СКВАЖИННЫЙ ГИДРОДОБЫЧНОЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Изобретение может найти применение в строительном деле при сооружении через скважины подземных хранилищ для жидких и газообразных продуктов, при сооружении водозащитных экранов по принципу "стена в грунте".

Известен скважинный земснаряд, включающий размещенные в скважине гидромонитор с подводящим водоводом и выдачной механизм, на забое скважины в торце выдачного механизма смонтирована опора, а на устье скважины установлен направляющий элемент с гибкой тягой, при этом гидромонитор соединен с гибкой тягой, а подводящий водовод гидромонитора выполнен из шарнирно соединенных трубопроводов (Авторское свидетельство СССР N 991053, МПК 3 E 21 C 45/00, БИ N 3, 1983 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что для изменения уровня размыва пород разрушающую насадку гидромонитора поднимают или опускают до определенного горизонта лебедкой с помощью гибкой тяги и направляющего элемента, что не дает точности регулировки хода для гидроэлеватора кольцевого типа.

Известен скважинный гидромониторный агрегат, содержащий центральную пульпоподъемную колонну, жестко соединенную с проточной частью гидроэлеватора, хвостовик, выполненный в виде колонны труб, установленной концентрично пульпоподъемной колонне и жестко соединенной с ней, с расположением верхнего торца хвостовика над проточной частью гидроэлеватора, внешнюю напорную колонну, установленную концентрично колонне хвостовика с возможностью вращения и осевого перемещения относительно последней, гидроэлеваторный насадок, сообщенный с полостью напорной колонны через полость хвостовика, и гидромониторный насадок, сообщенный с полостью напорной колонны, внутренняя поверхность напорной колонны у ее нижнего торца выполнена с выступом со скошенной верхней кромкой, а верхний торец колонны хвостовика снабжен кольцевой воронкообразной манжетой, установленной с возможностью постоянного взаимодействия внешней поверхностью с внутренней поверхностью напорной колонны, а внутренней поверхностью - с поверхностью пульповыдачной колонны в интервале выступа напорной колонны (Авторское свидетельство СССР N 1382959, МПК 4 E 21 C 45/00, БИ N 11, 1988 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся то, что у агрегата отсутствует возможность управления величинами напора и эжекции, так как площади поперечного сечения насадка гидроэлеватора F_о и камеры смещения F_н постоянны, тогда и m = F_н/F_о = const, где m - основной геометрический параметр гидроэлеватора, а буровая установка или лебедка не дают высокой точности перемещения напорной колонны труб "вверх-вниз" для оптимального перемещения водопотока.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающее высоконапорный став с каналами для подачи энергетической воды и подъема пульпы, гидромониторные насадки, гидроэлеватор центрального типа и всасывающую камеру с окнами в виде продольных щелей, на перемычках между щелями установлены заостренные штыри, а на нижнем торце става по продольной оси установлена дополнительная насадка гидромонитора (Патент РФ N 2111359, МПК 6 E 21 C 45/00, БИ N 14, 1998 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствует возможность управления величинами напора и эжекции, так как у указанного гидроэлеватора центрального типа площади поперечного сечения насадка гидроэлеватора и камеры смещения постоянны, то есть у этого типа гидроэлеваторов напор и эжекция изначально заданы при проектировании постоянной величиной.

Известно, что для подъема пульпы при скважинной гидродобыче скважинные гидродобычные агрегаты могут оборудоваться гидроэлеваторными устройствами. При этом применяются гидроэлеваторы двух типов: кольцевого и центрального, которые различаются по месторасположению активной струи в плоскости начального сечения камеры смешения. Гидроэлеваторы могут быть высоконапорные при m < 3,5, средненапорные 3,5 < m < 6,5 и низконапорные при m > 6,5, где m = F_н/F_о - основной геометрический параметр гидроэлеватора, равный отношению площадей поперечных сечений камеры смешения и насадка гидроэлеватора. Для подъема - спуска скважинного гидродобычного агрегата в скважину, а так же для управления гидромониторными агрегатами и пульпоподъемными механизмами в процессе гидродобычи традиционно используют лебедки, подъемные краны, буровые станки, буровые вышки, различного рода подъемник и т.д. (Бурение и оборудование геотехнологических скважин. / Сергиенко Н.А., Мосев А.Ф., Пименов М.К. - М.: Недра, 1984, с. 174 - 176).

Недостатком использования указанного оборудования на добычной скважине является постоянная необходимость задействования подъемно-транспортных устройств, расходования при этом дополнительных энергоресурсов.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей скважинного гидродобычного агрегата за счет управления параметрами напора и эжекции гидроэлеватора.

Технический результат - повышение эффективности и производительности скважинного гидродобычного агрегата для небольших глубин залегания продуктивного пласта.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном скважинном гидродобычном агрегате, включающем внешнюю напорную колонну с жестко соединенными насадками гидромонитора и гидроэлеватора, с жестко соединенной всасывающей камерой на нижнем конце става, центральную пульпоподъемную колонну, коаксиально установленную внутри става с возможностью осевого перемещения относительно последнего, внутренняя полость которой соединяется с внутренней полостью высоконапорного става через насадок гидроэлеватора, особенность заключается в том, что гидроэлеваторный насадок выполнен кольцевого типа, в верхней части става жестко установлено основание подъемно-регулировочного механизма, на которое жестко установлена опора, на опору шарнирно установлена качалка-ухват, которая одним концом на расстоянии L₂ опирается на хомут-упор, жестко установленный на пульпоподъемную колонну, вторым концом с помощью ходового винта на расстоянии L₁ = 2L₂ шарнирно прикреплена на основание, а ходовой винт снабжен подвижным воротком.

Заявленное техническое решение отличается от известного тем, что скважинный гидродобычной агрегат снабжен гидроэлеватором кольцевого типа и подъемно-регулировочным механизмом, отсюда следует, что при постоянном проходном сечении камеры смещения F_н пульпоподъемника основной геометрический параметр гидроэлеватора m = F_н/F_о будет меняться в зависимости от изменения площади проходного сечения F_о кольцевого насадка гидроэлеватора. Изменение площади проходного сечения F_о осуществляется за счет осевого перемещения ("вверх-вниз") пульпоподъемной колонны. Так, в крайнем нижнем положении пульпоподъемной колонны, когда кольцевая щель насадка гидроэлеватора перекрыта нижним торцом колонны, вся рабочая жидкость расходуется гидромониторами на размыв продуктивного пласта, что особо важно на начальных этапах отработки месторождения. Далее, при поднятии колонны на расчетную высоту проходное сечение насадка гидроэлеватора (кольцевой зазор) увеличивается, параметр m уменьшается, напор гидроэлеватора увеличивается, эжекция падает и наоборот. В процессе добычи можно управлять напором и эжекцией гидроэлеватора, достигая оптимального режима работы добычной установки. При этом точность регулировки осевого перемещения пульпоподъемной колонны на порядок выше, чем при варианте применения буровой установки или другого подъемного оборудования. Отпадает необходимость постоянного задействования на добычной скважине буровой установки или другого подъемного оборудования, сокращаются энергозатраты, повышается эффективность работы и производительность скважинного гидродобычного агрегата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

В обнаруженной информации отсутствуют также сведения о техническом результате, который достигается при использовании отличительных признаков заявляемого устройства, следовательно заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг. 1 изображен скважинный гидродобычной агрегат, общий вид; на фиг. 2 - узел I.

Скважинный гидродобычной агрегат состоит из высоконапорного става 1 с жестко установленным насадком 2 гидромонитора, насадком 3 гидроэлеватора кольцевого типа, всасывающей камеры 4, пульпоподъемной колонны 5, коаксиально установленной внутри става 1 с возможностью осевого перемещения "вверх-вниз", в нижней части которой жестко установлена камера смешения 6. В верхней части става жестко установлено основание 7 подъемно-регулировочного механизма, на которое жестко установлена опора 8. На опору 8 шарнирно установлена качалка-ухват 9, которая одним концом опирается на хомут-упор 10, жестко установленный с помощью болтового соединения на пульпоподъемную колонну 5. Вторым концом качалка-ухват 9 с помощью ходового винта 11 гайки 12, шарнирно установленной на основании 7, соединена с указанным основанием. Ходовой винт 11 имеет подвижной вороток 13. Внутренняя полость, представляющая собой кольцевое пространство между трубами высоконапорного става 1 и пульпоподъемной колонной 5, соединяется с внутренней полостью последней с помощью кольцевого зазора между нижним торцем камеры смешения 6 и кольцевой насадкой 3 гидроэлеватора. Размер кольцевого зазора зависит от вертикального положения нижнего конца камеры смешения 6, жестко связанного с колонной 5. Управление подъемом и опусканием пульпоподъемной колонны 5 и соответственно управлением величины кольцевого зазора насадка 3 гидроэлеватора осуществляется с дневной поверхности с помощью воротка 13 подъемно-регулировочного механизма.

Например: плечо L₁ качалки 9 равно 2L₂, ходовой винт 11 имеет шаг резьбы 2 мм. Один оборот винта 11 от воротка 13 соответствует подъему или опусканию пульпоподъемной колонны 5 с камерой смешения 6 на 1 мм.

Скважинный гидродобычной агрегат работает следующим образом. В пробуренной и при необходимости обсаженной скважине размещают агрегат. Пульпоподъемную колонну 5 устанавливают в крайнее нижнее положение, то есть ставят на гидроэлеваторный насадок 3 без зазора. Выставляют хомут-упор 10 на колонне 5, обеспечив параллельность качалки 9 с основанием 7 с помощью воротка 13. Жестко крепят хомут-упор 10 на колонне 5 с помощью болтовых соединений. Включают насосную станцию и плавно пускают напорную жидкость во внутреннюю полость высоконапорного става 1. Вся рабочая жидкость через насадки 2 гидромонитора расходуется на размыв продуктивного пласта и перевод его в подвижное состояние. Через определенное время вращением воротка 13 приподнимают колонну 5, образуя кольцевой зазор между нижним торцем камеры смещения 6 и гидроэлеваторной насадкой 3. Напорная жидкость из внутренней полости става 1 по кольцевому зазору под давлением проникает во внутреннюю полость колонны 5. Срабатывает эжекторный эффект, образовавшаяся гидросмесь всасывается в камеру 4 и через центральное отверстие насадка 3 попадает в камеру смешения 6. Происходит смешивание напорного потока жидкости с эжектируемым потоком гидросмеси, разжижение смеси и гидроэлеваторный подъем ее на поверхность. С помощью воротка 13 подъемно-регулировочного механизма выбирают оптимальный режим работы добычной установки.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначенное для использования в промышленности, а именно для гидродобычи полезных ископаемых;
- для заявленного устройства в том виде, как она охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке конструкция скважин гидродобычного агрегата и способа его работы;
- заявленное устройство обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно повышение эффективности работы агрегата за счет управления напором и эжекцией гидроэлеватора, вывода добычной установки в оптимальный режим добычи с целью повышения производительности. Отпадает необходимость постоянного задействования на добычной скважине буровой установки или другого подъемного оборудования, сокращаются энергозатраты при скважинной гидродобыче.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Предлагаемый скважинный гидродобычной агрегат обеспечивает:
- повышение эффективности скважинной гидродобычи полезных ископаемых за счет управления параметрами напора и эжекции гидроэлеватора при подъеме пульпы;
- выбор оптимальных режимов работы добычной установки;
- достаточно высокую точность регулировки режимов работы гидромонитора и гидроэлеватора;
- исключение из процесса управления добычей буровой установки;
- экономию энергоресурсов;
- сокращение времени простоя грузоподъемного оборудования;
- повышение КПД гидродобычи, уменьшение себестоимости продукции.

Предлагаемое техническое решение рекомендуется использовать для скважинных гидродобычных агрегатов при добыче с малых и средних глубин.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при скважиной гидродобыче полезных ископаемых. Агрегат состоит из высоконапорного става, насадки гидромонитора, насадки гидроэлеватора кольцевого типа, всасывающей камеры, пульпоподъемной колонны, коаксиально установленной внутри става с возможностью осевого перемещения за счет подъемно-регулировочного механизма, что обеспечивает регулировку размера кольцевого зазора между нижним торцом камеры смешения и кольцевой насадкой гидроэлеватора. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей агрегата за счет управления параметрами напора и эжекции гидроэлеватора. 2 ил.

Скважинный гидродобычной агрегат, включающий высоконапорный став с жестко соединенными насадками гидромонитора и гидроэлеватора, с жесткосоединенной всасывающей камерой на нижнем конце става, центральную пульпоподъемную колонну, коаксиально установленную внутри става с возможностью осевого перемещения относительно последнего, внутренняя полость которой соединяется с внутренней полостью высоконапорного става через насадок гидроэлеватора, отличающийся тем, что гидроэлеваторный насадок выполнен кольцевого типа, в верхней части става жестко установлено основание подъемно-регулировочного механизма, на которое жестко установлена опора, на опору шарнирно установлена качалка-ухват, которая одним концом на расстояние L₂ опирается на хомут-упор, жестко установленный на пульпоподъемную колонну, вторым концом, с помощью ходового винта, на расстоянии L₁=2L₂, шарнирно прикреплена на основание, а ходовой винт снабжен подвижным воротком.