Способ контроля процесса бурения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки Ио -е 21 17/18 Государственный комитет СССР но дедам изобретений н открытий(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ Изобретение относится к горнойпромышленности, а именно к бурениюскважин в угольных пластах, опасныхпо газу и пыли, с продувкой сжатымвоздухом.Нарушение технологического режима бурения, имеющего место в определенных горно-геологических услОвиях,а именно, при перебуривании,твердыхвключений, встречающихся в угольныхпластах при уходе бурового ииструмента в твердые породы почвы иликровли, а также при заштыбовках егоиэ-за газодинамических проявлений,способствует быстрому разогреву буро.вого инструмента до высоких температур в метано-воздушной атмосферескважин и приводят к возникновениюпожаров в скважинах,Развитие пожара и вынос его очага за пределых скважины в горную выработку угрожает безопасности всегоугольного предприятия, так как наличие открытого пламени в горных выработках угольных шахт, опасных по газу,25пыли и внезапным выбросам, может привести не только к пожарам, но и квзрывам газа и угольной пыли.Известны в горной промышленностигазоаналитический и пирометрический 30 способы обнаружения пожаров в скважинах.Сущность газоаналитического способа заключается в систематическом отборе и количественном анализе проб воздуха с помощью автоматических газоанализаторов 13 .Сущность пирометрического, способа заключается в измерений температуры непосредственно в скважине Г 23 .Однако эти способы реализуются .с применением сложной и ненадежной в шахтных условиях измерительной аппаратуры, которая не позволяет определять момент возникновения пожаров в скважинах при промышленном бурении в угольных пластах. Известен также способ контроля процесса бурения в угольных пластах с продувкой скважин сжатым воздухом, включающий измерение величины расхода газовоэдушной смеси, подаваемой в скважину 33.Однако известный способ не предусматривает обнаружение пожаров в скважинах и поэтому не обеспечивает безопасности ведения буровых работ.Цель изобретения - повышение безопасности при ведении буровых работ.875110 Поставленная цель достигает тем, что измеряют величину расхода газо- воздушной смеси, выходящей из скважины, измеренные величинь,расхода газо-, вдздушной смеси, входящей в скважину и выходящей иэ нее, непрерывно сравнивают и по уменьшений величины разности между ними устанавливают момент возникновения пожара в скважине.Сущность способа заключается в следующем.При нормальном протекании процес са бурения в опасном по газу угольйом пласте с продувкой скважины Сжатым воздухом количество газовой смеси, исходящей из скважины в единицу времени (дебит), будет больше, чем ко личество сжатого воздуха, подаваемого в скважину в единицу времени. Увеличение дебита газовой смеси на выходе из скважины по сравиению с дебитом подаваемого в скважину возду ха происходит в связи с тем, что содержащийся в угольном пласте метан при бурении выделяется в полость скважины. Дебит вцделяющегоСя метана зависит от газоносности пласта. щ замешиваясь с подаваемым н скважину воздухом, метан образует в скважине способную к воспламенению воздушную смесь.Общеизвестно, что процесс скис- у ления выделяющегося из угольного пласта метана кислородом воэдуха может быть представлен в виде уравнения химической реакции.СН 4.+ 2 О= СО 1+ 2 Нгде СН 4 - химический символ метана, О - химический символ кислорода СО 1 - химический символ углекислого газа; НО - химический символ воды.Стоящие перед химическими символами числовые коэффициенты характе ризуют соотношение объемов газообразных компонентов, участвующих в реакции окисления метана, и объемов газообразных продуктов окисления значения числовых коэфФициентов 4 приведены для реакции окисления,протекающей при постоянной температуре и неизменном давлении газовой среды) .Из приведенного уравнения видно, что для окисления одной единицы объе ма метана необходимы две единицы объема газообразного кислорода, содержащегося в подаваемом в скважину воздухе. В результате окисления метана образуется одна единица объема углекислого газа и две единицы объема воды в газообразном в виде паров) состоянии. В начальный момент возникновения пожара в скважине парц воды, образовавшейся в результате окисления метана, интенсивно конденсируют" 60 ся за счет охлаждения имеющими более низкую температуру стенками скважинц и находящимися вблизн очага возникновения пожара частями бурового инструмента. При конденсации паров обра зующейся в результате окисления метана воды на три единицы объема вступивших в реакцию окисления газов (метана и кислорода) в скважине будет получена одна единица объема углекислого газа, некоторая доля (часть от двух объемов) несконденсировавшихся паров воды и часть образовавшейся воды в жидком сконденсированном состоянии. Поскольку плотность водц,в жидком состоянии значительно (в сотни раз) выше плотности паров воды, то в начальный момент возникновения в скважине пожара существенно уменьшается дебит исходящей из скважины газовоздушной смеси.Необходимо отметить, что по мере углубления скважины дебит исходящей иэ нее газовой смеси при постоянном дебите подаваемого в скважину воздуха увеличивается вследствие увеличения поверхности стенок скважины, через которую метан выделяется,иэ горного массива в полость скважины. Поэтому уменьшение дебита исходящей нз скважинц гаЗовой смеси по сравнению с нормальным дебитом является достаточно убедительным сигналом о начальной стадии возникновения пожара в скважине. В этом случае уменьшениедебита исходящей иэ скважины газовойсмеси (кроме уменьшения в момент воз никновения пожара) возможно только при выходе скважины в какую-либо полость в горном массиве например, в ранее пройденную Горную выработку) . Однако выполнение мер по подавлению пожара в скважине в случае уменьшения дебита при выходе в ранее пройденную выработку уменьшения дебита при выходе в ранее пройденную выработку представляется оправданным по сравнению с риском распространения возникшего пожара на всю шахту, Крометого, неожиданный выход скважины в ранее пройденную выработку при четком ведении планов горных работ является маловероятным.На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации.Устройство содержит подводящий гибкий шланг 1, манометр 2, расходомер 3, воздушный кран 4 буровой станок 5, герметизатор 6, шламоотводящий трубопровод,7, шламовый расхо- домер 8, манометр 9, воздушный кран10, шламоуловитель 11, воздушный кран12, метанометр 13 и газовый расходометр 14.Способ осуществляется следующим образом.Сжатый воздух в скважину подается по гибкому шлангу 1, на котором установлен газовый расходометр 3 и манометр 2. Исходящая из скважины шлако .азовая смесь удаляется по трубопроводу 7, на котором установленыгаэошламовцй расходометр 8, манометр9, метанометр 13, контролирующий про875110 Формула изобретения Составитель Р,Гладун дактор В.Лазаренко Техред Л.Пекарь Корректор Ю.Макареа 4 ЕЮтйвщж 46 бтвениогретенийЖ 35 каз 9290/61 ВНИИПИ по де 113035Тира Государс лам изо Москва писное комитета СССи открытийаушская наб.,илиал ППП ефПатент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 центное содержание метана в смеси, и газовый расходометр 14. Расходометры 3 и 14 сблокированы и оснащены световой и звуковой сигнализацией. При падении расхода на входе в скважину или на исходящей срабатывает сигнализация и уменьшение подачисжатого воздуха в скважину недопустимо, так .как создается аварийная ситуация. Расходомер 8 сблокирован с расходометром 14 и дает информацию о повышенном выходе штыба из скважины. По вышение концентрации метана в исходящем потоке контролируется метаномером 13. При повышении содержания метана снижается скорость бурения и интенсифицируется продувка. 15Таким образом, предлагаемый способ позволяет установить возникновение пожара в скважине в начальный момент развития пожара путем использования освоенной промышленностью2 О контрольно-измерительной аппаратуры расходомеров и не требует установки каких-либо контрольно-измерительных устройств термопар и т,п. на находящемся в скважине буровом инструменте.25 Способ контроля процесса бурения в угольных пластах с продувкой скважин сжатым воздухом,включающий измерение величины расхода гаэбвоэдушной смеси, подаваемой в скважину, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения безопасности при ведении буровых работ, измеряют величину расхода газовоздушной смеси, выходящейиз скважины, измеренные величины расхода гаэовоздушной смеси, подаваемой в скважину и выходящей из нее,непрерывно сравнивают и по уменьшению величины разности между ними ус-танавливают момент возникновения пожара. в скважине.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ПНР 9, 63072,кл. 6 08 В 17/12, опублик. 1971.2. Авторское свидетельство СССРМ 332205, кл. Е 21 В 47/06, 1969.3. Магурдумов А.М. Разведочноебурение с продувкой забоя воздухом.Я., "Недра", 1970, с.б 2.