Способ скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород и устройство для его осуществления

 

I. Способ скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород, включающий бурение рабочей скважины через разрабатываемый пласт до горизонта подстилающих пород, нагнетание в скважину воды, отбор через пульпоподъемную колонну скважины полезного ископаемого в виде гидросмеси на поверхность, отличающийся тем, что, с целью интенсификации гидродобычи за счет использования тепла Земли, бурят дополнительную скважину до горизонта талых пород с относительно высокой температурой, отбирают из нее глубинную воду, разделяют на две части и подают одновременно одну часть через интервал разрабатываемых мерзлых пород в горизонт талых пород с относительно высокой температурой , а другую - внутрь пульпоподьемной колонны. (Л о ел 05 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„SUÄÄ 1105651 з(51) Е 21 С 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3558989/22-03 (22) 02.03.83 (46) 30.07.84. Бюл. № 28 (72) Д. Н. Шпак, В. Ж. Аренс, В. П. Курамин и В. И. Павлов (53) 622.234.4 (088.8) (56) 1. Шпак Д. Н. Использование извлекаемого с больших глубин песка для обустройства нефтепромыслов HTPC «Монтажные и специальные строительные работы.

Сер. У. Специальные строительные работы

ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР. М., 1982, № 11, с. 6 — 7, рис. 2.

2. Авторское свидетельство СССР № 991053, кл. Е 21 С 45/00, 1981. (54) СПОСОБ СКВАЖИННОЛ ГИДРОДОБЫЧИ МЕРЗЛЫХ РАЗДЕЛЬНО-3 ЕРНИСТЫХ ПОРОД И УСТРОЛСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород, включающий бурение рабочей скважины через разрабатываемый пласт до горизонта подстилающих пород, нагнетание в скважину воды, отбор через пульпоподъемную колонну скважины полезного ископаемого в виде гидросмеси на поверхность, отличающийся тем, что, с целью интенсификации гидродобычи за счет использования тепла Земли, бурят дополнительную скважину до горизонта талых пород с относительно высокой температурой, отбирают из нее глубинную воду, разделяют на две части и подают одновременно одну часть через интервал разрабатываемых мерзлых пород в горизонт талых пород с относительно высокой температурой, а другую — внутрь пульпоподьем- 9 ной колонны.

1105651

2. Устройство для скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород, включающее обсадную, водоподающую воздухоподающую колонны и пульпоподъемную колонну с забойной заглушкой и пескоприемным отверстием, отличающееся тем, что, с целью интенсификации гидродобычи за счет использования тепла Земли, оно дополнительно снабжено трубой, один конец котоИзобретение относится к горному делу, а именно к скважинной гидродобыче полезных ископаемых, предпочтительно мерзлых, частично растворяемы х и размокаемых в воде пород, может быть применено для создания подземных емкостей, взятия крупных технологических проб при разведке месторождений полезных ископаемых, для погружения различных строительных конструкций в многолетнемерзлые породы, например сборной железобетонной крепи шахтных колодцев, шурфов и т.п.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, в котором для разрушения структуры раздельно-зернистых пород используется фильтрационный поток (1) .

Однако этот способ не обеспечивает обработку мерзлых пород, так как в них фильтрация воды отсутствует.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ скважинной гидродобычи раздельно-зернистых пород, включающий бурение рабочей скважины через разрабатываемый пласт до горизонта подстилающих пород, нагнетание в скважину воды с относительно высокой температурой, отбор через эту скважину полезного ископаемого в виде гидросмеси на поверхность (2) .

Известный способ не обеспечивает интенсивное разрушение мерзлых пород в связи с постепенным снижением температуры рабочей воды, используемой по замкнутому циклу.

Известно устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающее обсадную, воздухоподающую и подъемную колонны с запорно-регулирующей арматурой на устье (1).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающее водоподающую и воздушную колонны и пульрой размещен в интервале разрабатываемого пласта выше пескоприемного отверстия, а другой — на горизонте проницаемых пород с относительно высокой температурой, при этом пульпоподъемная колонна сообщена с водоподающей колонной в интервале между пескоприемным отверстием и забойной заглушкой. поподъемную колонну, снабженную забойной заглушкой, боковым пескоприемным отверстием (2).

Однако это устройство не обеспечивает поддержания относительно высокой температуры рабочей воды, так как предполагает подъем охлажденной гидросмеси из нижней части камеры, и тепло рабочего теплоносителя отбирается в гидросмесь при встречном движении этих агентов по стволу скважины.

Цель изобретения — расширение области применения способа за счет обеспечения отработки многолетнемерзлых горных пород и интенсификация гидродобычи за счет

15 использования тепла Земли.

Цель достигается тем, что согласно способу, скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород, включающему бурение рабочей скважины через разрабатываемый пласт до горизонта подстилающих пород, нагнетание в скважину воды, отбор через пульпоподъемную колонну скважины полезного ископаемого в виде гидросмеси на поверхность, бурят дополнительную скважину до горизонта талых пород с относительно высокой температурой, отбирают из нее глубинную воду, разделяют на две части и подают одновременно одну часть через интервал разрабатываемых мерзлых пород в горизонт талых пород с относительно высокой температурой, а друЗО гую — внутрь пульпоподъемной колонны.

Кроме того, устройство для скважинной гидродобычи мерзлых раздельно-зернистых пород, включающее обсадную, водоподающую, воздухоподающую колонны, и пульпоподъемную колонну, с забойной заглуш35 кой и пескоприемным отверстием, дополнительно снабжено трубой, один конец которой размещен в интервале разрабатываемого пласта выше пескоприемного отверстия, а другой — на горизонте приницаемых пород с относительно высокой температурой, при

1105651 этом пульпоподъемная колонна сообщена с водоподающей колонной в интервале между пескоприемным отверстием и забойной заглушкой.

Подача теплой воды через камеру обеспечивает интенсивный теплообмен на границе таяния. При этом вода охлаждается, а порода нагревается, тает, переходит в плывущее состояние, скапливается внизу камеры и через пескоприемное отверстие попадает в пульпоподъемную колонну . Внутри подъемной колонны слаботекучая порода разжимается относительно теплой водой и в виде гидросмеси откачивается на поверхность.

Рабочая вода попадает в верхнюю часть камеры достаточно теплой. Охлажденная мерзлой породой, рабочая вода из нижней части камеры под давлением нагнетания поступает в нижележащий горизонт с относительно высокой температурой, фильтруется к циркуляционной скважине, отбирает тепло от окружающих пород и с относительно высокой температурой откачивается на поверхность. Затем насосом подается в добычную скважину. Преток охлажденной воды из добчной камеры в теплые породы обеспечивает подачу теплой воды на оттаивание и размыв пород в камере, на разжижение пород в колонне. Сообщение водоподающей колонны с пульпоподъемной ниже пескоприемного отверстия обеспечивает нагрев и. разжижение песка в восходящем потоке воды.

На чертеже дана схема способа и устройства для его осуществления.

На схеме показаны мерзлые породы 1, горизонт проницаемых пород 2 с относительно высокой температурой, циркуляционная скважина 3, добычная скважина 4, насос

5, задвижки 6, обсадная 7, водоподающая

8, воздухоподающая 9, пульпоподъемная

10 колонны, добычная камера 11, циркуляционная труба 12, пескоприемное отверстие 13, забойная заглушка 14, перфорация

15, защитный козырек 16. Стрелками показаны пути движения рабочей воды, римскими цифрами 1, II, 1, 7 и пунктирными линиями обозначены последовательные контуры развития камеры.

Способ осуществляют следующим образом.

Бурят циркуляционную скважину 3 до талых пород, обсаживают трубами и цементируют на всю глубину. В интервале талых пород осуществляют перфорацию 15 для гидравлической связи с пластом. Затем бурят добычную скважину 4, обсаживают колоннами 7 до разрабатываемого пласта, затем монтируют колонны 10, 8 и 9 и трубу

12, монтируют насос 5, обвязывают устье скважины трубопроводами подачи и слива с задвижками 6. Включают насос и подают воду по колоннам 7 и 8 в пласт и в пульпоподъемную колонну !0. В открытом интервале пласта порода о|1апвает, персходит В плыву ннос cooToH!!IIi., с I . каст нл забой и через отверстие 13 Iloi гуll!!i г в колоннч 10. Ho Ko.:Io!1!i 9 поlà!oò сжа1ый ноздух и откачивают гидросмссь, которая образуется внутри подъемных труб if/!I смешении слаботекучего песка и восходящего гц1тока воды. Охлажденная вода из нижней части камеры 11 по трубе 12 перетекает в горизонт теплых пород 2, фильтрируется к !

0 циркуляционной скважине. Нагревается от окружающих пород и поступает к насосу 5.

Затем цикл повторяется. Заглушка 14 служит опорой оборудования, а козырьки 16 предохраняют трубу 12 от забивания в процессе монтажа и работы. Устьевыми задвижками б регулируют подачу рабочей воды на оттаивание мерзлых пород и образование гидросмеси. В случае безнапорных горизонтов в талых породах осуществляется внешняя подпитка системы водой. Кроме

20 того возможно применение погружных скважинных электронасосов для подачи термальных вод в процессе скважинной гидродобычи.

Таким образом, отработанная охлажденная вода не скапливается в камере, а пода25 ется под давлением нагнетания в нижележащие породы, чо интенсифицирует теплообмен в камере и ускоряет процесс оттайки, повышает производительность добычи. Гидросмесь образуют из теплой воды, и поэтому при движении по пульпоподъемной ко30 лонне от рабочей воды не отнимается тепло, что также ускоряет оттайку и добычу породы. На практическое применение метода не влияют погодно-климатические условия: аппаратурное оформление метода отличается простотой, энергоемкость единичной

З5 установки невелика — требуется работа насоса (200 кВт) и компрессора с дизельным приводом. при низких уровнях воды можно применить скважинный электронасос. Метод рекомендуется к применению

40 в условиях Севера Тюменской области, где осуществляется крупномасштабное нефтегазопромысловое строительство и наблюдается острый дефицит песчано-гравийного материала. Дальность автотранспорта песка составляет 30-40 и достигает 70-80 км. гра45 вий завозят за тысячи колометров на баржах в короткий навигационный период. Вместе с тем, в верхней части осадочной толщи многолетнемерзлых пород (глубина распространения отрицательных температур

300-400 м) имеются пески, пригодные для

50 отсыпки дорог, оснований под буровые, стройплощадки, а также для бетонных и растворных работ. Эти дефицитные пески могут быть добыты на месте потребления по предлагаемому способу.

По сравнению с карьерной разработкой

55 и автотранспортом песка добыча местного стройматериала через скважины обеспечивает получение значительного производствен. ного и экономического эффекта.