Способ герметизации устья скважин из подземных горных выработок преимущественно при подземном выщелачивании полезных ископаемых

 

СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИН ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ШРАБОТОК ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРИ ПОДЗЕМНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПА1ЭФ1Х, включгиощий установку полиэтиленовой трубы, центрирование ее относительно оси скважины и цементацию затрубного пространства, отличаю щи йс я тем, что, с целью повьиаения эффективности герметизации, полиэтиленовую труву устанавливают на глубину не меньше расстояния от устья скважины до пересечения с зоной опорного давления, образованной при проведе-, НИИ выработки, а после цементации затрубного пространства внутри трубы. фрезеруют кольцевой паз, в котором устанавливают уплотнительный элемент. (Л ел со 4i 4;

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦ)4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ1059144 А

i (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - - .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2Х) 3389741/22-03 (22) 01.02.82 (46) 07 ° 12. 83. Бюл. 9 45 (72) И.Г.Абдульманов,Л.Ш.Бикбаев, П.И.Левченко, О.A.×àðêîâ, В.A.Çûêêí, A.М.Синельников, Ю.И.Челноков и Е.В.Петриченко (53) 622.234.4 (088.8) (56) 1. Справочное руководство гидролога. Т. 2. Под ред. В.М.Максимова, с. 251-252.

2. Добыча урана методом подземно1 го выцелачи в ан ия . Под р ед; В, A . .Манилова, Yi..Атоьиздат, 1980, с. 154-155. (54) (57) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАПИИ УСТЬЯ

СКВАЖИН ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОTOK ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРИ ПОДЗЕМНОМ

ВЫЦЕЛАЧИВАНИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включакщий установку полиэтиленовой трубы, центрирование ее относительно оси скважины и цементацию затрубного пространства, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эФфективности герметизации, полиэтиленовую трубу устанавливают на глубину . не меньше расстояния от устья скважины до пересечения с зоной опорного давления, образованной при проведе-, нии выработки, а после цементации затрубного пространства внутри трубы. фрезеруют кольцевой паз, в котором устанавливают уплотнительный элемент, PQ

1059144 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано преймущественно при разработке месторождений полезных ископаемых способом подземного выщелачивания.

Известен способ герметизации скважин, который может быть использован для герметизации скважин подземного вицелачивания, при котором в скважину опускают две колонны обсадных трубг обсадную и бурильную. При .первом этапе герметизации по колонне бурильных труб в скважину подают цемент. По достижении расчетного объема подачу цемента прекращают и начинают 15 закачку воды до полного вытекания цементного раствора из бурильных труб и заполнения им пространства между обсадной колонной и скважиной. Затем, опустив обсадную колонну на забой, в 2() ней при помощи насоса создают избыточное давление, которое выдерживают до полного затвердения цемента, после чего скважину бурят до проектной длины коронкой меньшего диаметра и после25 навинчивания сальниковой головки на обсадную трубу. используют для подачи выщелачивающих растворов в горный массив под давлением 11.

Однако при использовании этого способа для герметизации скважин, пробуренных из подземных горных выработок, поперечное сечение последних ограничивает длину осадчых труб, что уменьшает область применения способа.

При этом в качестве обсадных применяются дорогостоящие и-дефицитные трубы из нержавеющей стали, так как сальниковые головки, используемые прн реализации этого способа, не могут

I обеспечить качественного соединения между колонной обсадных труб„ выполненных, например, из полиэтилена, и высоконапорным трубопроводом для подачи выщелачивакиаего агента в скважины под большим давлением.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ герметизации устья скважин из подземных горных .выработок, включающий установ-50 .ку полиэтиленовой трубы, центрирование ее относительно оси скважины и цементацию затрубного пространства(2j, !

Однако для известного способа характерна недостаточная эффектив- ность герметизации, особенно при подземном выщелачивании, так как сог-. ласно способу не учитывают напряженное состояние массива, обусловленное 60 действующими тектоническими и гравитационными силами.

Целью изобретения является повышение эффективности герметизации скважин. 65

Пост авлен на я цель достиг аетс я тем, что согласно способу герметизации, включающему установку полиэтиленовой трубы, центрирование ее относительно оси скважины и цементацию затрубного пространства, полиэтиленовую трубу устанавливают на глубину не меньше расстояния от устья скважины до пересечения с зоной опорного давления, образованной при проведении выработки, а после цементации затрубного пространства внутри трубы фрезеруют кольцевой паз, в котором устанавливают уплотнительный. элемент.

Известно,что рудная зона,.как и весь массив, находится в. равновесном напряженном состоянии, обусловленном действующими тектоническими и гравитационными силами. Проведение горной выработки вносит изменение в напряженное состояние массива, приводя к форь ированию зоны неупругих деформаций, зоны опорного давления и зоны упругих деформаций. Зона неупругих деформаций характеризуется минимальными значениями действующих напряжений и, как следствие, максимальным раскрытием трещин. Зона опорного давления, формируемая вокруг зоны неупругих деформаций, характеризуется максимальной концентрацией напряжений и, как следствие, минимальным раскрытием трещин.

Поскольку проницаемость трещинного массива пропорциональна кубу раскрытия трещин, зона неупругих деформаций является зонОй повышенной .циркуля- . ции растворов, что обуславливает необходимость этой зоны при нагнетании выщелачивающих растворов в массив через скважины.

Размеры зоны неупругих деформаций достаточно просто устанавливаются экспериментальным способом, например, геофизическими методами.

На фиг. l показано распределение напряжений вокруг подземной горной выработки и конструкция нагнетательной скважины, посредством которой осуществляется подача выщелачивакщих растворов в горный массив; на фиг.2 скважина проектных диаметра-и длины с отцентрированной относительно оси скважины трубой, внутри которой выфрезерован кольцевой паз; на фиг.З— проектная конструкция скважины с зацентрированной трубой, в кольцевом пазу которой установлен уплотнительный элемент.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют размеры зоны 1 неугругих деформаций и положение зоны 2 опорного давления после проведения выработки 3. Установив границы зоны

l. неупругих деформаций, ив подземной горной выработки бурят скважину 4i

1059144 где к p

<пГ"яЗ

Puz. 7

ВНИИПИ Заказ 9776/32 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 проектных диаметра и длины.В скважине 4 укладывают трубу 5 на длину,не меньшую расстояния до пересечения с зоной опорного давления. Труба 5 снабжена центраторами .б,с помощью которых осуществляют центрирование ее относительно оси скважины 4, и манжетой 7.

Пространство между трубой 5 и скважиной 4 цементируют, причем для повышения качества цементации труба 5 имеет кольцевые проточки 8. После затвердения цемента в трубе 5 при помощи расширителя фрезеруют кольцевой паз 9, напротив которого устанавливают уплотнительный элемент 10 и разжимают его. Подачу выщелачиваю- 15 щих растворов осуществляют по трубе

11. Длину уплотнительного элемента и усилие прижатия его к кольцевому пазу определяют из соотношения, вытекающего из известных законов теоре- 7П . тической механики, исходя из необходимости обеспечения прочности уплотнительного элемента на срез: н =,Р„„З где Є— давление, под которым производится нагнетание выщелачи-, вающих растворов;

d — диаметр скважины;

Т д — предельное напряжение сдвига уП для уплотнительного элемента, находящегося в объемном напряженном состоянии.

Диаметр кольцевого паза и расстояние от него до устья скважины опреде- З5 ляют иэ необходимости обеспечения прочности полиэтилена на срез:

Р -Р К расстояние от кольцевого паза до устья скважины; ди аметр кольцевого п аз а; предельное напряжение сдвига дл я поли э тилен а; усилие прижатия .Уплотнительного элемента к кольцевому пазу; коэффициент трения между уплонительным элементом и цементом.

Предлагаемый способ дает возможность предельно упростить конструкцию уплотнительного элемента(пакера), необходимую для его реализации, что снижает трудоемкость приготовления уплотиительного элемента и его стоимость, и позволяет герметизировать практически любые интервалы скважин без ограничений со стороны габаритов подземных горных выработок, что дает возможность использовать способ при. необходимости изоляции протяженных сильно трещиноватых зон в скважинах, пробуренных из подземных горных выработок .

При этом способ г оэволяет проводить герметизацию скважин практичес.». ки при любых давлениях нагнетания выщелачивающих растворов, варьируя длиной уплотиительного элемента и его прочностными характеристиками, расстоянием от устья скважины до .уплотнительного элемента и усилием прижатия уплотнительного элемента к цементному станку. Усилие, .необходимое для установки уплотнительного элемента, не зависит от длины герметизации °