Устройство для определения дебита газа в процессе бурения скважин

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕБИТА ГАЗА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВА}ВДНЫ, содержащее мембранный насос с приводом, газоанализатор и газоотборник, вьшолненный в виде не менее двух последовательно расположенных и соединенных между собой кольцевых камер, в центральных СРГверстиях которых жестко закреплена труба для размещения витой буровой штанги, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, оперативности и расширения диапазона замера дебита газа. И-../ мембранный насос снабжен пружиной, а привод насоса - рычагами и тросом в гибкой оболочке, привод жестко закреплен на трубе для размещения буровой штанги и связан с мембраной насоса с помощью троса в гибкой оболочке и пружины, при этом рычаги привода вьтолнены с возможностью обхвата витой буровой штанги и взаимодействия с нею, один из рычагов соединен с оболочкой троса, а другой с тросом. 2. Устройство поп. 1, отличающееся тем, что оно снабg жено регулятором производительности мембранного насоса, выполненным в ви (Л де соединенной с корпусом насоса и гибкой оболочкой троса полой шпильки с наружной левой резьбой на одном конце и правой - на другом и с про- , дольным пазом, при этом птилька снабжена расположенным внутри нее штоком со штифтом, причем шток соединен с мембраной и просом, штифт 00 входит в продольный паз шпильки, о а на поверхности шпильки располоО1 жены гайки с Левой и правой.резьбой, ьо одна из гаек снабжена барабаном 00 со шкалой дебита газа, а другая указателем дебита газа.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Sl)4 Е 21 F 5/00 (2 1) 3534899/22-03 (22) 30.12.82 (46) 23.09.85. Бюл. ¹ 35 (72) А.И.Пантелеев, Р.С.Грих и Г.А.Пантелеев (71) Государственный макеевский ордена Октябрьской Революции научноисследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (53) 622.817(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 985320, кл. Е 21 F 5/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1038484, кл. Е 21 F 5/00, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕБИТА ГАЗА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

СКВАЖИНЫ, содержащее мембранный насос с приводом, газоанализатор и газоотборник, выполненный в виде не менее двух последовательно расположенных и соединенных между собой кольцевых камер, в центральных отверстиях которых жестко закреплена труба для размещения витой буровой штанги, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, оперативности и расширения диапазона замера дебита газа, мембранный насос снабжен пружиной, а привод насоса - рычагами и тросом

s гибкой оболочке, привод жестко закреплен на трубе для размещения буровой штанги и связан с мембраной насоса с помощью троса в гибкой оболочке и пружины, при этом рычаги привода выполнены с возможностью обхвата витой буровой. штанги и взаимодействия с нею, один из рычагов соединен с оболочкой троса, а другой— с тросом.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено регулятором производительности мембранного насоса, выполйенным в виде соединенной с корпусом насоса и гибкой оболочкой троса полой шпильки с наружной левой резьбой на одном конце и правой — на другом и с про-, дольным пазом, при этом шпилька снабжена расположенным внутри нее штоком со штифтом, причем шток соединен с мембраной и тросом, штифт входит в продольный наз шпильки, .а на поверхности шпильки расположены гайки с левой и правой резьбой, одна иэ гаек снабжена барабаном со шкалой дебита газа, а другая указателем дебита газа.

1 11

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке газоносных угольных пластов, в том числе пластов, склонньх к внезапным выбросам угля, породы и газа.

Цель изобретения — повышение надежности в работе, оперативности и расширения диапазона замера дебита выделяющегося газа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для определения дебита газа в процессе бурения скважины; на фиг. 2 — разрез A-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на !

bi11, 1 „::н фиг. 4 — конструкция мемс., . ..о., н;лсоса; на фиг. 5 — вид В

Hа фиГ, 4

Устройство для определения дебита газа в процессе бурения скважин состоит из газоотборника, представляющего собой корпус 1 с передней 2 и задйей 3 стенками и перегородкой 4, имеющими центральные отверстия, сквозь которые пробурена труба S для размещения буровой штанги 6. Корпус 1, труба 5, стенки 2 и 3, а также перегородки 4 образуют последовательно расположенные кольцевые камеры для перемешивания метановоздушной смеси, сообщающиеся между собой канапом а.

Гтенка 2 в верхней части имеет отверстия б для аспирации метановоздушной смеси, под которыми расположен страх атель 7, а в нижней — направляющую лопатку 8, которая вместе с отражателем 7 препятствует попаданию в отверстия б угольной мелочи, раскрученной шнеками буровой штанги 6.

80528 2

20

50

55, рения высоких концентраций метана.

В качестве газоанализатора 43

F3a корпусе I расположен штуцер 9 для отсоса газовоздушной смеси.

Корпус 1 соединен с соплом 10, служащим для улавливания выделившегося из скважины метана, подсоса воздуха из атмосферы выработки и направления буровой мелочи на почву выработки.

Зазор между соплом 10 и забоем 11 регулируют винтами 12 и 13, укрепленными по бокам забоя 11.

Корпус 1 имеет анкер 14 для фиксирования газоотборника в забое 11 и заглушку t5 для очистки кольцевых камер от угольной мелочи.

К торцу трубы 5 прикреплен кронштейн 16, па котором посредством оси 17 закреплены рычаги 18 и 19, а посредством оси 20 — раздвижной кулачок 2 1. Рычаги 18 и 19 соединены пружиной 22. В свободный конец рычага 19 завальцована гибкая металлическая оболочка 23 троса 24, который пропущен сквозь концы рычагов 18 и 19. Между концами троса 24 и рычага 18 установлена пружина 25.

Мембранный насос состоит из тарельчатых корпуса 26 и крышки 27, соединенных между собой и разделенных эластичной мембраной 28, образующей изолированные полости в и г, С внеш.-. ней средой полость в сообщается через впускной 29 и выпускной 30 клапа нь1, а полость г — через впускной 31, и выпускной 32 клапаны. Впускные клапаны расположены во входном патрубке 33, а выпускные — в выходном патрубке 34. В корпусе 26 расположена пружина 35, подпирающая мембрану 28, и в него ввинчена полая шпилька 36 с наружной левой резьбой на одном конце и правой — на другом и со сквозным продольным пазом д в средней части шпильки. Шпилька 36 снабжена расположенным внутри нее штоком 37 со штифтом 38, расположенным в па-. зе д, при этом шток соединен с мембраной 28 и тросом 24.

На поверхности шпильки расположены гайки 39 с левой и правой резьбой и контргайка 40, одна из гаек снаб" жена барабаном 41 со шкалой дебита газа и пазом е а другая — указателем 42 дебита газа. К выходному патрубку 34 присоединен газоанализатор 43, Вращение буровой штанги осуществляют с помощью привода 44.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В забое выработки бурят шпур диа- метром 30-45 мм и глубиной 0,5 м, в который вводят и расклинивают анкер 14 так, чтобы сопло 10 находи-.. лось на расстоянии 2-1Д мм от поверхности забоя 11. К штуцеру 9 подключают входной патрубок 33 мембранного насоса, а к выходному патрубку 34 газоанализатор 43, например ИВМ-1, снабженный термокондуктометрическим датчиком для измеможно использовать, например,. известный интерферометр ШИ-7.

3 . 11805

Кулачок 21 переводят в вертикальное положение, что приводит к раздвиганию рычагов 18 и 19, в трубу 5 вводят буровую штангу 6 и подключают к ней привод 44. Затем кулачок 21 переводят в горизонтальное положение, в результате чего рычаги 18 и 19 под действием пружины 22 сдвигаются и прижимаются к буровой штанге 6.

При включении привода 44 штанга шнеками периодически раздвигает рычаги 18 и 19, при этом натягивается и перемещается трос 24 в гибкой оболочке 23. Поскольку пружина 25 жестче пружины 35, трос 24, натягиваясь, 15 перемещает шток 37 и мембрану 28 в сторону корпуса 26. При этом пружина 35 сжимается, объем полости в уменьшается и, поскольку входной клапан 29 закрыт, газовоздушная смесь 2б через клапан 30 выталкивается в патрубок 34. В тд же время объем камеры г увеличивается и так как кла-.. пан 32 закрыт, гаэовоэдушная смесь из патрубка 33 через клапан 31 всасы-25 вается в полость г.

При дальнейшем вращении штанги 6 рычаги 18 и 19 сближаются, трос 24 выдвигается иэ оболочки 23, мембрана 28 и шток 37 под действием пружины 35 перемещаются в сторону крышки 27 насоса, объем полости в увеличивается и, поскольку выходной клапан 30 закрыт, воздух поступает в нее под действием атмосферного давления через входной клапан 29. В то же время объем полости r уменьшается и, поскольку клапан 31 закрыт, воздух через выпускной клапан 32 выталкивается в патрубок 34.

Таким образом, при вращении штанги 6 происходит ненрерывное возвратно-поступательное движение мембра-. ны 28, сопровождающееся постоянным всасыванием газовоздушной смеси через патрубок 33 и выталкиванием ее в патрубок 34.

Производительность насоса определяется по формуле

7 1 50

Я =--n ° H(N- )Р2

12 3: где Я вЂ” производительность насоса, -л/мин;

Н вЂ” ход мембраны, см;

n — - число шнеков на буровой штан-55 ге;

N — скорость вращения штанги, об/мин;

28 4

Ь вЂ” скорость подачи штанги, см/мин; )

4 — ход шнека, см;

D — диаметр мембраны, см.

Величину хода Н мембраны 28 и связанную с ним производительность насоса Q устанавливают по положению визира 39 относительно шкалы, нанесенной на барабан 41 вдоль паза е. При вращении барабана 41, например, по часовой стрелке, он перемещается по резьбе на шпильке 36 в сторону корпуса 26, а увлекаемая им гайка 39, имеющая обратную резьбу, перемещается в противоположную сторону, в результате чего увеличивается величина хода штифта 38 в пазу д, и, следовательно, амплитуда возвратно-поступательного движения мембраны 28. Вращением гайки 39 против часовой стрелки уменьшают величину. хода Н мембраны 28 и производительность насоса.

Производительность насоса выбирают несколько большей максимального ожидаемого дебита газа, выде-. ляющегося в процессе бурения скважины. Величину производительности насоса при необходимости можно контролировать, например, реометром или другим расходомером газа.

При включенном приводе 44 и при вращении штанги 6 без подачи с помощью гаэоанализатора 43 измеряют. концентрацию метана С„, затем равномерно в течение 1 мин бурят, например, метровый интервал скважи— ны и через каждые 10 с измеряют концентрацию метана. При этом выбуренный штыб задерживается отражателем 7 и лопаткой 8 направляется на почву выработки, а метан, выделившийся из скважины, вместе с воздухом выработки втягивается под сопло 10, всасывается через отверстия б в инерционную пьнтеотделительную кольцевую камеру, образованную передней стенкой 2 и перегородкой 4, огибает с двух сторон трубу 5, и, пройдя отверстие а, поворачивается на 180 . Затем газовоздушный поток вновь разделяется, изменяет направление движения, витающая .в нем угольная ныль осаждается, а выделившийся иэ скважины метан равномерно перемешивается с воздухом.

Газовоздушная смесь мембранным насосом откачивается из газоотбор1180S28 .

Фиг.7 ника, омывает датчик газоанализато ра 43 и выбрасывается в выработку.

Дебит газа I в процессе бурения скважины определяется из выражения

0- CCi

,=-- -(— — — с ), 100 и® где Q — - заданная постоянная производительность насоса, л/мин

У

KCi — сумма периодических отсчетов в концентрации метана, Ж;

С вЂ” концентрация метана перед началом бурения интервала скважины, Ж, исло измерений концентрации метана за период бурения интервала скважины.

ПРеимУщества изобретения состоят в повышении надежности и точности измерений за счет того, что определение дебита газа производят при свободном истечении его из скважинь

К ны. роме того, не менее чем на ЗГ7 уменьшается время измерений из-за сокращения объема подготовительнозаключительных операций при бурении скважин и значительно снижается масса и габариты устройства.

1180528

15 12 92 Риг.5

Составитель М.Гагулин

Редактор Н.Тупица Техред С.Иовжий Корректор М.Пожо

Заказ 5871/29 Тираж 445 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4