ГИДРОДОБЫЧНОЙ СНАРЯД Российский патент 2004 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи полезных ископаемых через скважину.

Известен скважинный добычной снаряд, позволяющий увеличить радиус гидроразмыва полости в скважине и обеспечить непрерывность процесса добычи в случае ее снижения. Для решения этих задач скважинный добычной снаряд включает установленную в корпусе выдвижную гибкую рабочую трубу и направляющий элемент, сбрасываемый запорный элемент клапана, седло которого установлено на забойном конце гибкой рабочей трубы. Корпус выполнен перфорированным и открытым в верхней части. Увеличение радиуса гидроразмыва достигают путем выдвижения гибкой рабочей трубы через боковые отверстия, задающие направление этой трубе [А.с. 2001273, Бюл. 37-38, опубл. 15.10.93 г.].

Недостатком этого снаряда является то, что выдвижной гибкий шланг имеет ограниченную длину выхода по радиусу образуемой скважины вследствие его гибкости. При выходе шланга радиус скважины сначала растет, а затем уменьшается, в результате чего шланг займет положение, параллельное оси скважины, струя будет направлена вниз, и расширение скважины не будет происходить. Практически выход высоконапорных армированных шлангов не превышает 1-1,5 метров, что не позволяет образовывать подземные камеры диаметром более двух-трех метров.

Известно техническое решение для расширения скважины гидроразмывом по А.с. 1828922. Устройство имеет внешнюю колонну и внутреннюю гибкую, снабженную цилиндрическими элементами для увеличения жесткости гибкой колонны, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно друг друга. Через цилиндрические элементы (отверстия в них) проходят диаметрально расположенные в них две продольные тяги (канаты), выходящие на устье скважины.

Осевое смещение цилиндрических элементов (выдвижение сопла к стенке скважины) происходит при натяжении гибких тяг с устья и приложении вертикальной нагрузки на оголовок внешней колонны. Выдвижение внутренней гибкой колонны происходит в одно из азимутальных окон внешней колонны. Недостатком этого технического решения является то, что такое исполнение может обеспечить небольшой выход, исчисляемый несколькими метрами. Кроме того, техническое решение предусматривает визуальное ориентирование направления выхода гибкой колонны, что возможно при небольших глубинах (в один-два десятка метров), причем в скважинах, не заполненных водой. Это неприемлемо для глубоких скважин (сотни метров), заполненных водой и требующих больших отклонений от оси скважины [А.с. 1828922, Бюл. 27, опубл. 23.07.93 г.].

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является гидродобычной снаряд, используемый для разработки глубокозалегающих рыхлых руд способом гидродобычи на Шемраевском участке Большетроицкого месторождения КМА [Аренс В.Ж. и др. “Опыт скважинной гидродобычи руд на Шемраевском участке КМА”, горный журнал, №1, с.24, 1995]. Гидродобычной снаряд по прототипу (эрлифтный) снабжен оголовком, двумя концентрично установленными колоннами труб - агентоподающей трубой с сальником, снабженной породоразрушающим инструментом, и пульпоподъемной трубой. В качестве породоразрушающего инструмента в гидродобычном снаряде используют гидромониторные насадки, закрепленные по центру или под углом к оси снаряда, которые размывают в разных направлениях камеру небольшого диаметра.

Недостатком конструкции этого снаряда является ограниченная зона действия породоразрушающего органа, формируемая гидромониторной струей, вследствие затухания давления затопленной струи на преграду (породу) с увеличением расстояния до нее. Это ограничивает размер полости, образуемой размывом (т.е. объем добываемой руды из скважины).

Давление струи не превышает 2 МПа на расстоянии 0,3-0,4 м, что является предельно достижимым в данных конструкциях.

Задачей изобретения является создание гидродобычного снаряда для глубоких заполненных водой скважин, обеспечивающего формирование камер большого диаметра.

Техническими результатами, которые могут быть получены при использовании предлагаемого изобретения, являются:

- многократное увеличение диаметра скважин в заданном интервале с образованием камеры;

- управляемая разработка камеры до заданного диаметра при глубинах скважин в сотни метров, заполненных жидкостью;

- обеспечение кругового движения внутренней колонны гидродобычного снаряда;

- обеспечение заданного азимутального выхода низа внутренней колонны и поддержание его в нужном радиальном направлении при работе породоразрушающего инструмента;

- обеспечение радиального отклонения торца внутренней колонны гидродобычного снаряда на расстояние, в десятки раз превышающее диаметр пилот скважины и достигающее при использовании существующих буровых устройств 15 и более метров.

Решение вышеуказанной задачи и достижение перечисленных технических результатов стало возможно благодаря тому, что в известном гидродобычном снаряде, включающем оголовок и концентрично установленные колонны труб - агентоподающую колонну, снабженную сальником и породоразрушающим инструментом, и пульпоподъемную колонну, верхняя труба агентоподающей колонны дополнительно снабжена кольцевым зажимным устройством, установленным с возможностью скольжения по ее внешней поверхности, выполненным с граненой внешней поверхностью и расположенным в граненом отверстии стола ротора буровой установки, а нижняя труба этой колонны дополнительно снабжена отклонителем от вертикальной оси и удлинителем, на конце которого установлен породоразрушающий инструмент.

В предпочтительном случае исполнения в качестве породоразрушающего инструмента гидродобычной снаряд может содержать гидромониторную насадку, или режущее - дробящее устройство, или их сочетание, а в качестве удлинителя может быть использован гидродвигатель.

Совокупность существенных признаков позволяет обеспечить в отличии от аналогов возможность кругового вращения гидродобычного снаряда и фиксирование его в нужном направлении, обеспечивающих получение цилиндрической формы камеры большого диаметра.

Изобретение иллюстрируют следующие фигуры:

фиг.1 - гидродобычной снаряд (верхняя часть);

фиг.2 - гидродобычной снаряд (нижняя часть).

Гидродобычной снаряд включает вертлюг 1, закрепленный на верхней трубе 2 агентоподающей колонны 3. На верхней трубе 2 агентоподающей колонны закреплено кольцеобразное зажимное устройство 4, установленное с возможностью скольжения по ее внешней поверхности, выполненное с граненной внешней поверхностью, а также сальник 5. Пульпоподъемная колонна 6 заканчивается тройником 7, на который навернут корпус 8 сальника 5. Сальник 5 перекрывает кольцевое пространство между агентоподающей колонной 3 и пульпоподъемной колонной 6. Пульпоподъемная колонна 6 закреплена и уплотнена на оголовке, состоящем из устройства 9 и муфты 10 обсадной колонны 11 скважины 12. К обсадной колонне 11 прикреплен отвод 13 для подачи воздуха в эрлифтную систему через смеситель 14. На нижней трубе 15 агентоподающей колонны 3 навернут отклонитель 16, представляющий собой переводник, у которого оси верхней и нижней резьбы отклонены от оси корпуса на углы α и β в одной плоскости в противоположные стороны. К нижней резьбе отклонителя присоединен удлинитель 17, заканчивающийся породоразрушающим инструментом 18.

Кольцеобразное зажимное устройство 4 с граненой внешней поверхностью расположено в граненом отверстии 19 стола 20 ротора буровой установки.

Гидродобычной снаряд работает следующим образом. В скважину опускают пульпоподъемную колонну 6, заканчивающуюся тройником 7, до глубины, на которой начинают разрушение стенок скважины (породу полезного ископаемого), и закрепляют устройством 9 на муфте 10. Затем собирают нижнюю компановку агентоподающей колонны из узлов породоразрушающего инструмента 18, удлинителя 17, отклонителя 16, нижней трубы 15 агентоподающей колонны 3 и опускают внутрь пульпоподъемной колонны 6, наращивая трубы агентоподающей колонны 3. Длину этой колонны рассчитывают такой, чтобы при выходе породоразрушающего инструмента 18 из башмака пульпоподъемной колонны 6 последняя труба агентоподающей колонны была на уровне тройника 7 пульпоподъемной колонны на устье скважины. Затем присоединяют верхнюю трубу 2 с кольцеобразным зажимным устройством 4 и сальником 5. Соединяют корпус 8 сальника 5 с тройником 7. При этом кольцеобразное зажимное устройство 4 входит в граненое отверстие 19 стола 20 ротора буровой установки. Его фиксируют в заданном направлении по азимуту. К тройнику 7 присоединяют пульпоотводящий рукав, а к отводу 13 - воздухоподающий рукав. Запускают в работу систему подачи агента для разрушения породы и эрлифтную систему для подъема пульпы. По мере разрушения забоя ответвляющей скважины кольцеобразное зажимное устройство 4 приподнимают по трубе и, не меняя азимута установки его, продолжают углубление забоя. При необходимости увеличения выхода породоразрушающего института из пульпоподъемной колонны производят наращивание очередной трубы агентоподающей колонны 3 под верхнюю трубу 2 (так как поверхность верхней трубы 2 выполнена для работы в сальниковом уплотнении) и продолжают углубление забоя в заданном направлении. Для бурения очередного ответвления агентоподающую колонну приподнимают до первоначального уровня, устанавливают расчетный азимут и глубину забуривания нового ответвления. Далее процесс повторяется.

Бурение ответвлений может происходить при работе эрлифтной системы или при прямой промывке скважины с магазинированием разрушенной породы.

Практическую применимость заявляемого гидродобычного снаряда показывает пример конкретного исполнения.

Пример

Белгородской горнопромышленной компанией намечаются работы по скважинной гидродобыче богатых железных руд КМА на трех участках в 2002-20003 гг. На одном из них выполняются работы. Глубина залегания руд - от 450 до 800 м. Диаметр обсадной колонны, перекрывающей надрудную толщу, - 426 мм. В ТЭО на разработку Гостищевского месторождения богатых железных руд Курской магнитной аномалии методом скважинной гидродобычи на глубинах до 800 м предусмотрено создание в скважинах камер диаметром 15 м при диаметре пилот-скважины до 0,5 м.

Конструкторская разработка предлагаемого гидродобычного снаряда показывает, что при диаметре пульпоподъемной колонны 245 мм, агентоподающей 114 мм и отколонителя с отклонением осей резьб 4 и 5° отклонитель выводит породоразрушающий инструмент на 7,5 м от пилот-скважины при вертикальном углублении на 14 м, что позволяет получить диаметр гидродобычной камеры 15 м. При необходимости установить отклонитель удлинителя в заданном направлении известными методами определяют пространственное положение отклонителя, а затем при фиксированном положении в нем верхней трубы с зажимным устройством проворотом ротора устанавливают трубу в нужном направлении и заклинивают ротор от проворота. При этом верхняя труба имеет возможность вертикального движения без изменения азимутального направления агентоподающей колонны.

Как видно из примера, использование заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить в скважине камеру диаметром больше 15 м и достичь управляемой разработки этих камер круговым движением внутренней колонны гидродобычного снаряда.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи полезных ископаемых через скважину. Гидродобычной снаряд включает оголовок и концентрично установленные колонны труб - агентоподающую колонну, снабженную сальником и породоразрушающим инструментом, и пульпоподъемную колонну. Верхняя труба агентоподающей колонны дополнительно снабжена кольцеобразным зажимным устройством, установленным с возможностью скольжения по ее внешней поверхности, выполненным с граненой внешней поверхностью и расположенным в граненом отверстии стола ротора буровой установки, а нижняя труба этой колонны дополнительно снабжена отклонителем от вертикальной оси и удлинителем, на конце которого установлен породоразрушающий инструмент. Изобретение имеет надежную в работе конструкцию при формировании камер большого диаметра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидродобычной снаряд, включающий оголовок и концентрично установленные колонны труб - агентоподающую колонну, снабженную сальником и породоразрушающим инструментом, и пульпоподъемную колонну, отличающийся тем, что верхняя труба агентоподающей колонны дополнительно снабжена кольцеобразным зажимным устройством, установленным с возможностью скольжения по ее внешней поверхности, выполненым с граненой внешней поверхностью и расположенным в граненом отверстии стола ротора буровой установки, а нижняя труба этой колонны дополнительно снабжена отклонителем от вертикальной оси и удлинителем, на конце которого установлен породоразрушающий инструмент.2. Гидродобычной снаряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве удлинителя использован гидродвигатель.3. Гидродобычной снаряд по п.1, отличающийся тем, что породоразрушающий инструмент имеет гидромониторную насадку, или режуще-дробящее устройство, или их сочетание.