SU1583608A1

SU1583608A1 - Способ добычи полезных ископаемых через скважины и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1583608A1
Application number: SU884477078A
Authority: SU
Inventors: Валентин Никитич Потураев; Иона Исаакович Круш; Юрий Яковлевич Ободан; Константин Анатольевич Киселев; Анатолий Анатольевич Взоров; Николай Игоревич Бабичев; Анатолий Игнатьевич Бажал
Original assignee: Институт Геотехнической Механики Ан Усср
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1990-08-07

Abstract

Изобретение относитс к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном выщелачивании и подземном растворении полезных ископаемых. Цель - повышение эффективности добычи за счет увеличени скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состо ние и снижение энергозатрат на импульсную обработку. Рудный пласт вскрывают скважинами (С). По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную С 3 закачивают рабочую жидкость (РЖ). Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами. При этом РЖ в нагнетательную С 3 закачивают с посто нным ее поджатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый столб РЖ с частотой следовани импульсов 0,5-80 Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечени полезного ископаемого из зоны импульсной обработки. Потоку РЖ в забойной части С придают вращение относительно ее продольной оси. Устройство включает возбудитель импульсов, привод возбудител и патрубки, соедин ющие ТП дл нагнетани РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством обратного клапана 10. Ступень 19 большего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра, сообщена с ней и имеет упругие св зи. Возбудитель 13 импульсов размещен между упругими св з ми в ступени 19 большего диаметра и имеет канал 20 дл выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной С 3 размещаетс привод 12 возбудител 13 импульсов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

. ГТ . . . ; « « . .

V Л

вскрывают скважинами (С). По трубопроводам (ТП) 11 в нагнетательную С 3 закачивают рабочую жидкость (РЖ) Из нагнетательной С 3 на РЖ и массив воздействуют гидравлическими импульсами . При этом РЖ в нагнетательную С 3 закачивают с посто нным ее под- жатием статическим давлением. Импульсами воздействуют через поджатый стол РЖ с частотой следовани импульсов 0, Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж. Поджатие РЖ, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до за- данного извлечени полезного ископаемого из зоны импульсной обработки. Потоку РЖ в забойной масти С придают вращение относительно ее продольной оси. Устр-во включает возбудитель импульсов, привод возбудител и

патрубки, соедин ющие ТП дл нагнетани РЖ в нагнетательную С и откачки пульпы через откачную С. Патрубок 6 нагнетательного ТП выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16 и установлен соосно с нагнетательной С 3. Ступень 17 меньшего диаметра соединена с нагнетательным ТП 11 посредством обратного клапана 10. Ступень 1У большего диаметра расположена под ступенью 17 меньшего диаметра , сообщена с ней и имеет упругие св зи. Возбудитель 13 импульсов размещен между упругими св з ми в стпени 19 большего диаметра и имеет канал 20 дл выпуска воздуха. Соосно патрубку в нагнетательной С 3 размещаетс привод 12 возбудител 13 импульсов . 2 с.и 3 з„п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относитс к горному делу, преимущественно к геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых , и может быть использовано при скважинной гидродобыче, подземном вы- щелачивании и подземном растворении полезных ископаемых.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности добычи за счет увеличени скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состо ние и снижени энергозатрат на импульсную обработку.

На чертеже приведена схема геотехнологической отработки руды и схема устройства дл осуществлени способа.

В качестве привода возбудител импульсов используютс известные генераторы импульсов с регулируемыми частотой следовани импульсов, амплиту- дои и фазой удара, например гидравлические , пневматические или электромагнитные ,,

Способ осуществл ют следующим образом .

Рудный пласт 1 мощностью 1-15 м залегает на глубине 50-200 м от дневной поверхности. Руда представлена россыпью тонкозернистого слабооглинен- ного песка с естественной влажностью . Покрывающие породы 2 - глины слоистой структуры. С дневной поверхности станками 1БА-15В или аналогичными им бур т сетку скважин диаметром

,

0

5

Q

5

273 мм с рассто нием между скважинами м. После осадки скважин 3 и k к фланцам 5 обсадных колонн нагнетательных скважин 3 присоедин ют патрубки 6, а к фланцам откачных скважин k присоедин ют патрубки 7 выдач- ных устройств. В забое скважины 3 размещают отражатель 8. Через запорный вентиль 9 и обратный клапан 10 патрубка 6 в нагнетательную скважину 3 подаетс жидкость из нагнетательного трубопровода 11 с посто нным поджати- ем.

Ириврдом 12 и возбудителем 13 импульсов генерируют гидравлические импульсы в посто нно поджатый столб жидкости. Импульсы распростран ютс от усть к забойной части скважины 3 и отражаютс в рудный пласт отражателем 8. В качестве привода 12 могут быть использованы ударные устройства пневматического, гидравлического, электромеханического действи , например перфораторы ПК-бО, ПК-75, пнев- моударные устройства П712, П872, гидроударники Импульс-9, ГПМ, вибраторы типа ИВ, ВНДВ и др., в том числе навесные на транспортной базе экскаватора ЭС-1 устройства, создающие импульсное воздействие с энергией единичного удара 5-1500 Дж. Нижний предел диапазона энергии обусловлен тем, что при меньших величинах энергии невозможно совершить работу по

увеличению эффективной пористости массива,преодолению порогового сопротивлени и продвижению жидкости о нагнетательных скважин 3 До откачных скважин k. Значение 1500 Дж обусловлено прочностными свойствами пород. При превышении указанного значени происходит переуплотнение рудного ма сива в приэабойной зоне нагнетательной скважины 3, что снижает фильтрационные свойства рудного массива и эффективность импульсной обработки. При этом частота следовани импулЬ- сов составл ет 0, Гц. Нижний предел частотного диапазона ограничиваетс временем существовани образованной импульсным воздействием эфективной пористости. При значении частоты генерировани импульсов менее 0,5 Гц вновь открытые поры вследствие горного давлени успевают перекрыватьс , что снижает эффективность импульсной обработки и ухудшает фильтрацию жидкости. Верхнее предельное значение частоты генерировани импульсов (80 Гц) обусловлено тем, что в импульсах более высокой частоты основную энергию перенос т высокочастотные составл ющие спектра, которые поглощаютс рудным массивом до 90% в радиусе до 1 м от нагнетательной скважины, что также снижает эффективность импульсной обработки.

Таким образом, предлагаемые диапазоны энергии единичного удара (5- 1500 Дж) и частоты следовани импульсов (0, Гц) вл ютс технологически оптимальными дл россыпных , осадочных и метаморфических пород в рудных пластах большой мощности .

Дл тонкозернистого слабооглинен- ного песка оптимальными по технологическим показател м процесса вл ютс энерги единичного удара 50 Дж и частота следовани импульсов 5 Гц.

В результате подачи импульсов через посто нно сжатый столб жидкости рудный пласт 1 в зоне между нагнетательной 3 и откачными k скважинами переходит в подвижное состо ние за счет интенсивного насыщени жидкостью и динамического воздействи гидравлических импульсов. Одновременно с процессом нагнетани и непрерывно из откачных скважин k при поступлении пульпы в забойную часть производ т

откачку пульпы на дневную поверхность. Откачка пульпы может выполн тьс гидроэлеваторными или эрлифтным пульпо- подъемником, например Т88, через от- качной трубопровод 1.

В качестве варианта выполнени способа дл повышени эффективности добычи за счет увеличени интенсив- JQ ности фильтрации жидкости в рудных пластах с низкой проницаемостью дл нагнетательного сдвига зерен в рудном пласте пульсирующему потоку жидкости может быть придано вращение относи- 5 тельно продольной оси скважины, что может быть обеспечено конструкцией отражател 8 или забойной части обсадной колонны нагнетательной скважины 3. Устройство дл осуществлени спосо- 0 ба добычи состоит из нагнетательных трубопроводов И и откачных трубопроводов k, запорной арматуры 9 патрубков 6 нагнетательных скважин 3 и патрубков 7 откачных скважин 4. Пат- 5 рубки 6 нагнетательных скважин 3

имеют ступенчатый корпус с крышкой 15 и дистанционной прокладкой 16. Ступень 17 меньше го диаметра соединена с нагнетательным трубопроводом 11 0 посредством обратного клапана 10 и установлена на фланце 5 обсадной колонны нагнетательной скважины 3.

Внутренний диаметр меньшей ступени 17 и внутренний диаметр кольце- с вой упругой св зи 18 выбираютс не менее диаметра обсадной нагнетательной скважины 3, поскольку уменьшение внутреннего диаметра ступени 17 ниже диаметра обсадной колонны ведет к о потере суммарной энергии генерируемых импульсов, передаваемых через столб поджатой жидкости. Ступень 19 большего диаметра содержит размещенный между предварительно поджатыми упругими 5 св з ми 17 возбудитель 13 импульсов с каналом 20 дл выпуска воздуха. Последний св зан с атмосферой запорным вентилем 21.

Соосно патрубку 6 нагнетательной Q скважины 3 размещаетс привод 12 возбудител 13 импульсов.

Патрубок 6 нагнетательной скважины 3 может быть снабжен размещенным в забойной части нагнетательной сква- 5 жины 3 отражателем 8 импульсов, соединенным с патрубком 6 упругой св зью (тросом) 22 через амортизатор 23 и устройство 2k фиксации. Торец возбудител 13 импульсов может быть снабжен

эластичным элементом 25, позвол ющим регулировать длительность и амплитуду механического импульса, передаваемого приводом 12 возбудителю 13.

Устройство работает следующим образом .

При воздействии потока жидкости, поступающего из нагнетательного трубопровода через открытый запорный вен тиль 9, обратный клапан 10 открываетс и жидкость заполн ет полость патрубка 6 и обсадочную колонну скважины 3 под давлением. При исходно открытом запорном вентиле 21 по каналу 20 после заполнени скважины 3 удал етс воздух, и после по влени жидкости вентиль 21 закрывает канал 20. Приводом 12 воздействуют на торцовую часть возбудител 13 импульсов, соз- дава осевые возвратно-поступательные перемещени возбудител 13 в упругих св з х 18. Эти перемещени возбуждают импульсы в посто нно поджатом

столбе жидкости, наход щейс в ступени25 пульсов в обрабатываемый рудный пласт

17 меньшего диаметра патрубка 6 и обсадной колонне скважины 3. Пульсирующий поток, отража сь от поверхности отражател 8, направл етс в рудный пласт 1 и фильтруетс в объеме пласта между нагнетательной скважиной 3 и откачными скважинами k. Обратный клапан 10 закрываетс периодически при ходе возбудител 13 импульсов вниз и повышении давлени в ступени 17 меньшего диаметра до величин , превышающих давление в нагнетательном трубопроводе 11. Клапан 10 открываетс при ходе вверх возбудител 13, т.е. при снижении давлени в ступени 17 чем обеспечивает посто нное под- жатие столба жидкости в нагнетательной скважине 3 и эффективную передачу гидравлического импульса в рудный пласт 1 . При этом «-опичество и расположение откачных скважин обусловлено заданными технологическими параметрами процесса добычи, горногеологическими услови ми залегани месторождени и физико-механическими свойствами руд и вмещающих пород. Например , откачные скважины могут располагатьс по пр моугольной или гексагональной сетке, а также радиаль- но-симметрично по отношению к нагнетательным скважинам дл одновременной добычи руды из всего объема отрабатываемого блока. После перевода полезного ископаемого в подвижное

30

35

40

45

50

55

и самоочистки отражающей поверхности от заплывани рудной пульпой. При воздействии гидравлического импульса на отражатель 8 поток жидкости в имрульсе отражаетс от рабочей поверхности отражател и направл етс в обрабатываемую зону рудного пласта 1. Кроме того, переменный во времени главный вектор давлени на рабочую поверхность отражател 8 вызывает осевые колебани корпуса отражател за счет податливости упругого амортизатора 23 и стального троса 22.

Другим вариантом устройства, позвол ющим реализовать вариант способа добычи с приданием вращени потоку жидкости, закачиваемому импульсами, вл етс снабжение поверхности отражател 8 винтовыми спиральными выступами , радиус кривизны которых увеличиваетс от продольной оси отража- . тел 8 к его максимальному диаметру. При воздействии гидравлического импульса на снабженную спиральными выступами рабочую поверхность отражател 8 поток жидкости в импульсе отражаетс , закручиваетс относительно продольной оси скважины и направл етс в обрабатываемую зону рудного пласта. Тем самым на зону разрушени полезного ископаемого в рудном пласте воздействуют сдвиговыми разрушающими нагрузками, что в сочетании с осевыми разрушающими нагрузками позсосто ние в зоне между нагнетатель-- ной и откачными скважинами за счет интенсивного насыщени руды жидкостью и динамического воздействи гидравлических импульсов, полученную пульпу откачивают на поверхность через откачные сКвЙжины 4, патрубки 7 выдачных устройств и откачной трубопровод .

Толщина дистанционной прокладки (шайбы) 16 выбираетс из услови герметичности патрубка 6 при осевых перемещени х возбудител 13 под действием привода 12. В качестве варианта устройства патрубок 6 нагнетательной скважины 3 может быть снабжен отражателем 8, который размещаетс в забойной части скважины в зоне рудного пласта и св зан с патрубком 6 стальным тросом 22 и упругим амортизатором 23. Такое выполнение отражател позвол ет обеспечить сочетание направленного излучени гидравлических им0

5

0

5

0

5

Другим вариантом устройства, позвол ющим реализовать вариант способа добычи с приданием вращени потоку жидкости, закачиваемому импульсами, вл етс снабжение поверхности отражател 8 винтовыми спиральными выступами , радиус кривизны которых увеличиваетс от продольной оси отража- . тел 8 к его максимальному диаметру. При воздействии гидравлического импульса на снабженную спиральными выступами рабочую поверхность отражател 8 поток жидкости в импульсе отражаетс , закручиваетс относительно продольной оси скважины и направл етс в обрабатываемую зону рудного пласта. Тем самым на зону разрушени полезного ископаемого в рудном пласте воздействуют сдвиговыми разрушающими нагрузками, что в сочетании с осевыми разрушающими нагрузками позвол ет переводить рудный пласт в подвижное состо ние с меньшими энергетическими затратами.

формула изобретени

Claims

1 . Способ добычи полезных ископаем через скважины, включающий вскрытие рудного пласта скважинами, закачку в нагнетательную скважину рабочей жидкости , воздействие на жидкость и массив из нагнетательной скважины гидралическими импульсами, перевод полезного ископаемого в подвижное состо - ние и откачку пульпы через откачную скважину на дневную поверхность, о т личающийс тем, что, с целью повышени эффективности добычи за счет увеличени скорости перевода массива полезного ископаемого в подвижное состо ние и снижени энергозатрат на импульсную обработку, рабочую жидкость в нагнетательную скважину закачивают с посто нным ее поджатием статическим давлением, а импульсами воздействуют через поджатый столб жидкости с частотой следовани импульсов 0, Гц и энергией единичного удара 5-1500 Дж, при этом поджатие- рабочей жидкости в скважине статическим давлением, воздействие импульсами и откачку пульпы на поверхность ведут непрерывно до заданного извлечени полезного ископаемого из зоны импульсной обработки.

2. Способ по п. 1, отличающийс тем, что потоку рабочей жидкости в забойной части скважины придают вращение относительно ее продольной оси.

Редактор С. Пекарь

Составитель Н. Руденко Техред Л.Сердюкова

Заказ 2239

Тираж k02

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, , Раушска наб., д. 4/5

JQ 20

3. Устройство дл добычи полезных ископаемых через скважины, включающее трубопроводы дл нагнетани рабочей жидкости в нагнетательную скважину и откачки пульпы через откачную скважину с запорной арматурой, патрубки, соедин ющие скважины с нагнетательным и откачным трубопроводами, возбудитель импульсов и привод возбудител , отличающеес тем, что, патрубок нагнетательного трубопровода выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой и дистанционной прокладкой и установлен соосно с нагнетательной скважиной, ступень меньшего диаметра соединена с нагнетательным трубопроводом посредством обратного клапана, ступень большего диаметра расположена над ступенью меньшего диаметра, сообщена с ней и снабжена упругими св з ми , возбудитель импульсов размещен между упругими св з ми в ступени большего диаметра и имеет канал дл выпуска воздуха, причем внутренний диаметр меньшей ступени равен или больше диаметра скважины, а дистанционна прокладка размещена между крышкой и уп- 0 ругими св з ми в ступени большего диаметра,

. Устройство по п. 3, о т л и - чающеес тем, что патрубок нагнетательной скважины снабжен отражателем, соединенным с последним посредством дополнительной упругой св зи и амортизатора.

5. Устройство по пп. 3 и Ц, отличающеес тем, что поверхность отражател снабжена не менее чем двум винтовыми выступами, имеющими в плане вид спирали.

5

0

Корректор С. Черни

Подписное