Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из многолетнемерзлых россыпных месторождений и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения. Вскрывают продуктивный пласт скважинной с перебуром, в интервале которого формируют приемную полость, а ниже нее устанавливают приемный контейнер. Размывают пласт в восходящем порядке в пределах выемочной камеры сначала из оросителя подогретой водой, а затем гидромониторной струей с обрушением песков. Последние и гидросмесь от размыва направляют в приемный контейнер, при этом легкую фракцию извлекают пульпоподъемным агрегатом, а крупнообломочные пески перепускают через решетку в контейнер, дезинтегрируют сжатым воздухом с отделением легкой фракции и накоплением тяжелой фракции, извлекаемой вместе с приемным контейнером после обработки выемочной камеры. При вскрытии пласта может быть проведено опробование, а приемная полость сформирована скважинным расширителем. Обрушенные пески могут быть дезинтегрированы струями периодически опускаемого гидромониторного агрегата и приведены в подвижное состояние в приемном контейнере вибрацией последнего. Устройство, осуществляющее способ, содержит установленные в скважине пульпоподъемный и гидромониторный агрегаты, водо- и воздухоподающие трубопроводы, кольцевой ороситель с трубопроводом, кольцевой ороситель с трубопроводом подогретой воды и приемный контейнер. В контейнере может быть выполнен герметичный отсек для установки вибраторов. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при скважинной гидродобыче полезных ископаемых, преимущественно из вечномерзлых россыпей.

Известен способ скважинной гидродобычи, включающий вскрытие горизонта скважиной с перебуром в подстилающие породы, установку в перебуре скважины трубы с заглушенным нижним торцом, а в скважине гидромониторного агрегата, круговой размыв пород с перепуском крупных фракций в перебур и гидроподъемом мелких фракций, при этом понижают гидростатическое давление жидкости в скважине ниже пластового давления в продуктивном горизонте, а после окончания размыва осуществляют подъем крупной фракции, извлекая трубу из перебура [1] Недостатком данного способа является то, что он эффективен только для слабоустойчивых грунтов и не предусматривает дополнительную дезинтеграцию пород в перебуре.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления, принятые в качестве ближайшего аналога. Способ включает вскрытие продуктивного пласта скважиной с перебуром в подстилающие породы, установку в ней гидромониторного и пульпоподъемного агрегатов, формирование приемной камеры с наклонным днищем, размыв песков напорными струями с обрушением песков, воздействие на пески сжатым воздухом и извлечение их на поверхность. При этом устройство для осуществления способа содержит воздухо- и водоподающие напорные трубопроводы, гидромониторный и пульпоподъемный агрегаты, дополнительный сосуд, формирующий днище [2] Недостатками известных технических решений является длительность размыва вечномерзлых грунтов, невозможность извлечения искусственного приемного днища и, как следствие, потери на нем полезного ископаемого.

Задачей изобретения является отработка вечномерзлых россыпных месторождений с сокращением времени, энергозатрат и потерь полезных ископаемых за счет предварительной обработки песков в пласте и извлечения оборудования, в котором осуществляют дополнительную дезинтеграцию и отмывку песков.

Это достигается тем, что согласно способу скважинной гидродобычи полезных ископаемых из многолетнемерзлых россыпных месторождений, включающему вскрытие продуктивного пласта добычной скважиной с перебуром в подстилающие породы, установку в ней гидромониторного и пульпоподъемного агрегатов, формирование приемной камеры с наклонным днищем, обработку выемочной камеры в восходящем порядке, размыв песков с обрушением, подачу сжатого воздуха в обрушенные пески и извлечение их на поверхность, приемную камеру формируют в плотике россыпи, а в перебуре скважины устанавливают обсадную трубу и приемный контейнер с уплотнениями, на входе которого размещают нижнюю часть пульпоподъемного агрегата, размыв начинают подогретой водой из оросителей, а затем струями гидромониторных насадок с перепуском обрушенных песков в приемный контейнер, куда подают сжатый воздух, легкие фракции песков извлекают на поверхность пульпоподъемным агрегатом, а тяжелые вместе с приемным контейнером, после размыва пласта на всю мощность.

Кроме того, при вскрытии продуктивного пласта производят опробование для уточнения его границ и содержания полезного ископаемого.

Приемную камеру формируют посредством скважинного расширителя.

Гидромониторный агрегат периодически опускают для дезинтеграции крупноблочных обрушенных песков над решеткой приемного контейнера и на днище приемной камеры.

Осуществляют вибрацию приемного контейнера.

При этом устройство для осуществления способа скважинной гидродобычи полезных ископаемых из многолетнемерзлых россыпных месторождений содержит установленные в скважине гидромониторный и пульпоподъемный агрегаты, а в интервале перебура обсадную трубу и приемный контейнер, на входе которого размещена нижняя часть пульпоподъемного агрегата, имеющего вокруг пульпоподъемной колонны на одинаковом расстоянии друг от друга три напорных водоподающих трубопровода, параллельно последним размещены три водоподающих трубопровода гидромониторного агрегата и три воздухоподающих трубопровода, причем первые установлены с возможностью вертикального перемещения в скважине, а вторые нижними торцами над днищем приемного контейнера, кольцевой ороситель с трубопроводом подогретой воды размещают вокруг пульпоподъемной колонны, а между стенкой перебура скважины, обсадной трубой и приемным контейнером располагают уплотнения.

Кроме того, оно снабжено вибраторами, установленными в герметичном отсеке нижней части приемного контейнера.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство, размещенное в скважине.

Устройство содержит пульпоподъемный агрегат, состоящий из пульпоподъемной колонны 1 с гидроэлеватором 2 и тремя напорными водоподающими трубопроводами 3, гидромониторный агрегат, состоящий из трех (показан один) водоподающих трубопроводов 4 и гидромониторных насадок 5, кольцевой ороситель с трубопроводом подогретой воды 7, три (показан один) воздухоподающих трубопровода 8, приемный контейнер 9 с герметичным отсеком 10, вибраторами 11 и решеткой 12, а также обсадную трубу 13 и уплотнения 14,15.

Способ осуществляют следующим образом.

Продуктивный пласт 16 вскрывают скважиной 17 с перебуром 18 в плотике 19. В случае необходимости при бурении скважины проводят опробование для уточнения границ пласта и содержания полезного ископаемого.

Высоту перебура 18 принимают из расчета формирования в плотике 19 конусообразной приемной камеры 20 вершиной вниз и установки ниже ее обсадной трубы 13. Приемная камера диаметром, соответствующим диаметру обрабатываемой выемочной камеры, может быть сформирована гидроразмывом, с помощью скважинного расширителя или другим методом. В перебуре 18 концентрично обсадной трубе 13 устанавливают приемный контейнер 9. Для исключения потерь полезного ископаемого из-за попадания песков на забой перебура 18 между стенкой перебура 18 и обсадной трубой 13, а также между обсадной трубой 13 и приемным контейнером 9 размещают уплотнения 14, 15.

В скважине 17 монтируют пульпоподъемный агрегат, три напорных водоподающих трубопровода которого размещены на одинаковом расстоянии друг от друга вокруг пульпоподъемной колонны 1, при этом нижнюю часть агрегата - гидроэлеватор 2, закрепленный на пульпоподъемной колонне 1, устанавливают на входе приемного контейнера 9 с решеткой 12 на верхнем торце. Рядом с напорными водоподающими трубопроводами 3, параллельно им, монтируют три водоподающих трубопровода 8, при этом первые установлены с возможностью вертикального перемещения в скважине, а вторые нижними торцами над днищем приемного контейнера 9. Кольцевой ороситель 6 с трубопроводом подогретой воды 7 располагают вокруг пульпоподъемной колонны 1.

После монтажа оборудования и формирования приемной камеры приступают к обработке выемочной камеры в восходящем порядке. На кольцевой ороситель, по окружности которого выполнены отверстия, подают подогретую воду. При ее тепловом воздействии на содержащуюся в вечномерзлых песках россыпи замерзшую воду последняя теряет свои цементирующие свойства. Температуру подогретой воды и период орошения определяют опытным путем. После орошения подают воду на насадки 5 гидромониторного агрегата. Благодаря предварительной обработке и дементации вечномерзлых песков, давление подачи ниже обычного, а скорость размыва возрастает, при этом происходит обрушение песков в приемную камеру 20. Гидросмесь от размыва и обрушенные пески по наклонному днищу приемной камеры 20 устремляются к приемному контейнеру 9, при этом легкую фракцию песков гидроэлеватором 2 извлекают на поверхность для дальнейшей переработки, а тяжелая фракция через решетку 12 перепускается в приемный контейнер 9, куда по трем воздухоподающим трубопроводам 8 подают сжатый воздух, производя дополнительную дезинтеграцию песков с отделением легкой фракции, которую также извлекают гидроэлеватором на поверхность, а тяжелую фракцию накапливают в приемном контейнере 9, объем которого рассчитывают исходя из содержания тяжелой фракции в песках отрабатываемой выемочной камеры. В процессе отработки последней гидромониторный агрегат периодически опускают для дезинтеграции крупнообломочных обрушенных пород на днище приемной камеры.

В случае аварийной остановки оборудования, для приведения в подвижное состояние песков, содержащихся в приемном контейнере 9, осуществляют вибрацию последнего, включая вибраторы 11, установленные в герметичном отсеке 10 приемного контейнера 9. После отработки выемочной камеры размывом на всю мощность продуктивного пласта 16, приемный контейнер 9 с тяжелой фракцией извлекают из скважины вместе с добычным устройством.

Использование предлагаемых способа и устройства позволяет в вечномерзлых россыпях отработать выемочную камеру с минимальными энергозатратами, высокой скоростью, не вызывая преждевременного обрушения вмещающих пород и надежным извлечением песков на поверхность.

Формула изобретения

1. Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых из многолетнемерзлых россыпных месторождений, включающий вскрытие продуктивного пласта добычной скважиной с перебуром в подстилающие породы, установку в ней гидромониторного и пульпоподъемного агрегатов, формирование приемной камеры с наклонным днищем, обработку выемочной камеры в восходящем порядке, размыв песков с обрушением, подачу сжатого воздуха в обрушенные породы и извлечение их на поверхность, отличающийся тем, что приемную камеру формируют в плотике россыпи, в перебуре скважины устанавливают концентрично обсадную трубу и приемный контейнер с уплотнениями между ними, размыв начинают подогретой водой из оросителя, а затем струями гидромониторных насадок обрушенные пески перепускают в приемный контейнер и в него подают сжатый воздух, извлекают легкую фракцию песков пульпоподъемным агрегатом, а тяжелую вместе с приемным контейнером, после размыва пласта на всю мощность.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при вскрытии продуктивного пласта производят опробование для уточнения его границ и содержания полезного ископаемого.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что приемную камеру формируют скважинным расширителем.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что гидромониторный агрегат периодически опускают для дезинтеграции крупноблочных обрушенных песков на днище приемной камеры.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что осуществляют вибрацию приемного контейнера.

6. Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых из многолетнемерзлых россыпных месторождений, включающее напорные водо- и воздухоподающие трубопроводы, гидромониторный и пульпоподъемный агрегаты, установленные в скважине, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевым оросителем, обсадной трубой в интервале перебура скважины и установленным в этом интервале приемным контейнером, на входе которого размещена нижняя часть пульпоподъемного агрегата, имеющего вокруг пульпоподъемной колонны на одинаковом расстоянии друг от друга три напорных водоподающих трубопровода, параллельно с последними размещены три водоподающих трубопровода гидромониторного агрегата и воздухоподающие трубопроводы, при этом первые установлены с возможностью вертикального перемещения в скважине, а вторые - нижними торцами у днища приемного контейнера, кольцевой ороситель с трубопроводом подогретой воды размещен вокруг пульпоподъемной колонны, а между стенкой перебура скважины, обсадной трубой и приемным контейнером расположены уплотнители.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно снабжено вибраторами, установленными в герметичном отсеке, выполненном в приемном контейнере.

РИСУНКИ

Рисунок 1