Способ бурения скважин в. л. финько

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11)1 002513 61) Дополнительное к авт, свид-ву(513 М. Кп.з Е 21 В 21/14(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 070383, Бюллетень Йо 9Дата опубликования описания ОЮ 383.Л, финько обретени льный институт 1) Заявитель учно-исследовательский 154) спосов вуРения скважин в.л. финько иыховой О Изобретение относится к горному делу, а именно к бурению пологих наклонных скважин в выбросоопасн угольных пластах с удалением бур мелочи сжатым воздухом.Известен в неФтяной, газовой и горной промышленности способ бурения скважин, основанный на разрушении горной породы, очистке скважин газообразным промывочным агентом с по-. стоянным весовым расходом,величина которого определяется диаметром скважины 1.11,Недостатком известного способа бурения является то, что не обеспечивается удаление повышенных количеств шлама, потому что не предусматривается в процессе бурения периодическая подача повышенного весового расхода сжатого воздуха в скважину.Процесс бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах сопровождается газодинамическими явлениями, которые характеризуются повышенными высыпаниями и выбросами угля и газа в полость скважины. Повышенные высыпания и выбросы отличаются динамикой выделений штыба шлама, который и опре деляет появление заштыбовок и прихватов бурового инструмента. При высыпаниях головная часть бурового ор- гана оказывается засыпанной рыхлым штыбом. Удаление его происходит медленно, как на участке, где произошло высыпание, увеличивается проходное сечение скважин, и подаваемого в скважину расчетного весового количества сжатого воздуха недостаточно для нормальной очистки.При внезапных выбросах штыб выделяется в больших количествах и гораздо быстрее, чем при высыпаниях, потому что в его выделении участвует метан, заключенный под давлением в угольном пласте. И чем выше перепад давлений в системе скважина-пласт, тем мощнее " выброс и тем сильнее прихват бурового инструмента. Дополнительные высы пания штыба можно рассматривать как выброс небольшой интенсивности.Общим признаком нарушЕний режима очистки при заштыбовках и прихватах бурового инструмента является увеличение содержания твердой Фазы в исходящем из скважины газовом потоке.Особенностью бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных пластах является также то, что до 1002513полнительно выделяемый штыб скапливается не на забое скважины и не находится во взвешенном состоянии изза отсутствия вертикального столба газообразного промывочного агента, а остается в месте его выделения. Незначительные местные скопления штыба не оказывают существенного отрицательного влияния на процесс бурения, так как они постепенно удаляются. Только весьма значительные или частые выделения штыба в короткий промежуток времени, а также выбросы создают в скважинах аварийные ситуации - появляются заштыбовки и прихваты бурового органа.15Наиболее близким к изобретению является способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подава емым на забой с переменным весовым расходом с одновременным его аккумулированием в буровых трубах 2 1.Недостатком указанного способа бурения является то, что,не обеспе чивается достаточная надежность бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, так как подача в скважину повышенного весового расхода сжатого воздуха 30 производится независимо от дополнительных высыпаний и выбросов угля, что не исключает появление зашламования скважины и прихватов бурового инструмента. 35Цель изобретения - повышение эффективности бурения эа счет улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластахУказанная цель достигается тем, 40 что согласно способу бурения скважин, включающему разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на забой с переменным 45 весовым расходом, при увел чении содержания шлама с исходящем из скважины газообразном промывочном агенте производят герметизацию затрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого на забой газообразного промывочного агента до достижения давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимального давления метана, заключенного в угольном плас те, после чего производят разгерметизацию эатрубного пространства скважины через регулируемую задвижку, гидравлическое сопротивление которой уменьшают по мере уменьшения 60 значения амглитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового, станка.На фиг. 1 изображена схематически буровая установка для бурения с 65 очисткой забоя от шлама газообразным промывочным агентом по прямой и обратной схемам циркуляции; на фиг,2- диаграмма энергетических затрат при нормальном процессе бурения и при наличии зашламления ( эаштыбовки) и прихватов- бурового инструмента.При отсутствии газодинамических явлений пласта и использовании прямой продувки сжатый воздух от компрессорной установки 1 по магистральному трубопроводу, на котором установлен расходомер 2, при открытой задвижке 3 через сальниковую головку 4 подается в буровой став 5, иэ которого через буровую коронку 6 выводится в, затрубное пространство, Из эатрубного пространства .гаэоугольная смесь поступает в герметизатор 7, закрепленный на свободной трубе 8,. Из герметизатора 7 газо-угольная смесь поступает в пылегасящее устройство 9, в которое от насоса 10 при открытой задвижке 11 подается вода, Водогазоугольная . смесь иэ пылегасителя 9 при открытой задвижке 12 подается в разделительное устройство 13, иэ которого шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь помагистрали, на которой установлены расходомер 16 и метаномер 17, выводится на сброс.В случае использования схемы с обратной продувкой сжатый воздух от компрессорной установки 1 по трубопроводу, на котором установлены расходомер 2, при открытой задвижке 18 и закрытой 3 поступает в затрубное пространство скважин, и далее гаэоугольная смесь через коронку 6 по буровому ставу 5, через сальниковую головку 4 поступает в трубопровод, по которому при открытой задвижке 12 поступает в разделительной устройство 13, куда от насоса 10 через задвижку 11 поступает вода. Далее шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь через расходомер 16 и метаномер 17 сбрасывается в атмосфеРу.Появление заштыбовок ( зашламления) и выбросоопасных зон контролируется аппаратурой 18 и 19. После появления заштыбовок бурового инструмента или выбросоопасной зоны для варианта прямой продувки повышенный весовой расход сжатого воздуха поступает от компрессорной установки 1 через расходомер 2, задвижку 3, которая снабжена обратным клапаном, при закрытых задвижках 20 и 21, через сальниковую головку 4, по трубопроводу 5, через буровую коронку 6 в затрубное пространство. Поддержание повышенногодавления промывочного агента в1002513 утствиивок иов буроструПри прихватах бурового инст- румента При заштыбовках бурового инструмента Техноло парам ения буроеита,астота вого инстб/мин 100-12 0-1 00-1 00-50 300-500 1500 илие подачи, ктс На забой На забой от забояНа забойот забоя Направл одачи Расход сжатого воздуха, подаваемого в скважи ну, м /мин рямое Прямо Прямо аправление дувк скважине на нужном уровне осуществляется с помощью регулируемой автоматизированной задвижки 22. Удалениегаэоугольной смеси из скважины производится через герметиэатор 7, задвижку 22, гаситель давления 23,задвижку 24, пылегаситель 9, магистраль с задвижкой 12, разделительноеустройство 13. Далее шлам удаляетсячерез задвижку 12, вода поступаетв водосборник .15, а газовая смесь,по трубопроводу с расходомером 16и метаномером 17 сбрасывается в атмосферу.,При технологических остановках 15 процесса бурения, например наращивания бурового става, поддержание в скважине повышенного давления осуществляется с помощью обратного клапана 25, установленного в головной ро части бурового става.. Диаграмма энергетических затрат (фиг. 2) поясняет отличие нормального процесса бурения по углю и более крепким породам от бурения с наличием заштыбовок и прихватов бурового инструмента. Из диаграммы видно, что ухудшение режима очистки характеризуется,нарастанием амплитуды и частоты колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка. Максимальные значения соответствуют прихвату бурового инструмента. Различие между заштыбоьками и прихватами бурового инструмента возможно устанавливать по величине амплитуды переменной составляю:;ей нагрузки привода бурового станка.Для реализаций способа бурения используют, например, буровые станки типа СБГм, СБА, ЗИФс комплектом бурового оборудования, герметизатор устья скважин типа УДС, манометры типа МКО г МКЛ, расходомеры типа ДП. Контролировать появление дополнительных высыпаний и выбросов угля в скважину возможно с помощью киловаттметра - самописца.При реализации данного способа бурения монтаж оборудования, забуривание и проведение скважин при отсутствии газодинамических проявлений пласта производят с использованием известных технологических приемов и режимов разрушения и очистки. Появление эаштыбовок и прихватов бурового инструмента определяется по величине амплитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка (фиг. 1), причем заштыбовки обуславливают величину отклонений не более 150, а прихваты 100.В таблице приведены режимы бурения и продувки при использовании юанного способа бурениядля.скважин ф 80 мм, проводимых в угольных выбросоопасных пластах с минимальным давлением метана 7-8 атм.1002513 Продолжение .таблицы 7-8 7-8 3-4 7-8 С периодическим сбрасыванием до 4-5 7-8 С периоди. - ческим сбрасыванием до 0,1-0,3 0,1-0,3 формула изобретения 40 Давление сжатого воздуха, подаваемого вскважину, атм Давление газовой смесив скважине, атм Продолжительность операций герметизации затрубного пространства скважины с одновременной подачей на забой 20 повышенного весового расхода сжатого воздуха до тех пор, пока давление газовой смеси превысит величину минимального давления метана, заключенного в угрльном пласте, с последующей 25 разгерметизацией эатрубного пространства неодинакова для различных "условий и зависит от величины выбросоопасной эоны и степени выбросоопасности, 30Использование данного способа при бурении пологих и наклонных скважин в сравнении с существующими . способами позволяет повысить эффективность и надежность проведения скважин в выбросоопасных угольных пластах, которые в основном необходимы для проведения противовыбросных мероприятий. Способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на 45 забой с переменным весовым расходом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективностибурения путем улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, при увеличении содержания шлама в исходящемиэ скважины газообразном промывочном агенте производят герметизациюзатрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого на забой газообраэног 9 промывочного агента до достижения давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимальногодавЛения метана, заключенного в угольном пласте, после чего производятразгерметизацию затрубного пространства скважины через регулируемуюзадвижку, гидравлическое сопротивление которой уменьшают по мере уменьшения значения амплитуды колебанийпеременной составляющей нагрузки привода бурового станкаИсточники информаци 6,принятые во внимание при экспертизе1, 6 Поктионов А.Т. Основы теориии техники бурения скважин с очисткойзабоя воздухом или газом, М., Гостоптехиздат 1961, с. 16-40,2, Авторское свидетельство СССРР 622963, кл, К 21 В 21/00, 1976