УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
DEVICE FOR HYDRAULIC BORIN-AND-REAMING OF MINERALS

Изобретение 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, авт.свид. СССР и патенты РФ №№374453, 602685, 662717, 739240, 762339, 819345,825966,899967, 964150, 1002585, 1065601, 1113549, 1265341, 1427071, 1449662, 1461947, 1489139, 1553686, 1608346, 1620631, 1682574, 1700249,2111359, 2113591, 2169839, 2272142, 71377 и др.
Несмотря на существенные отличия в конструкциях снарядов по вышеуказанным авт.свид. и патентам, все они включают следующие основные узлы: колонну водопадающих труб, гидромониторное устройство, пульповыдачной гидроэлеватор и пульповыдачную колонну. Многообразие конструкций снарядов объясняется различием 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.
Известно изобретение «Способ извлечения слабосвязанных пород полезных ископаемых из подземных формаций и устройство для его осуществления» по авт.свид. №1682574 (МПК Е 21 С 45/00, БИ №37, 1991 г.). Устройство по авт.свид. №1682574 содержит обсадную трубу, колонну труб с пульпо-приемными отверстиями и встроенной, по меньшей мере, одной гидромониторной насадкой. На нижнем конце колонны труб жестко закреплен цилиндрический породосборник с приемными отверстиями в его верхнем торце. Над породосборником на колонне труб установлен с возможностью осевого перемещения регулятор уровня жидкости. Пакерирующий элемент установлен у верхнего торца породосборника. Пакер установлен у нижнего торца обсадной трубы, который герметизирует скважину. При этом через пакер проведен воздухопровод.
Известно «Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых» по патенту на полезную модель №71377 (МПК Е21С 45/00 БИ №7, 2008 г.). Это устройство и принято за прототип заявляемого изобретения. Устройство по патенту №71377 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 диффузор гидроэлеваторного устройства посредством отводного патрубка гидравлически связан с пространством между колонной обсадных труб и трубным ставом, а в донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка, гидравлически связанная с разделительной полостью. Длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны и подошвой продуктивного пласта.
Недостаток прототипа состоит в малой производительности по отработке продуктивных пластов методом СГД.
Поставлена задача: повысить производительность по отработке продуктивных пластов методом СГД за счет создания условия работы бокового гидромониторного устройства в незатопленном забое выемочной камеры.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии 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. При этом диффузор гидроэлеваторного устройства посредством отводного патрубка гидравлически связан с пространством между колонной обсадных труб и трубным ставом, а в донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка, гидравлически связанная с разделительной полостью. Причем длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны и подошвой продуктивного пласта.
Согласно изобретению верхняя часть обсадной колонны снабжена внешним опорным кольцом и воздухоподающей трубой, жестко связанными с обсадной колонной, а в нижней части обсадной колонны выполнены отверстия для подачи сжатого воздуха в выемочную камеру. При этом между обсадной колонной и корпусом нижнего оголовка, выше отверстий для подачи сжатого воздуха, установлено уплотнительное кольцо.
Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция и схема работы устройства.
Предлагаемое устройство состоит из обсадной колонны 1 с выводом 2 и соединенных между собой трубного става 3 с вводом 4 и нижнего оголовка. Верхняя часть обсадной колонны снабжена внешним опорным кольцом 5 и воздухоподающей трубой 6, жестко связанными с обсадной колонной, а в нижней части обсадной колонны выполнены отверстия 7 для подачи сжатого воздуха в выемочную камеру 8. Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку 9, пульпоприемные окна 10 и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидравлически связанных между собой корпуса 77, подводных трубок 12, разделительной полости 13, гидроэлеваторной насадки 14, приемной камеры 15, конфузора 16, камеры смешения 77 и диффузора 18, соединенного с отводным патрубком 19. В донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка 20, гидравлически связанная с разделительной полостью 73. При этом между обсадной колонной 7 и корпусом 77 нижнего оголовка, выше отверстий 7 для подачи сжатого воздуха, установлено уплотнительное кольцо 27. Причем длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны 7 и подошвой продуктивного пласта 22.
Данное устройство работает следующим образом.
Подготовка к скважинной гидродобыче.
Бурят скважину 23 на глубину 2-5 м, после чего бурят скважину меньшего диаметра до кровли продуктивного пласта 22, в которую спускают обсадную колонну 7. При этом в верхней части обсадной колонны монтируют внешнее опорное кольцо 5 и воздухоподающую трубу 6. При этом внешнее опорное кольцо 5 перекрывает ствол скважины 23 меньшего диаметра, а нижний конец воздухоподающей трубы 6 сообщается с затрубным пространством. Далее закачивают тампонажный раствор 24 в пространство между стенкой скважины 23 большего диаметра и обсадной колонной 7 с целью ее герметизации. Затем скважину углубляют до подошвы продуктивного пласта 22. После того как скважина подготовлена к гидродобыче, в ней размещают трубный став 3 и нижний оголовок так, чтобы боковая гидромониторная насадка 9 расположилась в зоне продуктивного пласта 22. При этом нижний оголовок на поверхности монтируется таким образом, чтобы выход отводного патрубка 19, при отработке на всю мощность продуктивного пласта 22, располагался в скважине не ниже башмака колонны обсадных труб 7. Ввод 4 оголовка посредством нагнетательного шланга соединяют с насосным агрегатом, а вывод 2 колонны обсадных труб снабжают выкидным шлангом.
Процесс скважинной гидродобычи.
Рабочая жидкость под давлением через ввод 4 подается по трубному ставу 3 на боковую гидромониторную насадку 9 и одновременно через подводные трубки 72 в разделительную полость 13, где разделяется на два потока - один из них подходит к торцевой гидромониторной насадке 20, а другой - к гидроэлеваторной насадке 14. Через боковую гидромониторную насадку 9 происходит гидродинамическое разрушение горной породы. Далее за счет эжекции, создаваемой струей жидкости, сформированной в гидроэлеваторной насадке 14, разрушенная порода поступает через пульпоприемные окна 10 в приемную камеру 75 и через конфузор 16, камеру смешения 77, диффузор 75 и отводной патрубок 19 по колонне обсадных труб 7 на поверхность. При этом по воздухоподающей трубе 6 подают сжатый воздух, который через затрубное пространство скважины 23 и отверстия 7 поступает в выемочную камеру 8, создавая воздушную подушку повышенного давления. В результате подачи сжатого воздуха создаются условия работы боковой гидромониторной насадки в незатопленном пространстве, что приводит к увеличению радиуса размыва пород продуктивного пласта. Кроме того, имеющийся в выемочной камере 8 воздух, находящийся под давлением, оказывает положительное влияние на устойчивость кровли за счет дополнительного подпора и снижает поступление пластовых вод в скважину.
Выходя из торцевой гидромониторной насадки 20, струя воды производит измельчение крупных кусков горных пород, образовавшихся в процессе разрушения продуктивного пласта 22 боковой гидромониторной насадкой 9, 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 10.
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 3 и колонной обсадных труб 7 спускается воздухоподающяя колонна со смесителем (на чертеже не показаны).
Технический результат: повышение производительности по отработке продуктивных пластов методом СГД за счет создания условия работы бокового гидромониторного устройства в незатопленном забое выемочной камеры.