Эрлифтно-гидромониторный снаряд Российский патент 2024 года по МПК E21C45/00 E21B43/29 

Изобретение относится к горному делу и может найти применение при скважинной гидродобыче полезных ископаемых, в частности из маломощных обводненных прибрежно-морских талых россыпей, которые залегают под неустойчивыми обводненными осадочными породами.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков. Известно устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых по патенту РФ No 2294435, содержащее внутреннюю подвижную напорную колонну с гидромониторной насадкой на конце, внешнюю пульпо-выдачную трубу с телескопической нижней частью с приемным отверстием, жестко соединенной с напорной колонной, отличающееся тем, что напорная колонна разъединена осевым шарниром на верхнюю и нижнюю, установленную с возможностью вращения относительно продольной оси, части, при этом устройство снабжено поворотным стволом с гидромониторной насадкой, соединенным эксцентрично боковым шарниром с нижней частью напорной колонны, а осевой шарнир расположен выше бокового шарнира и ниже пульповыдачной трубы.

Недостатки известного устройства заключаются в сложности управления запорными элементами поворотного ствола путем изменения расхода воды, а также отсутствии возможности оперативного контроля за текущим положением поворотного ствола.

Известен эрлифтно-гидромониторный снаряд по патенту РФ No 2782749, включающий коллектор с отводами для подачи воды и воздуха, оголовок с присоединенной к нему пульпоподъемной колонной с продольным пазом в нижней части, механизм поворота пульпоподъемной колонны, водоподающую и воздухоподающую колонны, размещенные внутри пульпоподъемной колонны и обвязанные своими верхними концами с коллектором, размещенный на нижнем конце воздухоподающей колонны аэрирующий узел, откидное колено с заглушенным концом, гидравлически связанное посредством шарнирного узла с нижним концом водоподающей колонны и установленное в пульпоподъемной колонне напротив продольного паза в ней, рычажные тяги, шарнирно связывающие между собой пульпоподъемную колонну и откидное колено в виде полого цилиндра с заглушенным концом, гидромониторные транспортирующие и разрушающую насадки, установленные соответственно на боковой поверхности откидного колена и на его заглушенном конце, отличающийся тем, что он снабжен уплотнительным узлом для герметизации кольцевого пространства между оголовком и воздухоподающей колонной, причем пульпоподъемная колонна посредством подшипниковых опор присоединена к оголовку с возможностью осевого вращения относительно него, при этом водоподающая колонна соосно размещена внутри воздухоподающей колонны, а уплотнительный узел установлен на оголовке, причем шарнирный узел выполнен в виде U-образного тройника с входным и выходными патрубками, втулки и соосно размещенного снаружи нее кожуха в виде полого цилиндра, который установлен с возможностью осевого вращения относительно втулки, при этом откидное колено присоединено к наружной боковой поверхности кожуха и их внутренние полости гидравлически связаны между собой, причем в боковой стенке втулки выполнены радиальные окно и канал, в боковой стенке кожуха - промывочный канал, расположенный тангенциально по отношению к оси внутренней полости кожуха, при этом входной патрубок U-образного тройника присоединен к нижнему концу водоподающей колонны, втулка - к выходным патрубкам U-образного тройника, а внутренняя полость втулки посредством радиального окна имеет возможность гидравлической связи с внутренней полостью откидного колена и посредством радиального канала - с промывочным каналом в кожухе, причем транспортирующие гидромониторные насадки размещены на боковой поверхности откидного колена, обращенного к стенке скважины, при этом оси транспортирующих и разрушающей гидромониторных насадок, а также откидного колена размещены в плоскости, перпендикулярной оси кожуха, а оси транспортирующих гидромониторных насадок расположены под острым углом по отношению к оси откидного колена и наклонены в сторону места присоединения последнего к кожуху.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа.

Прототип обеспечивает повышение производительности работы эрлифтно-гидромониторного снаряда при скважинной добыче полезного ископаемого.

Недостатками прототипа являются недостаточная надежность конструкции шарнирного узла, связывающего откидное колено с водоподающей колонной, а также шарнирно-рычажных тяг, обеспечивающих перевод откидного колена из вертикального транспортного положения в рабочее и обратно, из-за больших нагрузок на откидное колено, вызванных значительными лобовым сопротивлением при его вращении и вертикальном перемещении в условиях затопленной добычной камеры и наличием в продуктивном пласте крупного обломочного материала и как результат возможность деформации тяг и заклинивания шарнирного узла. Кроме этого, в шарнирном узле дважды меняется направление движения потока воды на 90 градусов с дополнительным дросселированием потока через радиальное окно, что приведет к значительной потере давления в откидном колене и, как результат, снижение эффективности размыва горной породы.

Задачей заявленного технического решения является получение технического результата, выражающегося в повышении надежности и эффективности работы эрлифтно-гидромониторного снаряда при скважинной добыче полезных ископаемых.

Согласно изобретению эрлифтно-гидромониторный снаряд, включающий пульподъемную колонну, воздухоподводящую колонну, водо-подводящую колонну, соосно расположенную внутри воздухоподводящей колонны и жестко связанной с ней, а также коллектор и тройник для подвода воздуха, воды и отвода пульпы, установленные с возможностью их независимого вращения относительно воздухоподводящей колонны и пульпоподъемной колонны с помощью уплотнительных узлов герметизации кольцевого межтрубного пространства и подшипниковыми опорами, характеризуется тем, что он включает поворотный и гидромониторный стволы, при этом все колонны, тройник и коллектор, а также поворотный и гидромониторный стволы в транспортном положении расположены соосно между собой, причем поворотный ствол состоит из шаровых поворотных звеньев и соединен с одной стороны с нижним концом водоподводящей колонны, а с другой - с гидромониторным стволом, выполненным с возможностью разворота только в вертикальной плоскости за счет выполнения на шаровых звеньях двух параллельных плоскостей, параллельных стенок направляющего канала и технологического зазора между ними, кроме этого верхнее шаровое звено поворотного ствола выполнено неразборным и имеет промывочные радиальные отверстия, направленные под углом в сторону выхода гидромониторного ствола, все остальные шаровые звенья выполнены разборными из двух половин, соединенных между собой болтовыми соединениями, помимо этого внизу пульпоподъемной колонны закреплены шарошки для измельчения негабаритных кусков породы, а выше них внутри пульпоподъемной колонны выполнен встроенный направляющий пульпу патрубок с расположенными напротив него по периметру продольными отверстиями для входа пульпы, выше них расположен встроенный направляющий канал с наружным продольным отверстием в пульпоподъемной колонне, через которое обеспечивается выход наружу гидромониторного ствола, и отверстием, через которое проходит водоподводящая колонна, кроме того, в нижней части воздухоподводящей колонны выполнены радиальные аэрационные отверстия для выхода воздуха, направленные под углом в сторону выхода пульпы.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием дополнительных факультативных признаков, а именно: - наружная и внутренняя часть шаровых звеньев поворотного ствола может иметь покрытие для уменьшения трения в соединениях при их развороте.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в повышении надежности и эффективности работы эрлифтно-гидромониторного снаряда при скважинной добыче полезного ископаемого.

Повышение надежности заявленного эрлифтно-гидромониторного снаряда (ЭГМС) обеспечивается за счет применения шаровых поворотных звеньев в конструкции поворотного ствола, указанные шаровые соединения широко используются в нагруженных узлах грузовых устройств, а также их использование позволяет выдвигать гидромониторный ствол по встроенному направляющему каналу за пределы пульпоподъемной колонны под собственным весом подвижной части ЭГМС и удерживать вспомогательной лебедкой буровой установки, на крюке которой она подвешена без использования дополнительных шарнирно-рычажных тяг.

Повышение эффективности заявленного ЭГМС обеспечивается за счет возможности осуществлять визуальный контроль за выдвижением гидромониторного ствола и углом его поворота по рискам положения нанесенными на воздухоподводящей колонне относительно верхней плоскости тройника, а также за счет незначительной потери давления в поворотном стволе обеспечит более продуктивный и контролируемый размыв горной породы при формировании периферийной добычной камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид ЭГМС в рабочем положения; на фиг. 2 - укрупненный вид нижней части ЭГМС в рабочем положении; на фиг. 3 - вид В по фиг. 2; на фиг. 4 - вид нижней части ЭГМС в транспортном положении; на фиг. 5 - вид нижней части ЭГМС в исходном положении; на фиг. 6 - вид нижней части ЭГМС с выдвинутым положением гидромониторного ствола за пределы пуль подъемной колонны, на фиг. 7 - укрупненный вид поворотного ствола. На чертежах позициями обозначены: 1 - обсадная колонна; 2 - стол; 3 - ротор буровой установки; 4 - пульпоподъемная колона (ППК);5 - воздухоподающая колонна (Воз.К); 6 - водоподающая колонна (Вод.К); 7 - тройник; 8 - коллектор; 9 - поворотный ствол (ПС); 10 - гидромониторный ствол (ГМС); 11 - шарошки; 12 - направляющий пульпу патрубок; 13 - направляющий канал; 14 - уплотнительные узлы; 15 - подшипниковые опоры.

ЭГМС устанавливается в скважине, верхняя часть ствола которой перекрыто обсадной колонной 1. Над верхний муфтой обсадной колонны 1 установлен стол 2, на котором размещен ротор 3 буровой установки, используемый в качестве поворотного механизма для вращения ЭГМС в скважине. ЭГМС включает ППК 4, Воз.К 5, Вод.К 6 тройник 7, коллектор 8, ПС 9, ГМС 10. Вод. К 6 находится внутри Воз. К 5, кроме этого, они жестко связаны между собой и находятся внутри ППК4. ППК4, Воз.К 5, Вод.К 6 тройник 7, коллектор 8, а также ПС9 и ГМС10 (в транспортном положении) соосно расположены между собой. Внизу ППК4 закреплены шарошки 11, выше их внутри ППК4 приварен направляющий пульпу патрубок 12, а напротив него расположены по периметру продольные отверстия для входа пульпы. Выше указанных отверстий внутри ППК4 приварен направляющий канал 13 с наружным продольным отверстием, через который обеспечивается выход ГМС10, и отверстием, через которое проходит Вод.К 6. В направляющем канале 13 располагаются нижняя часть Вод.К 6, ПС9 и ГМС10. Направляющий канал 13 и ПС9, состоящий из шаровых поворотных звеньев, конструктивно выполнены таким образом, чтобы разворот ГМС10 выполнялся только в вертикальной плоскости это обеспечивается за счет выполнения на шаровых звеньях двух параллельных плоскостей, параллельных стенкам направляющего канала 13 и технологического зазором между ними. Верхнее шаровое звено ПС9 выполнено неразборным, кроме этого, в нем имеются промывочные радиальные отверстия, направленные под углом в сторону выхода ГМС10.

Все остальные шаровые звенья ПС9 выполнены разборными состоящие из двух половин, соединенных между собой болтовыми соединениями.

Наружная часть шаровых звеньев имеет покрытие для уменьшения трения в соединениях при развороте. К верхнему концу ППК4 присоединен оголовок в виде тройника 7, который имеет боковой патрубок для подачи пульпы в бункер промприбора по гибкому трубопроводу. Верхние концы Воз.К 5 и Вод.К 6 обвязаны между собой при помощи коллектора 8, имеющего в верхней части патрубок для подачи воды, а в средней части патрубок для подачи воздуха, к которым присоединяются гибкие трубопроводы с указанными средами. В состав тройника 7 и коллектора 8 входят уплотнительные узлы 14 для герметизации кольцевого межтрубного пространства и подшипниковые опоры 15, с помощью которых они имеют независимое осевое вращение относительно продольной оси ППК4 и Воз.К 5 соответственно. Нижний конец Воз.К приварен к Вод.К через промежуточное кольцо, кроме этого, предусмотрена промежуточная фиксация этих колонн между собой. В нижней части Воз.К 5 имеются радиальные аэрационные отверстия для выхода воздуха направленные под углом в сторону выхода пульты. Для обеспечения возможности подвески ЭГМС на крюке грузоподъемного механизма (талевой системы или вспомогательной лебедки буровой установки, грузоподъемного крана) тройник 7 и коллектор 8 снабжены приварными петлями. ГМС10 обеспечивает размыв горной породы и формирование периферийной добычной подземной камеры диаметр, которой определяется его гидравлической мощностью.

Работа заявленного ЭГМС осуществляется следующим образом. Ствол скважины бурится до подошвы продуктивного пласта с созданием в плотике небольшого (глубиной 0,2/0.3 м) зумпфа. После этого верхняя часть кровли, включая сезонно-талые и мерзлые породы, перекрывается обсадной колонной 1. На поверхности осуществляют полную сборку ЭГМС, далее коллектора 8 с Воз.К 5, Вод.К 6, ПС9 и ГМС 10 переводят в исходное положение (фиг. 5) и фиксируют в этом положении относительно тройника 7 при помощи технологическом хомута, который крепится на Воз. К 6. При помощи скоб на тройнике 7 ЭГМС подвешивают на крюке грузоподъемного крана, далее через проходное отверстие в роторе 3 спускают в скважину до момента упора ППК4 в забой. После установки ЭГМС в скважине тройник 7 подвешивают на крюке талевой системе буровой установки, а коллектор 8 - на крюке вспомогательной лебедки буровой установки. При помощи вспомогательной лебедки разгружают технологический хомут, на котором фиксируется связка колонн относительно тройника 7 и снимают хомут. Далее при помощи талевой системы буровой установки частично разгружают ППК4 на забой, что позволяет облегчить ее вращение в стволе скважины. Соответствующие отводы коллектора 8 присоединяют к гибким трубопроводам подачи воды и сжатого воздуха, а боковой отвод тройника 7 к гибкому трубопроводу подачи пульпы в бункер промприбора. Далее организуют подачу в коллектор 8 воды и сжатого воздуха с расчетной производительностью, при этом ГМС10 находится в исходном положении (Фиг. 5). Под воздействием высоконапорной водяной струи выходящей из насадки ГМС10 и потоков воды выходящего из промывочных отверстий верхнего шарового звена ПС9 вымывают куски породы попавшие в направляющий канал 13 и далее, медленно вращая ППК4 ротором 3 с помощью вспомогательной лебедки, опускают ГМС10 до его транспортного положения (фиг. 4). Дальнейшее выдвижение ГМС10 до его рабочего положения (фиг. 2) выполняется без вращения ротора 3. Для формирования периферийной добычной камеры полусферической формы следует периодически осуществлять поворот ППК4 ротором 3, при этом необходимость этого поворота определяют по составу пульпы подаваемой в бункер промприбора. Контроль за выдвижением ГМС10 и углом его поворота осуществляют по рискам положения нанесенными на Воз. К 5 относительно верхней плоскости тройника 7. После завершения отработки добычной камеры ГМС7 переводят в положение изображенное на Фиг. 6. Далее, медленно вращая ротор 3, вымывают скопившиеся частицы породы, имеющей наибольшую плотность, у основания ППК4. Эти частицы смешиваются с потоком пульпы и поступают через продольные отверстия в ППК4. Контроль за завершением этого процесса осуществляют по составу пульпы, подаваемой в бункер промприбора. Перед извлечением ЭГМС ГМС10 переводят в транспортное положение (фиг. 4) и фиксируют в этом положении относительно тройника 7 при помощи технологического хомута. Далее отключают подачу воды и сжатого воздуха, отсоединяют гибкие трубопроводы от коллектора 8 и тройника 7, перестрапливают тройник 7 на крюк грузоподъемного крана, снимают крюк вспомогательной лебедки с коллектора 8 и извлекают ЭГМС из скважины на поверхность.

Промышленное применение заявленного технического решения возможно с использованием известных технических и технологических средств.

Изобретение относится к горному делу и может найти применение при скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Эрлифтно-гидромониторный снаряд включает пульпоподъемную колонну, воздухоподводящую колонну, водоподводящую колонну, соосно расположенную внутри воздухоподводящей колонны и жестко связанную с ней, а также коллектор и тройник для подвода воздуха, воды и отвода пульпы, установленные с возможностью их независимого вращения относительно воздухоподводящей колонны и пульпоподъемной колонны с помощью уплотнительных узлов герметизации кольцевого межтрубного пространства и подшипниковых опор. Снаряд включает поворотный и гидромониторный стволы. Все колонны, тройник и коллектор, а также поворотный и гидромониторный стволы в транспортном положении расположены соосно между собой. Поворотный ствол состоит из шаровых поворотных звеньев и соединен с одной стороны с нижним концом водоподводящей колонны, а с другой - с гидромониторным стволом, выполненным с возможностью разворота только в вертикальной плоскости за счет выполнения на шаровых звеньях двух параллельных плоскостей, параллельных стенок направляющего канала и технологического зазора между ними. Верхнее шаровое звено поворотного ствола выполнено неразборным и имеет промывочные радиальные отверстия, направленные под углом в сторону выхода гидромониторного ствола. Все остальные шаровые звенья выполнены разборными из двух половин, соединенных между собой болтовыми соединениями. Внизу пульпоподъемной колонны закреплены шарошки для измельчения негабаритных кусков породы, а выше них внутри пульпоподъемной колонны выполнен встроенный направляющий пульпу патрубок с расположенными напротив него по периметру продольными отверстиями для входа пульпы, выше них расположен встроенный направляющий канал с наружным продольным отверстием в пульпоподъемной колонне, через которое обеспечивается выход наружу гидромониторного ствола, и отверстием, через которое проходит водоподводящая колонна. В нижней части воздухоподводящей колонны выполнены радиальные аэрационные отверстия для выхода воздуха, направленные под углом в сторону выхода пульпы. Обеспечивается повышение производительности и надежности работы эрлифтно-гидромониторного снаряда при скважинной добыче полезных ископаемых. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Эрлифтно-гидромониторный снаряд, включающий пульпоподъемную колонну, воздухоподводящую колонну, водоподводящую колонну, соосно расположенную внутри воздухоподводящей колонны и жестко связанную с ней, а также коллектор и тройник для подвода воздуха, воды и отвода пульпы, установленные с возможностью их независимого вращения относительно воздухоподводящей колонны и пульпоподъемной колонны с помощью уплотнительных узлов герметизации кольцевого межтрубного пространства и подшипниковых опор, отличающийся тем, что он включает поворотный и гидромониторный стволы, при этом все колонны, тройник и коллектор, а также поворотный и гидромониторный стволы в транспортном положении расположены соосно между собой, причем поворотный ствол состоит из шаровых поворотных звеньев и соединен с одной стороны с нижним концом водоподводящей колонны, а с другой - с гидромониторным стволом, выполненным с возможностью разворота только в вертикальной плоскости за счет выполнения на шаровых звеньях двух параллельных плоскостей, параллельных стенок направляющего канала и технологического зазора между ними, кроме этого верхнее шаровое звено поворотного ствола выполнено неразборным и имеет промывочные радиальные отверстия, направленные под углом в сторону выхода гидромониторного ствола, все остальные шаровые звенья выполнены разборными из двух половин, соединенных между собой болтовыми соединениями, помимо этого внизу пульпоподъемной колонны закреплены шарошки для измельчения негабаритных кусков породы, а выше них внутри пульпоподъемной колонны выполнен встроенный направляющий пульпу патрубок с расположенными напротив него по периметру продольными отверстиями для входа пульпы, выше них расположен встроенный направляющий канал с наружным продольным отверстием в пульпоподъемной колонне, через которое обеспечивается выход наружу гидромониторного ствола, и отверстием, через которое проходит водоподводящая колонна, кроме того, в нижней части воздухоподводящей колонны выполнены радиальные аэрационные отверстия для выхода воздуха, направленные под углом в сторону выхода пульпы.

2. Эрлифтно-гидромониторный снаряд по п. 1, отличающийся тем, что наружная и внутренняя части шаровых звеньев поворотного ствола имеют покрытие для уменьшения трения в соединениях при их развороте.