СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2008 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке полезных ископаемых в виде крутопадающего продуктивного пласта, перекрытого толщей пород в виде осадочных отложений способом скважинной гидродобычи.

Известен «Способ опробования мощных подземных формаций» (АС СССР, №1318689, 23.06.87 БИ №23), предназначенный для извлечения пробы из крутых и наклонных формаций полезного ископаемого. Мощную наклонную формацию вскрывают двумя добычными скважинами - наклонной по падению формации у висячего бока, до нижней границы опробования и вертикальной, также до нижней границы опробования и производят их сбойку. В наклонной скважине размещают гидромонитор, в вертикальной - пульпоподъемную колонну.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость бурения двух скважин на большие глубины;

- ненадежность процесса сбойки скважин из-за их искривления и небольших диаметров.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления» (RU №2256796, дата публикации 2005.07.20).

Способ включает вскрытие продуктивного пласта добычной наклонной скважиной, обсадку скважины колонной труб, монтаж скважинного снаряда с концентрично расположенными колоннами труб, гидроэлеватором и гидромониторной насадкой. Производят гидромониторный размыв пласта и подъем образующейся гидросмеси пород гидроэлеватором на поверхность. Вскрытие продуктивного пласта добычной наклонной скважиной и ее обсадку осуществляют путем перемещения внешней колонны труб скважинного снаряда вдоль оси скважины и одновременного вращения внутренней колонны труб, при этом гидромониторную насадку вводят внутрь внешней колонны труб скважинного снаряда, а при размыве продуктивного пласта ее выводят из внешней колонны труб скважинного снаряда.

Основными недостатками данного способа являются:

- необходимость бурения наклонными скважинами большого объема покрывающих полезное ископаемое пород, которые могут иметь сложное строение и содержать не один водоносный горизонт;

- не предусмотрены меры, предотвращающие деформацию земной поверхности при ведении буровых работ;

- постоянное вращение внутренней колонны, что приводит к ее быстрому износу.

Известно устройство для реализации данного способа (RU №2256796, дата публикации 2005.07.20), выполненное в виде скважинного снаряда, включающего концентрично расположенные колонны труб, внешняя из которых является обсадной колонной скважины, а внутренняя снабжена наконечником с гидроэлеватором, гидромониторной насадкой и герметизирующим элементом и оголовок в виде двухпроходного вертлюга для подвода и выдачи пульпы, при этом герметизирующий элемент установлен на наконечнике выше гидромониторной насадки и выполнен в виде цилиндрического выступа.

Недостатками данного устройства являются:

- установка гидромониторной насадки с зазором внутри внешней колонны труб при бурении скважин приводит к образованию кольцевой струи, в результате чего увеличивается расход воды, требующий дополнительного источника водоснабжения;

- выполнение скважинного снаряда с возможностью постоянного вращения внутренней колонны труб при бурении скважины приводит к ее повышенному износу;

- отсутствие на внутренней колонне труб центрирующих устройств, которые необходимы в наклонных скважинах, что привод к биению и ускоренному износу внутренней колонны труб.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых для разработки месторождений крутопадающих пластов, залегающих среди устойчивых вмещающих пород, перекрытых толщей осадочных образований, снижающего материальные затраты, позволяющего обеспечить безопасность проведения буровых работ, а также расширить зону разработки и тем самым увеличить объем добычи полезных ископаемых, а также создание устройства для осуществления вышеуказанного способа.

Задача решается за счет того, что предложен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, который включает вскрытие продуктивного пласта добычной наклонной скважиной, обсадку скважины колонной труб, установку в скважине гидродобычного снаряда и гидроэлеватора, гидромониторный размыв пласта и подъем образующейся гидросмеси пород гидроэлеватором на поверхность и отличается от наиболее близкого технического решения тем, что:

- в толще пород, покрывающей продуктивный пласт, сооружают вертикальную скважину до его вскрытия, что ускоряет процесс вскрытия продуктивного пласта и уменьшает материальные затраты;

- из вертикальной скважины осуществляют последовательное бурение нескольких добычных наклонных скважин в разных направлениях по падению пласта у висячего бока, что позволяет расширить зону разработки и тем самым увеличить объем добычи полезных ископаемых;

- из добычных наклонных скважин осуществляют размыв пласта полезных ископаемых снизу-вверх, что позволяет создать в верхней части наклонной скважины необходимый целик безопасности от деформации земной поверхности;

- по мере подъема гидродобычного снаряда извлекают из добычной наклонной скважины обсадные трубы, что так же снижает материальные затраты при добычи полезных ископаемых.

Поставленная задача решается за счет использования устройства для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающего гидродобычной снаряд с гидромониторами, установленный на внутренней колонне труб, и гидроэлеватор для выдачи образовавшейся гидросмеси с использованием внешней колонны труб. При этом согласно предлагаемому устройству гидромониторы через связи соединены с двумя втулками, сидящими на внутренней колонне труб и способными вращаться на ней, одна из них выполнена подвижной вдоль продольной оси колонны труб, а вторая - неподвижной, гидромониторы через неподвижную втулку гидравлически соединены с колонной труб, а подвижная втулка соединена с пружинным устройством, регулирующим положение гидромониторов в скважине, причем в гидромониторах смонтированы сопла, с помощью одних производят размыв продуктивного пласта, а с помощью других создают крутящий момент на гидромониторах вокруг оси скважины.

Данное устройство позволяет:

- отказаться от вращения внутренней колонны труб в процессе размыва полезных ископаемых и от центрирующих элементов внутренней колонны труб, что значительно снижает материальные затраты добычи полезных ископаемых;

- давлением жидкости, подаваемой к гидромониторам, регулировать число оборотов гидромониторов, что расширяет зону добычи.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - стадия сооружения вертикальной скважины;

на фиг.2 - стадия сооружения добычной наклонной скважины из вертикальной параллельно углу падения крутопадающего продуктивного пласта полезных ископаемых;

на фиг.3 - промежуточная стадия осуществления способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых на этапе размыва продуктивного пласта;

на фиг.4 - конечная стадия размыва продуктивного пласта;

на фиг.5 - схема осуществления гидродобычи полезных ископаемых при сооружении нескольких (на данной фигуре трех) добычных наклонных скважин из одной вертикальной скважины;

на фиг.6 - продольный разрез гидродобычного снаряда, расположенного в добычной наклонной скважине в момент размыва продуктивного пласта;

на фиг.7 - разрез гидромонитора по А-А на фиг.6.

На фигурах 1-5 показаны полезное ископаемое 1 в виде крутопадающего продуктивного пласта, покрывающая толща пород 2, представленная в основном осадочными отложениями, устойчивые породы 3 и подстилающие породы 4, а также почвы 5.

В почве 5 и в покрывающей толще пород 2 сооружают вертикальную скважину 6 до вскрытия полезного ископаемого 1. Из вертикальной скважины 6 с использованием отклоняющего инструмента (не показан) гидродобычным снарядом 7 с использованием долота 8 с инерционным расширителем 9 осуществляют бурение добычной наклонной скважины 10. На практике может быть сооружено несколько подобных скважин из одной вертикальной скважины 6 (на фиг.5 таких скважин показано три: 10, 11, 12) в разных направлениях по падению продуктивного пласта у висячего бока. Спуск гидродобычного снаряда 7 производят на внутренней колонне труб 13 с одновременной обсадкой наклонной скважины 10 внешней колонной труб 14, а также производят спуск гидроэлеватора (не показан). Гидромониторами 15 гидродобычного снаряда 7 производят размыв полезного ископаемого 1.

Для этого по внутренней колонне труб 13 подают под давлением промывочную жидкость, которая по каналам 23, полым связям 21 подается на гидромониторы 15 и вытекает через сопла 28 и 29. При истечении жидкости из сопел 28 производится размыв полезных ископаемых, а при истечении из сопел 29 возникает крутящий момент на гидромониторах 15 вокруг продольной оси наклонной скважины 10, который обеспечивает возникновение центробежных сил на гидромониторах и обуславливает их расхождение в стороны от продольной оси наклонной скважины 10, т.е. в конечном итоге увеличивается диаметр размыва скважины и тем самым расширяется зона гидродобычи полезного ископаемого 1. Положение гидромониторов 15 в вертикальной скважине 6 регулируется пружинным устройством 2 и зависит от давления подаваемой промывочной жидкости. В процессе работы гидродобывающего снаряда 7 внутренняя колонна труб 13 может оставаться неподвижной.

Размыв полезного ископаемого 1 производят последовательно снизу-вверх (по стрелке Б на фиг.3, на этой фигуре показана промежуточная стадия 16) до получения конечной стадии 17, 18 и 19 (на фиг.4 и 5) с обязательным оставлением целика 20 полезного ископаемого 1 для обеспечения безопасности проведения работ.

Устройство для осуществления предложенного способа показано на фигурах 6 и 7. Оно включает гидроэлеватор (не показан), внутреннюю 13 и внешнюю 14 колонны труб, гидродобычной снаряд 7, установленный на внутренней колонне труб 13, на конце этой колонны смонтировано долото 8 с инерционным расширителем 9. Гидродобычной снаряд 7 содержит гидромониторы 15, которые через связи 21 и 24 соединены с двумя втулками 22 и 25, сидящими на внутренней колонне труб 13 и способными вращаться на ней, одна из них 25 выполнена подвижной вдоль продольной оси колонны труб 13, а вторая 22 - неподвижной, гидромониторы 15 через неподвижную втулку 22 гидравлически соединены с внутренней колонной труб 13, а подвижная втулка 25 соединена с пружинным устройством 27, регулирующим положение гидромониторов 15 в наклонной скважине 10, причем в гидромониторах 15 смонтированы сопла 28 и 29, с помощью сопел 28 производят размыв продуктивного пласта, а при истечении жидкости из сопел 29 возникает крутящий момент на гидромониторах 15 вокруг оси наклонной скважины 10.

Таким образом, предлагаемый способ скважинной гидродобычи и устройство для его осуществления обеспечивают решение задачи повышения эффективности разработки полезных ископаемых за счет снижения материальных затрат, а также увеличения объема добычи в результате расширения зоны разработки.

Предлагаемое изобретение может найти применение при разработке месторождений КМА и других регионов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке полезных ископаемых в виде крутопадающего продуктивного пласта, перекрытого толщей пород в виде осадочных отложений способом скважинной гидродобычи. Способ скважинной гидродобычи заключается во вскрытии толщи пород, покрывающей продуктивный пласт, вертикальной скважиной, из вертикальной скважины осуществляют последовательное бурение нескольких добычных наклонных скважин в разных направлениях по падению пласта у висячего бока, а из них осуществляют размыв пласта полезных ископаемых снизу-вверх и по мере подъема гидродобычного снаряда извлекают обсадную колонну труб, перед окончанием размыва скважины в верхней части скважины оставляют необходимый целик безопасности пород. Обеспечивает решение задачи повышения эффективности гидродобычи полезных ископаемых за счет снижения материальных затрат, а также увеличения объема добычи за счет расширения зоны разработки. 7 ил.

Способ скважинной гидродобычи полезного ископаемого, включающий вскрытие продуктивного пласта добычной наклонной скважиной, обсадку скважины колонной труб, установку в скважине гидродобычного снаряда и гидроэлеватора, гидромониторный размыв пласта и подъем образующейся гидросмеси пород гидроэлеватором на поверхность, отличающийся тем, что в толще пород, покрывающей продуктивный пласт, сооружают вертикальную скважину до его вскрытия, из вертикальной скважины осуществляют последовательное бурение нескольких добычных наклонных скважин в разных направлениях по падению пласта у висячего бока, а из них осуществляют размыв пласта полезных ископаемых снизу вверх и по мере подъема гидродобычного снаряда извлекают обсадную колонну труб, перед окончанием размыва скважины в верхней части скважины оставляют необходимый целик безопасности пород.