование выемочной камеры с требуемыми размерами и формой и т.д., и т.п. В конечном итоге все это приводит к повышению технико-экономических показателей СГД полезных ископаемых.
В тоже время многие конструкции снарядов для СГД имеют существенные недостатки, что и является причиной их постоянного совершенствования. При этом следует принимать во внимание и различия горногеологических условий залегания пласта полезного ископаемого, а также физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих горных пород, что также существенно влияет на конструкцию снарядов для СГД.
Известно гидромониторное устройство конструкции ПСО Востокбурвод для образования полостей в скважинах (А.Д.Башкатов. Сооружение высокодебитных скважин. - М.: Недра, 1992. С.150-151). Гидромониторное устройство включает сообщенный с источником напорной воды полый вал с радиальными отверстиями, на конце которого закреплен вращающийся корпус с боковыми гидромониторными насадками, направленными по касательной к поверхности стенки скважины. Кольцевой зазор между корпусом и валом герметизирован самоуплотняющимися манжетами. Корпус зафиксирован на валу от осевого перемещения с помощью шайбы и шплинта. Верхняя часть вала выполнена в виде муфты под резьбу бурильных труб.
Известен «Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления» по патенту на изобретение №2158829 (МПК Е21С 45/00, - 2000 г.). Указанное устройство или снаряд включает водоподающую колонну труб, на нижнем конце которой закреплено гидромониторное устройство, воздухоподающую колонну труб с перфорированной насадкой и пульпоподъемную колонну труб. При этом пульпоподъемная колонна труб состоит из неподвижных обсадных труб с оголовком и подвижной трубы меньшего диаметра, которая закреплена на колонне водоподающих труб. Между колонной неподвижных обсадных труб и подвижной трубой установлено приспособление для регулирования зазора между ними.
Этот снаряд и принят за прототип заявляемой полезной модели.
Недостаток вышеназванного снаряда состоит в малой эффективности работы при СГД полезных ископаемых. Это объясняется следующими факторами. Во-первых, для эффективной работы снаряда для СГД необходимо постоянное вращение его гидромониторного устройства. Однако обеспечить вращение снаряда с поверхности технически сложно и трудоемко. Во-вторых, повышается вероятность отвинчивания низа обсадной колонны труб.
Поставлена задача: повысить эффективность работы снаряда при СГД полезных ископаемых за счет обеспечения вращения гидромониторного устройства посредством использования энергии движения потока жидкости.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом снаряд для СГД полезных ископаемых состоит из водоподающей колонны труб, на нижнем конце которой закреплено гидромониторное устройство, воздухоподающей колонны труб с перфорированной насадкой и пульпоподъемной колонны труб. При этом пульпоподъемная колонна труб состоит из неподвижных обсадных труб с верхним оголовком и подвижной трубы меньшего диаметра, которая закреплена на колонне водоподающих труб. Между колонной неподвижных обсадных труб и подвижной трубой установлено приспособление для регулирования зазора между ними.
Согласно полезной модели гидромониторное устройство включает сообщенный с источником напорной воды полый вал с радиальными отверстиями, на конце которого закреплен вращающийся корпус с установленными тангенциально боковыми гидромониторными насадками. При этом нижний конец полого вала снабжен забойной гидромониторной насадкой, а боковые гидромониторные насадки размещены внутри вращающегося корпуса. Кольцевой зазор между корпусом и валом герметизирован самоуплотняющимися манжетами. Корпус зафиксирован на валу от осевого перемещения.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображена конструкция и схема работы снаряда для СГД полезных ископаемых:
- на фиг.1 - конструкция и схема работы снаряда;
- на фиг.2 - конструкция гидромониторного устройства в поперечном разрезе.
Предлагаемый снаряд состоит из водоподающей колонны труб 1, на нижнем конце которой закреплено гидромониторное устройство, воздухоподающей колонны труб 2 с перфорированной насадкой 3 и пульпоподъемной колонны труб. При этом пульпоподъемная колонна труб состоит из неподвижных обсадных труб 4 с верхним оголовком 5 и подвижной трубы 6 меньшего диаметра, которая закреплена на колонне водоподающих труб 1, с помощью ребер 7. Кроме того, между колонной неподвижных обсадных труб 4 и подвижной трубой 6 установлено приспособление 8 для регулирования зазора между ними.
Гидромониторное устройство включает сообщенный с источником напорной воды полый вал 9 с радиальными отверстиями 10, на конце которого закреплен вращающийся корпус 11 с установленными тангенциально боковыми гидромониторными насадками 12. При этом нижний конец полого вала 9 снабжен забойной гидромониторной насадкой 13, а боковые гидромониторные насадки 12 размещены внутри вращающегося корпуса 11. Кольцевой зазор между корпусом 11 и валом 9 герметизирован самоуплотняющимися манжетами 14. Корпус 11 зафиксирован на валу 9 от осевого перемещения с помощью крепежного устройства, состоящего из шайбы 15 и шплинта 16.
Данный снаряд работает следующим образом.
Подготовка к скважинной гидродобыче.
Бурят скважину 17 до кровли продуктивного пласта 18, закрепляют ее ствол колонной обсадных труб 4, которую при необходимости цементируют. Затем скважину углубляют до подошвы продуктивного пласта.
После того, как скважина подготовлена к гидродобыче, в ней размещают водоподающую колонну труб 1 с гидромониторным устройством, воздухоподающую колонну труб 2 и подвижную трубу 6. При этом длину подвижной трубы подбирают таким образом, чтобы ее верхний конец при отработке на всю мощность продуктивного пласта 18, располагался в скважине не ниже башмака колонны обсадных труб 4. На верхнем конце колонны обсадных труб 4 монтируют верхний оголовок 5. Далее монтируют поверхностную магистраль для подачи рабочей жидкости, сжатого воздуха и отвода пульпы.
Процесс скважинной гидродобычи.
Рабочая жидкость под давлением подается по водоподающей колонне труб 1 на гидромониторное устройство. Далее, через радиальные отверстия 10 полого вала 9, кольцевую полость 19 и подводящие каналы 20 рабочая жидкость поступает на боковые и забойную гидромониторные насадки соответственно 12 и 13. За счет того, что насадки 12 расположены тангенциально, при истечении из них гидромониторной струи, возникают реактивные силы, приводящие к вращению корпуса 11. Забойная гидромониторная насадка 13 предназначена для обеспечения в процессе добычи углубки скважины, а также может использоваться для создания условий подъема гидросмеси на поверхность за счет восходящего потока жидкости.
Одновременно с рабочей жидкостью подается сжатый воздух по колонне воздухоподающих труб 2 на перфорированную насадку 3 (смеситель). При этом обеспечивается всасывание пульпы и подъем ее на поверхность по пульпоподъемной колонне труб.
По сравнению с устройством по патенту РФ на изобретение №2158829 предлагаемая конструкция повышает эффективность работы снаряда при СГД полезных ископаемых за счет обеспечения постоянного вращения гидромониторного устройства посредством использования энергии движения потока жидкости. При этом исключается вероятность отвинчивания низа обсадной колонны труб за счет отсутствия необходимости вращения колонны водоподающих труб 1 и подвижной трубы 6.
Технический результат: повышение эффективности работы снаряда при СГД полезных ископаемых.