Пристрій для проведення свердловин некруглого перерізу

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ проведення скважин некруглого се­чения, включающий бурение скважины, транс­портировку горной массы от забоя скважины к устью, подачу в скважину свежего воздуха, уда­ление метана и пылеподавление в призабойной зо­не, отличающийся тем, что одновременно с буре­нием скважину расширяют и по свободному прост­ранству, образованному с внешней стороны бурово­го става, протягивают магистрали ддя проветрива­ния скважины и подачи воды для пылеподавления.

2. Устройство для реализации способа по п.1, включающее буровой став, например шнековый, оснащенный буровым органом, выполненным в виде корпуса с установленным на нем с возможно­стью вращения и связанным с буровым ставом основным комплектом бурового инструмента, опорными элементами и трубопроводным ставом, состоящим из магистралей для подачи воды и про­ветривания скважины, а также приводы вращения и подачи бурового става, отличающееся тем, что корпус бурового органа выполнен с выступающей, по крайней мере с одной стороны за габариты попе­речного сечения основного комплекта бурового инструмента с внешней стороны бурового става, частью и снабжен дополнительными средствами расширения скважины, расположенными впереди выступающей части корпуса, а трубопроводный став размещен позади нее.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что до­полнительные средства расширения скважины выполнены в виде кольцевого бара, включающего режущую цепь, приводную звездочку и обводные элементы, причем приводная звездочка закрепле­на на валу основного комплекта бурового инстру­мента, а обводные элементы установлены на выступающей части корпуса.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что до­полнительные средства расширения скважины вы­полнены в виде установленных на корпусе струе формирующих устройств, соединенных с источником воды высокого давления дополни­тельной магистралью трубопроводного става.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вентиляционная магистраль трубопроводного ста­ва выполнена в виде жесткого секционного трубопровода, передняя часть которого закреплена на выступающей части корпуса, а задняя — на приво­де подачи бурового става.

6. Устройство по пп.2 и 5, отличающееся тем, что трубопровод снабжен телескопической секцией с гидроцилиндрами раздвижки.

Текст

Изобретение относится к технологии проведения скважин некруглого сечения, преимущественно для выемки полезного ископаемого, в условиях тонких угольных пластов тупиковыми скважинами и может применяться для проведения дегазационных и вентиляционных скважин, а также для проведения разрезных печей. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для приведения выемочных скважин, использование которого обеспечивает эффективность бурения за счет надежности функционирования систем проветривания, пылеподавления, контроля и управления буровым органом в процессе бурения. Эта задача обеспечивается созданием в скважине пространства свободного от шнекового става и отбитой горной массы, размещением коммуникаций в свободном пространстве вблизи стенки скважины, размещением шнеков на минимальном расстоянии друг от друга в средней, наиболее неустойчивой части скважины, а также применением жесткого секционного трубопровода, для проветривания скважин с телескопической секцией и гидроцилиндрами ее раздвижки. Известны технология проведения тупиковых скважин и устройства для ее осуществления, при которой выемку выполняют выбуриванием скважины некруглого сечения с транспортировкой полезного ископаемого от забоя к устью скважины, например, сдвоенным шнековым ставом (см.: Бурошнековая выемка угля / Левкович П.Е., Мезников В.П., Дьяченко Г.В., Королев Д.А. - К.: Техника, 1982. - С.175). Основными недостатками такой технологии являются; ограничения области применения негазовыми пластами в связи с отсутствием систем контроля газового режима и принудительной вентиляции забоя тупиковой скважины, а также быстрый рост отклонений от прямолинейности скважин с увеличением ее длины свыше 25 - 30м в связи с отсутствием системы контроля и управления направленным бурением. Известно также устройство для бурения тупиковых скважин некруглого сечения, снабженное элементами управления (А.с. №314889 от 17.11.1969г. Исполнительный орган бурошнековой машины, кл. E21C1/00, E21D13/04, принятое за прототип). Это устройство содержит невращающийся став коробчатой формы, расположенный внутри сдвоенного шнекового бурового става (между шнеками), который за счет собственной жесткости должен предотвращать отклонение исполнительного органа в плоскости пласта. Такое конструктивное исполнение приводит к значительному утяжелению конструкции, усложнению процессов наращивания и извлечения бурового става из скважины и не обеспечивает достижения поставленной цели изобретения. Кроме того, в связи с тем, что шнековые ставы в этом устройстве разнесены, при обрушении породы в условиях неустойчивой кровли происходит заклинивание породы между кровлей и ставом коробчатой формы и прекращение бурения. Указанные недостатки устраняются в предлагаемом изобретении тем, что, одновременно с бурением и транспортировкой горной массы от забоя к устью, скважину расширяют с одной или с обеих сторон от бурового става и по свободному пространству, образованному с внешней стороны бурового става, протягивают магистрали для подачи свежего воздуха и воды для пылеподавления к забою, а также коммуникации системы контроля пылегазового режима, системы управления направлением бурения и т.п. Расширение скважины с внешней стороны бурового става и прокладка по свободному пространству, образованному с внешней стороны бурового става, магистралей для проветривания скважины и подачи воды для пылеподавления, а также коммуникаций систем контроля и управления обеспечивает: с одной стороны надежность бурения, так как в условиях неустойчивой кровли при обрушении кровли, которое происходит прежде всего в средней части поперечного сечения некруглой скважины, обрушившаяся порода попадает непосредственно на шнеки бурового става, им разрушается и выдается вместе с полезным ископаемым, а с другой - надежность проветривания, пылеподавления и управления, так как все коммуникации размещаются в наиболее безопасной и устойчивой зоне вблизи стенки скважины. В предлагаемом устройстве установленные на корпусе бурового органа, дополнительные средства расширения скважины расположены впереди части корпуса, выступающей за габариты поперечного сечения основного комплекта бурового инструмента с внешней стороны бурового става, а гибкий трубопроводный став, содержащий все магистрали и коммуникации систем проветривания, пылеподавления, управления и контроля, размещен позади выступающей части корпуса. При этом дополнительные средства расширения скважины могут быть выполнены, как в виде дополнительной коронки, кинематически связанной зубчатой или цепной передачей с основной, так и в ином виде, например в виде кольцевого бара или в виде струеформирующих устройств, обеспечивающих расширению скважины струями воды высокого давления. В последнем случае трубопроводный став оснащается дополнительной высоконапорной магистралью. При несимметричном исполнении бурового органа трубопроводный став выполняется в виде жесткого секционного трубопровода, передняя часть которого закреплена на буровом органе, а задняя на приводе подачи. При этом обеспечивается силовое уравновешивание исполнительного органа, а оснащение трубопровода телескопической секцией с гидроцилиндрами раздвижки позволяет обеспечивать механическими средствами управление буровым органом по меньшей мере в одной, например, горизонтальной плоскости. На фиг.1 показано предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг.2 - поперечное сечение А - А рабочего органа в скважине; на фиг.3 - устройство, в котором средства расширения скважины выполнены в виде кольцевого бара, а вентиляционная магистраль трубопроводного става - в виде жесткого секционного трубопровода с телескопической секцией, вид сбоку; на фиг.4 показано поперечное сечение (Б - Б) бурового рабочего органа с кольцевым баром; на фиг.5 поперечное сечение телескопической секции (место I); на фиг.6 - устройство, вид сверху, у которого средства расширения выполнены с использованием струй высокого давления, Устройство состоит из бурового става 1 и бурового органа, выполненного в виде корпуса 2, в котором установлен основной 3 комплект бурового инструмента и дополнительные 4, средства расширения скважины, например, в виде буровых коронок. Дополнительная и, по крайней мере, ближайшая к ней, основная коронки связаны кинематически, например, зубчатой передачей 5. Корпус 2 с внешней стороны шнекового става снабжен, выступающей за габариты поперечного сечения основных коронок, частью 6, перед которой установлена дополнительная коротка 4, внутри - блоки контроля и управления 7 систем контроля и управления, а сзади - присоединены магистрали для проветривания скважин 8, подачи воды 9 и т.п., а также коммуникации системы контроля и управления 10, выполненные в виде объединенного пакета (трубопроводного става). Магистрали для проветривания скважины 8 и подачи воды 9 соединены соответственно с вентилятором 11 и водяным насосом (на рисунке не показан). На корпусе бурового органа установлены также три поры оперных элементов, например, гидроцилиндров (фиг.2) 12, дистанционное управления которыми позволяет осуществлять корректировку направления скважины и крена бурового става. В системе контроля и управления направлением бурения имеются датчики положения бурового органа в пространстве (в пласте) и аппаратура дистанционного управления (на рисунках не показаны) гидроцилиндрами 12. Коммуникации системы контроля и управления обеспечивают связь датчиков положения и аппаратуры дистанционного управления гидроцилиндрами с пультом управления 13 буровой установки 14 размещенным на штреке. Система включает также датчики 5 контроля газовой обстановки в районе бурового органа и другие, например, исполнения поступающих на аппаратуру бурового органа команд. Устройство снабжено также приводами вращения 16 и подачи 17, расположенными на буровой установке. Дополнительные средства расширения скважины в виде кольцевого бара (фиг.3 и 4) состоят из режущей цепи 18, оснащенной резцами, приводной звездочки 19, обводных элементов 20. При этом приводная звездочка установлена валу (21) основного комплекта бурового инструмента коронки 3, а обводные элементы 20 установлены на выступающей части 6 корпуса бурового органа 2. Кольцевой бур (фиг.4) показан в вертикальном положении, магистраль для проветривания скважин трубопроводного става фиг.3 выполнена в виде жесткого секционного трубопровода 22, расположенного над шнековым ставом, а концы трубопровода 22 закреплены на выступающей части 6 корпуса бурового органа 2 и привода подачи 17 бурового става 1. Для управления буровым органом в направлении большего габаритного размера поперечного сечения скважины жесткий секционный трубопровод 22 снабжен телескопическим устройством, показанным на фиг.5, которое состоит из подвижной 23 и неподвижной 24 цилиндрический частей, связанных между собой гидроцилиндром 25, причем одна из них соединена с секцией трубопровода 22, а вторая с корпусом привода вращения и подачи 17. Дополнительные средства расширения (фиг.6) скважины, выполненные с разрушением полезного ископаемого струями воды высокого давления, состоят из струеформирующих устройство (насадок), 26 установленных на выступающей части 6 корпуса 2 бурового органа под углом к направлению бурения. Насадки 26 соединены посредством дополнительной магистрали высокого давления 27, включенной в состав трубопроводного става, с насосом 28 расположенным в штреке. Устройство работает следующим образом. Буровой стае 1 получает вращение от привода вращения 16 и посредством привода подачи 17 подается в направлении бурения. При этом буровые коронки 3 основного комплекта режущего инструмента, установленного на корпусе бурового органа 2 и связанные с буровым ставом 1, разрушают забой, а шнеки бурового става 1 перемещают отбитую горную массу к устью скважины. Одновременно, от одной из коронок 3 основного комплекта посредством зубчатой передачи 5 вращение передается к дополнительной коронке 4, которая расширяет скважину с внешней стороны бурового става. По свободному пространству скважины, образованному дополнительной коронкой, перемещается выступающая часть б корпуса бурового органа 2, сзади которой присоединен трубопроводный став. По мере подачи вперед бурового органа 2 при бурении вслед за выступающей частью б его корпуса трубопроводный став протягивается в скважину. При этом по магистрали 8 вентилятором 11 подается к забою воздух либо от забоя отсасывается метан (при применении устройства на угольных пластах). Содержание метана в призабойной зоне контролируется датчиком 15, а информация об этом, а также о положении бурового органа в пространстве, о выполнении ранее поданных команд и т.п. поступает по коммуникациям 10 к машине 14 на пультуправления.13. Вода для пылеподавления в призабойной зоне поступает от насоса по магистрали 9 и через форсунки (на рисунке не показаны) подается в зону разрушения. Корректировка бурового органа по направлению бурения осуществляется с пульта управления 13 по коммуникациям 10 посредством аппаратуры дистанционного управления, размещенной в выступающей части 6 корпуса с помощью гидроцилиндров 12. Работа устройства, показанного на фиг.3, отличается тем, что при подаче рабочего органа бурения ставом 1 посредством привода подачи 17 осевое усилие на буровой орган передается наряду с буровым ставом, еще жестким секционным трубопроводом 22. При этом одновременно по трубопроводу подается воздух или отсасывается метан посредством вентилятора 11. В случае возникновения отклонении бурового органа в плоскости, проходящей через оси бурового и трубопроводного става, посредством гидроцилиндра 25 (фиг.5) перемещают подвижную часть телескопического устройства 23 относительно неподвижной 24. При этом подвижная часть посредством жесткого трубопровода 22 воздействует на выступающую часть (фиг.3) 6 корпуса 2 бурового органа и обеспечивает его поворота в сторону противоположную возникшему отклонению. При расширении скважины высоконапорными струями воды одновременно с бурением скважины основным комплектом бурового инструмента 3 по дополнительной магистрали высокого давления 27 к насадкам 26 насосом 28 подается вода под высоким давлением. Воздействуя на боковую стенку скважин, струи воды высокого давления расширяет основную скважину с внешней стороны бурового става 1. Предлагаемое устройство обеспечивает безопасность выемки полезного ископаемого, например, угля в условиях тонких газоносных пластов и надежность бурения благодаря размещению магистралей систем проветривания призабойного пространства и пыЛеподавления, и коммуникаций систем контроля и управления в наиболее устойчивой части скважины у ее стенки в том числе и со стороны целика угольного пласта. Выполнение средств расширения в виде кольцевого бара позволяет изменять форму поперечного сечения с целью увеличения коэффициента извлечения полезного ископаемого. Выполнение дополнительных средств расширения в виде установленных на корпусе струеформирующих насадок повышают надежность устройства в связи с отсутствием подвижных частей и упрощения конструкций бурового органа и обеспечивает дополнительное пылеподавление. Выполнение вентиляционной магистрали в виде жесткого секционного трубопровода позволяет производить отсос метана из призабойного пространства с целью его дальнейшей утилизации и уменьшает вероятность возникновения отклонения от прямолинейности в плоскости, проходящей через оси бурового и трубопроводного става. Выполнение жесткого секционного трубопровода с телескопической секцией позволяет производить корректировку направленности бурения механическим воздействием из штрека, что уменьшает количество коммуникаций в скважине и повышает надежность устройства.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Appliance for penetration of wells with not round cross section

Автори англійською

Antipov Viktor Vasyliovych, Brakker Illia Izrailevych, Manzhula Ivan Trokhymovych

Назва патенту російською

Устройство для проведения скважин не круглого сечения

Автори російською

Антипов Виктор Васильевич, Браккер Илья Израилевич, Манжула Иван Трофимович

МПК / Мітки

МПК: E21B 17/02

Мітки: некруглого, проведення, перерізу, свердловин, пристрій

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-15912-pristrijj-dlya-provedennya-sverdlovin-nekruglogo-pererizu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для проведення свердловин некруглого перерізу</a>

Подібні патенти