Способ гидравлического бурения скважин на крутых выбросоопасных, склонных к высыпанию пластах и устройство для его осуществления

Номер патента: 1578328

Авторы: Кузнецов, Фищенко

Скачать ZIP архив.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК ЯО ОБРЕТЕН Н АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВ конкретно повыйения денни дав или при и подачи Б герметизи вления с томатиче рения. 2 лени ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТПО 1 ЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ(46) 15.07.90, Бюл.26 (71) Украинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт гидравлической добычи угля (72) А.С.Кузнецов и В.И.Фищенко (53) 622,233.4/7.224 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 1 7 18605, кл. Е 2 1 С 45/00, 1980.Авторское свидетельство СССР Р 1351245, кл. Е 21 С 25/00, 1985. (54) СПОСОГ ГЦ 7 ТРАВЛИЧГСКОГО ГУРЕНИЯ СКВАЖИН НА КРУТХ В 1 ГРОСООПАСНЬС( СКЛОН 1 Ж К В С ПАНИН ПЛАСТАХ И УСТРО 1 СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУГСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горной пром-сти и предназначено для бурения восстающих скважин при разработке опасных по внеземным выбросам угля и газа крутых пластов. Цель - предотвращение развития газодинамических явлений при проведении скважин и повыщение э 4 хЬективности гидравлического бурения путем подбора оптимального режима гидровымывания угля. Дпя этого выбирают режим бурения с учетом прочностных х-к угольного массива. Задают скорость вращения и подачи бурового инструмента (БИ), выполненного в виде колонны концентрических труб, обрузующих двухканальный став, и даве напорной воды (НВ), которую . подводят к средствам бурения. В про 5 Е 21 С 25/60, Е 21 В 7/1 цзссе бурения контролируют удаление струеАормирующих насадок (СФН) буровой головки от забоя. Залают пределы допустимого отставания СФН от забоя скважины, в диапазоне которых кадому контрольному положению соответствуют взаимосвязанные значения переменных параметров режима бурения, Часть НВ в процессе бурения отводят на сброс, не доводя до СФН. При этом оперативно контролируют скорость подачи БИ в скважину, расход НВ, расход НВ, отводимой ца сброс, и объем пупьпы, выходящей из скважины. Фактический объем пульпы сравнивают с расчетным для каждого контролируемого положения СФН, а. скорость подвигания 8 забоя скважины - со скоростью подачи БИ. По результатам сравнения корректируют расход НС через БИ и угловую С скорость знакопеременного БИ. По допустимой разнице между Фактическим ф и расчетным значениями объема пульпы контролируют безопасность процесса гидровымывания угля, Бурение ведут в оптимальном режиме для каждого го участка скважины, Длябезопасности работ при паления НВ на СФН до нуля мпульсном росте усилий 1 забой скважины мгновенно руют. Уст-во для осущестпособа снабжено системой авского поддержания режима бус.п; А-лы 4 ил, 157032850 Изобретение относится к горной промьпплепности и может быть использовано при разработке опасных по внезапным выбросам угля и газа крутых пластов, в частности для бурения восстающих скважин используемых преимущественно при дегазации пласта, проведении раэрезных выработок и безлюдной гидравлической добыче Угля.Цель изобретения - предотвращение развития газодинамических явлений при проведении скважин и повышение эФФективности гидравлического бурения путем подбора оптимального режима 5 гидровымывания угля, а также повыше ние безопасности работ.Па Фиг.1 приведена схема бурения скважин; на Фиг.2 - устройство для гидравлического бурения, вид в плоскости пласта; на Фиг.3 - .разрез А-А на Фиг.2; на Фиг.4 - разрез Б-Б на Фиг,2.Сущность способа заключается в следующем, 25Задают пределы допустимого отставания струеФормирующих насадок от забоя скважины,в диапазоне .которых каждому контрольному положению соответствуют взаимосвязанные значения переменных параметров режима бурения, осуществляют бурение, в процессе которого часть напорной воды отводят на сброс, не доводя до струеФормирующих насадок бурового инструмента, при этом оперативно контролируют скорость подачи бурового инструмента в скважину, расход напорной воды, расход воды, отводимой на сброс и объем пульпы, поступающей из скважины, сравнивают Фактический объем пульпы, поступающей иэ скважины, с расчетным для каждого контролируемого положения .струеФормирующих насадок,. а скорость подвигания забоя скважины - со скоростью подачи инструмента в скважину, по результатам сравнения корректируют расход налорной воды через буровой инструмент и угловую скорость знакопеременного вращения инструмента, при этом контролируют безопасность процесса гидровымывания угля по допустимой разнице между Фактическим и расчетным значениями объема пульпы и ведут бурение в оптимальном режиме для каждого конкретного участка сква жкны, кроме того, производят герметизацию забоя скважины, которую осущест. вляют мгновенно при падении давления напорной воды на насадках до нуля илипри импульсном росте усилий подачиинструмента.Устройство для гидравлического бурения скважин содержит гидромониторную установку, включающую основа-ние 1 станка с вращателем 2, исполнительными механизмами в виде гидрос цилиндров подачи 3 и вращения 4 бурового инструмента, Буровой инструмент выполнен в виде колонны концентричных труб, образующих став штанг 5 с двумя обособленными друг от друга каналами; центральным 6 и периФерийным 7, включает направляющую опору 8 и буровуют головку, включающую струеФормирующие стволы 9 и соединительный патрубок с внутренней 10 и наружной 11 трубами. Дпя создания напорной воды применяют механизм подачи воды в скважину - шахтную насосную установку(НУ) 12 со сбросным вентилем 13, подключенную к водоводу 14, например противопожарному трубопроводу. Устройство включает также станцию гидро- привода (СГ) 15, блок управления (БУ) 16, программное устройство (ПУ) 17 и контрольно-измерительную аппаратуру: датчик 18 скорости подачи бурового инструмента в скважину 19 к ее забою 20, датчик 21 расхода напорной водыподаваемой к буровой головке, датчик 22 расхода воды О, сбрасываемой в буровой головке, и пульпомер 23.Выходы датчиков 18, 20-23 связаны с входом программного устройства 17, выход которого связан с входом блока 16 управления, выход которого сообщен с исполнительными механизмами 3, 4 подачи вращения бурового инструментаи с механизмом 12 подачи воды.Буровая головка имеет струеФормирующие стволы 9 с насадками 24, сое-динительный патрубок с внутренней 10 и наружной.11 трубами, Стволы 9 одно- плоскостными. шарнирами 25 присоединены к внутренней трубе 10 и имеют ролики 26, плоские пружинные элементы 27 и опережающее ребро 28, Вдоль продольной оси внутренней трубы 10 выполнены отверстия 29. Наружная труба .11 снабжена торообразной диафрагмой 30 изэластичного материала и имеет отверстие 31.Направляющая опора 8 состоит из цилиндрического корпуса с двумя радиальными перегородками, имеющимистояния гидроотбойки не удается стабилизировать и сохранить в пределах контролируемого диапазона(скорость подвигания забоя продолжает быть боль 5 ше скорости подачи инструмента), но наступает момент, когда забой удалится на максимально контролируемое расстояние,.т,е, Ы =Оми п=максВ этом случае. на блок 16 управления поступает команда с устройства 17 на сброс напорной воды с помощью вентиля 13 К н - н) и подачу инструмента на расстояние, равное начальному,1т,е.- . Затем снижают расход чеО рез насадки путем уменьшения величинырасхода воды П подаваемой к буровойголовке (при 0 =Ко, 0Ц), вентилем13 посредством перевода его в новое 20положение, при котором увеличиваютобъем сбрасываемой воды от насоснойустановки 12. Процесс бурения возобновляют, добиваясь стабильной работыпо проведению скважины с отставанием 25насадок от забоя в контролируемомдиапазоне до наступления нового изменения эффективности гидравлическогоразрушения.При подаче воды для бурения ведут 30контрольобъема пульпы, поступающейиз забоя 20, с помощью датчика 23,устанавливаемого в устье скважины 19.Информация датчика 23 подается напрограммное устройство 17, котороесравнивает фактический объем поступающей пульпы с расчетным., и при увеличении разницы между ними дает команду на блок. 16 управления на сниже-,ние скорости подачи става штанг 5 ирасхода .напорной воды через насадкивплоть до прекращения перемещенияинструмента в скважине и подачи кголовке напорной воды, т.е. на герметизацию забоя. Увеличение объема пуль пы свидетельствует о начале высыпания угля в забое, проявлении предупредительных признаков внезапноговыброса,Информация, подаваемая из пос- .тоянно запоминающего блока на выходные регистры программного устройства17, содержит также сигнал, включающийреле задержки времени на герметизацию забоя в крайних точках диапазона55перемещения стволов относительно забоя 20, которую осуществляют мгновенно одновременно с прекращением подачи на забой инструмента при порыве става штанг или разгерметизации его водоподающего канала (для исключения механического воздействия буровой головки на забой) и отжатии от забоя направляющей опоры ввиду интенсивного выдавливания или внезапного обрушения угля в забое скважин (для прекращения развития газодинамических явлений).Устройство для бурения скважин работает следующим образом.При включении насосной установкч 12 вода.по центральному каналу 6 става штанг 5 поступает к внутренней трубе 10 буровой головки, Далее одна часть напорной воды через отверстия 29 во внутренней трубе 10 попадает в периферийный канал 7, а вторая часть через стволы 9 и насадки 24 подается в забо 20 для разрушения угля и образования скважины 19, Одновременно с подачей воды в забой 20 включают станцию гидропривода 15 и программное устройство 17. Управление устройством при бурении ведут при помощи блока 16 управления, При знакопеременном вращении става штанг 5 гидроцилиндром вращения 4 получают движение также и внутренняя труба 10 со стволами 9. Стволы 9 посредством пружинных элементов 27 разведены, при этом ролики 26 контактируют с внутренней поверхностью 35 опоры 8. Направляющая ойора 8 имеет возможность перемещаться в направлении бурения только по оси посредством пружины 34 и постоянно контактирует с угольным, забоем 20.Отбитый угол через отверстия 32 и 33 поступает вместе с отработанной водой, образуя пульпу, к устью скважины, где. установлен пульпомер - датчик 23, и далее попадает в подготовительную выработку,При вращении стволов 9 струи вымывают в угольном массиве кольцеобразную щель и скалывают керн (если он образуется) струями. (гидравлическим клином) или опережающим ребром 28. Под действием пружины 34 направляющая опора 8 перемещается к забою 20 и, если скорость подачи в скважину става штанг 5 с жестко присоединенными к головной его штанге трубами 10 и 11 равна скорости гидровымыва скважины, разрушение угля ведется струями с практически постоянными параметрами. При рассогласовании скоростей подачи инструмента и образова 1578328 1030 нии скважины положение внутреннейтрубы относительно плунжера 36 опоры8 изменяется, что приводит к изменению количества сбрасываемой через5отверстия 29 в периАерийный канал 7напорной воды, подаваемой через вентиль 13 по центральному каналу 6.Так, например, при уменьшении эфФективности разрушения угля (увеличение крепости угля) в забое 20 скважины 19 скорость осевого перемещениянаправляющей опоры 8 замедляется,а став штанг 5 продолжают подаватьна забой с прежней скоростью. Приэтом плунжер 36 плавно перекрываетсбросное отверстие 29, количествосбрасываемой воды, фиксируемое спомощью датчика 22, уменьшается, энерговооруженность истекающих из насадок 24 струй увеличивается, а эААективность разрушения угля, следовательно, повышается в сравнении сисходными условиями буренияОдновременно с изменением величины расхода напорной воды через насадки 24(увеличением) программное устройство17 подает команду на блок 16 управления на снижение скорости подачистава штанг 5 в скважину 19,. Отбойка угля в забое 20 ведетсяв новом режиме - давление и расходводы через насадки 24 увеличены, скорость подачи става штанг 5 в скважину19 и расстояние от стволов 9 до забоя20 уменьшены, углы истечения струйотносительно оси бурения возросли,но благодаря профилю внутренней поверхности 35 забойной части направляющей опоры 8 и постоянному контакту с ней стволов 9 посредством роликов 26 и пружинных элементов 27 обеспечено истечение струй на контактопоры 8 с забоем 20,Если в дальнейшем эАФективность 45разрушения угля будет падать, томожет наступить момент, когда образование скважиныбудет вестись на расстоянии, близком к минимально контролируемому, с небольшой скоростью.подачи инструмента в скважину. В этомслучае подачу напорной воды в забой20 прекращают, корректируют скоростьвращения става штанг 5 (уменьшают),а вентиль 13 переводят в новое поло 55жение, увеличивая расход через насадки и давление воды в стволах 9.В начальный момент возникновениягазодинамического явления, например при выдавливании угля иэ забоя 20,направляющая опора 8 восстанавливается или даже отжимается от,массива в крайнее заднее положение, давление и расход воды резко возрастают, сброс воды с центрального канала 6 в периАерийный 7 прекращается, а часть напорной воды из канала 6 через одно иэ отверстий 29 (верхнее) и отверстие 38 в плунжере 36 поступает в полость диайрагмы 30, наполняет ее и мгновенно перекрывает отверстия 32 в радиальной перегородке опоры 8, герметиэируя забой 20 от скважины 19, Одновременно поступает команда с программного устройства 17 на останов става подачи штанг 5 и переключение вентилем 13 всей напорной водына сброс, После перераспределения горного давления, разгрузки и дегазации пласта в призабойной части угольного массива бурение скважины продолжают, не допустив развития гаэодинамического явления в начальный период его развития.Для продолжения бурения отводят став подачи штанг 5 от забоя 20 для обеспечения выпуска воды иэ диаАрагмы 30 в скважину через паз 27.При внезапном образовании полости впереди направляющей опоры 8 (обрушение или высыпание призабойной части массива) или раэком повышении скорости гидровымыва угля в забое 20 (наличие перемятого угля, трещиноватого и т,д.) опора 8 под действием пружины 34 подается вперед, происходит изменение (скачок) величины расхода и давления напорной воды на насадках 24 (падает до нуля) за счет сброса всего объема воды через отверстия 29 в канал 7.Одновременно опора 8 воздействует на эластичную торообразную диаАрагму 30 и перекрывает отверстия 33 в своей перегородке, герметизируя этим забой 20Длину контролируемого диапазона 1 отставания струеАормирующих частей буровой головки (стволов и насадок) выбирают в зависимости от диаметра скважины, который обусловлен конструктивными параметрами применяемого оборудования, в частности диаметром корпуса направляющей опоры и штанг става, а также величиной максимального расхода напорной воды на выходе насосной установки.20 Формула изобретения 1. Способ гидравлического бурения35 скважин на крутых выбросоопасных склонных к высыпанию пластах, сог-ласно которому выбирают режим бурения с учетом прочностных характерис тик угольного массива, задают скорость вращения и подачи инструмента в скважину, расход и давление напорной воды, которую подводят к средствам бурения, осуществляют бурение 45 скважины, в процессе которого контролируют удаление струеАормирующих насадок бурового инструмента от забоя, и примаксимальном удалении последнего прекращают подачу воды, контро 50 лируют ведение гидровымывание угля по наличию выхода пульпы из скважины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью предотвращения развития газодинамических явлений при проведении скважин и повышения эдйективности55 гидравлического бурения путем подбора оптимального режима гидровымывания угля задают пределы допустимого отДля скважин, буримых гидромониторными установками типа КБГ, их диаметр составляет 300-500 мм. Насосные установки 0 П 1 У, УНЦ), применяемые в шахтах с КБГ, имеют расход в пределах 10-18 м /ч и давление напорной воды до 20 ИЛа. Длина контролируемого дна" пазона находится в пределах 0,2 0,35 м. 10Предлагаемые способ и устройство характеризуются высоким уровнем безопасности работ по бурению скважин большего диаметра ввиду предотвращения. развития газодинамических явлений 15 путем автоматизации оперативного реагирования (герметизация забоя, прекращение воздействия струй на напряженный массив угля и движения бурового инструмента в скважине) в начале их проявления(повышенный выход угля из скважины, выдавливание угля из забоя и др.). Кроме того, автоматический подбор режима бурения в связи с изменением эффективности разрушения 25 угля, что характерно для зон с различным напряженным состоянием массива (основным признаком выбросоопасности), позволят снизить вероятность возникновения газодинамических явлений или внезапного обрушения (высыпания) угля. ставания струеАормирующих насадок от забоя скважины, в пиапазоне кото" рых каждому контрольному положению соответствуют взаимосвязанные значения переменных параметров режима бурения, осуществляют бурение, в процессе которого часть напорной воды отводят на сброс, не доводя .до струе- Формирующих насадок бурового инструмента, при этом оперативно контролируют скорость подачи бурового инструмента в скважину, расход напорной воды, расход воЛы, отводимой на сброс, и объем пульпы, выходящей.из скважины, сравнивают фактический объем пульпы, поступающей из скважины, с расчетным для каждого контролируемого положения струейормирующих насадок, а скорость подвигания забоя скважины - со скоростью подачи инструмента в скважину, па результатам сравнения корректируют расход напорной воды через буровой инструмент и угловую скорость знакопеременнаго интрумента, при этом контролируют безопасность процесса гидравымывания угля па допустимой разнице между Аактическим и расчетным значениями объема пульпы и ведут бурение в оптимальном режиме для каждого конкретного участка скважины.2Способ по п,1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, чта, с целью повышения безопасности работ, производят герметизацию забоя скважины, которую осуществляют мгновенно при падении давления напорной воды на насадкахдо нуля или при импульсном росте усилий подачи инструмента.3. Устройство для гидравлического бурения скважин на крутых выбросоопасных склонных к высыпанию пластах, включающее стволы с насадками, направляющую опору, соединительный патрубок и буровой инструмент в виде става труб, исполнительные механизмы подачи и вращения, бурового инструмента, механизм подачи воды в скважину, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью предотвращения развития газодинамических явлений при проведении скважин и повышения эААективности гидравлического бурения путем подбора оптимального режима .гидровымывания угля, оно снабжено системой автоматического поддержания режима бурения, которое включает программное устройства с блоком управления, датчик скорости подачиинструмента в скважину, датчик расхода напорной воды, датчик расхода воды,сбрасываемой из скважины, и датчикобъема пульпы, при этом выходы датчиков связаны с входом программногоустройства, выход которого связан свходом блока управления, выход которого сообщенс исполнительными меха 1низмами подачи и вращения буровогоинструмента и подачи. воды в скважину,при этом буровой. инструмент выполненв виде колонны концентричных труб,которые образуют двухканальный став,а направляющая опора выполнена в виде 15полого цилиндра с имеющими отверстиями радиальными перегородками, с однойиз которых жестко связан полый плунжер., размещенный с возможностью продольного перемещения в соединительном 20патрубке, который, в свою очередь,выполнен в виде концентрично расположенных труб, связанных с головной штангой двухканального става, при этомвнутренняя труба соединительного патрубка имеет ряд отверстий, размещенных вдоль продольной оси патрубка, и верхним концом шарнирно связана со стволами, имеющими ролики, которые установлены с возможностью взаимодействия с внутренней проФильной поверхностью опоры, которая имеет Форму конуса, причем другая радиальная перегородка направляющей опоры установлена на внешней поверхности на,ружной трубы соединительного патрубка и подпружинена относительно головной штанги двухканального става.4. Устройство по п,З, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности работ, оно снабжено .закрепленной на внешней поверхности соединительного патрубка торообразной диаФрагмой из эластичного материала, внутренняя полость которой имеет возможность периодического сообщения с каналом внутренней трубы соединительного патрубка с помощью радиальных отверстий, выполненных соответственно на наружной трубе соединительного патрубка и плунжере,1578328 ставитель Е.Столбцов едактор Л.Веселовская Техред Л.Олийнык Корректор М. П каз 1898 Тираж 397 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 1 13035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5 СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагари

Смотреть

Заявка

4485103, 08.08.1988

УКРАИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ

КУЗНЕЦОВ АЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ, ФИЩЕНКО ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: E21C 25/60, E21B 7/18

Метки: скважин, высыпанию, крутых, пластах, гидравлического, склонных, бурения, выбросоопасных

Опубликовано: 15.07.1990

Код ссылки

<a href="http://patents.su/8-1578328-sposob-gidravlicheskogo-bureniya-skvazhin-na-krutykh-vybrosoopasnykh-sklonnykh-k-vysypaniyu-plastakh-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ гидравлического бурения скважин на крутых выбросоопасных, склонных к высыпанию пластах и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты