способ скважинной добычи минеральных солей

Формула изобретения

1. Способ скважинной добычи минеральных солей, включающий вскрытие продуктивного пласта вертикально-горизонтальной скважиной, горизонтальная часть которой проходит вблизи подошвы продуктивного пласта, подачу рабочего раствора и выдачу рассола минеральных солей на поверхность, отличающийся тем, что горизонтальную часть скважины осушают, заряжают ВВ, разрушают взрывом продуктивный пласт, проводят монтаж добычного агрегата, после чего осуществляют размыв раздробленной взрывом породы продуктивного пласта продвижением добычного агрегата до конца горизонтальной части скважины с выдачей на поверхность образованной пульпы и формированием горизонтальной очистной камеры, затем производят подачу рабочего раствора для растворения нарушенных взрывом пород и выдачу рассола на поверхность перемещением добычного агрегата, работающего в режиме растворения, к началу горизонтальной части скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при большой мощности продуктивного пласта после образования горизонтальной очистной камеры, выше и параллельно ей забуривают дополнительную горизонтальную скважину с магазинированием взрывом породы в нижерасположенную уже имеющуюся горизонтальную очистную камеру.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что забуривают дополнительно из одной вертикальной скважины несколько противоположно расположенных горизонтальных скважин, которые отрабатывают затем попеременно или одновременно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи минеральных солей и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, в том числе и при совместной разработке солей и углеводородного сырья. Изобретение может найти также применение в строительном деле при сооружении через скважины подземных хранилищ жидких и газообразных продуктов в пластах минеральных солей средней и даже небольшой мощности, а также при захоронении твердых и жидких отходов технологических производств.

Известен способ скважинной гидродобычи нерастворимых полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта вертикальными добычными и вспомогательными скважинами, взрыванием в них зарядов ВВ, формирование вокруг каждой скважины в продуктивном пласте зоны дробленой породы и интенсивной трещиноватости, монтаж скважинного гидродобычного оборудования с выдачей последними полезного ископаемого на поверхность по пульповыводящей колонне [Пат. РФ 2109949, МПК 6 Е 21 С 45/00, Б.И. 12, 1998 г.].

Недостатки этого способа - применение его на полезных ископаемых, залегающих на небольших глубинах (россыпи) или при их скважинной разработке из шахтных выработок (угли) и большое количество вертикальных скважин, особенно вспомогательных, обуславливающее понижение экономичности отработки полезного ископаемого на средних и больших глубинах его залегания.

Известен способ добычи каменной соли вертикальными камерами путем образования за счет размыва в солях дополнительных плоскостей гидромониторными струями с последующим полным растворением данной соли [Пат. РФ 2078212, МПК 6 Е 21 С 45/00, Б.И. 12, 1997г.]. Способ включает вскрытие пласта минеральных солей вертикальной буровой скважиной, гидроизоляцию пород кровли установкой обсадной колонны, размещение в скважине гидромониторного снаряда, подачу воды под давлением, размыв щелевых выработок в соляном массиве (для увеличения поверхности соприкосновения растворителя с твердой фазы) с последующим растворением этой соли, одновременной выдачей образующегося рассола на поверхность и формирование вертикальной камеры растворения и, при необходимости, гидродобычей со дна камеры накопившихся там нерастворимых включений.

Недостатки этого способа - продолжительность подготовительного периода (нарезка щелевых выработок), с получением в этот период работ большого количества слабонасыщенных рассолов и необходимость мощных пластов солей.

Известен способ отработки средних и маломощных соляных пластов подземным растворением, включающий бурение вертикальной и наклонно-горизонтальной скважины, закачку в пласт через наклонно-горизонтальную скважину растворителя и откачку образовавшегося рассола через вертикальную скважину [Дудко П. М. "Системы выщелачивания залежей каменной соли", Тр.ВНИИГ, вып.53, Л., Недра, 1967г., стр.189].

Недостатки этого способа - неравномерность и неполнота отработки соляной залежи, а также недостаточная интенсивность процесса добычи продуктивного (предельно насыщенного для данной соли) рассола.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ скважинной добычи минеральных солей, включающий вскрытие продуктивного пласта вертикально-горизонтальной скважиной, горизонтальная часть которой проходит вблизи подошвы продуктивного пласта, подачу рабочего раствора и выдачу рассола минеральных солей на поверхность [Авторское свидетельство СССР 720142, МПК Е 21 В 43/28, Б.И. 9, 1980г.].

Недостатки этого способа - малая экономичность в связи с необходимостью бурения большого количества вертикальных скважин и недостаточная интенсивность процесса добычи продуктивного рассола на начальном этапе.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в создании эффективной технологии скважинной добычи минеральных солей, исключающей присутствие в подземных условиях человека.

Техническим результатом предлагаемого решения является интенсификация и упрощение способа скважинной добычи и повышение экономичности способа за счет сокращения затрат на бурение дополнительных скважин и на формирование горизонтальной очистной камеры.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе скважинной добычи минеральных солей, включающем вскрытие продуктивного пласта вертикально-горизонтальной скважиной, горизонтальная часть которой проходит вблизи подошвы продуктивного пласта, подачу рабочего раствора и выдачу рассола минеральных солей на поверхность, согласно изобретению горизонтальную часть скважины осушают, заряжают ВВ, разрушают взрывом продуктивный пласт, проводят монтаж добычного агрегата, после чего осуществляют размыв раздробленной взрывом породы продуктивного пласта продвижением добычного агрегата до конца горизонтальной части скважины с выдачей на поверхность образованной пульпы и формированием предварительной горизонтальной очистной камеры, затем производят подачу рабочего раствора для растворения нарушенных взрывом пород и выдачу рассола на поверхность перемещением добычного агрегата, работающего в режиме растворения, к началу горизонтальной части скважины.

Кроме того, особенность способа заключается в том, что при большой мощности продуктивного пласта после образования горизонтальной очистной камеры выше и параллельно ей забуривают дополнительную горизонтальную скважину с магазинированием взрывом породы в нижерасположенную уже имеющуюся горизонтальную очистную камеру.

А также в том, что забуривают дополнительно из одной вертикальной скважины несколько противоположно расположенных горизонтальных скважин, которые отрабатывают затем попеременно или одновременно.

Сущность перечисленных выше отличительных признаков заключается в следующем. Забуривают одну вертикально-горизонтальную скважину, в горизонтальной части которой осуществляют не только добычу рассола за счет процесса растворения, но и гидродобычу дробленых частиц продуктивного пласта. Последний процесс осуществляется после подготовки данного пласта взрывным способом. Это же интенсифицирует в дальнейшем и процесс его растворения. Ударная волна от воздействия ВВ и поршневого действия образующихся при этом газов на расстоянии нескольких радиусов заряда ВВ сильно разрушает породу, создавая благоприятные условия для ее гидродобычи. Размер зоны разрушения зависит от прочностных свойств разрабатываемой породы минеральных солей, применяемого типа ВВ и диаметра его заряда. С учетом этих параметров интервал по вертикали вскрытия продуктивного пласта горизонтальной частью скважины осуществляется ближе к подошве пласта с таким расчетом, чтобы последующей гидродобычной разработкой была охвачена вся раздробленная продуктивная часть, вплоть до ее подошвы. Заряжание и взрывание ВВ производят в осушенной скважине для получения большего количества дробленой породы. При процесс гидродобычи дробленых частиц минеральных солей перепад давления рабочего раствора перед и за соплом гидромониторной части совмещенного аппарата создается порядка 15-40 МПа, что обеспечивает скорость затопленной струи достаточной не только для гидродобычи дробленых частиц породы, но и для механического разрушения образовавшихся негабаритных кусков минеральных солей [Молчанов А.Д., Тимофеев Л.И. "Интенсификация геотехнологических процессов растворения и выщелачивания", Вища школа, Львов, 1988г., стр.38]. В процессе гидродобычи, осуществляемого эрлифтом, высоконапорный став постепенно перемещают вниз до тех пор, пока гидродобычной агрегат дойдет до конца ранее пройденной горизонтальной части скважины, формируя таким образом горизонтальную очистную камеру.

Минеральные соли представляют собой полиминеральные породы, в которых в той или иной мере присутствуют как легкорастворимые (бишофит, карналлит, сильвин, галит), так и медленнорастворимые (каинит, лангбейнит) и слаборастворимые (полигалит и давсонит) в воде минеральные соединения. В галогенных толщах данные породы состоят из галита (легкорастворимого минерального соединения) и одного или нескольких калийных, калийно-магниевых, магниевых минеральных образований. Однако встречаются продуктивные пласты минеральных солей, сложенные только или медленно- или слаборастворимыми минеральными соединениями (пласты чистого лангбейнита, или полигалита, или давсонита). Поэтому предлагаемое решение скважинной добычи минеральных солей должно удовлетворять возможности разработки любой породы и минеральных солей, состоящих из тех или иных вышеуказанных соединений. Для пластов медленно- и слаборастворимых минеральных соединений предлагаемое техническое решение завершается только процессом гидродобычи. С присутствием в пласте легкорастворимых минеральных солей при достижении забоя горизонтальной части скважины гидродобычным аппаратом его эрлифт выключают, и гидродобычной аппарат начинает работать как аппарат, подающий растворяющий агент, для растворения нарушенных взрывом пород минеральных солей в кровле камеры. На глубине такая зона создается ударной волной на расстоянии до 20 градусов заряда в виде кольцевых и радиальных трещин, которые, создавая большое количество искусственных плоскостей растворения, и обуславливают интенсификацию этого процесса. Отбор образующегося продуктивного рассола осуществляется через обсадную колонну. Постепенным перемещением бывшего гидродобычного оборудования, служащим в данное время для подачи растворяющего агента к началу горизонтальной части скважины, и осуществляется формирование окончательной горизонтальной очистной камеры в пределах продуктивного пласта. За счет уменьшения спуско-подъемных операций гидродобычи и растворения и достигается упрощение способа добычи. Если после формирования горизонтальной очистной камеры на ее дне образуется остаток от растворения минеральных солей и он представляет собой практический интерес, то при его относительно малом количестве включают эрлифт гидродобычного аппарата на мощность, достаточную для подъема образовавшегося остатка, в случае значительного количества остатка - процесс гидродобычи повторяют вновь.

При мощности продуктивного пласта, превышающего полученную горизонтальную очистную камеру после ее завершения, осуществляется бурение дополнительного горизонтального ствола выше и параллельно созданной горизонтальной очистной камеры с последующим закладыванием и взрыванием в ней ВВ, магазинированием продуктивной породы в нижерасположенной, ранее созданной, горизонтальной очистной камере с последующим повторением всего вышеописанного процесса добычи (или только гидродобычи).

Из вертикального ствола скважины забуривается несколько горизонтальных ее частей и попеременно или одновременно отрабатываются вышеизложенным способом.

Под вертикальную часть ствола при применении одиночного высоконапорного става, оканчивающегося гидродобычным аппаратом, может быть использована ранее пробуренная скважина для добычи других полезных ископаемых, залегающих ниже продуктивного пласта минеральных солей (например, углеводородного сырья); при одновременном применении в вертикальном стволе нескольких высоконапорных ставов бурится специальная скважина увеличенного соответственно диаметра.

В приведенную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения указанного технического результата.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа был проведен поиск по патентным и научно-техническим источникам информации для выявления источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, который позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного способа преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

На фиг. 1-4 представлены стадии образования горизонтальной очистной камеры.

Способ осуществляется следующим образом. На фиг.1 показано, что продуктивный пласт 1 вскрывают горизонтальной частью 2 вертикально-горизонтальной буровой скважины. Обсадной колонной 3 осуществляют гидроизоляцию пород кровли 4. В горизонтальную часть скважины закладывают и взрывают заряд ВВ 5 (фиг. 2). В скважину, у ее горизонтальной части, устанавливают гидродобычной снаряд, включающий верхний огаловок, высоконапорный став с раствороподающим 6 и пульповыводящим 7 каналами, и нижний огаловок, представленный эрлифтовым агрегатом 8, конструктивно совмещенным со скважинными гидромониторами 9. Причем, высоконапорный став выполнен с возможностью перемещения вдоль своей продольной оси. К гидромониторам 9 с поверхности через канал 6 подают под давлением рабочий раствор, который в виде гидромониторных струй 10 вылетают из мониторов 9 и осуществляют размыв раздробленной взрывом породы с додрабливанием ее негабаритных кусков, а также частичного их растворения с образованием пульпы из частиц минеральных солей и рассола и выдачи его на поверхность по каналу 7. Перемещая гидродобычной снаряд по горизонтальной части скважины 2 до ее забоя, тем самым образуют предварительную горизонтальную очистную камеру. При наличии легкорастворимых солей выключают систему эрлифта, при этом весь гидродобычной снаряд начинает работать как аппарат, подающий рабочий раствор только для растворения нарушенных взрывом пород минеральных солей в кровле камеры (фиг.3). Отбор образующегося продуктивного рассола производится через обсадную колонну 3. Снаряд постепенно перемещают обратно к началу горизонтальной скважины 2, формируя таким образом окончательную горизонтальную очистную камеру.

При помощи продуктивного пласта, превышающего полученную горизонтальную очистную камеру (фиг.4), после ее завершения осуществляется бурение дополнительного горизонтального ствола 11 выше и параллельно созданной камеры с последующим закладыванием и взрыванием в ней ВВ, магазинированием продуктивной породы 12 в нижерасположенной ранее созданной камере с последующим повторением процесса гидродобычи и растворения.

Для сокращения количества вертикальных скважин из вертикального ствола возможно забуривание нескольких горизонтальны стволов, которые затем попеременно или одновременно могут отрабатываться вышеизложенным способом. В случае попеременной обработки, т. е. с применением одиночного высоконапорного става, оканчивающегося гидродобычным аппаратом, могут быть использованы ранее пробуренные скважины для добычи других полезных ископаемых, залегающих ниже продуктивного пласта минеральных солей (например, углеводородного сырья), с гидроизоляцией последних. В случае одновременного применения в вертикальном стволе нескольких высоконапорных ставов - бурится специальная скважина увеличенного соответственно диаметра.

В сравнении с прототипом предложенное техническое решение обладает следующими достоинствами:

- сокращение количества пробуренных вертикальных скважин (до 1) на две или несколько получаемых горизонтальных очистных камер, что значительно повышает экономичность данного способа добычи;

- возможность использования ранее пробуренных скважин для добычи других полезных ископаемых, залегающих ниже продуктивного пласта минеральных солей;

- получение не только дробленых частиц минеральных солей, которые возможно перерабатывать более дешевым флотационным способом, но и продуктивного рассола;

- получение продуктивного рассола сразу же на начальном этапе разработки камеры;

- сокращение энергозатрат на формирование горизонтальной очистной камеры за счет уменьшения спуско-подъемных операций по смене агрегатов или добычи пульпы, или продуктивных рассолов, ибо все это производится одним снарядом;

- возможность одновременной или последовательной отработки двух или нескольких горизонтальных очистных камер, что уменьшает удельные затраты на 1 м³ продуктивного рассола (или пульпы), получаемого с одной добычной скважины.

Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить сырьевую базу горнодобывающей промышленности минеральных солей, залегающих на глубинах не эффективных для разработки их шахтным способом и без присутствия людей в горизонтальных очистных камерах при разработке их на таких глубинах, а также позволяет осуществить совместно с солями разработку (одновременно или поочередно) других полезных ископаемых, залегающих на данной площади на разных глубинах (например, минеральные соли и углеводороды).

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в горнодобывающей промышленности для скважинной добычи минеральных солей и углеводородного сырья,

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

- Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".