Модульний комплекс для орієнтованого багатостовбурного буріння з вертикальних свердловин

вмонтовані в нижній частині граней клітки (7). На ексцентрично закріпленій осі 24 (фіг. 1, 5) у внутрішніх гранях клітки (7) підвішений керований клин 42 (фіг. 5). Пустотілість осі (24) в середній частині розмежована, а торці заглушені 39 (фіг. 2). Кожна ізольована пустотілість осі відкрита просвердленими двома отворами в її стінках 23 (фіг. 2). Вісь (24) з клином (42) повертається на втулках 54 (фіг. 5). Форма клина (42) в перерізі виконана Н-подібно зі зміщеною перегородкою між рисками. З однієї сторони перегородки підвішений буровий снаряд 50 (фіг. 4), з другої - закріплений буровий фіксатор 51 (фіг. 4). 3 UA 108060 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поворот клина (42) з вертикального, транспортного положення, на заданий кут виходу із клітки (7), здійснюють роботою двох гідравлічних пристроїв 6 (фіг. 1, 5). Цапфи 53 (фіг. 5) гідравлічних пристроїв (6) закріплені в закритих бокових гранях ліфтового каркаса (41) та клітки (7). Буровий фіксатор (51) складається з електродвигуна та масляного насоса 38 (фіг. 2), траверси 33 (фіг. 2), гідравлічного затискувача 37 (фіг. 2), посадженої труби 36 (фіг. 2) на пустотілий бурильний вал 35 (фіг. 2), розпірного пакера 26 (фіг. 2), долота 27 (фіг. 2). Висувні штоки гідравлічних пристроїв (34) (фіг. 2) через траверсу рухають обертаюче долото по направляючих (на кресл. не показано). При зупиненому обертанні долота 27 і включеному затискувачі, посаджена труба під дією гідравлічних пристроїв (34) надавлює на торець пакера (26). Діаметр стиснутого пакера (26) розширюється і перевищує діаметр долота (27). Маневреності керованому клину (42) не перешкоджає нагнітання стиснутого повітря по порожнині привареної половинчастої стінки труби 10 (фіг. 5), гнучкому патрубку 52 (фіг. 5), пустотілій осі 24 (фіг. 5), гофрованому шлангу 40 (фіг. 2, 5), пустотілих валах електродвигуна і масляного насоса 38 (фіг. 2), пустотілому бурильному валу 35 (фіг. 2), пакеру 26 (фіг. 2), долота (27) (фіг. 2). Буровий снаряд 50 (фіг. 4) посаджений на полози клина (42) (фіг. 3) і підвішений на перепрофільованому механізмі підвіски (на кресл. не показано) - механізмі направленого спуску бурового снаряду, який супроводжує буровий снаряд (50) по полозах клина (42) в процесі забурювання і зворотному заходу снаряда (50) на полози. Конфігурація полоз клина 42 (фіг. 3) ідентична профілю трисвердловинної виробки. В нижній торцевій частині клина (42), з боку бурового снаряду (50), закріплено два гідравлічних домкрати 28 (фіг. 1, 2, 3). В робочому положенні клина (42) домкрати (28) притискують його до стінки біконусного циліндра. Буровий снаряд (50) з приєднаним гнучким бурильним інструментом 14 (фіг. 6) і внутрішньо концентрично розміщеною гнучкою колоною 58 (фіг. 6) транспортується до об'єкта розробки двома спускними колонами 16 (фіг. 2) клітки (7). На гнучкий бурильний інструмент (14) в процесі спуску і підйому бурового снаряду (50) не діють додаткові розтягуючи зусилля. Елементами приєднання клітки (7) до двох колон (16) є чотири половинчасті труби (10), приварені до її граней. З боку механічного фіксатора (51) дві труби доточені і з'єднані з колоною (16) різьбовими муфтами (25). В верхній частині між паралельно нарощеними трубами встановлений упорний ролик 18 (фіг. 1) гнучкого бурильного інструменту (14). Внутрішня роздільна пробка 46 (фіг. 2) спрямовує стиснутий потік повітря з підвісної колони на долото (27) механічного фіксатора (51). Протилежна спускна колона клітки (7) також роздвоюється і телескопічно 11 (фіг. 6) входить в приварені половинчасті труби клітки 10 (фіг. 1). В верхній частині роздвоєних труб на осі встановлений ролик 19 (фіг. 1,2) ломаного жолоба 22. Жолоб (22) складається з окремих ланок (фіг. 2), нижній кінець якого з'єднаний з граничним важелем 8 (фіг. 1) клина (42). Простір кожної із ланок закритий металевою сіткою 45 (фіг. 2). В процесі спуско-підйомних операцій телескопічному виходу роздвоєних труб (11) запобігають механічні гаки 9 (фіг. 1), а ломаний жолоб (22) знаходиться в підвішеному стані. Синхронний режим роботи - вихід клина (42) на заданий кут бурового снаряду (50) з телескопічним допуском (11) спускної колони (16) надає жолобу (22) випуклої форми з лежачим на ньому гнучким інструментом (14). Натяжний ролик 18 (фіг. 1) протилежної колони (16) завжди знаходиться вище випуклого жолоба (22). Над кліткою (7) спускні колони (16) обладнані направляючими пристосуваннями 13 (фіг. 1) і контактують з трубами ліфтового каркаса (41). Входження рейок клітки (7) в вирізи ліфтового каркаса (41) направляючі пристосування автоматично перекріпляють на труби ліфтового каркаса (41). Вказане перекріплення виконується і в зворотному процесі. Ліфтовий каркас (41) обладнаний верхнім 21 (фіг. 1) та нижнім 1 (фіг. 1) інклінометрами. По показниках інклінометрів (21 і 1) виставляють азимутальне положення ліфтового каркаса (41) та забезпечують вертикальність камерної виробки. В керованому клині (42) вмонтовані інклінометри 43 (фіг. 2) для визначення кута його нахилу відносно вертикалі. Дві взаємно протилежні рейки ліфтового каркаса (41) з вирізами обладнані контактними датчиками (на кресл. не показано). Кабелі живлення електродвигунів, масляних насосів і вимірювальних приладів прокладені в колонах спуску ліфтового каркаса 12 (фіг. 1, 2) та клітки 44 (фіг. 2) з керованим клином 42. Пропонована свердловинна ферма з обґрунтованими зонами фіксації в виробленій біконусній циліндричній виробці працює так. 4 UA 108060 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На стадії виробки біконусного циліндра геофізичними приладами визначають габаритні розміри згідно з технологічним регламентом підготовки і розробки родовищ. Площадку 60 (фіг. 7) на переході з нижнього конуса біконусної циліндричної виробки 63 (фіг. 7) в стовбур великого діаметра 59 (фіг. 7) калібрують спеціальним розширювачем. Прийомну лійку вертикального стовбура вичищають від шламу породи 59 (фіг.7). Монтаж ліфтового каркаса здійснюють посекційним спуском окремих модулей 41. З'єднання виконують різьбовими муфтами (25). Висота зібраного каркаса перевищує висоту біконусної циліндричної виробки на 5,0-10,0 м. Спуск ліфтового каркаса 41 в біконусну циліндричну виробку 63 здійснюють двома колонами труб. На висоті 0,5-1,0 м над калібрувальною площадкою 60 (фіг. 7) по заданому азимутальному куту виконують упор нижнім круговим центратором 32 (фіг. 7). Не порушуючи фіксації нижнього центратора 32, плавним натягом колон і поворотом каркаса 41 до співпадіння показників верхнього інкліметра 21 з нижнім 1, в робочий режим вводять верхній круговий центратор 20 (фіг. 7). Верхній круговий центратор 20 центрує ліфтовий каркас 41 в стовбурі 64 (фіг. 7). Далі спускають клітку 7 з буровим снарядом 50 і гнучким бурильним інструментом 14. Для першої виробки снаряд 50 не комплектується направляючим механізмом траєкторії буріння 29 (фіг. 7). У випадках розробки родовища з глибиною залягання в 500 м і більше використовують комбіновану конструкцію бурильного інструменту. Нижня секція із двотрубного гнучкого бурильного інструменту, довжина, відповідає віддалі камерної виробки, а верхню - нарощують із легко сплавних бурильних труб. Клітку 7 в ліфтовому каркасі 41 стопорять гідравлічними пристроями 4 (фіг. 4) з поверхневого пульта управління. В синхронному режимі роботу гідравлічних пристроїв клина 6 (фіг. 1, 5) телескопічним допуском колони 11 (фіг. 1, 6) виводять на заданий кут нахилу. Спрацьовують гідравлічні домкрати 28 (фіг. 7) клина 42 для опору його в стінку біконусної циліндричної виробки 63. Чіткість виконаної операції контролюють на поверхневому пульті управління. Нагнітають стиснуте повітря на долото 27 (фіг. 7) бурового фіксатора 51. Включають електродвигун 38 (фіг. 2) для обертання долота 27, а гідравлічні пристрої 34 направляють долото 27 для забурювання шпура 61 (фіг. 7). Шлам буріння падає в вертикальний стовбур 59 (фіг. 7). З досягненням долотом 27 проектної відмітки процес буріння зупиняють. Долото 27 залишають на вибої. Спрацьовує гідравлічний затискувач 37 (фіг. 2) пустотілої труби 36 (фіг. 2). Переміщення пустотілої труби 36 по бурильному валу 35 (фіг.2) у бік долота 27 заблоковує пакер 26 (фіг. 7) в виробленому шпурі. Керований клин 42 залишають пристикованим до стінки біконусної виробки. Приступають до забурювання трисвердловинного стовбура. Нагнітають стиснуте повітря по міжтрубному просторі двотрубного інструменту 14 (фіг. 7) на долота бурового снаряду 50 (фіг. 7). Ежектором 3 (фіг. 1) відпрацьоване повітря направляють у внутрішню гнучку колону 58 (фіг. 6) бурильного інструменту 14. Об'єми витрат (фіг. 6) повітря вибирають із розрахунку досягнення швидкості потоку в 12,0-15,0 м/с. З виходом повітря на поверхню включають електробури. Порядок включення в роботу електробурів, режими їх роботи та методи управління буровим снарядом 50 здійснюють за технологічним регламентом буріння трисвердловинної виробки. Розблоковують механізм підвіски бурового снаряду 50 (на кресл. не показано). Забезпечують занижене навантаження на снаряд в процесі забурювання. При виході снаряду 50 з клина 42 процес буріння зупиняють. Обробляють інклометричні дані положення трисвердловинної виробки. Вносять поправки в режим буріння. Дотримання проектного профілю виробки можливе при заниженій механічній швидкості буріння. При досягненні проектної відмітки виробки знеживлюють електроенергією електробури і зупиняють нагнітання повітря до бурових головок 2 (фіг. 7). Підйом бурового снаряду 50 до посадки його на полози клина 42 виконують бурильним інструментом. Розблоковують гідравлічний затискач 37 (фіг. 2) механічного бурового фіксатора 51. Гідравлічними пристроями 34 долото 27 витягують з вибуреного шпура 61 (фіг. 7). Гідравлічні домкрати 28 (фіг. 7), які притискували клин 42 до стійки циліндричної поверхні, переводять його в транспортне положення. Керований клин 42 та ломаний жолоб 22 займають вертикальне положення. Спускна телескопічна колона 16 клітки 7 причому підтягнута вверх. Фіксатори гідравлічних пристроїв 4 (фіг. 1) клітки 7 виводять із вирізів рейок ліфтового каркаса 5 (фіг. 1). Виконують підйом клітки 7 з буровим снарядом 50, буровим фіксатором 51 та гнучким бурильним інструментом 14. 5 UA 108060 U 5 10 15 20 25 На поверхні буровий снаряд 50 комплектують направляючим механізмом траєкторії буріння 29 (фіг. 1, 2, 7). Операція спуску клітки 7 і її фіксації аналогічна попередній. Клітку 7 стопорять на нижчому рівні вирізів, що відповідає зміщенню клітки 7 на діаметр бурової головки. Забезпечують нахил клина 42 попереднім показникам кута. Механізм підвіски бурового снаряду сприяє входженню направляючих траєкторією буріння в вироблений трисвердловинний стовбур 62 (фіг. 7). Почергово спрацьовують гідравлічні домкрати притиску клина 42 до стінок циліндра та виконують операцію контакту клина 42 буровим фіксатором 51. Завдяки направляючому механізму траєкторії буріння вибурюють другу прилягаючу виробку з копіюванням профілю траєкторії першої виробки. Послідовне зміщення клітки 7 з буровим снарядом 50 в ліфтовому каркасі 41 дозволяє виробляти вертикальну камеру в продуктивному пласті. Поворот свердловинної ферми на розрахункову величину міжкамерного цілика формує камерну систему відробки родовища. Конструкція пропонованої свердловинної ферми дозволяє здійснювати і ліквідацію камер відробки. Ліквідацію здійснюють заміною направляючого механізму траєкторії буріння на спеціальні пульверизатори (на кресл. не показано) з приєднанням до них додаткової гнучкої колони. Проробка вироблених камер з вибою камер буровим снарядом і подача на пульверизатори швидкотвердіючої маси дозволяє здійснювати зональне або цілковите заповнення камери. Пропонована модульна конструкція комплексу з обґрунтованими зонами фіксації свердловинної ферми в біконусній циліндричній виробці скомпонованими механізмами дозволяє забезпечити захист двотрубного бурильного інструменту в технологічному процесі від різких його згинів, надійність і безаварійність в комплексі робіт камерної розробки родовищ, видобутку руди і корисних копалин методом орієнтованого багатостовбурного буріння з вертикальних свердловин, а також можливість здійснювати і ліквідацію камер відробки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 55 60 Модульний комплекс для орієнтованого багатостовбурного буріння з вертикальних свердловин, що містить прохідницький агрегат з механізмами переміщення, розробки і виносу корисної копалини, механізми фіксації та системи живильної, вимірювальної і регулювальної апаратури, який відрізняється тим, що прохідницький агрегат модульного комплексу виконаний у вигляді свердловинної ферми, яка складається з ліфтового каркаса і рухомої в ньому клітки з керованим клином, причому ліфтовий каркас виконаний модульного типу зі з'єднанням модулів різьбовою муфтою, в якому кожний модуль виконаний за прямокутною формою з боку широких граней, ззовні і внутрішньо, закритий привареним листовим залізом, ребра каркаса формують колони труб, у внутрішніх гранях вироблені чотири прорізи для входження напрямних рейок, а з боку відкритих граней до каркаса труб прикріплені рейки з вирізами, труби чотирьох ребер верхнього модуля, з боку його відкритості, спаровані між собою у дві колони для спуску модульного каркаса і його підвіски в біконусній циліндричній виробці, стабільність віддалі між якими в стовбурі свердловини зберігається верхнім і нижнім круговими центраторами у вигляді кільцевих поясів, стержнем яких є металеві рейки, косо накладені одна на другу по колу периметра і з'єднані між собою осями, при цьому рейки верхнього центратора прямі, а нижнього - армовані вигинами назовні в верхній частині, в спареному контакті з осями рейок знаходиться механізм підвіски, що є зв'язуючою ланкою в конструкції між ліфтовим каркасом та центраторами, споряджений опорними лапами для фіксації на нижньому кільцевому виступі і розвантаження свердловинної ферми, гідравлічні пристрої з масляними насосами, які вмонтовані в нижній частині граней клітки, мають фіксатори блокування переміщення клітки в ліфтовому каркасі при входженні в вирізи прикріплених рейок, у внутрішніх гранях рухомої клітки на ексцентрично закріпленій пустотілій осі, пустотілість якої в середній частині розмежована перегородками і кожна ізольована пустотілість відкрита просвердленими двома отворами в її стінках, а торці заглушені, підвішений керований клин з властивістю повертатися разом із віссю на втулках, виконаний Н-подібної форми, зі зміщеною перегородкою між рисками, з одного боку якої на полозах клина підвішений буровий снаряд на механізмі підвіски, котрий супроводжує буровий снаряд по полозах клина в процесі забурювання і зворотному заходу його на ці полози, конфігурація яких ідентична профілю трисвердловинної виробки, а з другого боку перегородки закріплений буровий фіксатор, що складається з електродвигуна та масляного насоса, траверси, гідравлічного затискувача, посадженої труби на пустотілий бурильний вал, 6 UA 108060 U 5 10 15 20 25 30 розпірного пакера і долота, причому поворотність клина з вертикального, транспортного положення, на заданий кут виходу із клітки забезпечують два гідравлічні пристрої, цапфи яких закріплені в закритих бокових гранях ліфтового каркаса та клітки, а висувні штоки через траверсу рухають обертаюче долото по напрямних, в нижній торцевій частині клина, з боку бурового снаряду, закріплені два гідравлічні домкрати, які в робочому положенні клина притискують його до стінки біконусного циліндра виробки, буровий снаряд з приєднаним гнучким бурильним інструментом виконаний з властивістю транспортування до об'єкта розробки двома спускними колонами клітки і без дії додаткових розтягуючих зусиль на гнучкий бурильний інструмент в процесі спуску і підйому бурового снаряду, для чого елементи приєднання клітки до двох колон виконані у вигляді чотирьох половинчастих труб, приварених до граней клітки, дві із яких з боку механічного фіксатора доточені і з'єднані з колоною різьбовими муфтами, а у верхній частині, між паралельно нарощеними трубами, встановлений упорний ролик гнучкого бурильного інструменту, протилежна спускна колона клітки виконана з властивістю роздвоювання і телескопічного входження в приварені половинчасті труби клітки і споряджена фіксаторами спуско-підйомних операцій у вигляді механічних гаків, при цьому у верхній частині роздвоєних труб на осі встановлений у підвішеному стані ролик ломаного жолоба, який виконаний із окремих ланок і нижній кінець якого з'єднаний з граничним важелем клина, а простір кожної із ланок закритий металевою сіткою так, що синхронний режим роботи - вихід клина на заданий кут бурового снаряду з телескопічним допуском спускної колони надає жолобу випуклої форми з лежачим на ньому гнучким інструментом, а натяжний ролик протилежної колони знаходиться вище випуклого жолоба, спускні колони над кліткою обладнані напрямними пристосуваннями, які контактують з трубами ліфтового каркаса так, що при входженні рейок клітки у вирізи ліфтового каркаса напрямні пристосування автоматично перекріпляються на труби ліфтового каркаса зі здатністю перекріплення і в зворотному процесі, модульний ліфтовий каркас обладнаний вимірювальними приладами, верхнім і нижнім інклінометрами виставлення азимутального положення ліфтового каркаса та забезпечення вертикальності камерної виробки, крім того, в керованому клині вмонтовані інклінометри визначення кута його нахилу відносно вертикалі, а дві взаємно протилежні рейки ліфтового каркаса з вирізами обладнані контактними датчиками, причому кабелі живлення електродвигунів, масляних насосів і вимірювальних приладів і гнучкі труби забірника шламу прокладені в колонах спуску модульного ліфтового каркаса та клітки з керованим клином. 7 UA 108060 U 8 UA 108060 U 9 UA 108060 U 10 UA 108060 U 11 UA 108060 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12