Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых

Способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых

Реферат

 

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых и гидравлическом опробовании мощных продуктивных горизонтов при неустойчивых породах. Продуктивный пласт вскрывают скважиной и размещают в ней добычной агрегат. Извлекают горную массу слоями в направлении сверху вниз с выдачей гидросмеси на поверхность и формированием выемочной камеры. В камере создают подвижную в вертикальном направлении перемычку, например, заполняя вынутый слой пластмассой. Извлекают горную массу под перемычкой. Пространство выемочной камеры заполняют твердеющим материалом над перемычкой. В процессе работы перемычку периодически опускают и выполняют ее с шириной менее ширины камеры и плотностью менее плотности воды. Воду между стенками камеры и перемычкой временно переводят в лед. Верхнюю поверхность перемычки создают в форме свода естественного равновесия закладочного материала. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче полезных ископаемых и гидравлическом опробовании мощных продуктивных горизонтов при неустойчивых породах.

Известен способ гидравлического извлечения материалов из подземных формаций, включающий вскрытие формации скважиной, размещение в ней скважинного гидромониторного агрегата, размыв продуктивного пласта в направлении сверху вниз с образованием выемочной камеры, выдачу пульпы на поверхность, нагнетание твердеющей смеси в выработанное пространство, причем первоначально размывают верхний слой пласта, нагнетают в выработанное пространство вспенивающуюся пластмассу, после набора прочности последней отсекают блок пластмассы от массива нижележащего слоя, а размыв нижележащих слоев осуществляют под защитой блока пластмассы, при этом уровень жидкости в камере постоянно поддерживают выше нижней границы блока.

Недостатком этого способа является то, что, предохраняя камеру от обрушения пород кровли, он не предохраняет от обрушения неустойчивые стенки камеры, что не позволяет отрабатывать мощные подземные формации с неустойчивыми породами.

Известен способ извлечения горной массы из мощных подземных формаций, включающий вскрытие формации скважиной, размещение в скважине обсадной колонны до кровли формации, размыв горной массы скважинным гидромонитором горизонтальными слоями последовательно сверху вниз с гидроподъемом горной массы на поверхность и формированием камер, подачу в камеру после размыва каждого слоя твердеющего материала, причем между извлекаемыми слоями оставляют охранный целик.

Недостатком данного способа являются большие потери полезного ископаемого, остающегося в целиках. Кроме того, невозможна отработка массива неустойчивых пород, так как целики обрушаются.

Наиболее близким к изобретению является способ геотехнологического опробования месторождений полезных ископаемых, включающий бурение скважины, размещение в ней добычного агрегата, размыв горной массы слоями сверху вниз с выдачей гидросмеси на поверхность и образованием выемочной камеры твердеющим материалом слоями сверху вниз, причем размыв каждого следующего нижележащего слоя осуществляют после затвердевания закладочного материала в предыдущем.

Недостатком прототипа является невозможность извлечения полезного ископаемого во время твердения закладочного материала, что снижает производительность способа. Если же применять быстротвердеющие смеси, то значительно возрастают затраты на закладку.

Целью изобретения является повышение производительности гидродобычи за счет одновременного проведения операций по извлечению и закладке при отработке основной части пласта.

Дополнительной целью изобретения является снижение затрат на закладку за счет повышения устойчивости закладываемых слоев.

Поставленная цель достигается тем, что в способе скважинной гидродобычи полезных ископаемых, включающем вскрытие пласта скважиной, размещение в ней добычного агрегата, извлечение горной массы слоями в направлении сверху вниз с выдачей гидросмеси на поверхность и формированием выемочной камеры, заполнение камеры твердеющим закладочным материалом, в камере создают подвижную в вертикальном направлении перемычку, извлечение горной массы ведут под перемычкой, а заполнение камеры закладочным материалом проводят над ней.

Перемычку создают шириной менее ширины камеры.

Перед закладкой слоя перемычку опускают на кровлю извлекаемого слоя и на время извлечения слоя формируют целик под ее краями.

Перемычку создают плотностью, меньшей плотности воды, уровень воды в камере поддерживают выше извлекаемого слоя, а воду между стенками камеры и перемычкой на время заполнения и твердения закладки превращают в лед, подавая в нее охлаждающую смесь.

Верхнюю поверхность перемычки выполняют в форме свода естественного равновесия закладочного материала, соосного скважине.

Предлагаемый способ позволяет вести производительную гидродобычу неустойчивых пород с отработкой массива сверху вниз.

Создание в камере перемычки, подвижной в вертикальном направлении, ведение извлечения горной массы под перемычкой и заполнение камеры твердеющим материалом над перемычкой позволяет во время твердения (и даже заполнения) вести извлечение горной массы, что значительно повышает производительность добычи.

Твердение дешевых закладочных смесей (интенсивный набор прочности) продолжается недели и даже месяцы. Применение же быстротвердеющих смесей значительно повышает затраты.

Перемычка должна перемещаться в камере с неровными стенками, т.е. ее ширина должна быть меньше ширины камеры. Возможны и другие варианты, например, выполнение перегородки изменяющихся размеров (надувная, раздвижная).

Опускание перемычки перед закладкой слоя на кровлю извлекаемого слоя и формирование на время извлечения слоя целика под краями перемычки позволяет избежать проникновение материала под перемычку и обеспечивает удержание перемычки на одном уровне до полного извлечения слоя, что позволяет закладке затвердеть.

Создание перемычки плотностью меньше плотности воды при поддержании уровня воды в камере выше извлекаемого слоя исключает перекос перемычки при ее опускании и позволяет повысить производительность добычи, так как разделяются операции извлечения и закладки, а также упрощается операция по перемещению перемычки. Чтобы во время подачи и твердения закладочного материала в камеру не происходила его утечка в зазор между стенками камеры и краями перемычки, последний необходимо на этот период ликвидировать. Наиболее эффективно это делается при превращении воды в лед. Наиболее просто и быстро превращать воду в лед можно подавая в нее охлаждающую смесь. При этом в результате химической реакции происходит понижение температуры до минусовой.

Если верхнюю поверхность перемычки создать в форме свода естественного равновесия закладочного материала, соосного скважине, то слои закладки получаются арочной формы и обладают максимальной устойчивостью, что позволяет применять менее прочные и соответственно дешевые закладочные материалы.

На фиг. 1 представлена схема начального периода способа, а именно создание щели для последующего ее заполнения вспенивающейся пластмассой, т.е. формирования подвижной перемычки камеры; на фиг. 2 - схема после закладки первого отработанного слоя; на фиг. 3 - схема отработки второго слоя; на фиг. 4 - схема перемещения перемычки перед закладкой второго отработанного слоя; на фиг. 5 - схема отработки третьего слоя.

Способ поясняется на примере отработки продуктивного горизонта 1, представленного обводненными породами.

Продуктивный горизонт 1 вскрывают скважиной 2 до подошвы первого отрабатываемого слоя, скважину обсаживают до кровли слоя и размещают в ней добычной агрегат 3 с наклонной к оси скважины гидромониторной насадкой 4. В подошве слоя создают первоначальную щель 5 в виде свода естественного равновесия шириной менее ширины будущей камеры. После завершения формирования щели ее заполняют твердеющим материалом невысокой плотности и значительной прочности, например пенобетоном, который после полного набора прочности образует перемычку 6, и приступают к отработке первого слоя. Размещение щели в подошве отрабатываемого слоя позволяет, не дожидаясь затвердевания и набора прочности заполняющего ее материала, вести отработку слоя сверху вниз. Возникающую после выемки слоя камеру 7 заполняют через обсадную трубу 8 твердеющим материалом. Для исключения прихвата внешней поверхности обсадной трубы 8 к закладочному материалу ее медленно вращают в течение всего времени твердения. Далее, не дожидаясь затвердевания закладочного материала, проводят бурение образовавшейся перемычки 6 и полезного ископаемого на глубину следующего слоя и выполняют его отработку снизу вверх, что позволяет использовать для разрушения полезного ископаемого силу тяжести. В процессе отработки слоя удаляется также порода или в последующих этапах отработки закладочный материал, примыкающая к боковым краям перемычки 9 или в результате прямого гидромониторного размыва или вследствие ее подсечки с последующим обрушением. По окончании отработки второго слоя закладочный материал первого слоя затвердеет и набирает определенную прочность. В результате того что ширина перемычки меньше ширины выработанного пространства, она удерживается от опускания на подошву камеры только силой сцепления с затвердевшим закладочным материалом. При равномерном по всей верхней поверхности отделении перемычки от закладочного материала, например гидромониторной струей, она, обладая плотностью, ненамного превышающей плотность воды, плавно опускается на дно выработанной камеры. Для того чтобы при опускании перемычки не происходило ее перемещения в горизонтальном направлении и чтобы при заполнении выработанного пространства закладочный материал не попадал под нее, внешнюю колонну агрегата 10 до отделения перемычки от закладочного материала опускают на подошву выработанного пространства. В результате перемычка перемещается по ней как по направляющей. После проведения этих операций производят заполнение выработанной камеры закладочным материалом, обсадную трубу 8 опускают на перемычку и далее действия по отработке следующего слоя повторяют аналогичным образом.

Возможен вариант создания перемычки плотностью, меньшей плотности воды. Это позволяет исключить заклинивание и возможность перекоса перемычки при ее опускании. В данном случае созданную в первом отрабатываемом слое щель заполняют вспенивающейся пластмассой, а после закладки камеры в первом слое, создания выработанного пространства во втором и отделения верхней поверхности перемычки от закладочного материала ее опускают на подошву камеры второго слоя путем снижения уровня воды в камере. При этом предварительно опущенная на дно камеры внешняя труба гидродобычного агрегата, по которой и производится откачка воды из камеры, служит направляющей для перемещения перемычки.

С целью исключения возможности попадания закладочного материала между краями перемычки и стенками камеры может быть использован следующий способ. Уровень воды в камере поддерживают выше извлекаемого слоя, а воду в указанном месте до подачи закладочного материала превращают в лед, например, с помощью подачи в скважину охлаждающей смеси и поддерживают ее в этом агрегатном состоянии до затвердевания закладочного материала. В качестве охлаждающей смеси можно применить состав, содержащий, %: 44,5 серной кислоты и 55,4 сернистого натрия, или другой, аналогичный по температуре.

Отработка следующего слоя производится таким же образом, только за некоторое время до опускания перемычки прекращается подача охлаждающей смеси. Соответственно лед переходит в жидкое агрегатное состояние и перемычка вновь приобретает подвижность. Зазор между стенками камеры и краями перемычки можно также заполнить сыпучим материалом. Это позволяет резко снизить прочность закладки в зазор между стенками камеры и краями перемычки, так как закладочный материал здесь заполняет только поры в сыпучем материале. После отработки последнего слоя заполнение выработанного пространства твердеющим закладочным материалом производится под перемычкой.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить по сравнению с прототипом производительность до 50% и снизить себестоимость добычи (до 15% ).

Формула изобретения

1. СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий вскрытие пласта скважиной, размещение в ней добычного агрегата, извлечение горной мыссы слоями в направлении сверху вниз с выдачей гидросмеси на поверхность и формированием выемочной камеры, заполнение камеры закладочным материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности гидродобычи за счет одновременного проведения операций по извлечению и закладке, при отработке основной части пласта в камере создают подвижную в вертикальном направлении перемычку, извлечение горной массы ведут под перемычкой, а заполнение камеры закладочным материалов производят над ней.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемычку создают шириной менее ширины камеры.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед закладкой камеры перемычку опускают на кровлю извлекаемого слоя и на время извлечения горной массы слоя формируют целик под ее краями.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перемычку создают плотностью меньше плотности воды, уровень воды в камере поддерживают выше извлекаемого слоя, а воду между стенками камеры и перемычкой на время заполнения и твердения закладки переводят в лед.

5. Способ по пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что воду переводят в лед, подавая в нее охлаждающую смесь.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на закладку за счет повышения устойчивости формируемых слоев закладки, верхнюю поверхность перемычки создают в форме свода естественного равновесия закладочного материала соосного со скважиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5