Способ добычи полезных ископаемых через скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК E21C45/00 E21B43/28 

. ГТ . . . ; « « . .

V Л

вскрывают скважинами (С). По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную С 3 закачивают рабочую жидкость (РЖ) Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами. При этом РЖ в нагнетательную С 3 закачивают с постоянным ее под- жатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый стол РЖ с частотой следования импульсов 0, Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до за- данного извлечения полезного ископаемого из зоны импульсной обработки. Потоку РЖ в забойной масти С придают вращение относительно ее продольной оси. Устр-во включает возбудитель импульсов, привод возбудителя и

патрубки, соединяющие ТП для нагнетания РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством обратного клапана 10. Ступень 1У большего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра, сообщена с ней и имеет упругие связи. Возбудитель 13 импульсов размещен между упругими связями в стпени 19 большего диаметра и имеет канал 20 для выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной С 3 размещается привод 12 возбудителя 13 импульсов. 2 с.и 3 з„п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном выщелачивании и подземном растворении полезных ископаемых. Цель - повышение эффективности добычи за счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижение энергозатрат на импульсную обработку. Рудный пласт вскрывают скважинами (С). По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную С 3 закачивают рабочую жидкость (РЖ). Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами. При этом РЖ в нагнетательную С 3 закачивают с постоянным ее поджатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый столб РЖ с частотой следования импульсов 0,5-80 Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечения полезного ископаемого из зоны импульсной обработки. Потоку РЖ в забойной части С придают вращение относительно ее продольной оси. Устройство включает возбудитель импульсов, привод возбудителя и патрубки, соединяющие ТП для нагнетания РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством обратного клапана 10. Ступень 19 большего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра, сообщена с ней и имеет упругие связи. Возбудитель 13 импульсов размещен между упругими связями в ступени 19 большего диаметра и имеет канал 20 для выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной С 3 размещается привод 12 возбудителя 13 импульсов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых, и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном вы- щелачивании и подземном растворении полезных ископаемых.

Целью изобретения является повышение эффективности добычи за счет увеличения скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состояние и снижения энергозатрат на импульсную обработку.

На чертеже приведена схема геотехнологической отработки руды и схема устройства для осуществления способа.

В качестве привода возбудителя импульсов используются известные генераторы импульсов с регулируемыми частотой следования импульсов, амплиту- дои и фазой удара, например гидравлические, пневматические или электромагнитные,,

Способ осуществляют следующим образом.

Рудный пласт 1 мощностью 1-15 м залегает на глубине 50-200 м от дневной поверхности. Руда представлена россыпью тонкозернистого слабооглинен- ного песка с естественной влажностью . Покрывающие породы 2 - глины слоистой структуры. С дневной поверхности станками 1БА-15В или аналогичными им бурят сетку скважин диаметром

,

0

5

Q

5

273 мм с расстоянием между скважинами м. После осадки скважин 3 и k к фланцам 5 обсадных колонн нагнетательных скважин 3 присоединяют патрубки 6, а к фланцам откачных скважин k присоединяют патрубки 7 выдач- ных устройств. В забое скважины 3 размещают отражатель 8. Через запорный вентиль 9 и обратный клапан 10 патрубка 6 в нагнетательную скважину 3 подается жидкость из нагнетательного трубопровода 11 с постоянным поджати- ем.

Ириврдом 12 и возбудителем 13 импульсов генерируют гидравлические импульсы в постоянно поджатый столб жидкости. Импульсы распространяются от устья к забойной части скважины 3 и отражаются в рудный пласт отражателем 8. В качестве привода 12 могут быть использованы ударные устройства пневматического, гидравлического, электромеханического действия, например перфораторы ПК-бО, ПК-75, пнев- моударные устройства П712, П872, гидроударники Импульс-9, ГПМ, вибраторы типа ИВ, ВНДВ и др., в том числе навесные на транспортной базе экскаватора ЭС-1 устройства, создающие импульсное воздействие с энергией единичного удара 5-1500 Дж. Нижний предел диапазона энергии обусловлен тем, что при меньших величинах энергии невозможно совершить работу по

увеличению эффективной пористости массива,преодолению порогового сопротивления и продвижению жидкости о нагнетательных скважин 3 До откачных скважин k. Значение 1500 Дж обусловлено прочностными свойствами пород. При превышении указанного значения происходит переуплотнение рудного ма сива в приэабойной зоне нагнетательной скважины 3, что снижает фильтрационные свойства рудного массива и эффективность импульсной обработки. При этом частота следования импулЬ- сов составляет 0, Гц. Нижний предел частотного диапазона ограничивается временем существования образованной импульсным воздействием эфективной пористости. При значении частоты генерирования импульсов менее 0,5 Гц вновь открытые поры вследствие горного давления успевают перекрываться, что снижает эффективность импульсной обработки и ухудшает фильтрацию жидкости. Верхнее предельное значение частоты генерирования импульсов (80 Гц) обусловлено тем, что в импульсах более высокой частоты основную энергию переносят высокочастотные составляющие спектра, которые поглощаются рудным массивом до 90% в радиусе до 1 м от нагнетательной скважины, что также снижает эффективность импульсной обработки.

Таким образом, предлагаемые диапазоны энергии единичного удара (5- 1500 Дж) и частоты следования импульсов (0, Гц) являются технологически оптимальными для россыпных, осадочных и метаморфических пород в рудных пластах большой мощности.

Для тонкозернистого слабооглинен- ного песка оптимальными по технологическим показателям процесса являются энергия единичного удара 50 Дж и частота следования импульсов 5 Гц.

В результате подачи импульсов через постоянно сжатый столб жидкости рудный пласт 1 в зоне между нагнетательной 3 и откачными k скважинами переходит в подвижное состояние за счет интенсивного насыщения жидкостью и динамического воздействия гидравлических импульсов. Одновременно с процессом нагнетания и непрерывно из откачных скважин k при поступлении пульпы в забойную часть производят

откачку пульпы на дневную поверхность. Откачка пульпы может выполняться гидроэлеваторными или эрлифтным пульпо- подъемником, например Т88, через от- качной трубопровод 1.

В качестве варианта выполнения способа для повышения эффективности добычи за счет увеличения интенсив- JQ ности фильтрации жидкости в рудных пластах с низкой проницаемостью для нагнетательного сдвига зерен в рудном пласте пульсирующему потоку жидкости может быть придано вращение относи- 5 тельно продольной оси скважины, что может быть обеспечено конструкцией отражателя 8 или забойной части обсадной колонны нагнетательной скважины 3. Устройство для осуществления спосо- 0 ба добычи состоит из нагнетательных трубопроводов И и откачных трубопроводов k, запорной арматуры 9 патрубков 6 нагнетательных скважин 3 и патрубков 7 откачных скважин 4. Пат- 5 рубки 6 нагнетательных скважин 3

имеют ступенчатый корпус с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16. Ступень 17 меньше го диаметра соединена с нагнетательным трубопроводом 11 0 посредством обратного клапана 10 и установлена на фланце 5 обсадной колонны нагнетательной скважины 3.

Внутренний диаметр меньшей ступени 17 и внутренний диаметр кольце- с вой упругой связи 18 выбираются не менее диаметра обсадной нагнетательной скважины 3, поскольку уменьшение внутреннего диаметра ступени 17 ниже диаметра обсадной колонны ведет к о потере суммарной энергии генерируемых импульсов, передаваемых через столб поджатой жидкости. Ступень 19 большего диаметра содержит размещенный между предварительно поджатыми упругими 5 связями 17 возбудитель 13 импульсов с каналом 20 для выпуска воздуха. Последний связан с атмосферой запорным вентилем 21.

Соосно патрубку 6 нагнетательной Q скважины 3 размещается привод 12 возбудителя 13 импульсов.

Патрубок 6 нагнетательной скважины 3 может быть снабжен размещенным в забойной части нагнетательной сква- 5 жины 3 отражателем 8 импульсов, соединенным с патрубком 6 упругой связью (тросом) 22 через амортизатор 23 и устройство 2k фиксации. Торец возбудителя 13 импульсов может быть снабжен

эластичным элементом 25, позволяющим регулировать длительность и амплитуду механического импульса, передаваемого приводом 12 возбудителю 13.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии потока жидкости, поступающего из нагнетательного трубопровода через открытый запорный вен тиль 9, обратный клапан 10 открывается и жидкость заполняет полость патрубка 6 и обсадочную колонну скважины 3 под давлением. При исходно открытом запорном вентиле 21 по каналу 20 после заполнения скважины 3 удаляется воздух, и после появления жидкости вентиль 21 закрывает канал 20. Приводом 12 воздействуют на торцовую часть возбудителя 13 импульсов, соз- давая осевые возвратно-поступательные перемещения возбудителя 13 в упругих связях 18. Эти перемещения возбуждают импульсы в постоянно поджатом

столбе жидкости, находящейся в ступени25 пульсов в обрабатываемый рудный пласт

17 меньшего диаметра патрубка 6 и обсадной колонне скважины 3. Пульсирующий поток, отражаясь от поверхности отражателя 8, направляется в рудный пласт 1 и фильтруется в объеме пласта между нагнетательной скважиной 3 и откачными скважинами k. Обратный клапан 10 закрывается периодически при ходе возбудителя 13 импульсов вниз и повышении давления в ступени 17 меньшего диаметра до величин , превышающих давление в нагнетательном трубопроводе 11. Клапан 10 открывается при ходе вверх возбудителя 13, т.е. при снижении давления в ступени 17 чем обеспечивает постоянное под- жатие столба жидкости в нагнетательной скважине 3 и эффективную передачу гидравлического импульса в рудный пласт 1 . При этом «-опичество и расположение откачных скважин обусловлено заданными технологическими параметрами процесса добычи, горногеологическими условиями залегания месторождения и физико-механическими свойствами руд и вмещающих пород. Например, откачные скважины могут располагаться по прямоугольной или гексагональной сетке, а также радиаль- но-симметрично по отношению к нагнетательным скважинам для одновременной добычи руды из всего объема отрабатываемого блока. После перевода полезного ископаемого в подвижное

30

35

40

45

50

55

и самоочистки отражающей поверхности от заплывания рудной пульпой. При воздействии гидравлического импульса на отражатель 8 поток жидкости в имрульсе отражается от рабочей поверхности отражателя и направляется в обрабатываемую зону рудного пласта 1. Кроме того, переменный во времени главный вектор давления на рабочую поверхность отражателя 8 вызывает осевые колебания корпуса отражателя за счет податливости упругого амортизатора 23 и стального троса 22.

Другим вариантом устройства, позволяющим реализовать вариант способа добычи с приданием вращения потоку жидкости, закачиваемому импульсами, является снабжение поверхности отражателя 8 винтовыми спиральными выступами, радиус кривизны которых увеличивается от продольной оси отража- . теля 8 к его максимальному диаметру. При воздействии гидравлического импульса на снабженную спиральными выступами рабочую поверхность отражателя 8 поток жидкости в импульсе отражается, закручивается относительно продольной оси скважины и направляется в обрабатываемую зону рудного пласта. Тем самым на зону разрушения полезного ископаемого в рудном пласте воздействуют сдвиговыми разрушающими нагрузками, что в сочетании с осевыми разрушающими нагрузками позсостояние в зоне между нагнетатель-- ной и откачными скважинами за счет интенсивного насыщения руды жидкостью и динамического воздействия гидравлических импульсов, полученную пульпу откачивают на поверхность через откачные сКвЙжины 4, патрубки 7 выдачных устройств и откачной трубопровод .

Толщина дистанционной прокладки (шайбы) 16 выбирается из условия герметичности патрубка 6 при осевых перемещениях возбудителя 13 под действием привода 12. В качестве варианта устройства патрубок 6 нагнетательной скважины 3 может быть снабжен отражателем 8, который размещается в забойной части скважины в зоне рудного пласта и связан с патрубком 6 стальным тросом 22 и упругим амортизатором 23. Такое выполнение отражателя позволяет обеспечить сочетание направленного излучения гидравлических им0

5

0

5

0

5

и самоочистки отражающей поверхности от заплывания рудной пульпой. При воздействии гидравлического импульса на отражатель 8 поток жидкости в имрульсе отражается от рабочей поверхности отражателя и направляется в обрабатываемую зону рудного пласта 1. Кроме того, переменный во времени главный вектор давления на рабочую поверхность отражателя 8 вызывает осевые колебания корпуса отражателя за счет податливости упругого амортизатора 23 и стального троса 22.

Другим вариантом устройства, позволяющим реализовать вариант способа добычи с приданием вращения потоку жидкости, закачиваемому импульсами, является снабжение поверхности отражателя 8 винтовыми спиральными выступами, радиус кривизны которых увеличивается от продольной оси отража- . теля 8 к его максимальному диаметру. При воздействии гидравлического импульса на снабженную спиральными выступами рабочую поверхность отражателя 8 поток жидкости в импульсе отражается, закручивается относительно продольной оси скважины и направляется в обрабатываемую зону рудного пласта. Тем самым на зону разрушения полезного ископаемого в рудном пласте воздействуют сдвиговыми разрушающими нагрузками, что в сочетании с осевыми разрушающими нагрузками позволяет переводить рудный пласт в подвижное состояние с меньшими энергетическими затратами.

формула изобретения

Редактор С. Пекарь

Составитель Н. Руденко Техред Л.Сердюкова

Заказ 2239

Тираж k02

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

JQ 20

. Устройство по п. 3, о т л и - чающееся тем, что патрубок нагнетательной скважины снабжен отражателем, соединенным с последним посредством дополнительной упругой связи и амортизатора.

5

5

0

Корректор С. Черни

Подписное