УСТРОЙСТВО 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, 1113549, 1265341, 1427071, 1449662, 1461947, 1489139, 1553686, 1608346, 1620631, 1700249, 2111359, 2113591, 2169839, 2272142 и др.).
Несмотря на существенные отличия в конструкциях снарядов по вышеуказанным А.С., все они включают следующие основные узлы: колонну водопадающих труб, гидромониторное устройство, пульповыдачной гидроэлеватор и пульповыдачную колонну. Многообразие конструкций снарядов объясняется различным в конструктивном исполнении 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 горно-геологических 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.
Известен «Эжекторный насос для откачки воды из скважины» (Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду: Справочник / Д.Н.Башкатов, С.Л.Драхлис и др. - М.: Недра, 1988, 172-173 с.).
Данное устройство состоит из следующих элементов и узлов:
- муфта для соединения с колонной бурильных труб;
- хвостовик, соединенный с внешней трубой через переводник;
- гидроэлеваторное устройство, состоящее из обводных патрубков, рабочей камеры, сопла, камеры смешения и диффузора;
- отводная труба;
- пакерное устройство, состоящее из корпуса, сменных фланцев, уплотнительного кольца, поджимной гайки и отверстия.
Известно изобретение «Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых» по патенту РФ №2113591 (МПК Е21С 45/00, опубликован в 1998 г.). Это устройство и принято за прототип заявляемой полезной модели. Устройство по А.С. №2113591 состоит из трех соединенных между собой частей: верхнего оголовка, трубного става и нижнего оголовка. Верхний оголовок имеет два ввода, один из которых предназначен для подачи энергетической воды, другой - для подачи сжатого воздуха. Кроме того, оголовок снабжен выводом для истечения пульпы из пульповода. Трубный став, включает три установленные соосно друг другу колонны труб, одна из которых (внешняя) является высоконапорной колонной, промежуточная - пульповодом и внутренняя - воздухоподающей колонной. Нижний оголовок содержит гидромонитор, пульпоприемные окна и гидроэлеватор, который состоит из гидроэлеваторной насадки, приемной камеры, конфузора, камеры смещения и диффузора переходящего в пульповод. Смеситель воздухоподающей колонны расположен в пульповоде над камерой смешения гидроэлеватора и гидромонитором. Верхний конец воздухоподающей колонны через
отверстие ввода пульповода выведен в верхний оголовок. Кроме того, устройство снабжено торцевой гидромониторной насадкой, которая находится в донной его части. При этом торцевая гидромониторная и гидроэлеваторная насадки сообщаются с высоконапорной колонной посредством трех трубок и полости.
Недостатки прототипа: сложность конструкции и проведения спуско-подъемных операций.
Поставлена задача: упростить конструкцию устройства и улучшить его эксплуатационные свойства.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом устройство для СГД полезных ископаемых состоит из соединенных между собой трубного става с вводом и нижнего оголовка. Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку, пульпоприемные окна и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидравлически связанных между собой корпуса, подводных трубок, разделительной полости, гидроэлеваторной насадки, приемной камеры, конфузора, камеры смешения и диффузора. При этом в донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка, гидравлически связанная с разделительной полостью.
Согласно полезной модели, диффузор гидроэлеваторного устройства посредством отводного патрубка гидравлически связан с пространством между колонной обсадных труб и трубным ставом, а длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны и подошвой продуктивного пласта.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображена конструкция и схема работы устройства:
- на фиг.1 - конструкция устройства;
- на фиг.2 - схема работы устройства.
Предлагаемое устройство состоит из соединенных между собой трубного става 7 с вводом 2 и нижнего оголовка (фиг.1). Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку 3, пульпоприемные окна 4 и гидроэлеваторное
устройство, состоящее из гидравлически связанных между собой корпуса 5, подводных трубок 6, разделительной полости 7, гидроэлеваторной насадки 8, приемной камеры 9, конфузора 10, камеры смешения 11 и диффузора 12, соединенного с отводным патрубком 13. В донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка 14, гидравлически связанная с разделительной полостью 7. При этом длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны 15 и подошвой продуктивного пласта 16 (фиг.2).
Данное устройство работает следующим образом.
Подготовка к скважинной гидродобыче.
Бурят скважину 17 до кровли продуктивного пласта 16 {фиг.2), закрепляют ее ствол колонной обсадных труб 15, которую при необходимости цементируют. Затем скважину углубляют до подошвы продуктивного пласта.
После того, как скважина подготовлена к гидродобыче, в ней размещают вышеописанное устройство в составе нижнего оголовка и трубного става 1 так, чтобы боковая гидромониторная насадка 3 расположилась в зоне продуктивного пласта 16. При этом нижний оголовок на поверхности монтируется таким образом, чтобы выход отводного патрубка 13, при отработке на всю мощность продуктивного пласта 16, располагался в скважине не ниже башмака колонны обсадных труб 75. Ввод 2 оголовка посредством нагнетательного шланга соединяют с насосным агрегатом, а вывод 18 колонны обсадных труб снабжают выкидным шлангом.
Процесс скважинной гидродобычи.
Рабочая жидкость под давлением через ввод 2 (фиг.2) подается по трубному ставу 7 на боковую гидромониторную насадку 3 и одновременно через подводные трубки 6 в разделительную полость 7, где разделяется на два потока - один из них подходит к торцевой гидромониторной насадке 14, а другой - к гидроэлеваторной насадке 8. Через боковую гидромониторную насадку 3 происходит гидродинамическое разрушение горной породы. Далее, за счет эжекции, создаваемой струей жидкости, сформированной в гидроэлеваторной
насадке 8, разрушенная порода поступает через пульпоприемные окна 4 в приемную камеру 9 и через конфузор 10, камеру смешения 11, диффузор 12 и отводной патрубок 13 по колонне обсадных труб 15 на поверхность. При этом восходящий поток жидкости, проходящий между корпусом 5 гидроэлеваторного устройства и колонной обсадных труб 15, создает дополнительный подпор для подъема пульпы на поверхность.
Выходя из торцевой гидромониторной насадки 14, струя воды производит измельчение крупных кусков горных пород, образовавшихся в процессе разрушения продуктивного пласта 16 боковой гидромониторной насадкой 3, а также поднимает с забойной зоны скважины посредством восходящего потока жидкости крупные и тяжелые частицы породы, разжижает пульпу. За счет этого облегчается поступление пульпы в пульпоприемные окна 4.
При необходимости увеличения глубины отработки продуктивного пласта и упрощения транспортировки, крупных и тяжелых фракций горных пород на поверхность, можно, применять эрлифтирование. При этом в затрубное пространство между трубным ставом 7 и колонной обсадных труб 15 спускается воздухоподающяя колонна со смесителем (на рисунке не показаны).
По сравнению с устройством по патенту РФ на изобретение №2113591 предлагаемая конструкция более проста и менее трудоемка при монтаже и спускоподъемных операциях. Это достигается за счет того, что нижний оголовок спускается на одинарной колонне труб, при этом применяются стандартные бурильные трубы и буровой вертлюг. Кроме того, в качестве пульповода используется колонна обсадная труб, и подъем пульпы по затрубному пространству не требует герметизации устья скважины. За счет уменьшения количества колонн труб, что в свою очередь увеличивает площадь кольцевого сечения, по которому транспортируется пульпа, а также за счет восходящего потока жидкости, проходящего между корпусом 5 гидроэлеваторного устройства и колонной обсадных труб 15, обеспечивается повышение эффективности подъема пульпы на поверхность.
Технический результат: упрощение конструкции устройства и улучшение его эксплуатационных свойств.