снаряд для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых

Формула изобретения

Снаряд для скважинной гидродобычи твердых полезных ископаемых, включающий концентрически установленные внешнюю колонну труб, телескопический хвостовик и центральную пульповыдачную колонну труб, при этом нижний конец внешней колонны труб снабжен упорным кольцом, телескопический хвостовик, снабженный в верхней части сальниковыми уплотнениями, а в нижней части - породоразрушающим инструментом, имеет пульпоприемные окна и разделительную камеру с отверстиями для сообщения с приемной камерой гидроэлеваторного устройства и призабойным участком скважины, причем в телескопическом хвостовике выполнены каналы для подачи рабочей жидкости, промывочное отверстие и размещены гидромониторное устройство для бокового размыва горной породы и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидроэлеваторной насадки, приемной камеры, смесителя и диффузора, сочлененного с центральной пульповыдачной колонной труб, отличающийся тем, что между телескопическим хвостовиком и центральной пульповыдачной колонной труб концентрически установлена гидроэлеваторная колонна труб, нижний конец которой жестко закреплен в телескопическом хвостовике и сообщен с его каналами для подачи рабочей жидкости, при этом нижний конец телескопического хвостовика оснащен буровым долотом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидравлической добычи полезных ископаемых, а именно к конструкциям снарядов для скважинной гидродобычи (СГД) твердых полезных ископаемых, и может найти применение для извлечения твердых материалов из подземных формаций через скважины.

К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций снарядов для СГД твердых полезных ископаемых (см., например, А.С. СССР №№ 374453, 602685, 662717, 739240, 762339, 819345, 825966, 899967, 964150, 1002585, 1065601, 1113549, 1265341, 1427071, 1461947, 1489139, 1553686, 1608346, 1620631, 1700249 и др.).

Несмотря на существенные отличия в конструкциях снарядов по вышеуказанным авторским свидетедьством, все они включают следующие основные узлы: колонну водоподающих труб, гидромониторное устройство, пульповыдачной гидроэлеватор и пульповыдачную колонну. Многообразие конструкций снарядов объясняется различным в конструктивном выполнении вышеупомянутых основных узлов, а также включением в состав снарядов новых узлов и конструктивных элементов. Эти технические усовершенствования направлены на ускорение процесса размыва пласта полезного ископаемого, повышение эффективности выноса пульпы из выемочной камеры, увеличение глубины разработки залежи полезного ископаемого, образование выемочной камеры с требуемыми размерами и формой и т.д., и т.п. В конечном итоге все это приводит к повышению технико-экономических показателей СГД полезных ископаемых.

В то же время многие конструкции снарядов для СГД имеют существенные недостатки, что и является причиной их постоянного совершенствования. При этом следует принимать во внимание и горно-геологические условия залегания пласта полезного ископаемого, а также физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих горных пород, что также существенно влияет на конструкцию снарядов для СГД.

Анализ существующих конструкций снарядов для СГД показал, что по технической сущности наиболее близким аналогом предложенного изобретения является «Устройство для извлечения материала из подземных формаций через скважины» по А.С. № 1113549 (МПК Е 21 С 45/00, Б.И. № 34 - 1984 г.). Это устройство и принято за прототип заявляемого изобретения.

Устройство по А.С.№ 1113549 включает сообщенную с источником напорной воды внешнюю колонну труб с пульпоприемными окнами, гидромонитор с насадкой, пульповыдачной гидроэлеватор и центральную пульповыдачную колонну труб. Внешняя колонна труб выполнена с продольными щелевидными отверстиями и снабжена телескопическим хвостовиком, который установлен с возможностью вращения относительно внешней колонны и жестко соединен с центральной пульповыдачной колонной, смонтированной подвижно относительно внешней колонны. При этом продольные щелевидные отверстия расположены в интервале вертикального хода гидромонитора.

Недостаток прототипа состоит в малой эффективности СГД.

Поставлена задача: повысить эффективность СГД за счет усовершенствования технологических операций по проходке скважины и отработке продуктивного пласта.

Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом снаряд для СГД полезных ископаемых включает концентрически установленные внешнюю колонну труб, телескопический хвостовик и центральную пульповыдачную колонну труб. Нижний конец внешней колонны снабжен упорным кольцом. Телескопический хвостовик в верхней части снабжен сальниковыми уплотнениями, а в нижней части - породоразрушающим инструментом. Телескопический хвостовик имеет пульпоприемные окна и разделительную камеру с отверстиями для сообщения с приемной камерой гидроэлеваторного устройства и призабойным участком скважины. При этом в телескопическом хвостовике выполнены каналы для подачи рабочей жидкости, промывочное отверстие и размещены гидромониторное устройство с насадками для бокового размыва горной породы и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидроэлеваторной насадки, приемной камеры, смесителя и диффузора, сочлененного с центральной пульповыдачной колонной труб.

Согласно изобретению между телескопическим хвостовиком и центральной пульповыдачной колонной труб концентрически установлена гидроэлеваторная колонна труб, нижний конец которой жестко закреплен в телескопическом хвостовике и сообщен с его каналами для подачи рабочей жидкости, при этом нижний конец хвостовика оснащен буровым долотом.

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены конструкция и схемы работы снаряда для выполнения различных технологических операций при СГД:

- на фиг.1 - конструкция снаряда;

- на фиг.2 - схема работы снаряда при бурении скважины;

- на фиг.3 - схема работы снаряда при отработке продуктивного пласта без бокового размыва горной породы;

- на фиг.4 - схема работы снаряда при посадке внешней колонны труб;

- на фиг.5 - схема работы снаряда при бурении скважины с одновременной обсадкой;

- на фиг.6 - схема работы снаряда при отработке продуктивного пласта с боковым размывом горной породы;

- на фиг.7 - схема работы снаряда при боковом размыве горной породы.

Предлагаемый снаряд состоит из следующих основных элементов (фиг.1):

1) внешняя колонна труб 1, нижний конец которой снабжен упорным кольцом 2.

2) центральная пульповыдачная колонна труб 3;

3) гидроэлеваторная колонна труб 4, нижний конец которой жестко закреплен в телескопическом хвостовике.

4) телескопический хвостовик содержит:

- сальниковые уплотнения 5;

- гидромониторное устройство с насадками 6;

- пульпоприемные окна 7;

- гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидроэлеваторной насадки 8, приемной камеры 9, смесителя 10 и диффузора 11;

- промывочное отверстие 12;

- разделительную камеру 13 с отверстиями для сообщения с приемной камерой гидроэлеваторного устройства и призабойным участком скважины;

- каналы для подачи рабочей жидкости 14;

5) буровое долото 15, жестко соединенное с хвостовиком.

Данный снаряд может работать в трех режимах.

В первом режиме обеспечивается автономная работа гидроэлеваторного устройства. При этом рабочая жидкость подается по внешней колонне труб 4 на гидроэлеваторное устройство и забой скважины через каналы 14, разделительную камеру 13 и промывочное отверстие 12 (фиг.2, 3).

В данном режиме возможно осуществлять две технологические операции:

1. Бурение скважины 16 на длину свободного хода телескопического хвостовика, ограниченного нижним сальниковым уплотнением (фиг.2). При этом вращается гидроэлеваторная колонна труб 4, которая передает вращение жестко связанному с ней телескопическому хвостовику. Телескопический хвостовик в свою очередь передает вращение буровому долоту 15, тем самым происходит разрушение горной породы на забое скважины. Разрушенная порода транспортируется к пульпоприемным окнам 7 посредством восходящего потока жидкости. Далее, за счет эжекции, создаваемой струей жидкости, сформированной в гидроэлеваторной насадке 8, разрушенная порода поступает в приемную камеру 9 и через смеситель 10 и диффузор 11 по центральной пульповыдачной колонне труб 3 на поверхность.

2. Отработка продуктивного пласта 16 без бокового размыва горной породы (фиг.3). Это возможно осуществлять, например, при добыче полезного ископаемого, склонного к плывунообразованию; при двухскважинной схеме добычи - когда одна скважина работает для размыва горных пород, а другая для подъема на поверхность пульпы (при такой схеме добычи в данном режиме предлагаемый снаряд может работать для подъема пульпы). При этом разрушенная порода в виде пульпы поступает на поверхность так же, как и при бурении скважины (движение гидросмеси от размытого целика до пульпоприемных окон показано стрелкой А на фиг.3).

Во втором режиме обеспечивается работа как гидроэлеваторного, так и гидромониторного устройств. При этом рабочая жидкость поступает в двух направлениях (фиг.4, 5, 6):

а) по гидроэлеваторной колонне труб 4 на гидроэлеваторное устройство и забой скважины через каналы 14, разделительную камеру 13 и промывочное отверстие 12;

б) по внешней колонне труб 1 на гидромониторное устройство 6; при этом происходит боковой размыв горной породы гидромониторными струями, которые показаны стрелкой Б на фиг.4, 5, 6.

В данном режиме возможно осуществлять три технологические операции:

1. Посадка внешней колонны труб 1 (выполняет функцию обсадной колонны) посредством расширения стенки скважины 16 после бурения на длину свободного хода телескопического хвостовика, ограниченного нижним сальниковым уплотнением 5 (фиг.4).

2. Бурение скважины 16 с одновременной обсадкой при проходки в неустойчивых породах (фиг.5).

3. Отработка продуктивного пласта с образованием выемочной камеры 17 (фиг.6).

Во втором режиме разрушенная порода в виде пульпы поступает на поверхность так же, как и в первом режиме.

В третьем режиме обеспечивается автономная работа гидромонитрного устройства. При этом рабочая жидкость поступает только по внешней колонне труб 1 на насадки 6 (фиг.7). Следовательно, происходит боковой размыв горной породы гидромониторными струями жидкости (гидромониторные струи показаны стрелкой Б на фиг.7).

Данный режим можно использовать при двухскважинной схеме добычи - когда одна скважина работает для размыва горных пород, а другая для подъема на поверхность пульпы (при такой схеме добычи в данном режиме предлагаемый снаряд может работать для бокового размыва горных пород).

Технический результат: повышение эффективности СГД за счет усовершенствования технологических операций по проходке скважины и отработке продуктивного пласта.