Способ скважинной гидродобычи и устройство для его осуществления

 

Предназначено для скважинной гидродобычи при отработке формаций, сложенных слабосвязанными породами. До начала размыва у кровли формации образуют щелевидную выработку, соответствующую проектным размерам камеры. Заполняют ее материалом с положительной плавучестью в воде. Осуществляют размыв первоначального пространства на всю мощность. Выемку пород производят путем последовательной подсечки каждого слоя у почвы кольцеобразной заходкой и размыва сползающего к подошве слоя породы. В процессе выемки в выработанное пространство дополнительно подают материал с положительной плавучестью. В устройстве гибкая тяга выполнена в виде цепи шарнирно соединенных пластинчатых звеньев с продольным желобом. Тяга, воздушный и пульповыдачной шланги размещены внутри водяного шланга. Пульповыдачной шланг расположен в желобе. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке обводненных месторождений полезных ископаемых, предпочтительно мощных.

Известен способ скважинной гидродобычи, включающий вскрытие продуктивной формации скважиной, размещение в ней скважинного гидромониторного агрегата, круговой размыв пород формации с образованием выемочной камеры и гидроподъем горной массы на поверхность (см. а.с. СССР N 1346798, кл. E 21 C 45/00, 1987).

Недостаток этого технического решения - низкая эффективность разработки обводненных формаций из-за пониженной эффективности работы струи в "затопленных" условиях.

Известен также способ скважинной гидродобычи, включающий вскрытие скважиной продуктивной формации, первоначальный размыв пространства конической формы с углом наклона боковых стенок, равным углу естественного откоса пород, слагающих формацию, и последующую выемку пород формации наклонными слоями, параллельными боковым стенкам первоначально образованного пространства с образованием круговой выемочной камеры, и выдачу размытой горной массы на поверхность [1].

Известно устройство для скважинной гидродобычи, включающее поворотный механизм, магистрали подвода воды и воздуха и отвода пульпы, гибкий став с водным, воздушным и пульповыдачным шлангами, рабочий орган со всасывающим узлом и гдиромониторной головкой, сообщенными, соответственно, с пульповыдачным и водным шлангами, и гибкую тягу става, связывающую рабочий орган с поворотным механизмом (Аренс В.Ж. и др. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1980, с.117, рис.4.35).

Недостаток этих технических решений - недостаточная эффективность добычи при отработке формаций, сложенных слабосвязанными породами, в связи с высокими удельными трудозатратами из-за невозможности отработки формаций камерами больших размеров.

Цель изобретения - повышение эффективности добычи при отработке формаций, сложенных слабосвязанными породами, за счет снижения удельных трудозатрат.

Для достижения поставленной цели в способе скважинной гидродобычи, включающем вскрытие скважинной продуктивной формации, первоначальный размыв пространства конической формы с углом наклона боковых стенок, равным углу естественного откоса пород, слагающих формацию, и последующую выемку пород формации наклонными слоями, параллельными боковым стенкам первоначально образованного пространства с образованием круговой выемочной камеры, и выдачу размытой горной массы через скважину на поверхность, до начала размыва у кровли продуктивной формации образуют щелевую выработку, соответствующую проектным размерам камеры, и заполняют ее материалом с положительной плавучестью в воде, размыв первоначального пространства осуществляют на всю мощность формации, а выемку пород формации производят путем последовательной подсечки каждого слоя у почвы формации кольцеобразной заходкой и размыва сползающего к подошве слоя породы, при этом в процессе выемки в выработанное пространство дополнительно подают материал с положительной плавучестью.

Указанный способ может быть осуществлен устройством для скважинной гидродобычи, включающим поворотный механизм, магистрали подвода воды, воздуха и отвода пульпы, гибкий став с водным, воздушным и пульповыдачным шлангами, рабочий орган со всасывающим узлом и гидромониторной головкой, сообщенными, соответственно, с пульповыдачным и водным шлангами, и гибкую тягу става, связывающую рабочий орган с поворотным механизмом, гибкая тяга выполнена в виде цепи шарнирно соединенных пластинчатых звеньев с продольным желобом, при этом тяга, а также воздушный и пульповыдачной шланги размещены внутри водяного шланга, а пульповыдачной шланг расположен в желобе пластинчатых звеньев.

На фиг. 1 показана схема камеры на первоначальном этапе отработки; на фиг.2 - то же, в процессе отработки заходок; на фиг.3 - вид рабочего органа; на фиг.4 - сечение рабочего органа; на фиг.5 - вид звена пластинчатой цепи; на фиг.6 - вид А на фиг.5; на фиг.7 - вид става гидромониторного агрегата.

На чертежах показаны скважина 1, продуктивная формация 2, гидромониторный агрегат 3, став 4 гидромониторного агрегата, рабочий орган 5, поворотный механизм 6, выработанное пространство 7, поверхность 8, мониторная головка 9, приемные каналы 10 пульповода, воздушный шланг 11, форсунка 12, корпус 13 рабочего органа, отверстия 14 для фиксации пальцами 15 проушин 16 (конечного звена пластинчатой цепи), звено пластинчатой цепи 17, проушины 18 звена пластинчатой цепи, пульпоотводящий шланг 19, водный шланг 20, пульпоотвод 21 рабочего органа 5, слой материала-заполнителя 22.

Став гидромониторного агрегата выполнен из гибких шлангов (водного 20, пульпоотводящего 19 и воздушного 11).

Пульпоотводящий 19 и воздушный 11 шланги размещены внутри водного шланга 20 (фиг.7). Пластинчатая цепь 17 размещена внутри водного шланга 20, при этом в желобе цепи 17 размещены пульпоотводящий шланг 19, воздушный шланг 11 размещен в зазоре между внутренней поверхностью водного 20 и внешней поверхностью пульпоотводящего 19 шлангов. Водный шланг 20 связан с корпусом 13 рабочего органа. Пульпоотводящий шланг 19 связан с пульпоотводом 21 рабочего органа 5. Форсунка 12 выполнена в виде цилиндрической емкости, в днищах которой выполнены отверстия диаметром, соответствующим внешнему диаметру пульпоотвода 21. Форсунка 12 закреплена предпочтительно сваркой на пульпоотводе 21 (стенки пульпоотвода 21 на участке размещения форсунки 12 перфорируются до ее установки). Днище форсунки, противоположное рабочему органу, снабжено штуцером для подсоединения воздушного шланга 11.

Приемные каналы 10 пульпоотвода 21 выполнены в виде коротких патрубков, связывающих внешнюю поверхность корпуса 13 с пульпоотводом 21. Приемные отверстия приемных каналов 10 разгорожены с таким расчетом, чтобы диаметр (или наибольший размер) проходного сечения (получившихся при этом ячеек) был в три раза меньше диаметра пульпоотвода 21.

Пластинчатая цепь 17 собрана из одинаковых звеньев, которые соединены друг с другом посредством пальцев 15, вставляемых в проушины 16 одного звена и соответствующие проушины 18 соседнего звена пластинчатой цепи.

Собранная указанным образом пластинчатая цепь 17 размещена в зазоре между внутренней поверхностью водного шланга 20 и поверхностью пульпоотводящего шланга 19, при этом желоб звена пластинчатой цепи наполовину охватывает пульпоотводящий шланг 19. Рабочий орган 5 содержит группу сопел: сопло 23, размещенное по оси рабочего органа, сопло 24, перпендикулярное осевому, и сопла 25, отклоненные назад и вниз (до 15^о). Сопла 23 и 24 снабжены клапанами известной конструкции, обеспечивающими срабатывание этих сопел при определенном уровне давления жидкости, подаваемой к рабочему органу. При этом рабочее давление, на которое настроено сопло 23, максимально велико, давление, при котором срабатывает сопло 24, меньше, а сопла 25 работают при всех уровнях давления. Выходные отверстия из корпуса рабочего органа 5 в сопла 23-25 расположены в одной плоскости, в этой же плоскости размещены ось отверстий 14 в корпусе рабочего органа 5 и, соответственно, оси пальцев 15, фиксирующих звенья пластинчатой цепи 17. Длину звена цепи 17 принимают двух типоразмеров: первый при минимальной длине звена цепи используют, когда требуется наибольшая гибкость става гидромонитора, второй - при максимуме длины звена цепи 17 используют на этапе непосредственно разработки запасов формации (в процессе очистной выемки).

Способ осуществляют при помощи предлагаемого устройства следующим образом.

Монтируют став гидромонитора: скрепляют с пульпоотводом 21 рабочего органа 5 пульпоотводящий шланг 19, со штуцером форсунки 12 скрепляют воздушный шланг 11, проушины 16 крайнего звена цепи фиксируют с корпусом рабочего сигнала (вводом пальцев 15 в отверстия проушин и отверстия 14 корпуса). Затем водный шланг 20 "надевают" на вышеописанную сборку и фиксируют с корпусом рабочего органа 5.

Став гидромонитора собран из отдельных звеньев, каждое из которых содержит водный шланг 20, воздушный шланг 11, пульпоотводящий шланг 19, участок пластинчатой цепи соответствующей длины и концевые скрепляющие элементы, предпочтительно в виде муфт.

Первоначальная длина такой "сборки" может соответствовать глубине скважины с учетом минимального запаса длины става на поверхности. Для увеличения величины "запаса длины става на поверхности" над скважиной монтируют вышку типа используемых в буровых установках, которую не демонтируют по окончании бурения скважины.

Став 4 гидромониторного агрегата подключают к соответствующим магистральным трубопроводам на поверхности, обеспечивающим подачу воды и воздуха и отвод пульпы, образующейся при размыве формации.

Вскрывают скважиной 1 формацию 2, предпочтительно скважину бурят на всю мощность формации, после чего в скважину на участке пересечения формации вводят извлекаемую пробку 26, например, в виде пустотелой цилиндрической емкости (длиной соответствующей мощности формации, а диаметром - соответствующей диаметру скважины), обладающей положительной плавучестью.

В процессе выемки камеры уровень воды поддерживают выше непосредственной кровли камеры, при этом мощность поддерживающего слоя определяют из условия компенсации разности гравитационных сил, вызывающих обрушение кровли и собственной ее несущей способностью.

Первоначальный размыв камеры начинают с отделения формации от кровли (налегающих пород), для этого прорезают у кровли камеры щель, площадь и формой соответствующую площади камеры при ее максимальном запроектирвоанном развитии. При этом в ставе гидромониторного агрегата используют пластинчатую цепь из звеньев малой длины, для чего в скважину вводят став гидромонитора до упора в пробку 26 и начинают размыв формации с поворотом става на 360^о. После размыва кольцевой щели вокруг скважины (глубиной, равной максимальному радиусу размыва затопленной струей) создают нагрузку на став, направленную вниз (например, включив механизм подачи на работу вниз), и включают в работу гидромонитор, подавая воду под давлением, исключающим срабатывание сопел 23 и 24, снабженных клапанами, при этом рабочий орган 5 перемещается радиально, относительно скважины, а сам став изгибается. Дальнейший размыв щели ведут при периодическом внедрении рабочего органа 5 в материал формации (подачей его от скважины) с последующим круговым размывом щели с выемкой стружки, соответствующей разовой глубине внедрения рабочего органа 5. При этом после выемки стружки рабочий орган 5 опять внедряют на величину стружки и повторяют выемку следующей стружки и так далее, до проработки щели до максимальных запроектированных размеров.

В процессе выемки щели одновременно с ее размывом формируют поддерживающий слой из материала, объемный вес которого меньше воды, для чего гранулы этого материала подают в водовод во время размыва щели.

После размыва щели до проектных максимальных размеров камеры извлекают из нее став гидромонитора и извлекаемую пробку 26. В ставе гидромониторного агрегата заменяют пластинчатую цепь со звеньями малой длины на цепь со звеньями большой длины. После этого вводят став в скважину до почвы формации и ведут ее размыв с периодическим поворотом става в скважине. Образующуюся при этом пульпу отводят по пульпоотводящему шлангу на поверхность. Одновременно с этим в канал подачи воды вводят гранулы материала с малым объемным весом. После размыва выработанного пространства до размеров, при которых его нижняя грань принимает вид круга с радиусом, соответствующим максимально возможному (по условию эффективной работы струи, выбрасываемой из гидромонитора), а верхняя грань представляет из себя круг большего радиуса при наклоне боковых граней под углом естественного откоса пород, слагающих формацию.

После этого создают нагрузку на став, направленную вниз, и внедряют рабочий орган в боковую стенку выработанного пространства на величину заходки, после чего осуществляют выемку этой заходки с поворотом става гидромониторного агрегата на 360^о. Затем повторяют внедрение рабочего органа на величину следующей заходки и все повторяется до полной отработки камеры, при этом сохраняют наклон боковых стенок камеры постоянным.

После этого извлекают став гидромониторного агрегата из камеры, останавливая его у кровли (так, чтобы приемные каналы 10 пульпоотвода располагались у верхней границы поддерживающего слоя) и отсасывают гранулы на поверхность. После прекращения выхода гранул из пульпоотвода став извлекают на поверхность и используют для разработки следующей камеры.

Формула изобретения

1. Способ скважинной гидродобычи, включающий вскрытие скважиной продуктивной формации, первоначальный размыв пространства конической формы с углом наклона боковых стенок, равным углу естественного откоса пород, слагающих формацию, и последующую выемку пород формации наклонными слоями, параллельными боковым стенкам первоначально образованного пространства, с образованием круговой выемочной камеры и выдачу размытой горной массы через скважину на поверхность, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности добычи при отработке формаций, сложенных слабосвязанными породами, за счет снижения удельных трудозатрат, до начала размыва у кровли продуктивной формации образуют щелевую выработку, соответствующую проектным размерам камеры, и заполняют ее материалом с положительной плавучестью в воде, размыв первоначального пространства осуществляют на всю мощность формации, а выемку пород формации производят путем последовательной подсечки каждого слоя у почвы формации кольцеобразной заходкой и размыва сползающего к подошве слоя породы, при этом в процессе выемки в выработанное пространство дополнительно подают материал с положительной плавучестью.

2. Устройство для скважинной гидродобычи, включающее поворотный механизм, магистрали подвода воды и воздуха и отвода пульпы, гибкий став с водным, воздушным и пульповыдачным шлангами, рабочий орган с всасывающим узлом и гидромониторной головкой, сообщенными с пульповыдачным и водным шлангами соответственно, и гибкую тягу става, связывающую рабочий орган с поворотным механизмом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности добычи при отработке формаций, сложенных слабосвязанными породами, гибкая тяга выполнена в виде цепи шарнирно соединенных пластинчатых звеньев с продольным желобом, при этом указанная тяга, а также воздушный и пульповыдачной шланги размещены внутри водяного шланга, а пульповыдачной шланг расположен в желобе пластинчатых звеньев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7