RU2365755C1

RU2365755C1 - Device for hydraulic borin-and-reaming of minerals

Info

Publication number: RU2365755C1
Application number: RU2008115717/03A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бондарчук (RU); Игорь Борисович Бондарчук; Сергей Яковлевич Рябчиков (RU); Сергей Яковлевич Рябчиков; Владимир Михайлович Зыков (RU); Владимир Михайлович Зыков; Евгений Николаевич Цурло (RU); Евгений Николаевич Цурло; Анатолий Петрович Янушенко (RU); Анатолий Петрович Янушенко; Владимир Иванович Лунев (RU); Владимир Иванович Лунев; Михаил Степанович Паровинчак (RU); Михаил Степанович Паровинчак
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-08-27

Abstract

FIELD: mining engineering.

SUBSTANCE: invention relates to field of hydraulic boring-and-reaming of minerals, particularly to structures of gears for hydraulic boring-and-reaming solid minerals. Device consists of connected to each other tubal line with introduction and low end wall. Low end wall contains side water jet nozzle, pulp-receiving windows and jet elevator device. Diffusion cell jet elevator device by means of outlet is hydraulically connected to space between casing column and tubal line, and in bottom-most portion of low end wall it is installed butt water jet nozzle, hydraulically connected to separating cavity. Length of low end wall is more than distance between casing shoe and subface of producing stratum. Top part of casing pipe is outfitted by exterior reference ring and air-feeding pipe, rigidly fixed to casing pipe, and in bottom part of casing pipe there are implemented openings for feeding of compressed air into stope. Between casing pipe and body of low end wall, higher openings for feeding of compressed air, it is installed ring gasket.

EFFECT: it provides effectiveness increase of HBR ensured by creation of physical environment of side water jet device in unsubmerged space of stope.

1 dwg

Description

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.The invention relates to the field of hydraulic mining, in particular to the design of shells for downhole hydraulic mining (SRS) of solid minerals, and may find application for the extraction of solid materials from underground formations through wells.

К настоящему времени разработано значительное количество различных конструкций снарядов для СГД твердых полезных ископаемых (см., например, авт.свид. СССР и патенты РФ №№374453, 602685, 662717, 739240, 762339, 819345,825966,899967, 964150, 1002585, 1065601, 1113549, 1265341, 1427071, 1449662, 1461947, 1489139, 1553686, 1608346, 1620631, 1682574, 1700249,2111359, 2113591, 2169839, 2272142, 71377 и др.To date, a significant number of different designs of shells for SRS of solid minerals have been developed (see, for example, Autosvid. USSR and RF patents Nos. 374453, 602685, 662717, 739240, 762339, 819345.825966.899967, 964150, 1002585, 1065601, 1113549, 1265341, 1427071, 1449662, 1461947, 1489139, 1553686, 1608346, 1620631, 1682574, 1700249.2111359, 2113591, 2169839, 2272142, 71377 and others.

Несмотря на существенные отличия в конструкциях снарядов по вышеуказанным авт.свид. и патентам, все они включают следующие основные узлы: колонну водопадающих труб, гидромониторное устройство, пульповыдачной гидроэлеватор и пульповыдачную колонну. Многообразие конструкций снарядов объясняется различием в конструктивном исполнении 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.Despite the significant differences in the design of the shells for the above autosvid. and patents, all of them include the following main units: a column of falling pipes, a hydraulic monitor, pulp-giving hydraulic elevator and pulp-giving column. The variety of designs of shells is explained by the difference in the design of the aforementioned main units, as well as the inclusion of new units and structural elements in the shells. These technical improvements are aimed at accelerating the process of erosion of the mineral layer, increasing the efficiency of the removal of pulp from the extraction chamber, increasing the depth of development of the mineral deposit, the formation of the extraction chamber with the required size and shape, etc., etc. Ultimately, all this leads to an increase in the technical and economic indicators of SRS of minerals.

В тоже время многие конструкции снарядов для СГД имеют существенные недостатки, что и является причиной их постоянного совершенствования. При этом следует принимать во внимание и различия горно-геологических условий залегания пласта полезного ископаемого, а также физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих горных пород, что также существенно влияет на конструкцию снарядов для СГД.At the same time, many designs of shells for SRS have significant drawbacks, which is the reason for their continuous improvement. In this case, one should take into account the differences in the geological conditions of the occurrence of the mineral layer, as well as the physical and mechanical properties of the mineral and the host rocks, which also significantly affects the design of shells for SRS.

Известно изобретение «Способ извлечения слабосвязанных пород полезных ископаемых из подземных формаций и устройство для его осуществления» по авт.свид. №1682574 (МПК Е 21 С 45/00, БИ №37, 1991 г.). Устройство по авт.свид. №1682574 содержит обсадную трубу, колонну труб с пульпо-приемными отверстиями и встроенной, по меньшей мере, одной гидромониторной насадкой. На нижнем конце колонны труб жестко закреплен цилиндрический породосборник с приемными отверстиями в его верхнем торце. Над породосборником на колонне труб установлен с возможностью осевого перемещения регулятор уровня жидкости. Пакерирующий элемент установлен у верхнего торца породосборника. Пакер установлен у нижнего торца обсадной трубы, который герметизирует скважину. При этом через пакер проведен воздухопровод.The invention is known "Method for the extraction of loosely coupled mineral rocks from underground formations and a device for its implementation" by autosvid. No. 1682574 (IPC E 21 C 45/00, BI No. 37, 1991). The device for autosvid. No. 1682574 contains a casing pipe, a string of pipes with pulp-receiving holes and built-in at least one hydraulic nozzle. At the lower end of the pipe string, a cylindrical rock collector with receiving holes in its upper end is rigidly fixed. Above the rock collector, a fluid level regulator is mounted with axial movement on the pipe string. The packer element is installed at the upper end of the reservoir. The packer is installed at the lower end of the casing, which seals the well. At the same time, an air duct is drawn through the packer.

Известно «Устройство для скважинной гидродобычи полезных ископаемых» по патенту на полезную модель №71377 (МПК Е21С 45/00 БИ №7, 2008 г.). Это устройство и принято за прототип заявляемого изобретения. Устройство по патенту №71377 состоит из соединенных между собой трубного става с вводом и нижнего оголовка. Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку, пульпоприемные окна и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидравлически связанных между собой корпуса, подводных трубок, разделительной полости, гидроэлеваторной насадки, приемной камеры, конфузора, камеры смешения и диффузора. При этом диффузор гидроэлеваторного устройства посредством отводного патрубка гидравлически связан с пространством между колонной обсадных труб и трубным ставом, а в донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка, гидравлически связанная с разделительной полостью. Длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны и подошвой продуктивного пласта.It is known "Device for downhole hydraulic mining of minerals" according to the patent for utility model No. 71377 (IPC E21C 45/00 BI No. 7, 2008). This device is taken as a prototype of the claimed invention. The device according to patent No. 71377 consists of a connected pipe stand with an input and a lower tip. The lower head contains a lateral hydraulic nozzle, pulp receiving windows, and a hydraulic elevator device consisting of a body hydraulically interconnected, underwater tubes, a separation cavity, hydraulic elevator nozzle, a receiving chamber, a confuser, a mixing chamber, and a diffuser. At the same time, the diffuser of the hydro-elevator device is hydraulically connected through the branch pipe to the space between the casing string and the pipe stand, and an end hydraulic monitor nozzle is installed hydraulically connected to the separation cavity in the bottom of the lower head. The length of the lower head is greater than the distance between the casing shoe and the bottom of the reservoir.

Недостаток прототипа состоит в малой производительности по отработке продуктивных пластов методом СГД.The disadvantage of the prototype is the low productivity for the development of productive formations by the method of SRS.

Поставлена задача: повысить производительность по отработке продуктивных пластов методом СГД за счет создания условия работы бокового гидромониторного устройства в незатопленном забое выемочной камеры.The task is: to increase productivity in the development of productive formations by the SRS method by creating a working environment for a lateral hydraulic monitoring device in an unburied face of a mining chamber.

Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом устройство для СГД полезных ископаемых состоит из соединенных между собой трубного става с вводом и нижнего оголовка. Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку, пульпоприемные окна и гидроэлеваторное устройство. При этом диффузор гидроэлеваторного устройства посредством отводного патрубка гидравлически связан с пространством между колонной обсадных труб и трубным ставом, а в донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка, гидравлически связанная с разделительной полостью. Причем длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны и подошвой продуктивного пласта.The problem is solved as follows. In accordance with the prototype, a device for SRS of minerals consists of interconnected pipe stand with an input and a lower tip. The lower head contains a lateral hydraulic nozzle, pulp receiving windows and a hydraulic elevator device. At the same time, the diffuser of the hydro-elevator device is hydraulically connected through the branch pipe to the space between the casing string and the pipe stand, and an end hydraulic monitor nozzle is installed hydraulically connected to the separation cavity in the bottom of the lower head. Moreover, the length of the lower tip is greater than the distance between the casing shoe and the bottom of the reservoir.

Согласно изобретению верхняя часть обсадной колонны снабжена внешним опорным кольцом и воздухоподающей трубой, жестко связанными с обсадной колонной, а в нижней части обсадной колонны выполнены отверстия для подачи сжатого воздуха в выемочную камеру. При этом между обсадной колонной и корпусом нижнего оголовка, выше отверстий для подачи сжатого воздуха, установлено уплотнительное кольцо.According to the invention, the upper part of the casing is provided with an external support ring and an air supply pipe rigidly connected to the casing, and openings for supplying compressed air to the extraction chamber are made in the lower part of the casing. At the same time, between the casing and the casing of the lower head, above the holes for supplying compressed air, a sealing ring is installed.

Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция и схема работы устройства.Further, the invention is illustrated by the drawing, which shows the design and operation diagram of the device.

Предлагаемое устройство состоит из обсадной колонны 1 с выводом 2 и соединенных между собой трубного става 3 с вводом 4 и нижнего оголовка. Верхняя часть обсадной колонны снабжена внешним опорным кольцом 5 и воздухоподающей трубой 6, жестко связанными с обсадной колонной, а в нижней части обсадной колонны выполнены отверстия 7 для подачи сжатого воздуха в выемочную камеру 8. Нижний оголовок содержит боковую гидромониторную насадку 9, пульпоприемные окна 10 и гидроэлеваторное устройство, состоящее из гидравлически связанных между собой корпуса 77, подводных трубок 12, разделительной полости 13, гидроэлеваторной насадки 14, приемной камеры 15, конфузора 16, камеры смешения 77 и диффузора 18, соединенного с отводным патрубком 19. В донной части нижнего оголовка установлена торцевая гидромониторная насадка 20, гидравлически связанная с разделительной полостью 73. При этом между обсадной колонной 7 и корпусом 77 нижнего оголовка, выше отверстий 7 для подачи сжатого воздуха, установлено уплотнительное кольцо 27. Причем длина нижнего оголовка больше расстояния между башмаком обсадной колонны 7 и подошвой продуктивного пласта 22.The proposed device consists of a casing 1 with a conclusion 2 and interconnected pipe stand 3 with the input 4 and the lower tip. The upper part of the casing is equipped with an external support ring 5 and an air supply pipe 6, rigidly connected with the casing, and in the lower part of the casing are openings 7 for supplying compressed air to the extraction chamber 8. The lower head contains a side hydraulic nozzle 9, pulp receiving windows 10 and hydro-elevator device, consisting of a housing 77 hydraulically interconnected, submarine tubes 12, a separation cavity 13, a hydro-elevator nozzle 14, a receiving chamber 15, a confuser 16, a mixing chamber 77 and a diffuser and 18, connected to the branch pipe 19. In the bottom of the lower head there is an end hydraulic monitor nozzle 20 hydraulically connected to the separation cavity 73. In this case, a sealing ring is installed between the casing 7 and the lower head body 77, above the openings 7 for supplying compressed air 27. Moreover, the length of the lower tip is greater than the distance between the casing shoe 7 and the bottom of the reservoir 22.

Данное устройство работает следующим образом.This device operates as follows.

Подготовка к скважинной гидродобыче.Preparing for downhole hydraulic production.

Бурят скважину 23 на глубину 2-5 м, после чего бурят скважину меньшего диаметра до кровли продуктивного пласта 22, в которую спускают обсадную колонну 7. При этом в верхней части обсадной колонны монтируют внешнее опорное кольцо 5 и воздухоподающую трубу 6. При этом внешнее опорное кольцо 5 перекрывает ствол скважины 23 меньшего диаметра, а нижний конец воздухоподающей трубы 6 сообщается с затрубным пространством. Далее закачивают тампонажный раствор 24 в пространство между стенкой скважины 23 большего диаметра и обсадной колонной 7 с целью ее герметизации. Затем скважину углубляют до подошвы продуктивного пласта 22. После того как скважина подготовлена к гидродобыче, в ней размещают трубный став 3 и нижний оголовок так, чтобы боковая гидромониторная насадка 9 расположилась в зоне продуктивного пласта 22. При этом нижний оголовок на поверхности монтируется таким образом, чтобы выход отводного патрубка 19, при отработке на всю мощность продуктивного пласта 22, располагался в скважине не ниже башмака колонны обсадных труб 7. Ввод 4 оголовка посредством нагнетательного шланга соединяют с насосным агрегатом, а вывод 2 колонны обсадных труб снабжают выкидным шлангом.A well 23 is drilled to a depth of 2-5 m, after which a smaller diameter well is drilled to the top of the producing formation 22 into which the casing 7 is lowered. In this case, an outer support ring 5 and an air supply pipe 6 are mounted in the upper part of the casing. the ring 5 overlaps the borehole 23 of a smaller diameter, and the lower end of the air supply pipe 6 communicates with the annulus. Then grouting mortar 24 is pumped into the space between the wall of the borehole 23 of larger diameter and casing 7 in order to seal it. Then, the well is deepened to the bottom of the reservoir 22. After the well is prepared for hydraulic production, a pipe stand 3 and a lower head are placed in it so that the side hydraulic nozzle 9 is located in the zone of the productive layer 22. In this case, the lower head is mounted on the surface in such a way so that the output of the outlet pipe 19, when working out at the full capacity of the reservoir 22, is located in the well not lower than the shoe of the casing string 7. The input 4 of the head is connected to the pump a by means of an injection hose regatta, and output the casing 2 is provided with a switchblade hose.

Процесс скважинной гидродобычи.The process of downhole hydraulic production.

Рабочая жидкость под давлением через ввод 4 подается по трубному ставу 3 на боковую гидромониторную насадку 9 и одновременно через подводные трубки 72 в разделительную полость 13, где разделяется на два потока - один из них подходит к торцевой гидромониторной насадке 20, а другой - к гидроэлеваторной насадке 14. Через боковую гидромониторную насадку 9 происходит гидродинамическое разрушение горной породы. Далее за счет эжекции, создаваемой струей жидкости, сформированной в гидроэлеваторной насадке 14, разрушенная порода поступает через пульпоприемные окна 10 в приемную камеру 75 и через конфузор 16, камеру смешения 77, диффузор 75 и отводной патрубок 19 по колонне обсадных труб 7 на поверхность. При этом по воздухоподающей трубе 6 подают сжатый воздух, который через затрубное пространство скважины 23 и отверстия 7 поступает в выемочную камеру 8, создавая воздушную подушку повышенного давления. В результате подачи сжатого воздуха создаются условия работы боковой гидромониторной насадки в незатопленном пространстве, что приводит к увеличению радиуса размыва пород продуктивного пласта. Кроме того, имеющийся в выемочной камере 8 воздух, находящийся под давлением, оказывает положительное влияние на устойчивость кровли за счет дополнительного подпора и снижает поступление пластовых вод в скважину.The working fluid under pressure through the inlet 4 is fed through a pipe stand 3 to the side hydraulic nozzle 9 and simultaneously through the underwater tubes 72 to the separation cavity 13, where it is divided into two streams - one of them approaches the end hydraulic monitor nozzle 20, and the other - to the hydraulic elevator nozzle 14. Through the lateral hydraulic nozzle 9 there is a hydrodynamic destruction of the rock. Further, due to the ejection created by the liquid stream formed in the hydraulic elevator nozzle 14, the destroyed rock enters through the receiving ports 10 into the receiving chamber 75 and through the confuser 16, the mixing chamber 77, the diffuser 75 and the outlet pipe 19 to the surface through the casing string 7. At the same time, compressed air is supplied through the air supply pipe 6, which through the annulus of the well 23 and the hole 7 enters the extraction chamber 8, creating an air cushion of increased pressure. As a result of the supply of compressed air, the working conditions of the lateral hydromonitor nozzle in an unburied space are created, which leads to an increase in the radius of erosion of the rocks of the reservoir. In addition, the air present in the extraction chamber 8 under pressure has a positive effect on the stability of the roof due to additional backwater and reduces the flow of formation water into the well.

Выходя из торцевой гидромониторной насадки 20, струя воды производит измельчение крупных кусков горных пород, образовавшихся в процессе разрушения продуктивного пласта 22 боковой гидромониторной насадкой 9, а также поднимает с забойной зоны скважины посредством восходящего потока жидкости крупные и тяжелые частицы породы, разжижает пульпу. За счет этого облегчается поступление пульпы в пульпоприемные окна 10.Coming out of the end face of the hydraulic nozzle 20, the water jet crushes large pieces of rock formed during the destruction of the productive formation 22 by the lateral hydraulic nozzle 9, and also raises large and heavy rock particles from the bottomhole zone of the well by means of an upward flow of fluid, liquefies the pulp. Due to this, the flow of pulp into the pulp receiving windows 10 is facilitated.

При необходимости увеличения глубины отработки продуктивного пласта и упрощения транспортировки крупных и тяжелых фракций горных пород на поверхность можно применять эрлифтирование. При этом в затрубное пространство между трубным ставом 3 и колонной обсадных труб 7 спускается воздухоподающяя колонна со смесителем (на чертеже не показаны).If you need to increase the depth of mining of the reservoir and simplify the transportation of large and heavy fractions of rocks to the surface, you can use airlift. At the same time, an air supply column with a mixer (not shown) is lowered into the annulus between the pipe stand 3 and the casing string 7.

Технический результат: повышение производительности по отработке продуктивных пластов методом СГД за счет создания условия работы бокового гидромониторного устройства в незатопленном забое выемочной камеры.EFFECT: increased productivity for developing productive formations by the SRS method by creating a working condition for a lateral hydromonitor device in an unburied face of a mining chamber.

Claims

A device for downhole hydraulic mining of minerals, consisting of a connected pipe stand with an inlet and a lower head, the lower head comprising a side hydraulic nozzle, slurry receiving windows and a hydraulic elevator device, the diffuser of the hydraulic elevator device being hydraulically connected to the space between the casing string by means of a branch pipe and a pipe stand, and in the bottom of the lower head there is an end hydraulic monitor nozzle hydraulically connected to the separator In addition, the length of the lower head is greater than the distance between the casing shoe and the bottom of the reservoir, characterized in that the upper part of the casing is provided with an external support ring and an air supply pipe rigidly connected to the casing, and holes are made in the lower part of the casing for supplying compressed air to the extraction chamber, a sealing ring is installed between the casing and the lower head body, above the compressed air supply openings.