Способ образования ниши и устройство для его осуществления

(5)М. Кл. Е 21 В 7/00 с присоелинение 1 и заявки И Ьеударетеенный комнтет СССР во делам нзабретеннй и открытнй(23) Приоритет Дата опубликования описания 07,10.82 В, И. Васильков, А, Д. Ананьев, Р, Е. Василько и В. Д. Павлов(72) Авторы изобретения Всесоюзныи о сследовательс ена Трудового Красного Знамений горно-металлургический инсцветных металлов(71) Заявител ПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ НИШИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(5 Изобретение относится к горному делу и предназначено для образования в массиве горных порол нищи преимущественно для выпопнения спуско-подъемных операций и наращивания длинномерных труб при бурении глубоких скважин в подземных условиях.Известен буровзрывнойспособ образования в массиве горных пород камеры- нищи для выполнения операций с длинно- мерными трубами бурового снаряда,Указанный способ включает бурение вспомогательных скважин в направлении, обратном направлению основной скважины, и их разделку, включающую заряжение и взрывание с уборкой взорванной горной массы и образованием камеры-нищи на глубине, обеспечивающей выполнение спуско-подъемных операций и наращивание длинномерными трубами бурового снаряда при бурении основной скважины 1,Недостатками известного способа являются большой объем извлекаемой гор ф 87 (5 ЗУДК 622 2,ЗЗ 059(088 8)ной массы, значительная сложность взрывных работ при образовании ниши в выработках с проложенными энергетическимии транспортными коммуникациями (трубопроводы, кабели, рельсовый путь и т, п.),5а также необходимость в сооружении специальных устройств для центрапии заднегоконца длинномерных труб при их заворачивании и отворачивании во время спускоподъемных операций и наращивания снаря 1 Ода.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способобразования ниши для выполнения спуско 15подъемных операций и наращивания длинномерных труб при бурении скважин в подземных условиях.Указанный способ предусматриваетбурение ряда параллельных скважин, прикотором каждая скважина пересекает соседнюю и образуется щель в виде соединенных между собой цилиндрических полостей 2, 964096Недостатками указанного способа являются сложность применяемого оборудования, необходимость бурения скважинбольшого диаметра для получения щели,достаточной для операций с трубами, неудобство в операциях с трубами в щели снеровными стенками и необходимость вдополнительной центрации заднего концадлинномерных труб при операциях с ними. 10Известны устройства для образования,щели при отклонении ствола скважины от",заданного направления, включающие породоразрушаюший инструмент, соединяемыйс врашательно-подающим механизмом бу. зрового станка снарядом с шарнирнымизвеньями, и отклоняющее устройство в виде клина.Отклонение скважин указанными устройствами включает бурение скважин, установку и. закрепление в заданном направлении отклоняющего клина, вращение сосевой нагрузкой породоразрущакццегоинструмента и подачей промывочной жи- кости в скважину 31 .гзНедостатками этих устройств являютсясложность операции установки клина, малая величина отклонения скважины за однуоперацию, а также большие затраты времени на процесс отклонения скважины,Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является устройстводля образования ниши, включающее врашательно-подающий механизм, промывочныйсальник, породоразрушаюший инструмент,армированный износостойкими элементами,механизм отклонения оси инструмента отоси вращения ( 4 1 .Недостатками данного устройства являются малый угол отклонения скважины,большие затраты времени на процесс его40ориентации и отклонение скважины, слож.ность применяемого оборудования, большойобъем удаляемой породы при сооружениищели, а также отсутствие возможностицентрации заднего конца труб при выполнении щели в горизонтальной плоскости инаправлении ее вниз.Пель изобретения - снижение объемаизвлекаемой горной породы и обеспечениецентрации длинномерных труб в нише в фпроцессе их наращивания и спуско-подъемных операций при бурении основной скважины.Поставленная цель достигается тем,что разделку вспомогательной скважины ффвыполняют цилиндрическим породоразрушаюшим. инструментом, армированным изно, остойкнии элементами, путем ввода его в раэделываемую скважину, создания навыступающую из скважины часть инструмента боковой нагрузки, вращения инструмента с одновременным осевым возвратнопоступательным перемещением на величину шага износостойких элементов и прорезанием щели в виде двух трапеций, сопряженных малыми основаниями.Устройство для реализации способа,включающее врашательно-подающий механизм, промывочный сальник, породоразрушаюший инструмент, армированный износостойкими элементами, механизм отклонения оси инструмента от оси вращателя,снабжено отклоняющим грузом, соединенным посредством тяги с корпусом сальника, а промывочный сальник закреплен навыходящем иэ скважины конце породоразрушаюдего инструмента, при этом длинаинструмента равна длине отклоняемой скважины.Кроме того, породораэрушаюший инструмент армирован иэносостойкими элементами с насыщением, убывающим по егодлине от концов к середине,На фиг. 1 изображена ниша, боковойвид; на фиг, 2 - вид А на фиг, 1 (вид извыработки, где установлен буровой станок);на фиг, 3 - устройство для образованияниши; на фиг. 4 - прием извлечения длинномерной трубы или наращивание снаряда,В горной выработке 1 осуществляетсябурение основной и вспомогательной 2скважины. Шелеобразкая ниша состоит изустьевой 3 и забойной 4 части.Устройство для образования ниши (фиг. 3)размещено в скважине и состоит иэ цилиндрического породораэрушаюшего инструмента 5, армированного по наружной поверхности иэносостойкими элементами 6(резцами, алмаэсодержащими вставкамии т. и;). Внутри инструмента выполненцентральный 7 и радиальные 8 каналы дляпромывочной жидкости, На выходящем вгорную выработку конце породоразрушаюшего инструмента крепятся промывочныйсальник с невращаюшимся корпусом 9 иротором 10. К ротору сальника крепитсяшарнирный (гибкий) буровой вал 11, который соединяется с вращательно-подающим механизмом 12 бурового станка, Ккорпусу сальника крепится трос 13 с грузом 14. Направление тросу задается спомощью направляющего ролика 15, закрепленного хомутом 16 на распорнойколонке 17. Способ осу 1 цествляется следующим образом.9640 96 5В горной выработке 1 устанавливают буровой станок. Вращатель 12 бурового станка ориентирует по оси бурения основной скважины и осуществляют в обратном направлении бурение вспомогательной сква-% жины 2. После бурения расширяют одновременно устьевую и забойную части вспомогательной скважины в противоположных боковых направлениях с образованием плоскои щели, имеющей продольное сечение в виде двух трапеций 3 и 4, соединенных малыми основаниями в середине скважгп:ы. Для этого породоразрушающий инструмент вводят в разделываемую вспомогательную скважину, создают на выступающий из 1 скважины конец инструмента боковую на-. грузку, осуществляют вращение инструмента с одновременным его осевым перемещением вперед-назад на величину шага расположенных на его боковой поверхнос 20 ти износостойких элементов.Диаметр вспомогательной скважины выбирают исходя иэ условия свободного вращения и осевого перемещения в ней труб бурового снаряда. Глубина вспомога 2 тельной скважины должна обеспечивать размещение от ее забоя до шпинделя бурового станка длинномерной трубы, Направление расширения ( отклонения) устьевой части скважины выбирают исходя из условий удобства осуществления операций сЗО длинномерными трубами и минимума объема извлекаемой горной породы. Оптимальными направлениями дпя отклонения. устья скважины могут буть вниз (при складировании труб ниже шпинделя бурово ЗЗ го станка) или в сторону установленного в горной выработке стеллажа для труб.. В случае наличия у бурового станка в указанных направлениях деталей, значительно отстоящих от оси буренИя, исходя фф из условия минимального объема извлекаемой горной породы рациональными могут оказаться также и другие направления для отклонения скважины и образования щели. И Необходимая величина отклонения скважины зависит от габаритов бурового станка, его удаления от начала ниши и длины применяемых труб. Так, например, при установке бурового станка на расстоянииЯ 1 м от борта горной выработки, при ми нимальном удалении деталей станка от оси бурения в 200 м и длине бурильных труб в 3,0 м необходимый угол отклонения скважины при образовании щелеобразной33ониши составляет 8, В случае применения труб длиной более ширины выработки необходимый угол отклонения скважины щели зависит также от соотношения длины применяемых труб и шчрины горной выработки.Устройство, осуществляющее способ; ; работает следующим образом,Для образования ниши в пробуренную скважину 2 вставляется породоразрушающий инструмент 5, длина которого равна длине отклоняемой скважины, а диаметр его - несколько больше диаметра труб,которыми осуществляется наращиваниеснаряда и спуско-подъемные операции.При малом расстоянии между буровым станком и бортом горной выработки породоразрушающий инструмент собирается из звеньев, длина которых должна быть меньше или равной максимальному расстоянию от вращателя бурового станка 12 до борта горной выработки 1. К выходящему из скважины концу породоразрушаюшего инсг- . румента 5 крепятся ротор 10 промывочного сальника, шарнирный (гибкий) буровой вал 11 и врашательно-подающий механизм бурового станка 12. Определяется ,рациональное направление отклонения скважины. В горной выработке 1 вблизи устья отклоняемой скважины 2 устанавливается распорная колонка 17, на которой закрепляется один или два направляющих ролика 15, К корпусу 9 сальника крепится конец троса 13, который перебрасывается через направляющий ролик 15. К другому концу троса подвещивается груз 14 и осуществляется подача промывочной жидкости и вращение снаряда.Промывочная жидкость в скважину выходит через передний конец 7 трубчатого породораэрушающего инструмента и боковые (радиальные) отверстия 8 в нем и ,служит для охлаждения породораэрушающих элементов 6 и выноса шлама из сква жины при ее отклонении. При отклонении (расширении) горизонтальной скважины вниз отклоняющий груз 14 может быть подвешен непосредственно к корпусу 9 :альника беэ применения распорной колонки 17 и направляющего ролика 15,Подвешенный к тросу груз создает на породоразрушающий инструмент отклоняющую нагрузку, в результате чего происходит отклонение скважины с прорезанием щели. Наибольшее отклонение от исходного положения имеют концы породоразрушающего инструмента, вследствие чего образуется две трапециевидные щели 3 и 4,соединенные малыми основаниями в средней части отклоняемой скважины.В связи с тем, что объем разрушаемой породы максимален на концах породо- .9640разрушающего инструмента и уменьшаетсяк его середине, равномерный износ всехпородоразрущаюших элементов может бытьдостигнут при уменьщении интенсивностинасыщения ими инструмента от концов к 5середине. При перекрытии породсуазрущаюшими элементами всей поверхности инструмецта образование щели возможно за счетвращения снаряда без его осевого перемеше.ция. При установке породоразрушающих 1 Оэлементов на длине инструмента с определенным интервалом (щагом) необходимоосуществлять одновременно с вращениеми осевое перемещение (вперед-назад) инструмента на величину этого интервала. 15Направленце щели задается выборомместа крепления направляющего роликапо высоте распорной колонки, углом установки колонки в выработке и изменении расстояния колонки от скважины, 20Таким образом, щелеобразная нишазаданной конфигурации с ориентацией еев любом удобном для работы направлении образуется буровым станком без смещения его врашателя с оси и угла буреция основной скважины,Нища предлагаемой формы выполняетсяс минимальным объемом извлекаемой породы, Так, например, ниша в виде треугольника, которую теоретически возмож- З 0цо выполнить за счет многократных постановок отклоняющих клиньев при одинаковом заданном угле поворота длиннойтрубы, имеет объем, в несколько раз превыщающий объем предлагаемой ниши.Образование щелеобразной нищис задней стороны бурового станка (фиг, 4) вовспомогательной скважине позволяет осуществлять наращивание снаряда, а такжеспуско-подъемные и т. п, операции длинномерными трубами без смещения враша 40теля с оси бурения с задней стороны шпинделя бурового станка, Для наращиванияснаряда длиццомерная труба 18 вводитсяв щель вспомогательной скважины подуглом к оси бурения, поворачивается соосно с основной осью бурения и подаетсявперед для соединения с колонкой. Операция извлечения длинномерных труб производится в обратной последовательности,При этом щелеобразная ниша, выполненцая в виде двух трапеций, независимо отнаправления щели обеспечивает соосностьнаращиваемой штанги с основной колонной,что облегчает их соединение при наращивании снаряда и спуско-подъемных операццях, Такая функция ниши позволяет исключить из комплекса бурового оборудованияустройства (цли дополнительного рабочего). 6 Япредназначенные для центрации заднегоконца длинномерных щтанг при их соединении и разъединении с основной колонной.В связи с тем, что применение предлагаемого устройства не требует значительных затрат времени на подготовительно заключительные операции и позволяетвыполнить нишу за одну операцию, то затраты времени на ее образование незначительны.Предлагаемое устройство используетсяв сочетании с основным буровым станкоми не требует разработки каких-либо сложных узлов и деталей, что существенноупрощает применяемое оборудование и повышает надежность его эксплуатации,Лрмировка породоразрущаюшего инструмента износостойкими элементами с интенсивностью насыщения, убывающей отконцов к середине инструмента, позволяетснизить общее количество элементов, обеспечить равномерный износ всех элементов,производить одновременно заточку элементов или их бракову, Снижение расхода износостойких элементов достигается такжеустановкой их на поверхности инструмента с определенным интервалом (шагом) иосевым смешением инструмента впередназад во время отклонения скважинына величину этого интервала,Отсутствие необходимости в смешениивращателя с оси бурения существенно упрощает конструкцию бурового станка, априменение длинномерных труб для наращивания снаряда и бурения, скважины снижает стоимость изготовления буровогоснаряда и вероятность возникновения аварий со снарядом, так как стоимость егоизготовления и количество аварий находятся в прямой зависимости от числа резьбовых соединений, Кроме того, с применением длинномерных щтанг снижаютсязатраты времени на процесс наращиванияснаряда и спуско-подъемные операции.Применение длинномерных колонковых трубпри бурении разведочных скважин в стесненных шахтных условиях позволит снизить искривление скважин, увеличить стойкость бурового снаряда, а также проходкуза каждый рейс бурения,Образование щелеобразной ниши пред 1лагаемым устройством снижает объемподготовительных горных работ для установки разведочных буровых станков, таккак стоимость выполнения нищ в горныхвыработках буровзрывным способом весьма высокая, кроме того, сооружение нищдля работы с длинномерными трубамибуровзрывцым способом в ряде случаевпрактически невозможно. Подача промывочной жидкости непосредственно в породоразрушающий инструмент, минуя буровой вал, позволяет существенно упростить .конструкцию шарнирных узлов бурового вала и увеличить допускаемый этим валом угол отклонения инструмента от первоначального направления.10Формула изобретения1. Способ образования ниши для выполнения спуско-подъемных операций и наращивания длинномерных труб при бурении глубоких скважин в подземных условиях, включающий бурение в обратном направлении вспомогательной скважины и ее разделку с удалением горной породы, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью снижения объема извлекаемой горной породы и обеспечения центрации длин- номерных труб в нише в процессе их наращивания и спуско-подъемных операций при бурении основной скважины, разделку вспомогательной скважины выполняют ци,линдрическим породоразрушаюшим инструментом, армированным износостойкими элементами, путем ввода его в разделываемую скважину, создания на выступающую из скважины часть инструмента боЭО ковой нагрузки, вращения инструмента с одновременным осевым возвратно-поступательным перемещением его на величину шага износостойких элементов и прорезанием щели в виде двух трапеций,35 сопряженных малыми основаниями. 2, Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее вращательноподаюший механизм, промывочный сальник,породоразрушающий инструмент, армированный износостойкими элементами, и механизм отклонения оси инструмента от осивращения, о т л и ч а ю ш е е с я тем,что, с целью ускорения образования нишии упрощения конструкции, оно снабженоотклоняющим грузом, соединенным посредством тяги с корпусом сальника, а промывочный сальник закреплен на выходящемиз скважины конце породоразрушающегоинструмента, при этом длина инструмента;авиа длине отклоняемой скважины,И. Устройство по и. 2, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью снижениярасхода износостойких элементов, породоразрушающий инструмент армирован с насьпцением, убывающим по его длине от концов к середине,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЮ1. Руководство по алмазному колонковому бурению. Л"Недра", 1970,с. 126-12.2. Патент Франции231605,кл. Е 21 С 1/00, 1977 (прототип).3. Лиманов Е, Л. и др. Направленноебурение разведочных скважин. М"Недра",1978, с. 118.4, Авторское свидетельство СССР386117, кл. Е 21 В 7/08, 1967