Технический комплекс для проходки скважин и выработок

Авторы патента:

E21B7/14 - бурение с использованием тепла, например огневое бурение

Предложение относится к техническим средствам для проходки скважин и выработок в горных породах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй рабочего агента под давлением. Технической задачей предложения является создание технического комплекса, обладающего более мобильной высокопроизводительной конструкцией основных его узлов, рабочего органа, обладающих модульной схемой для оперативной смены рабочих органов, оснащения корпуса и выбора режимов проходки скважины в условиях постоянно меняющихся нагрузок на забое, в стволе скважины, комплексе. Технический комплекс содержит корпус 1, генератор рабочего агента 2, генератор газа 5, генератор хладагента 6, соединенные магистралями 3 с полостями рабочего органа 4, оснащенного соплами 9, ориентированными под различными (от 10° до 90°, до 180°) углами к забою, к стенке проходимой скважины, выработки, к устью скважины; модульная конструктивная схема рабочего органа 4 позволяет менять оперативно схему разрушения пород на забое, в т.ч. проходку ствола, забор керна соплами 12 в керноприемник 11, для этого сопла выполнены телескопическими 15 и имеют заслонку 16 для временного перекрытия их сечения. Ил. 5, Форм. - 3 п.

В настоящее время известны различные технические решения для выполнения данной работы, из которых наиболее представительным является бурильный агрегат для проходки скважин, содержащий корпус, силовую установку, рабочий орган для разрушения породы на забое /Дмитриев А.П. и др., Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978, с.50-53, 236-237; или - SU 1004598, 16.01.1981.; или - RU 2178504, 18.09.2000./.

Существенными и очевидными недостатками аналогов являются: низкий показатель удельной энергии, передаваемой на забой проходимой скважины (выработки), ведущий к потерям энергии и снижению производительности устройства при проходке скважины и очистке ее ствола от бурового шлама; низкая эффективность процесса проходки.

Наиболее близким по технической сущности является технический комплекс для проходки скважин и выработок, содержащий корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенные в корпусе генератор рабочего агента и магистрали, соединяющий генератор с рабочим органом, предназначенным для разрушения породы на забое путем воздействия на забой струями рабочего агента под давлением /RU, №2222681, 05.08.2002., (Плугин А.И.)/.

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, в частности, более производительным генератором рабочего агента, этот технический комплекс обладает также существенным недостатком, заключающимся в отсутствии устройства, предусматривающего оперативное изменение технологической схемы проходки в зависимости от меняющихся условий в стволе скважины: обрушение стенок, внезапный выброс воды из водонасыщенного горизонта и т.п.; кроме того, конструкция рабочего органа также не позволяет вести такую оперативную смену технологической схемы проходки скважины, что отражается

отрицательно на производительности технического комплекса и на эффективности процесса проходки скважин или проходки выработок.

Технической задачей и технологическим эффектом данного технического комплекса является предупреждение вынужденных остановок работы комплекса в зависимости от меняющихся условий на забое, стволе скважины (выработки), увеличение производительности комплекса, за счет более эффективной работы его узлов и агрегатов и увеличения удельной мощности, передаваемой на разрушение площади забоя, на организацию восходящего потока бурового шлама; и за счет оперативного регулирования работы комплекса в зависимости от условий в проходимых горизонтах горных пород.

Это в техническом комплексе для проходки скважин и выработки решено за счет выполнения его корпуса в виде удлиненного полого цилиндра и размещения в его корпусе генератора рабочего агента и магистралей, соединяющих генератор с рабочим органом для разрушения пород на забое путем воздействия на забой струями рабочего агента под давлением, а также снабжения корпуса дополнительно генератором газа и генератором хладагента, выполнения рабочего органа в виде нескольких, соединенных между собой, полых конусов, имеющих сопла, ориентированных под различными углами к поверхности забоя, к стенке скважины и к устью этой скважины (выработки), при этом полые конуса рабочего органа имеют двойные стенки, часть зазора между которыми сообщена с генератором газа, другая часть зазора - с генератором хладагента, при этом нижний конус рабочего органа, обращенный к забою, дополнительно оснащен кольцевыми соплами, предназначенными для образования керна, и керноприемником, соединенным с кольцевым соплом.

В техническом комплексе керноприемник выполнен в виде коаксиально входящих друг в друга цилиндров с зазором между ними, а кернообразующее кольцевое сопло имеет дополнительные сопла, ориентированные по нормали к оси керна.

Корпус дополнительных сопел выполнен телескопическим, а вход в сечение дополнительного сопла временно перекрыт заслонкой, при этом сопло установлено на шарнире, а заслонка своим концом шарнирно закреплена у сопла, вход в которое она временно перекрывает.

Описываемый техн. комплекс поясняется далее графическим материалом, где: на фиг.1 показан его общий вид;

на фиг.2 приведена конструкция стенок рабочего органа;

на фиг.3 конструкция керноприемника и его рабочего сопла;

на фиг.4 - сечение по нормали керноприемника и керна;

на фиг.5 - конструкция узла установки рабочего сопла;

на фиг.6 - конструкция рабочего сопла, дополнительно установленного в керноприемнике со стороны забоя;

на фиг.7 конструкция дополнительного сопла керноприемника.

Технический комплекс для проходки скважин и выработок выполнен в виде мобильного аппарата, имеющего корпус в виде удлиненного полого цилиндра 1, в полости корпуса размещен генератор 2 рабочего агента (газа, парогазовой смеси), который магистралями 3 соединен с рабочим органом 4, предназначенным для разрушения горных пород на забое при проходке скважины (выработки) путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй рабочего агента под давлением (с использованием одновременно и тепловой энергии этих струй); при этом в корпусе 1 дополнительно размещен генератор 5 газа и генератор 6 хладагента, также соединенные с рабочим органом 4, выполненным в виде нескольких: 7 и 8 полых конусов, соединенных между собой и имеющих рабочие породоразрушающие сопла 9, ориентированные под различными углами (от 0° до 90° и до 180° к забою), причем полые конусы рабочего органа имеют двойные стенки, зазор 10 между которыми своей частью соединен с генератором газа 5, а другая часть зазора соединена с генератором хладагента 6.

Ври необходимости формирования и взятия керна (фиг.3, фиг.4) техн. комплекс оснащен керноприемником 11, имеющим кернообразующее сопло 12, выполненное в твиде кольца (фиг.4); при этом керноприемник 11 выполнен в виде двух коаксиально входящих друг в друга цилиндров с образованием зазора 13 между ними, по которому подается рабочий агент в сопло 12 и дополнительные сопла 14, ориентированные по нормали к оси керна (к оси корпуса и скважины). Эти дополнительные сопла выполнены телескопическими (фиг.7) для подрезания

керна при заполнении полости керноприемника 11; телескопические сопла 15 расчитаны своим выдвижением на полное отделение керна. Дополнительные сопла 14 имеют заслонку 16, которая временно перекрывает сечение его при формировании объема керна, а для ориентирования на угол подрезания сопло установлено на шаровом шарнире 17.

Работа технического комплекса осуществляется следующим образом. При проходке скважины (или выработки) рабочим органом 4 и его соплами 9 производится разрушение породы на забое и вынос бурового шлама к устью; в качестве рабочего агента используют газ и хладоагент от генераторов: 2, 5 и 6. При необходимости взятия керна производят оснащение рабочего органа 8 керноприемником 11 с кольцевым кернообразующим соплом 12, которым осуществляют формирование керна и при заполнении полости керноприемника 11 включаются сопла 14 при открытии их заслонкой 16 (выполненной из биметалла, отклоняющегося при нагреве или при охлаждении от подачи агентов от (5) или от (6). Работа сопел 14 происходит при их одновременном выдвижении за счет телескопического их исполнения 15; подрезанный керн своим нижним торцем опирается на эти же сопла 14 и извлекается из ствола скважины вместе с поднимаемым корпусом 1 этого комплекса для проходки скважин (выработок). Керн поступает на лабораторное исследование.

Таким образом, выполнение технического комплекса, как это изложено описанием его конструкции, позволяет производить все работы по сооружению скважины (или выработки), в т.ч. проходку ствола, забор керна, оперативную смену метода и технологии проходки, - это делает технический комплекс универсальным оборудованием для образование скважин и выработок в осадочных горных породах.

1. Технический комплекс для проходки скважин и выработок, содержащий корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенные в корпусе генератор рабочего агента и магистрали, соединяющие его с рабочим органом для разрушения породы на забое путем воздействия на забой струями рабочего агента под давлением, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно размещены генератор газа и генератор хладагента, рабочий орган выполнен в виде нескольких полых конусов, соединенных между собой и имеющих сопла, ориентированные под различными углами к поверхности забоя, к стенке скважины и к устью этой скважины, при этом полые конуса рабочего органа имеют двойные стенки, часть зазора между которыми сообщена с генератором газа, другая часть зазора - с генератором хладагента, при этом нижний конус рабочего органа, обращенный к забою, дополнительно оснащен кольцевым кернообразующим соплом, соединенным с керноприемником.

2. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что его керноприемник выполнен в виде коаксиально входящих друг в друга цилиндров с зазором между ними, а кернообразующее кольцевое сопло имеет дополнительные сопла, ориентированные по нормали к оси керна.

3. Технический комплекс по пп.1 и 2, отличающийся тем, что корпус дополнительных сопел выполнен телескопическим, а вход в сечение дополнительного сопла временно перекрыт заслонкой, при этом сопло установлено на шарнире.