Способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых Советский патент 1983 года по МПК E21B43/28 E21C41/04 

диспергирующих веществ в дополнительную скважину производят периодическую закачку инертной жидкости в нагнетательную скважину и откачку ее из добычной скважины. 10 858 7. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что диспергирующие вещества нагнетают в пласт под давлением, обеспечивающим гидроразрыв или 1щевморазрьш пласта.

1. СПСЮОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий прение скважин, нагнетание через них в пласт веществ. Диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с цегхью повьшевия степени извлечения полезного ископаемого и сокращения сроков отработки пласта за счет управления горным давлением и движением флюидов и диспергированного ископаемого в пласте, бурят нагнетательную и добычную ркважины, забои которых располагают в плоскости пласта, производят сбойку концевых участков забоев этих скважин, бурят, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, забой которой располагают в плоскости пласта между забоями нагнетательной и добычной скважин, не пересекая последние и сбойку между ними, заполняют нагнетательную добычную/ скважины и сбойку между ними инертной жидкостью при давлении, не меньшем горного давления вмещаюших пласт пород, производят закачку в дополнительную скважину диспергирующих веществ в количестве, обеспечиваюшем обработку пласта между пробуренными скважинами, затем в нагнетательную или дополнительную скважину закачивают утяжеленную жидкость с удельным весом, большим удельного веса полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмешаюших пород, после чего через добычную скважину извлекают смесь этой жидкости и диспергированного полезного ископаемого. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что устья скважин pac-f С « полагают по падению пласта, начиная с добычной скважины, при этом забой на(Л гнетательной скважины проходят по простиранию пласта, а забой добьганой скважины проходят в том же направлении, но под углом к линии простирания в сторону падения пласта. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что нагнетательную и добычную скважины бурят до пересечения с ранее выработанным простран00 ел ством пласта 4.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - 00 щ и и с я тем, что устья скважин располагают по простиранию пласта, а их забои проходят по падению пласта. 5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что утяжеленную жидкость закачивают в нагнетательную скважину через трубопровод, проходящий до конца забоя указанной скважины. 6; Способ по п. 1, отличающийся тем, что в период закачки

1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при бесщахтной добыче твердых полезных ископаемых, например угля, путем его диспергирования.

Известен способ добычи угля с помощью скважинных гидромониторов l 3 ,

Однако способ характеризуется трудоемкостью и потерей угля в целиках.

Известен способ добычи полезных ископаемых, включающий подачу в раздробленную залежь тяжелой жидкости для выделения обогащенных полезным ископаемым частиц породы .

Недостатком этого способа является необходимость предварительной подготовки залежи.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности и достигаемому результату является способ, включающий бурение скважин, нагнетание через них в пласт веществ, диспергирующих Полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность С 3

Недостатками известного способа являютх я большая трудоемкость работ, низкая скорость разработки месторождений из-за низкой скорости гетерогенных физико-химических реакций взаимодействия угля и диспергирующего химического реагента, большие потери полезного) ископаемого вследствие малой скорости разработки месторождений и интенсивного сдвижения вмещающих пород.

Цель изобретения - повышение извлечения полезного ископаемого и сокращени сроков отработки залежи за счёт управления горным давлением и движением флюидов и диспергированного полезного ископаемого в пласте.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему бурение скважин, нагнетание через них веществ, диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность, бурят нагнетательную и добычную скважины, забои которых располагают в плоскости пласта, производят сбойку концевых участков забоев этих скважин, бурят, по меньщей мере, одну дополнительную скважину, забой которой располагают в плоскости пласта между забоями нагнетательной и добычной скважин, не пересекая последние и сбойку между ними, заполняют нагнетательную, добычную скважины и сбойку между ними инертной жидкостью при давлении, не меньщем горного давления вмещающих пласт пород, производят закачку в дополнительную скважину диспергирующих веществ в количестве, обеспечивающем обработку пласта между пробуренными скважинами, затем в нагнетательную или дополнительную скважину закачивают утяжеленную жидкость с уделным весом, большим удельного веса полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, после чего через добычную скважину извлекают смесь этой жидкости и диспергированного полезного ископаемого.

Устья скважин располагают по падению пласта, начиная с добычной скважины, при этом забой нагнетательной скважины проходят по простиранию пласта,, а забой добычной скважины проходят в том же направлении, но под углом к линии простирания в сторону падения пласта.

Кроме того, нагнетательную и добычную скважины бурят до пересечения с ранее выработанным пространством пласта.

Устья скважин располагают по простиранию пласта, а их забои проходят по падению пласта.

Утяжеленную жидкость закачивают в нагнетательную скважину через трубопровод, проходящий до конца забоя указанной скважины.

Кроме того, в период закачки диспергирующих веществ в дополнительную скважину производят периодическую закачку инертной жидкости жину и откачку ее При этом диспергирующие вещества нагнетают в пласт под давлением, обеспечивающим гидроразрыв или пневморазрыв пласта. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого способа при расположении мест вскрытия на линии простирания (вертикальное сечение через добычную скважину); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.. 3 - то же, но в процессе выемки твердого полезного ископаемого; на фиг. 4 схема предлагаемого способа при распо- ложении мест вскрытия на линии падения (аксонометрическое сечение в плоскости скважин). Добычной участок состоит из добычнов скважины 1 и входной скважшш 2, Бскрывающих пласт 3 твердого полезного ископаемого (место вскрытия добычной скважиной обозначено как 4) и проходящих в плоскости пласта (участок добычной скважины, проходящий в плоскости пласта обозначен как 5), сбойки 6 концевых участков входной и добычной скважин расположешшх в плоскости пласта, дополнительных скважин 7-9 для нагнетания дйспергирующих веществ, проходящих в плоскости пласта между входной и добычной скважинами и не пересекающих вход- ную, добычщгю скважины и сбойку, трубопровода 10. Выработанное пространство образованное при извлечении твердого полезного ископаемого, обозначено . 11. Стрелками указано направление движения жидкости с удельным весом, больщим удельного веса твердого ископаемого но меньщим удельного веса вмещающих пород. , Способ осуществляют следующим образом. Бурят добычную 1 и нагнетательную 2 скважины, вскрывающие разрабатьшаемый участок пласта 3 и проходящие в плоскости пласта. При Одной реализации способа места вскрытий располагают на линии простирания месторождения, а участки скважин, расположенных в плоскости пласта, бурят по падению месторождения (фиг. 1-3). Затем производят сбойку 6 концевых участков входной и добычной скважин, расположенньрс в плоскости пласта. Сбойку производят огневым, электротермическим способом, рением соединительной наклонно-горизонтальной скважины и др. Бурят по меньщей мере, одну дополнительную скважину 7-9, проходящую в 310118684 в нагнетательную сква- плоскости пласта межод входной, добычиз добычной скважины. ной скважинами и не пересекающую входную, добычную скважину и их сбойку, герметизируют входную и добычную скважилы, заполн5пот входную, добычную скважины и их сбойку жидкостью и поддерживают избыточное давление жидкости, противодействующее развитию горного давления вмещающих пород и пережатию входной. добычной скважин и их сбойки. Нагнетают в пласт твердого полезного ископаемого через дополнительные скважины вещества, диспергирующие твердое полезное ископаемое, в количествах, обеспечивающих обработку разрабатывае- мого участка месторождения, расположенного между входной, добычной скважинами и их сбойкой. Нагнетание в пласт диепергирующих веществ производят в зависимости от их фазового состояния в режиj e гидрорасчленения или пневморасчленед я пласта, при котором в разраба.тываемом участке месторождений развиваются треищны. Диспергирующие вещества, про- никая в трещины, макропоры и микропоры твердого полезного ископаемого, вызывают его разрущение, причем в начальные моменты времени диспергирование происходит по границам трещин и макропор, а затем распространяются вглубь блоков твердого полезногчэ ископаемого. Чтобы разрушению под, действием диспергирующего вещества не подвергалась область месторождения вне разрабатъшаемого участка, во емя нагнетания в дополнительную скважину диспергирующих веществ производят периодическое нагнетание инертной жидкости в нагнетательную скважину и ее вьшуск из добьганой скважины, чем достигается вьшос диспергирующего вещества из нагнетательной, добычной скважин и их сбойки и устраняется возможность распространения диспергирующего вещества за пределы разрабатываемого участка. Когда разрабатъгоаемый участок месторождения под действием диспергирующих веществ переведен в рыхлое cocTOsmHe закачивают в нагнетательную скважину или в нагнетательную и дополнительные скважины жидкость с удельным весом, больщим удельного веса твердого полезного ископаемого, но меньщим удельного веса вмещающих пород, и извлекают смесь этой жидкости и измельченного твердого полезного ископаемого через добычную скважину. Поток жидкости, проходя через нагнетательную скважину.

сбойку и добычную скважину, производит размыв переведенного в рьпслое состояние твердого полезного ископаемого к его перемещение к добычной скважине. В добычной скважине полезное ископаемое всплывает и вьшосится на поверхность потоком жидкости.

Так как вспльшать твердое полезное ископаемое может и во входной скважине, то во избежание образования встречных noixiKOB нагнетаемой жидкости и вспльтающего полезного ископаемого в нагнетательной скважине, нагнетают в нее тяжелую жидкость через трубопровод, выходное отверстие которого располагают у конца забоя скважины. Поверхностями очистного забоя, на которых происходит размыв разрыхленного твердого полезного ископаемого, в этом случае будут сбойка концевых участков нагнетательной и добычной скважин, расположенных в плоскости пласта, и участо добычной скважины, расположенный в плоскости пласта (фиг, 2). Перемещая вверх по нагнетательной скважине выходной участок трубопровода по мере извлечения разрыхленного полезного ископаемого, производят его выемку со всего разрабатываемого участка месторождения, расположенного между ввходной добычной скважиной и их сбойкой. Нагнетание в дополнительные скважины жидкости с удельным весом, большим удельно1о веса твердого полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, ускоряет размью разрыхленного полезного ископаемого и его вьщачу на поверхность. В предлагаемом способе разработки пластовых месторождений твердых полез ных ископаемых отпадает необходимость в управлении кровлей добычной выработки в процессе выемки твердого полезного ископаемого. В выработанном пространстве происходит сдвижение вмещающих пород и, так как удельный вес жидкости, заполняющей выработку, меньше удельного веса вмещаюдшх пород, самопроизвольное обрушение кровли (позиция 11 на фиг. 3). Обру шение )вли не препятствует процессу выемки разрыхленного полезного ископае мого путем его размыва и выноса жидкостью с удельным весом, большим, чем удельный вес твердого полезного ископае мого (фиг. 3), так как очистной забой движется из глубины пласта к месту вскрытия добычной скважюной.

Во второй реализации способа места вскрытия располагают на линии падения с расположением места вскрытия нагнетательной скважиной ниже по падению, чем добычной, участок входной скважины, расположенный в плоскости пласта, бурят по простиранию месторождения, а участок добычной скважины, расположенйый в плоскости пласта, бурят под некоторым углом к линии простирания, таким образом, что наибольшее расстояние между участками входной и добычной скважин расположенных в плоскости пласта, измеренное по линии падения, находилось на инии, соединяющей места вскрытий. УчасОК добычной скважины, расположенный в плоскости пласта, располагают по ту же сторону от линии, соединяющей Места вскрытий, что и участок нагнетательной кважины (фиг. 4). Расположение участка добычной скваины, расположенного в плоскости пласта под некоторым углом оС к линии простирания (фиг. 4), облегчает транспортировку измельченного полезного ископаемого по этому участку скважины за счет действия выталкивающей силы и возможности самопроизвольного движения всплывающего полезного ископаемого от сбойки к месту вскрытия пласта. Во второй реализации способа при дальнейшей разработке месторождения участок нагнетательной скважины, расположенный в плоскости пласта по его простиранию, и участок добычной скважины, расположенный в плоскости пласта под утлом к линии простирания, бурят до пересечения с выработанным пространством, образованным в предыдущем цикле добычи, при этом вьфаботанное пространство служит сбойкой нагнетательной и добьршой скважин. Вторая реализация способа имеет преимущества перед первой: при дальнейшей разработке отпадает необходимость в проведении сбойки нагнетательной и добычной скважин, ё также возможна сплошная выемка твердого полезного ископаемого на значительных площад51х без оставления каких- либо целиков угля. Недостатком второй реализации по сравнению с первой является необходимость бурения наклоннонгоризонтальных скважин. П р и м е р. На глубине 300 м разрабатывается пласт угля мощностью О,3 м. Бурят входную, добычную скважины, производят сбойку их концевых участков и бурят три дополнительные скважины (фиг. 2). Длина участков входной и добычной скважин, расположенных

в плоскости пласта, по 1ОО м, длина сбойки также 1ОО м. Протяженность участков дополнительных чкванош, расположенных в плоскости пласта, по 75 м.

После бурения скважин и сбойки их герметизируют, помещают во входную скважищг трубопровод ((|шг. 2), заполняют входную скважину, сбойку и добычную скважину жидкостью, поддерживают избыточное давление этой жидкости, нагнетают в угольный пласт через дополнительную скважину вещества, диспергирующие уголь, например водный раствор метиламина, в количествах, о спечивающих разрыхление разрабатътаемого ка пласта, а затем нагнетают во входную скважину жидкость с удельным- весом, большим удельного веса угля, но меньшим удельного веса вмещаеклых пород, например глинистую суспензию, и извлекают смесь измельченного угля и этой жидкости из добычной скважины.

Применение предлагаемого способа позволяет полностью извлечь уголь из разрабатываемого участка.

Предлагаемый способ разработки пластовых месторождений твердых полезных ископаемых по сравнению с известными обеспечивает уменьшение объема буровых работ в 3-5 раз и соответственно уменьшение затрат времени на подготовку и выемку разрабатываемого участка; увеличение степени извлечения твердого полезного ископаемого на 20- 4О%; уменьшает трудоемкость работ, ускоряет темпы освоения и разработки месторождения и приводит к более полному извлечению твердого полезного ископаемого.

W 2 7

фиг. 2

10 2 7

11

фиг.З

г

фигЛ