Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к горному делу и геологии и может быть использовано при разработке и добычи рассыпных, осадочных, рыхлых и полурыхлых месторождений полезных ископаемых. Способ заключается во вскрытии пласта полезного ископаемого центральной и фланговыми скважинами, формировании выемочной камеры гидравлическим разрушением полезного ископаемого, выдачи гидросмеси на поверхность. Из фланговых скважин сооружают наклонные стволы с направлением их забоев в сторону гидродобывающего агрегата в центральной скважине, из которых последовательно производят гидроразрыв. Перемещение дезинтегрированного полезного ископаемого осуществляют с применением устройств со шнекообразными разнонаправленными секциями. Устройство для осуществления этого способа содержит гидродобывающий агрегат, в котором установлен делитель потока, связанный с гидромонитором и через обводные трубы с кронштейном. На кронштейне установлены верхний и нижний независимые приводы в виде гидродвигателей, размещенные друг над другом концентрично относительно колонны труб. Верхний гидродвигатель снабжен шнекообразной секцией, направленной в узел всасывания и подъема гидросмеси, а нижний - через шнекообразную секцию породоразрушающим наконечником с расширителем. Позволяет вести добычу полезного ископаемого с высокой эффективностью и производительностью, вследствие более полного дезинтегрирования и перемещения его с минимальными потерями, а также надежной работы гидродобывающего агрегата. 2 н. и 1 з.п. ф-лы. 5 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при разработке и добычи рассыпных, осадочных, рыхлых и полурыхлых месторождений полезных ископаемых, объединяет геотехнологические методы скважинной разведки.

Известен способ геотехнологического извлечения природных материалов из мощных подземных формаций полезных ископаемых, включающий вскрытие формации эксплуатационными и вспомогательными скважинами, разрушение пород в пределах определенных блоков, формирование выемочных камер гидравлическим разрушением полезного ископаемого, выдачу гидросмеси на поверхность через центральную скважину «Устройство для скважинной гидродобычи» (АС СССР №682650, 30.08.79, БИ №32).

Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за значительных потерь полезного ископаемого за счет невысокой захватывающей способности применяемых устройств.

Наиболее близким по технологической сущности и конструктивному исполнению к предлагаемому техническому решению является «Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления» (АС СССР №1710758, 07.02.92, БИ №5), включающий вскрытие полезного ископаемого центральной и фланговыми скважинами, формирование выемочной камеры гидравлическим разрушением полезного ископаемого, выдачу гидросмеси на поверхность через центральную скважину, при этом в основании выемочной камеры проходят базовую камеру, а размыв пласта осуществляют сверху вниз, устройство для скважинной гидродобычи, включающее гидродобывающий агрегат, армированный тонкостенными трубами, рабочие поверхности которых снабжены гибкими полиэтиленовыми элементами.

Недостатком этого способа является то, что снижается производительность объемов добычи полезного ископаемого из-за низкой дезинтеграции его при гидродобыче и значительных потерях полезного ископаемого при перемещении и подъеме на поверхность, а недостатком устройства является то, что при работе с твердыми полезными ископаемыми снижается надежность работы гидродобывающего агрегата, армированного тонкостенными трубами, рабочие поверхности которых снабжены гибкими полиэтиленовыми элементами.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых, который повышает дезинтегрирование полезного ископаемого, улучшает условия всасывания гидросмеси и уменьшает потери при перемещении и подъеме ее на поверхность, а также создание устройства для осуществления вышеуказанного способа, повышающего надежность работы скважинного гидродобывающего агрегата.

Задача решается за счет того, что предложен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, который включает вскрытие пласта полезного ископаемого центральной и фланговыми скважинами, формирование выемочной камеры гидравлическим разрушением полезного ископаемого, выдачу гидросмеси на поверхность и отличается от наиболее близкого технического решения тем, что:

- из фланговых скважин дополнительно сооружают наклонные стволы с направлением их забоев в сторону гидродобывающего агрегата в центральной скважине, за счет чего увеличивается зона добычи полезного ископаемого;

- из наклонных стволов последовательно производят гидроразрыв, что позволяет увеличить дезинтеграцию полезного ископаемого;

- перемещение дезинтегрированного полезного ископаемого осуществляют принудительно от забоя центральной скважины в зону узла всасывания с применением устройств со шнекообразными разнонаправленными секциями, что позволяет увеличить производительность гидродобычи;

- во фланговые скважины и наклонные стволы (при падении производительности гидродобычи) вводят кумулятивные торпеды, направление взрывной волны от которых ориентируют на гидродобывающий агрегат в центральной скважине, при этом агрегат в момент взрыва вводят во внутреннюю полость колонны обсадных труб, что позволяет увеличить дезинтеграцию полезного ископаемого.

А также, задача решается за счет того, что устройство для осуществления вышеуказанного способа, включающее гидродобывающий агрегат для гидравлического разрушения полезного ископаемого и выдачи образовавшейся пульпы на поверхность, содержащий внешнюю и внутреннюю колонны труб, причем внутренняя колонна установлена с возможностью вращения и осевого перемещения относительно внешней колонны, гидромонитор для подачи напорной воды и узел всасывания и подъема гидросмеси, расположенный у нижнего торца концевой части внешней колонны, отличается тем, что

- дополнительно установлен делитель потока, связанный с гидромонитором и через обводные трубы с кронштейном, что позволяет установить дополнительные устройства гидродобывающего агрегата (гидродвигатели, шнекообразные разнонаправленные секции), способствующие более полному выносу гидросмеси на поверхность;

- на кронштейне установлены верхний и нижний гидродвигатели с независимыми приводами и размещены они друг над другом концентрично относительно колонны труб, что позволяет при изменении нагрузки на одном двигателе, выдерживать заданную нагрузку на другом двигателе, т.е. работать в независимом режиме;

- верхний гидродвигатель снабжен шнекообразной секцией, направленной в узел всасывания и подъема гидросмеси, что улучшает условия всасывания и устраняет потери при перемещении и подъеме полезного ископаемого на поверхность;

- нижний гидродвигатель через шнекообразную секцию снабжен породоразрушающим наконечником с расширителем, что повышает дезинтегрирование полезного ископаемого.

Способ и устройство характеризуются чертежами, представленными на фигурах 1-5.

На фиг.1 - продольный разрез отрабатываемого рудоносного отложения.

На фиг.2 и 3 - продольный разрез гидродобывающего агрегата, расположенного в центральной скважине.

На фиг.4 - продольный разрез делителя потока.

На фиг.5 - продольный разрез кронштейна, на котором размещены два гидродвигателя.

Устройство для осуществления способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых содержит гидродобывающий агрегат 1, обсадные трубы 2 с оголовком 3. Гидродобывающий агрегат 1 включает внешнюю колонну труб 4 с оголовком 5 и внутреннюю колонну труб 6 с вертлюгом 7. Верхней частью внутренняя колонна труб 6 контактирует с роторным столом 8, позволяющим гидродобывающему агрегату 1 совершать осевые перемещения и передавать крутящий момент. В нижней части внутренней колонны труб 6 расположен делитель потока 9, направляющий напорную жидкость на гидромонитор 10 с насадкой 11 и в обводные трубы 12. Гидромонитор 10 входит в состав узла всасывания и подъема гидросмеси 13. Узел всасывания и подъема гидросмеси 13 расположен у нижнего торца 14 внешней колонны труб 4. Обводные трубы 12 подводят напорную жидкость к кронштейну 15, на котором установлены друг над другом верхний и нижний гидродвигатели 16 и 17 и размещены они концентрично относительно колонны труб 4. Напорная жидкость из обводных труб 12 по каналам 18, 19 и 20 кронштейна 15 подводится к гидродвигателям 16 и 17. Нижний гидродвигатель 17 снабжен шнекообразной секцией 21 и породоразрушающим наконечником 22 с инерционным или гидравлическим расширителем 23, а верхний гидродвигатель 16 снабжен шнекообразной секцией 24, направленной в узел всасывания и подъема гидросмеси 13.

Способ скважинной гидродобычи осуществляется следующим образом. Полезное ископаемое 25 вскрывают центральной 26 и фланговыми 27 скважинами через верхние слои пород 28, 29 и этими же скважинами 26 и 27 забуривается в нижележащий слой породы 30. Для более полного вскрытия пласта полезного ископаемого 25 из фланговых скважин 27 дополнительно сооружают наклонные стволы 31 с направлением их забоев в сторону гидродобывающего агрегата 1, размещенного в центральной скважине 26. В наклонных стволах 31 устанавливают добычные гидромониторы (не показаны), с помощью которых формируют выемочную камеру 32 путем гидроразрыва 33 полезного ископаемого 25.

В центральной скважине 26 при работе бурового породоразрушающего наконечника 22 в зоне рыхлых пород инерционный или гидравлический расширитель 23 активно дезинтегрирует и расширяет призабойную часть скважины, а нижняя шнекообразная секция 21 способствует увеличению дезинтеграции призабойной зоны скважины.

При этом расширитель 23 может быть снабжен известными гидромониторными насадками (не показаны) и обеспечивать увеличение зоны дезинтеграции полезного ископаемого.

Перемещение дезинтегрированного (разрушенного) полезного ископаемого осуществляют принудительно от забоя центральной скважины в зону всасывания и подъема гидросмеси узла 13 гидродобывающего агрегата 1 с использованием шнекообразных разнонаправленных секций 21 и 24. Шнекообразная секция 24 подает образовавшуюся гидросмесь от верхнего гидродвигателя 16 по кольцевому пространству к узлу всасывания и подъема гидросмеси 13, при этом гидросмесь подхватывается одновременно и с боковых стенок центральной скважины 26 и выходит через оголовок 3 на поверхность.

В случае недостаточного выхода гидросмеси (пульпы) на поверхность к штуцеру оголовка 5 внешней колонны труб 4 гидродобывающего агрегата 1 подключают вакуумный насос (не показан).

В период снижения производительности гидродобычи полезного ископаемого 25, во фланговые скважины 27 и наклонные стволы 31 вводят кумулятивные торпеды, направление взрывной волны от которых ориентируют на гидродобывающий агрегат 1 в центральной скважине 26, при этом гидродобывающий агрегат 1 в момент взрыва вводят во внутреннюю полость колонны труб 4. Разработка месторождений полезных ископаемых предлагаемым способом и устройством для его осуществления позволяет вести добычу полезного ископаемого без потерь, с высокой эффективностью и производительностью, вследствие более полного дезинтегрирования и перемещения его с минимальными потерями, а также надежной работы гидродобывающего агрегата.

1. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий вскрытие пласта полезного ископаемого центральной и фланговыми скважинами, формирование выемочной камеры гидравлическим разрушением полезного ископаемого, выдачу гидросмеси на поверхность, отличающийся тем, что из фланговых скважин дополнительно сооружают наклонные стволы с направлением их забоев в сторону гидродобывающего агрегата в центральной скважине, из которых последовательно производят гидроразрывы полезного ископаемого, а перемещение дезинтегрированных частей полезного ископаемого осуществляют принудительно от забоя центральной скважины в зону всасывания и подъема гидросмеси с применением устройств со шнекообразными секциями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в наклонные стволы периодически вводят кумулятивные торпеды, направление взрывной волны от которых ориентируют на гидродобывающий агрегат в центральной скважине, при этом гидродобывающий агрегат в момент взрыва вводят во внутреннюю полость колонны труб.

3. Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающее гидродобывающий агрегат для гидравлического разрушения полезного ископаемого и выдачи образовавшейся пульпы на поверхность, содержащий внешнюю и внутреннюю колонны труб, причем внутренняя колонна установлена с возможностью вращения и осевого перемещения относительно внешней колонны, гидромонитор для подачи напорной воды и узел всасывания и подъема гидросмеси, расположенный у нижнего торца концевой части внешней колонны, отличающееся тем, что в гидродобывающем агрегате дополнительно установлен делитель потока, связанный с гидромонитором и через обводные трубы с кронштейном, на котором установлены два независимых привода в виде гидродвигателей, размещенные друг над другом концентрично относительно колонны труб и снабженные шнекообразными разнонаправленными секциями, при этом нижний гидродвигатель через шнекообразную секцию снабжен породоразрушающим наконечником с инерционным или гидравлическим расширителем, а верхний гидродвигатель снабжен шнекообразной секцией, направленной в узел всасывания и подъема гидросмеси.