Свердловинний пристрій для дегазації масиву

Заявляється винахід, який стосується гірничої справи та відноситься до пристроїв для дегазації масивів та гасіння джерела горіння всередині вугільних териконів, торфови щ, сміттєзвали щ, тощо. Відомим є пристрій [1] для дегазації відвальних масивів, здатних до самозапалення, та в яких джерело горіння сформувалось всередині масиву. Такий пристрій, що містить газохід з вікнами, перфорований трубопровід, що переміщується всередині відхильника, спускають в свердловину для проведення дегазації вугільного терикону або сміттєзвалища. Недоліком пристрою є проблематичність визначення місцеположення джерела горіння всередині масиву. Найближчим за конструктивними ознаками до пропонованого є пристрій [2] для обробки масиву сміттєзвалища, який складається з порожнинного корпусу - тр убного перфорованого газоходу з диском, розміщеним всередині. Відомий пристрій містить конічну насадку з вікном та ущільнену в верхній частині кришку, вакуум-помпу, підключену на поверхні масиву через трубопровід до порожнини газоходу, а також перфорований зонд з можливістю переміщення в масив крізь відхильник. При цьому відхильник розміщено одним кінцем навпроти вікна газоходу в нижній його частині, а іншим - навпроти диску. Спускається такий пристрій в свердловину, яка пробурена в масиві для проведення його дегазації або гасіння джерела горіння. В конструкції такого пристрою перфорований зонд, що переміщується в напрямку високотемпературної зони всередині масиву, служить для відводу на поверхню газів горіння (в основному двооксиду вуглецю CО2 та оксиду вуглецю CO), проте недоліком конструкції пристрою є те, що визначити напрямок переміщення зонда в зону, де температура є максимальною, важко. Низька інформативність температурного стану масиву виключно за результатами аналізу співвідношення газів СО/СО2 та неможливість визначити місцеположення джерела горіння за цими параметром призводить до неефективної роботи пристрою. Крім того, низька ефективність роботи відомого пристрою має місце тоді, коли підвищення температури всередині масиву при його самозапалюванні в результаті процесу низькотемпературного окислення органіки є незначним. Крім того, проводити температурне зондавання та газову зйомку одночасно в одних і ти х самих точках масиву при допомозі відомого пристрою неможливо. Моніторинг масивів є важливим на стадії попередження їх самозапалення або при визначенні сітки буріння дегазаційних свердловин. Наприклад, при вилученні енергетичного звалищного газу та утилізації тепла з полігонів твердих побутови х відходів [3], коли потрібно враховувати температурний і газовий фактори та прогнозувати дебіт газу для утилізації. Температурний та газовий моніторинг необхідний ще й тому, що утворення біогазу в масиві твердих побутових відходів є довготривалим процесом, що залежить, в тому числі, від величини температури всередині масиву. Запропонований винахід направлений на підвищення ефективності роботи свердловинного пристрою за рахунок оперативного та одночасного визначення в одних і тих самих точках масиву температури та відбору проб газу для проведення оптимальної дегазації масиву. Це завдання вирішено таким чином, що пропонований пристрій містить нові конструктивні елементи та нове їх характерне взаємне розміщення (в порожнині зонда розміщено температурний давач з можливістю переміщення за межі зонда, а верхній кінець відхильника проходить крізь кришку газоходу та герметично закріплений в ній), а причинно-наслідковий зв'язок між відрізняючими ознаками винаходу та технічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що: - наявність температурного давача забезпечує проведення температурних замірів одночасно з проведенням газової зйомки (та/або дегазації) в одних і ти х самих точках масиву, здатного до самозапалення; - розміщення температурного давача в порожнині перфорованого зонда сприяє наближенню пристрою до зони опробувань, а можливість переміщення давача за межі зонда додатково підвищує якість температурних замірів, зменшуючи похибку; - з'єднання верхнього кінця відхильника з кришкою газоходу дозволяє ввести в пристрій, тобто з поверхні досліджуваного масиву, температурний давач; - герметичне закріплення відхильника, а також давача в кришці газоходу необхідно для запобігання попадання всередину пристрою повітря при проведенні дегазації або відбору газових проб. Таким чином, нові конструктивні елементи та їх характерне розміщення забезпечують те хнічну перевагу пропонованого пристрою, тобто направлені на підвищення ефективності роботи свердловинного пристрою за рахунок оперативного та одночасного визначення в одних і ти х самих точках масиву температури та складу газу з проведенням дегазації масиву. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено вищенаведені нові признаки пристрою, що заявляється, отже, можна стверджувати, що новий пристрій для визначення місцеположення джерела горіння всередині масиву, відповідає критерію "новизна". Крім того, ознаки нового пристрою, що заявляються та відрізняють його від пристрою -прототипу, надають йому нових властивостей, а також характерне їх розміщення є суттєвими для використання пристрою та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідають критерію "суттєві відзнаки". На фіг. зображена схема (перерізи) свердловинного пристрою для визначення місцеположення джерела горіння всередині масиву, здатного до самозапалення. Свердловинний пристрій включає порожнинний корпус - трубний перфорований газохід 1 з диском 2, розміщеним всередині, конічну насадку 3 в нижній його частині з вікном 4. До насадки 3 приєднана колона труб 5. Всередині газоходу 1 розташований відхильник 6, один кінець якого розміщено навпроти вікна 4 газоходу 1 в нижній його частині, а інший, проходячи скрізь диск 2, що центрує відхильник 6, розміщено навпроти кришки 7, виходячи на поверхню. До відхильника 6 в нижній частині приєднана при допомозі різьби труба 8. Виконання газоходу 1 та відхильника 6 роз'ємними полегшує зборку свердловинного пристрою на поверхні перед введенням його в масив 9. Нижче кришки 7, відхильника 6, що ущільнені в верхній частині, до порожнини газоходу 1 через трубопровід на поверхні масиву 9, що підлягає дегазації, підключено вакуум-помпу (на фіг. не показано). В порожнину відхильника 6 встановлений трубний перфорований зонд 10 з можливістю переміщення в масив 9 в напрямку джерела горіння 11. В порожнині зонда 10 розміщено температурний давач 12 з можливістю переміщення за межі зонда 10. Пристрій працює таким чином. Приклад 1. Спочатку до конічної насадки 3 приєднують колону труб 5 та встановлюють зібраний пристрій в свердловину, яка пробурена в масив 9 вугільного плоского відвалу для проведення його дегазації з наступним гасінням джерела горіння 11. Через відхильник 6, який сполучено з трубою 8 та який розміщено всередині перфорованого газоходу 1 навпроти одного із його вікон 4 в масив 9 вводять перфорований робочий зонд 10. Відхильник 6 центрується за допомогою диску 2, а порожнина газоходу герметизується кришкою 7. Потім в масиві 9 при допомозі вакуум-помпи створюють депресію, газ відводять через газохід 1 на поверхню та проводять аналіз на вміст двооксиду вуглецю СО 2 і оксиду вуглецю СО. За величиною співвідношення цих газів визначають температур у в зоні джерела горіння [4]. В порожнині зонда 10 встановлений температурний давач 12, який для більш точного визначення температури переміщують в сторону джерела горіння 11. В якості давача 12 вимірювання температури використовують термочутливий кварцовий резонатор, що має властивість п'єзоефекту, та застосування якого в термометрії грунтується на залежності його резонансної частоти від температури. Давач 12 розміщений в мініатюрному герметизованому корпусі та використовується для роботи в малоінерційних системах. При використанні кварцевого резонатора в якості давача 12 відлік температури проводять безпосередно за значеннями частоти електричних коливань. Наприклад, частота при 0°С рівна 5х106Гц, максимальне відносне відхилення частоти в інтервалі робочих температур - 180-200Гц на 0°С. Інтервал робочих температур від -50°С до 120°С. Наявність температурного давача 12 забезпечує проведення температурних замірів одночасно з проведенням газової зйомки (та/або дегазації) в найбільш температурно небезпечних зонах масиву. Після цього робочий зонд 10 разом із давачем 12 вводять в порожнину газоходу 1, повертають його на кут рівний, наприклад, 45°, герметизують кришку 7, відбирають повторно проби газу та вимірюють температуру всередині масиву 9. Обертанням газоходу 1 навколо осі в свердловині досягають одночасного вимірювання температури та відбору проб газу в різних напрямках. В різних напрямках масиву 9 ці величини є різними, тому за температурою та за співвідношенням CO/CO2 виокреслюють зону горіння та більш чітко задають напрямок переміщення зонда 10 в ту частину зони вугільного відвалу, де температура е максимальною. Цим досягають проведення в оптимальних умовах процесу дегазації, а потім - гасіння джерела горіння 11, для чого через порожнину газоходу 1 в масив 9 вводять рідину для гасіння джерела горіння 11. Таким чином, пропоноване технічне рішення підвищує ефективність роботи свердловинного пристрою за рахунок оперативної лімітації зони горіння всередині вугільного відвалу, що зменшує ви трати на проведення дегазації відвалу та гасіння джерела горіння. Приклад 2. При самозапаленні торфовища його поверхню 9 розбивають умовно на квадрати зі стороною 50м, у вершинах яких бурять свердловини глибиною 1,5-Зм, куди спускають пристрій для дегазації масиву, що описаний в прикладі 1. Відбирають проби газів, які утворилися в результаті процесу низькотемпературного окислення торфу та встановлюють співвідношення СО/СО2. Одночасно в цих же зонах торфови ща проводять при допомозі висувного температурного давача 12 заміри температури всередині масиву 9. Після побудови на планшеті ізоліній температурного та газового полів вибирають оптимальні за температурними та газовими даними місця для буріння свердловин для гасіння торфовища 9. Пріоритетним варіантом є використання для процесу гасіння окремих пристроїв, при допомозі яких із свердловин на попередньому етапі робіт проводили газогеотермічне зондавання торфовища 9. Для цього через газохід 1 в масив 9 вводять робочу рідину, що запобігає підземним процесам горіння. Після ліквідації підземних джерел горіння пристрої виймають із свердловин, які потім тампонують. Техніко-економічні переваги технічного рішення полягають в тому, що застосування пропонованого пристрою дозволить ефективно виокреслити підземні зони з найбільш інтенсивним горінням торфу, що зменшить витрати на процес гасіння. Приклад 3. Перед утилізацією енергетичного звалищного газу та тепла з полігонів твердих побутових відходів (сміттєзвалищ) за способом [3] проводять моніторинг поверхні, в тому числі, газогеотермічне зондавання масиву 9 відходів. За методикою при допомозі пристрою, що описано в прикладах 1 та 2, визначають ділянки з оптимальним вмістом метану СН 4 в звалищному газі, а також визначають зони, в яких температура всередині масиву 9 є найбільшою. Потім за результатами приповерхневого газогеотермічного зондавання бурять раціональну сітку свердловин, через які проводять одночасно дегазацію масиву 9 та утилізацію його тепла. Використання пристрою дозволить ефективно провести газогеотермічне зондавання, а також провести буріння експлуатаційних свердловин на ділянках полігону за раціональною сіткою. Таким чином, пропонований свердловинний пристрій для дегазації масиву забезпечує виконання поставленої технічної задачі. Джерела інформації 1. А.С. 1652618 СССР, МКИ 4 E21F7/00. Устройство для дегазации отвального массива.- Опубл. 30.05.91. Бюл. №20. 2. Деклараційний патент України № 47777, 6 E21F7/00. Пристрій для обробки масиву сміттєзвалища. - Опубл. 15.07. 02. Бюл.№7.-ПРОТОТИП. 3. Деклараційний патент України №40808, 7 E21F17/16, F23G5/34. Спосіб формування полігону твердих побутових відходів. - Опубл. 15.08.01. Бюл. №7. 4.Чекалюк Э.Б. Определение температуры подземного очага горения по содержанию СО и СО2 в продуктах окисления //Нефтяная и газовая промышленность. - 1973. - №1. - С.23-25.