Технический комплекс для проходки скважин и выработок в горных породах

Предложение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для использования в технологии проходки скважин и выработок различного назначения.

Техкомплекс включает рабочую площадку 1 с оборудованием устья скважины в виде превентора 2, комплектующими агрегатами 3 на подвижной платформе: насосная установка, энергетическое оснащение, емкость с запасом топливных компонентов, вспомогательное оборудование. Бурильный агрегат 4 выполнен в виде, соединенных через стыковочные узлы, модулей, включающих породоразрушающий орган 5, переходную емкость 6 между ним и энергообеспечивающим аппаратом 7, имеющим термогазогенератор 8, емкости 9 и 10 с топливными компонентами, нагнетательную камеру 11, запорно-регулирующую арматуру 12, приборы обеспечения работы агрегата, программированное устройство 13 управления. Техкомплекс содержит также спуско-подъемное оборудование 14 для работ по закреплению стенок скважин (выработок) колонной обсадных труб, герметизации затрубного пространства, выполнению каротажных работ и организации процесса добычи полезного ископаемого.

Ил. - 5; форм. - 3 п.

В настоящее время известны принципиальные направления развития устройств и комплексов для проходки скважин и выработок, из которых наиболее представительными являются устройства, содержащие корпус в виде удлиненного цилиндра, в полости которого размещен генератор рабочего агента, программированное устройство управления работой узлов, рабочий орган, соединенный с рабочим пространством генератора и оснащенный породоразрушающими сопловыми насадками, ориентированными к забою, стенкам и устью скважины [RU 45766, 2004; RU 47041, 2005; RU 2222681, 2004; RU 2240420, 2004, МПК Е21В 7/14, 7/18; Е21С 37/16]. Последнее из указанных устройств (RU 2240420) является более прогрессивным по отношению к аналогам, а также является наиболее близким по конструкции и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для проходки скважин и выработок.

Очевидными и существенными недостатками аналогов и прототипа являются высокие удельные затраты рабочего времени и расходы рабочего агента на процесс разрушения пород на забое, на формирование восходящего потока бурового шлама и на выполнение спуско-подъемных операций устройства от устья к забою и обратно. Эти технологические недостатки вызваны несовершенной, исходя из современных требований горной промышленности, конструкцией устройства.

Технической задачей и положительным результатом данного технического предложения является повышение энерговооруженности и увеличение моторесурса установки для повышения эффективности использования рабочего агента на забое, удлинение циклов работы и сокращение вынужденных спуско-подъемных операций бурильного агрегата от забоя к устью скважины. Это приводит к увеличению производительности установки и повышению устойчивости стенок скважины в межцикловые операции.

Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что технический комплекс для проходки скважин и выработок в осадочных горных породах, содержащий оборудование устья скважины в виде превентора и рабочей площадки, спуско-подъемное устройство, силовые приводы, буровую установку, характеризуется тем, что он снабжен дополнительными агрегатами: термогазогенератором, герметизированными емкостями с запасом топливных компонентов, автономным программируемым устройством управления, стыковочными узлами для соединения указанных отдельных агрегатов в едином монтажном корпусе, выполненным в виде модуля, оснащенного удлиненным полым цилиндром, имеющим рабочий орган, с породоразрушающими насадками в виде механических и струйных резцов, корпус модуля также оснащен аналогичными насадками, а торец корпуса, обращенный к устью скважины, имеет насадки в виде кольцевых сопел, часть которых ориентирована к устью, другая их часть - к забою скважины.

Техкомплекс, характеризующийся тем, что насадки на рабочем органе размещены несимметрично относительно его оси и боковой поверхности.

Техкомплекс, характеризующийся также тем, что термогазогенератор имеет два отдела, один из которых соединен рабочим пространством с породоразрушающим органом, а другой - с полостью отдела кольцевых сопел торца корпуса.

На фиг.1 - представлен общий вид техкомплекса для проходки скважин и выработок; на фиг.2 - мобильное энергооборудование комплекса;

на фиг.3 - конструкция бурильного агрегата;

на фиг.4 - энергетические узлы агрегата;

на фиг.5, 6, 7 и 8 - детали рабочего органа агрегата.

Техкомплекс включает рабочую площадку 1 с оборудованием устья скважины в виде превентора 2, комплектующими агрегатами 3 на подвижной платформе: насосная установка, энергетическое оснащение, емкость с запасом топливных компонентов, вспомогательное оборудование. Бурильный агрегат 4 выполнен в виде, соединенных через стыковочные узлы, модулей, включающих породоразрушающий орган 5, переходную емкость 6 между ним и энергообеспечивающим аппаратом 7, имеющим термогазогенератор 8, емкости 9 и 10 с топливными компонентами, нагнетательную камеру 11, запорно-регулирующую арматуру 12, приборы обеспечения работы агрегата, программированное устройство 13 управления. Техкомплекс содержит также спуско-подъемное оборудование 14 для работ по закреплению стенок скважин (выработок) колонной обсадных труб, герметизации затрубного пространства, выполнению каротажных работ и организации процесса добычи полезного ископаемого.

Бурильный агрегат 4 (фиг.3, 4), предназначенный для проходки скважины, начиная от устья, с помощью струйных насадок 15 и механических 16 резцов, имеет на верхнем торце стыковочные узлы 20 для соединения с аналогичным агрегатом в скважине и подпитки от насоса 18 и емкостей 19 топливными компонентами. Рабочий орган 5, соединенный с полым цилиндром, где в едином монтажном корпусе соединены указанные выше отдельные агрегаты бурильного устройства, выполненные в виде модулей, оснащен насадками 21 и 22; торец корпуса агрегата, обращенный к устью скважины, имеет насадки 23 в виде кольцевых сопел, часть которых ориентирована к устью, другая - к забою скважины 24.

Для возможности выбора направления проходки скважины 24 (вертикальное, наклонное, горизонтальное) рабочий орган имеет неравномерную массу на различных своих сторонах (фиг.5, 6, 7) за счет неравной толщины стенок: ₁<₂ и ₃<₄; на части длины стенки корпуса агрегата 4 также, для того же процесса, имеется утолщение стенки ₅ (фиг.8). При проходке вертикальной скважины стенку с массой (₅) за счет стыковочного узла 25 поворачивают на 180° по отношению к массам ₂ и ₄ - это стабилизирует вертикальное положение корпуса бурильного агрегата 4 в скважине 24 при проходке в продуктивный пласт 26. Такое выполнение техкомплекса позволяет существенно увеличить его производительность и повысить эффективность разрушения осадочных пород.

Работа технического комплекса для проходки скважин и выработок в горных породах осуществляется следующим образом. На рабочей площадке 1 устье скважины оборудуют установкой превентора 2, монтируют буровую установку 4, спуско-подъемное устройство 14. На подвижной платформе 3 монтируют силовые агрегаты, приводы, насосную установку 18, емкости 19 с запасом топливных компонентов, вспомогательное оборудование, рабочий инструмент. Проводят сборку модулей бурильного агрегата 4, его герметизированные емкости 9 и 10 заполняют топливными компонентами, закачивают камеру 11 инертным (Ar, Kr, He) газом, монтируют в корпусе агрегата 4 устройство 13 управления, запитывают термогазогенератор 8 топливными компонентами, в качестве энергоаппарата 7 берут или штатный силовой блок с аккумулятором, или используют подачу электроэнергии по кабель-тросу. Модули и указанные отдельные агрегаты монтируют в едином корпусе, где одними из модулей являются удлиненные полые цилиндры, соединяемые с помощью стыковочных узлов 20. От термогазогенератора 8 рабочий агент подают через сопловые струйные насадки 15 рабочего органа 5 и совместно с механическими резцами 16 ведут разрушение породы на забое, подъем которой осуществляют восходящим потоком в виде бурового шлама - к устью скважины. Производительность комплекса регулируют устройством 13, подавая команды на увеличение давления рабочего агента, воздействующего через насадки 15 на забой. Таким образом, обладая эффективной технической схемой, этот комплекс может быть использован для проходки скважин и выработок, при этом температурное и механическое воздействие на забой регулируются в диапазонах, достаточных для разрушения осадочных и скальных горных пород по закономерности:

, где

N - общая мощность, N_T - мощность от теплового воздействия на забой, N_K - мощность от кинетического воздействия рабочего агента на забой.

1. Технический комплекс для проходки скважин и выработок в горных породах, содержащий оборудование устья скважины в виде превентора и рабочей площадки, спуско-подъемное устройство, силовые приводы, бурильный агрегат, отличающийся тем, что указанный агрегат дополнительно оснащен термогазогенератором, герметизированными емкостями с запасом топливных компонентов, автономным программируемым устройством управления, стыковочными узлами для их соединения в едином корпусе, выполненном в виде модуля с удлиненным полым цилиндром, имеющим рабочий орган с породоразрушающими струйными и механическими резцами, а торец корпуса, обращенный к устью скважины, имеет насадки в виде кольцевых сопел, часть которых ориентирована к устью, другая их часть - к забою скважины.

2. Техкомплекс по п.1, отличающийся тем, что насадки на рабочем органе размещены несимметрично относительно его оси и боковой поверхности.

3. Техкомплекс по п.1, отличающийся тем, что термогазогенератор имеет два отдела, один из которых соединен рабочим пространством с породоразрушающим органом, а другой - с полостью отдела кольцевых сопел торца корпуса.