Технический комплекс для образования скважин и выработок

Предложение относится к области горного дела и строительства и предназначено для проходки скважин и образования выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах за счет разрушения породы на забое термогазодинамическим воздействием. Технический комплекс включает превентор 1, размещаемый на устье скважины (выработки), бурильный агрегат 2 с рабочим органом 3, генератором 4 рабочего агента, механизм 5 выполнения спуско-подъемных операций; программированный блок 6 управления работой бурильного агрегата, превентора и вспомогательных механизмов; в корпусе бурильного агрегата 2 размещены: генератор рабочего агента 4 с запасом топливных элементов 7, а также размещена емкость 8 с хладагентом 9, имеющим выходные отверстия для подачи этого хладагента в полость между генератором и стенками корпуса, а также для подачи в рабочий орган агрегата. Технический комплекс выполнен в виде модульных блоков, узлов и элементов, соединяемых между собой посредством переходных кольцевых, конических, трапецевидных и т.п. элементов, что придает конструкции всего комплекса мобильность в выборе схем и процессов проходки пород при меняющихся условиях на забое, в полости выработки и на устье скважины, - это позволяет оперативно выбирать мощность генератора рабочего агента, тип рабочего органа, задавать время работы в автоматическом режиме, повышая эффективность процесса проходки скважин и выработок.

Предложение относится к области горного дела и строительства и предназначено для технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах за счет разрушения породы на забое термогазодинамическим воздействием рабочего агента.

В настоящее время известны принципиальные приемы и методы развития этой технологии, из которых наиболее представительным является устройство для проходки скважин, содержащее буровую установку в виде станка с силовым агрегатом, бурильным инструментом и подающей его бурильной штангой /1/.

Существенными и очевидными недостатками такого технического комплекса являются высокая стоимость проходческих работ при низкой производительности процесса проходки за счет металлоемкости устройства и значительных затрат энергии на процесс разрушения пород на забое и создание восходящего потока бурового шлама для очистки полости проходимой скважины и подготовки ее к использованию.

Наиболее близким по технической сущности и технологии является технический комплекс для образования скважин и выработк в осадочных горных породах, содержащий корпус, генератор рабочего агента, спуско-подъемный механизм, бурильный агрегат с рабочим породоразрушающим насадком для разрушения породы на забое и формирования стенки проходимой скважины или выработки в осадочных породах /2/.

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, этот технический комплекс имеет и существенные недостатки, заключающиеся в его принципиальной конструктивной схеме, при которой невозможно вести оперативную смену режимов и операций проходки скважины, а также - выработки, ввиду отсутствия в этом устройстве модульных узлов и агрегатов для мобильной смены их в процессе технологических операций; это приводит к вынужденным ненормативным остановкам при меняющихся

условиях в полости скважины ввиду смены геологических горизонтов и аномальных включениях в структуре одного горизонта (неустойчивые и переувлажненные горизонты, неоднородные пропластки). Эти технические недостатки приводят к снижению производительности и эффективности использования устройства и процесса бурения.

Технической задачей и положительным результатом данного технического решения является увеличение производительности и повышение эффективности технического комплекса и процесса проходки скважин и выработок в различных геологических горизонтах при меняющихся условиях на забое и в полости проходимой скважины.

Это достигается за счет выполнения принципиальной конструкции технического комплекса для образования скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах из унифицированных модульных блоков, включающих превентор, закрепленный на устье скважины, бурильный агрегат, содержащий корпус, рабочий орган, генератор рабочего агента, подаваемого на забой для разрушения породы и для обработки стенки скважины, механизмы приводов спуско-подъемных операций с бурильным агрегатом и обсадными трубами, программированный блок управления работой бурильного агрегата, при этом указанный бурильный агрегат выполнен в виде упрочненного удлиненного корпуса с размещенным в нем генератором рабочего агента, содержащим топливные компоненты и емкость с хладагентом, выполненную в сечении вдоль генератора рабочего агента и по его торцам, вдоль генератора выполнены каналы для подачи в рабочий орган рабочего агента, а емкость имеет выходные отверстия для хладагента и подачи его в указанные каналы и в полость рабочего органа, причем корпус по своим торцам имеет дополнительные полые кольцевые элементы, с помощью которых корпус соединен с рабочим органом и с генератором, и с герметизирующим его полость узлом, имеющим узел соединения с механизмом привода и осуществления спуско-подъемных операций.

При этом емкость с хладагентом выполнена фасонного профиля в сечении, часть которой выполнена под упомянутым герметизирующим узлом технического комплекса.

Преимущественно выбрать геометрическую емкость хладагента из условия превышения времени расхода хладагента по сравнению с временем работы генератора рабочего агента комплекса.

При этом технический комплекс оснащен набором набором сменных рабочих органов, соединяемых с корпусом посредством дополнительных полых кольцевых элементов.

Описываемый технический комплекс раскрывается далее графическими материалами, где: на фиг.1 показан его общий вид;

на фиг.2 изображен бурильный агрегат с сечением по оси;

на фиг.3 показана система агрегата с оснащением хладагентом;

на фиг.4 - сечение по 1-1 на фиг.1 агрегата;

на фиг.5 - выполнение торцевой части агрегата. Технический комплекс для образования скважин и выработок включает превентор 1 (фиг.1), размещаемый на устье скважины; превентор служит для размещения в нем бурильного агрегата 2, содержащего корпус и рабочий орган 3; в корпусе размещен генератор 4 рабочего агента, который подают на забой для разрушения породы и создания восходящего потока бурового шлама к устью скважины. Подъемно-транспортный механизм 5 предназначен для выполнения спуско-подъемных операций с агрегатом 2 и для обслуживания таких операций всего комплекса, который имеет блок 6 программированного управления работой агрегата и комплекса. Генератор 4 содержит топливные компоненты 7 и емкость 8 с запасом хладагента 9; корпус упрочнен удлиненным дополнительным корпусом 10 с дополнительной емкостью 11 хладагента, выполненную в сечении вдоль корпуса агрегата 2 и по его торцам: верхнем торце 12 и нижнем - 13, а их сообщение выполнено по каналам 14. проложенным вдоль генератора 4 (и его топливным компонентам 7) для подачи хладагента в рабочий орган 3, куда поступает также рабочий агент; емкость 9 имеет выходные отверстия 15 и 16 (фиг.2 и 3).

Корпус агрегата 2 по своим торцам (фиг.2) имеет дополнительные кольцевые элементы 17 и 18 (фиг.5), с помощью которых корпус агрегата 2 соединен с рабочим органом 3 и с герметизирующим его полость узлом 19 (фиг.5). имеющим свой узел 20 для соединения с механизмом

подъема и опускания в технологическом процессе, а также имеющим клапанные патрубки 21 (фиг.5) для заправки хладагентом и для контроля сброса избыточного давления из полости бурильного агрегата. Рабочий орган 3 агрегата оснащен соплами 22, ориентированными по нормали на забой, соплами 23 - под углами к поверхности забоя, и соплами 24, ориентированными к устью скважины, выработки; установленный на устье (фиг.1) превентор имеет направляющие шарниры 25 для агрегата 2, а также оснащен узлом 26 герметизации ствола 27 превентора и резервной полостью 28, сообщенной с полостью ствола под узлом 26 для отвода вскрытого флюида (газа) из полости скважины до ее эксплуатации (предусмотрено правилами безопасности процесса). Дополнительная емкость 11 с хладагентом также имеет клапанные отверстия 29 для сброса давления при нагреве стенки этой емкости.

Работа описанного технического комплекса осуществляется следующим образом. Превентор закрепляют на устье скважины, в его направляющих 25 устанавливают бурильный агрегат 2 (фиг.1), проверяют работу узла 26 и запорной арматуры полости 28; включают в работу генератор 4 рабочего агента, при расходе топливных компонентов 7 которого термогазодинамический поток проходит по каналам 14 и поступает в полость рабочего органа 3, истекая из сопел 22 и 23 которого осуществляет разработку забоя, а рабочий агент, истекающий из сопел 24 формирует восходящий поток бурового шлама к устью скважины (детально заявитель не излагает все принципы работы комплекса, в котором используют бурильный агрегат конструкции А.Плугина), освобождая полость проходимой скважины от бурового шлама. При нагреве хладагента в емкости 8 его пары поступают через отверстия 15 в каналы 14, понижая температуру рабочего агента и увеличивая его массу, что повышает разрушающую способность этой парогазовой рабочей смеси агента. При более высокой температуре рабочего агента и недостаточности запаса хладагента 9 в работу включается хладагент дополнительной емкости 11, пары которого поступают в рабочий орган через клапанные отверстия 29, выполняя двойную, как указано выше, полезную работу,

понижая температуру рабочего агента и увеличивая его кинетическую энергию, что повышает производительность технического комплекса (по экспериментальным данным заявителя, - на 15-20%) и увеличивает производительность процесса использования превентора совместно с бурильным агрегатом 2. При вскрытии водоносного горизонта (или горизонта, содержащего другой флюид, газ) сечение ствола 27 перекрывают срабатыванием узла 26, поступающий по скважине флюид (газ) отводят из резервной полости 28 (фиг.1), понижая давление в полости скважины до снижения давления поступающего флюида (газа), открывают герметизирующий узел 26 и работу технического комплекса осуществляют в нормативном режиме, или заканчивают проходку скважины.

Таким образом, разработанный технический комплекс обладает мобильной конструктивной схемой, эффективностью процесса работы и является универсальным комплексом для проходки скважин и выработок.

(56): 1. SU 2161245. 21.04.1999., А.Плугин;

2. RU 2222681, 5.08.2002, А.Плугин (прототип);

3. RU 2167266, 20.05.2001. А.Плугин;

4. RU 2178504, 20.01.2002. А.Плугин;

5. RU 2155976, 10.09.2000, А.Плугин;

6. DE 2607046, 16.02.1978.

7. ER 2232670, 28.03.1974.

8. US 3934659, 27.01.1976.

1. Технический комплекс для образования скважин и выработок в осадочных горных породах, включающий превентор, закрепленный на устье скважины, бурильный агрегат, содержащий корпус, рабочий орган, генератор рабочего агента, подаваемого на забой для разрушения породы, механизмы приводов спуско-подъемных операций, и программированный блок управления работой бурильного агрегата, при этом бурильный агрегат выполнен в виде упрочненного удлиненного корпуса с размещенным в нем генератором рабочего агента, содержащим топливные компоненты и емкость с хладагентом, выполненную в сечении вдоль генератора рабочего агента и по его торцам, вдоль генератора выполнены каналы для подачи в рабочий орган рабочего агента, а емкость имеет выходные отверстия для хладагента и подачи его в указанные каналы и в полость рабочего органа, причем корпус по своим торцам имеет дополнительные полые кольцевые элементы, с помощью которых корпус соединен с рабочим органом и с герметизирующим его полость узлом, имеющим узел соединения с механизмом привода и осуществления спуско-подъемных операций.

2. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что емкость с хладагентом выполнена фасонного профиля в сечении, часть которой выполнена под упомянутым герметизирующим узлом.

3. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что геометрическая емкость хладагента выбрана из условия превышения времени расхода хладагента по сравнению с временем работы генератора рабочего агента.

4. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что он оснащен набором сменных рабочих органов, соединяемых с корпусом посредством дополнительных полых кольцевых элементов.