способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающий проходку скважины до продуктивного пласта, обсадку ствола скважины, разрушение продуктивного пласта на месте его залегания и откачку гидросмеси на поверхность с помощью добычного снаряда и вспомогательного оборудования, размещенного на основании, отличающийся тем, что одновременно с добычей из ранее подготовленной скважины ведут бурение и обсадку новой скважины с помощью бурового оборудования, размещенного на том же основании, которое после проведения добычных и буровых работ перемещают по профилю для проведения добычных работ во вновь пробуренной скважине и бурения следующей скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что добычное, вспомогательное и буровое оборудование размещают на основании с обеспечением смещения центра тяжести основания в сторону бурового оборудования за пределы зоны обрушения пород.

3. Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, содержащее основание с размещенным на нем вспомогательным монтажным оборудованием и добычным снарядом, отличающееся тем, что основание выполнено в виде подвижных саней-платформы, на концах которой размещены две мачты, одна из которых оборудована для бурения и обсадки, а вторая - для добычи полезных ископаемых и извлечения обсадки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что расстояние между мачтами в рабочем положении составляет 2 - 4 радиуса размыва продуктивного пласта.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что буровое, добычное и вспомогательное оборудование размещено на санях-платформе с обеспечением смещения центра тяжести саней-платформы за пределы зоны обрушения перекрывающих пород.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в добычном снаряде пульпо-подъемная колонна состоит из подвижной и неподвижной частей, причем роль неподвижной колонны выполняет обсадная труба, а роль подвижной - труба меньшего диаметра, укрепленная на водоподающей и воздухоподающей колоннах.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что подвижная труба имеет длину, зависящую от мощности продуктивного пласта.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что обсадная колонна имеет на нижнем конце приспособление для регулирования зазора между обсадной колонной и подвижной трубой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинной гидродобыче полезных ископаемых, преимущественно в условиях неустойчивых покрывающих пород (с неустойчивой кровлей) с возможностью образования просадок поверхности.

При разработке месторождений полезных ископаемых, где кровля представлена рыхлыми обводненными неустойчивыми породами, устройство для скважинной гиддродобычи содержит, как правило, обсадную, водоподающую, воздухоподающую и пульпоподъемную колонны (см. а. с. N 1555492, 1797659, 1682574, E 21 C 45/00). Конструкция из четырех колонн усложняет пуcкоподъемные операции, кроме того, для обеспечения безопасного способа добычи полезных ископаемых в условиях неустойчивых покрывающих пород приходится усложнять монтажные площадки для земснаряда и наземного оборудования. Так, например, известна установка зем. снаряда для скважинной гидродобычи полезных ископаемых из продуктивных пластов с неустойчивой кровлей (патент РФ N 2111360, МПК6 E 21 C 45/00, опубл. В БИ N 14, 1998 г.). Установка включает скважинный земснаряд, соединенный с наземным оборудованием и закрепленный на монтажной площадке, установленной на лаги. Монтажная площадка выполнена из швеллеров, стянутых силовыми болтами, лаги выполнены из труб расчетного сечения и снабжены жестко соединенными, расположенными попарно и симметрично по обе стороны труб через равные расстояния, втулками, на которой устанавливают перила ограждения, а также перемычки и вкладыши, фиксирующие трубы в продольной и поперечной плоскостях.

Установка обеспечивает безопасный способ добычи над провалом, но требует значительных затрат при монтаже и демонтаже, что особенно невыгодно при разработке больших площадей. Кроме того, демонтаж оборудования приходится проводить над формирующимся или существующим провалом, что повышает опасность проведения работ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ скважинной гидродобычи обводненных полезных ископаемых (заявка на выдачу патента РФ на изобретение N 95121388/03 от 15.12.95, опубликованная в БИ N 30, 1997 г.). Известный способ скважинной гидродобычи обводненных полезных ископаемых в условиях сдвижения поверхности неустойчивых покрывающих пород включает проходку скважины до продуктивного пласта, монтаж добычного инструмента, размыв продуктивного пласта на месте залегания пласта и откачку гидросмеси на поверхность. Причем до начала добычных работ вспомогательное монтажное оборудование и добычной инструмент располагают на плавучем основании. Уровень грунтовых вод в скважине на начальной стадии добычи повышают до горизонта поверхности, поддерживают на установленном горизонте весь период мульдообразования до радиуса, превышающего размер плавучего основания, и затем уровень воды в мульде сдвижения поверхности понижают до естественного. Устройство для осуществления этого способа содержит добычной инструмент и вспомогательное монтажное оборудование, размещенное на плавучем основании.

Недостатком этого способа и устройством для его осуществления является то, что возможен наклон или опрокидывание добычного агрегата вследствие того, что сдвижение поверхности происходит, как правило, не постепенно, а резко с образованием провала. При этом возможна поломка оборудования и травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, для поддержания постоянного уровня грунтовых вод требуются дополнительные затраты.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройства для его осуществления, позволяющего вести безопасную отработку скважин в условиях обводненных неустойчивых пород, перекрывающих рудный горизонт, и производить с минимальными затратами монтаж и демонтаж добычного агрегата, а также повысить производительность работ по подготовленным профилям, особенно при разработке больших площадей.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающем проходку скважины до продуктивного пласта, обсадку ствола скважины, размыв пород на месте залегания и откачку гидросмеси на поверхность с помощью добычного снаряда, основного и вспомогательного оборудования, размещенного на основании, одновременно с добычей полезных ископаемых из ранее подготовленной скважины ведут бурение и обсадку новой скважины с помощью бурового оборудования, размещенного на том же основании, последнее после проведения добычных и буровых работ перемещают по профилю для проведения добычных работ во вновь пробуренной скважине и бурения следующей скважины, прочем добычное, вспомогательное и буровое оборудование размещают на основании с обеспечением смещения центра тяжести в сторону бурового оборудования за пределы зоны обрушения. После окончания добычных и буровых работ основание перемещают по профилю на расстояние, равное 2-4 радиусам размыва, и цикл работ повторяется.

Указанный технический результат достигается также тем, то в устройстве для скважинной гидродобычи полезных ископаемых, содержащем основание с размещенным на нем вспомогательным монтажным оборудованием и добычным снарядом, основание выполнено в виде подвижных саней-платформы, на концах которой размещены две мачты, одна из которых оборудована под бурение и обсадку, а вторая - под добычу полезных ископаемых и извлечение обсадки, причем указанное оборудование расположено на санях-платформе с обеспечением смещения центра тяжести платформы в сторону буровой мачты за пределы зоны обрушения пород. Расстояние между мачтами выбирается из расчета два-четыре радиусов размыва пород. Сани-платформа для перемещения устройства по профилю связаны с тяговой лебедкой.

С целью облегчения спуско-подъемных работ в добычном снаряде пульпоподъемная колонна состоит из подвижной и неподвижной частей, причем роль неподвижной колонны выполняет обсадная труба, а роль подвижной - труба меньшего диаметра, укрепленная на колонне водоподающих и воздухоподающих труб. Обсадная колонна имеет на нижнем конце приспособление для устранения зазора между обсадной колонной и подвижной трубой, причем подвижная труба имеет на конце косой срез, обращенный в сторону размыва породы. Ее длина зависит от мощности продуктивного пласта.

При указанном выполнении способа и устройства для его осуществления повышается производительность работ при одновременном обеспечении безопасности отработки скважин в условиях обводненных неустойчивых пород, перекрывающих рудный горизонт. Добычной снаряд, основное и вспомогательное оборудование размещается на санях-платформе таким образом, что центр тяжести платформы находится за пределами зоны обрушения, он смещен относительно центра платформы, то есть обеспечивается проведение добычных работ с облегченной части платформы, а подготовительные работы (бурение и обсадка) ведутся с головной, нагруженной части. При указанном выше выполнении добычного снаряда в этом способе в подготовленную скважину осуществляется спуск только подвижной части пульпоподъемной колонны, что облегчает спускоподъемные работы. Проведенный поиск аналогов показал, что неизвестны способы и устройства гидродобычи полезных ископаемых, объединяющие в одном устройстве добычу из подготовленной на предыдущем этапе скважины и бурение и обсадку в это же время в другой скважине и последующее перемещение по профилю для проведения добычных работ в новой скважине и строительство следующей скважины при одновременном повышении безопасности работ в условиях обводненных неустойчивых пород за счет смещения центра тяжести основания в сторону проведения буровых работ.

Способ и устройство для гидродобычи полезных ископаемых поясняются чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для гидродобычи полезных ископаемых, а на фиг. 2 -добычной снаряд.

Устройство для гидродобычи полезных ископаемых содержит сани-платформу 1 со смонтированной на одном ее конце мачтой 2 и лебедкой 3, а на другом - мачтой 4 и буровым оборудованием 5. Такое расположение обеспечивает смещение центра тяжести платформы 1 в сторону бурового оборудования. Расстояние между мачтами выбирается равным 2-4 радиусам размыва пород. На санях-платформе 1 расположена монтажная площадка 6 для складирования добычного и бурового инструмента. Буровая мачта 2 оборудована под добычу и извлечение обсадки из подготовленной ранее и отработанной скважины 7, а буровая мачта 4 оборудована под бурение и обсадку новой скважины 8. Подвижная тележка 9 служит для механизации укладки на монтажную площадку 6 после окончания добычных и строительных работ добычного снаряда 10 и обсадных труб 11 из скважины 7. Тяговая лебедка 12 служит для перемещения устройства для проведения добычных работ в скважине 8 и бурения и обсадки следующей скважины.

Добычной снаряд 10 содержит водоподающую колонну 13 (фиг. 2) с насадками гидромониторов 14, 15, воздухоподающую колонну 16 с перфорированной насадкой 17. Пульпоподъемная колонна состоит из неподвижной обсадкой трубы 11 с оголовком 18 и подвижной трубы 19 меньшего диаметра, имеющий в основании косой срез, обращенный в сторону размыва. Подвижная труба 19 укреплена на колонне водоподающих труб 13 и воздухоподающей колонне 16. Обсадная труба 11 снабжена приспособлением 20 для регулирования зазора между обсадной трубой 11 и подвижной трубой 19.

Способ скважинной гидродобычи осуществляется следующим образом. На предварительно спланированном и размеченном профиле устанавливают сани-платформу 1 с размещенными на них основным и вспомогательным оборудованием. В подготовленной скважине 7 с обсадной трубой 11 монтируют добычной снаряд 10 с помощью мачты 2 и лебедки 3. Для этого в скважину 7 опускают подвижную пульпоподъемную трубу 19 на колонне водоподающей 13 и воздухоподающей 16. Длина подвижной пульпоподъемной трубы 19 зависит от мощности пласта и изготавливается таким образом, что при отработке нижних границ рудного пласта верхняя часть трубы не опускалась ниже башмака обсадной колонны 11. После монтажа добычного снаряда 10 от насоса (не показан) через водоподающую колонну 13 на насадки гидромониторов 14 и 15 под давлением подается вода, за счет чего происходит разрушение рудного пласта и транспортировка его к всасу подвижной колонны 19 за счет вытеснения из добычной камеры. От компрессора (не показан) через воздухоподающую колонну 16 подают воздух на смеситель (перфорирующую насадку 17), где через калиброванные отверстия происходит образование эрлифтной смеси, которая поднимается по подвижной пульпоподъемной колонне 19 и обсадной трубе 11 на поверхность. Добычной снаряд 10 благодаря использованию подвижной пульпоподъемной трубы 19 меньшего диаметра (вследствие использования обсадной трубы 11 в качестве части пульпоподъемной колонны) свободно перемещается с помощью лебедки 3 вверх и вниз и легко вращается вручную или поворотным механизмом, что позволяет управлять процессом добычи и облегчает спускоподъемные работы.

Одновременно на другом конце саней-платформы 1 осуществляют бурение и обсадку новой скважины 8 с помощью мачты 4 и буровой оборудования 5. После окончания строительных и добычных работ из отработанной скважины 7 извлекают добычной снаряд 10 и обсадные трубы 11 и укладывают и монтажную платформу 6 с помощью подвижной тележки 9. Затем устройство с помощью тяговой лебедки 12 перемещают вдоль профиля для проведения отработки скважины 8 и бурения и обсадки следующей скважины.

Предлагаемый способ добычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления кроме указанных преимуществ обеспечивает экономию рабочей силы за счет совмещения операций.