Способ расширения скважины бурением снизу

 

Изобретение относится к горной промышленности, к способам расширения скважин. Способ позволяет расширять скважины снизу из недоступных полостей, при этом достигается технический результат, выраженный в снижении энергозатрат и повышении производительности. Этот эффект достигается за счет того, что в скважину с вышележащего горизонта вводят до выхода в нижерасположенную полость сложенный буровой инструмент, содержащий, как минимум, узлы вертикального и горизонтального распила, раскрывают узел вертикального распила в сторону от оси скважины и передают на него вращательное движение и направленное вверх осевое усилие, вырезают керн, затем выводят вниз узел вертикального распила из полости керна, закрывают его и перемещают буровой инструмент вверх до совмещения узла горизонтального распила с верхней границей керна, после чего выдвижением режущей части узла горизонтального распила отрезают керн, который падает в нижерасположенную полость под собственной тяжестью, после чего узел горизонтального распила закрывают и цикл повторяют. Процесс падения отрезанного керна контролируют с помощью видеокамеры с осветителем. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению, точнее, к расширению скважин большого диаметра.

Известны способы расширения скважин, когда расширители скважин опускают в скважину сверху, грунт, срезаемый режущим механизмом, поступает в специальную полость (грунтосборник), который по мере заполнения извлекается из скважины (см. а. с. СССР N 802501 по кл. E 21 В 7/28, 10/26).

Недостатком такого способа является низкая производительность, связанная с необходимостью приостановки бурения для извлечения и опорожнения грунтосборника.

Известен способ расширения скважин бурением снизу, при котором после бурения пилот-скважины, в нижележащей полости (выработке, шахтном горизонте) монтируют расширитель, посредством которого вначале одним диаметром, а затем путем дальнейшего раскрытия расширителя другим, большим диаметром расширяют или разбуривают скважину по направлению от нижележащего горизонта к вышележащему (патент США N 4177866 по кл. НКИ 175/53, МКИ E 21 C 23/00). На буровой инструмент подаются вращательное движение и направленное вверх осевое усилие. В процессе бурения порода размельчается и под собственным весом падает в нижерасположенную полость. Поскольку при этом способе измельчается вся разбуриваемая порода, ему свойственны высокие энергозатраты и низкая производительность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ расширения скважины бурением снизу из нижерасположенных полостей, согласно которому с вышележащего горизонта до нижерасположенной полости бурят пилот-скважину, размещают в нижерасположенной полости узел вертикального распила, передают на него вращательное движение и направленное вверх осевое усилие, вырезают керн (см. а. с. СССР N 221629 по кл. E 21 D 3/00). Продукты бурения под действием силы тяжести падают вниз, а образующийся керн периодически разрушают с помощью взрывчатых веществ или пневмодомкратом. При этом буровой инструмент заводится в пилот-скважину из нижележащей выработки. Однако этот способ не может быть осуществлен, если нижележащая выработка недоступна, что является его недостатком.

Предлагаемый способ позволяет расширять скважины снизу из недоступных полостей, при этом достигается технический результат, выраженный в снижении энергозатрат и повышении производительности. Этот эффект достигается за счет того, что в пилот-скважину с вышележащего горизонта вводят до выхода в нижерасположенную недоступную полость сложенный буровой инструмент, содержащий, как минимум, узлы вертикального и горизонтального распила, раскрывают узел вертикального распила в сторону от оси скважины, после вырезания керна выводят вниз узел вертикального распила из полости керна, закрывают его и перемещают буровой инструмент вверх до совмещения узла горизонтального распила с верхней границей керна, выдвижением режущей части узла горизонтального распила отрезают керн, который падает в нижерасположенную полость под собственной тяжестью, после чего закрывают узел горизонтального распила и цикл повторяют с раскрытия узла вертикального распила. Процесс падения отрезанного керна контролируют с помощью видеокамеры с осветителем.

Использование предлагаемого способа расширения скважины бурением снизу позволяет повысить производительность и снизить энергозатраты бурения в тех случаях, когда нижерасположенная полость является недоступной.

Способ поясняется чертежами, где: Фиг. 1 - введение бурового инструмента в нижерасположенную полость.

Фиг. 2 - процесс вырезания полого керна бурением в вертикальном направлении.

Фиг. 3 - процесс горизонтального распила керна.

Фиг. 4 - процесс удаления полого керна из скважины.

Способ расширения скважины бурением снизу осуществляется следующим образом. Буровая колона 1 со сложенным буровым инструментом 2, содержащем, по меньшей мере, узел вертикального распила 3 и узел горизонтального распила 4, через пилот-скважину 5 вводится в нижерасположенную недоступную снизу полость 6. После выхода бурового инструмента 2 в полость 6 раскрывается узел вертикального распила 3, причем раскрытие осуществляется в сторону от оси скважины. На узел вертикального распила 3 передаются вращательное движение и направленное вверх осевое усилие. Режущая часть 7 узла вертикального распила врезается в породу и начинает вырезать полый керн 8. Когда режущая часть узла вертикального распила углубится в породу на полную свою длину, бурение останавливают, режущую часть 7 узла вертикального распила 3 выдвигают из полости керна 8, закрывают узел 3 и перемещают буровой инструмент 2 вверх до совмещения узла горизонтального распила 4 с верхним торцом керна 8, раскрывают узел горизонтального распила и отрезают либо откалывают керн. Отделенный керн под собственным весом падает в нижерасположенную полость. При падении керна возможны его перекос и заклинивание в уже расширенной части скважины. Если это останется незамеченным, то обломки породы, образующиеся при вырезании последующих кернов и сами последующие керны могут плотно забить расширенную часть скважины, и удаление такой пробки потребует впоследствии значительных усилий. Поэтому дополнительно прохождение керна через расширенную часть скважины контролируется с помощью видеокамеры с осветителем, что позволяет прекратить процесс расширения скважины и тем самым предотвратить забутовку скважины продуктами бурения в случае застревания одного из отрезанных кернов.

Узел вертикального распила может быть выполнен в виде корпуса с расположенными внутри него устройствами привода, соединенными с установленными на корпусе подвижными планками с резцами 7. Планки установлены шарнирно с возможностью перемещения в сторону от оси корпуса, а шарнирное устройство выполнено в виде параллелограмма, две противолежащие стороны которого образуют планка с резцом 7 и соосная с буровым инструментом 2 труба, соединенная с ним с возможностью вращения. Для обеспечения возможности бурения конец планки с резцом 7 выступает за шарнир 9 и обращен вверх. После ввода в полость (расширенную часть скважины) сложенный до полного совмещения сторон параллелограмм раскладывается с помощью специального механизма, образуя прямоугольник, так, что планка с резцами, составляющая наиболее удаленную от оси корпуса сторону, оказывается расположенной параллельно этой оси. Труба с планками начинает вращаться и благодаря приложенному к ней направленному вверх вертикальному осевому усилию вырезать кольцевой пропил в породе, образуя наружную стенку керна.

Узел горизонтального распила может быть выполнен, например, в виде двух полуколец 10, располагаемых в сложенном виде в кольцевом углублении бурового инструмента 2. Противоположные концы полуколец закреплены шарнирно на вращающемся приводе узла, лежащем в плоскости, перпендикулярной оси бурового инструмента, а внешние поверхности полуколец 10 оснащены резцами. После ввода на рабочее место, то есть напротив верхней границы керна, к полукольцам, первоначально сложенным вместе почти до полного смыкания свободных концов, начинает прикладываться усилие, заставляющее их раскрываться на шарнирах наружу, при одновременном вращении. Резцы, прижимаясь к породе, вырезают щель в виде плоского диска, отделяя тем самым керн от горного массива.

Формула изобретения

1. Способ расширения скважины бурением снизу из нижерасположенных полостей, согласно которому с вышележащего горизонта до нижерасположенной полости бурят пилот-скважину, размещают в нижерасположенной полости узел вертикального распила, передают на него вращательное движение и направленное вверх осевое усилие, вырезают керн, отличающийся тем, что пилот-скважину с вышележащего горизонта вводят до выхода в нижерасположенную недоступную полость сложенный буровой инструмент, содержащий, как минимум, узлы вертикального и горизонтального распила, раскрывают узел вертикального распила в сторону от оси скважины, после вырезания керна выводят вниз узел вертикального распила из полости керна, закрывают его и перемещают буровой инструмент вверх до совмещения узла горизонтального распила с верхней границей керна, выдвижением режущей части узла горизонтального распила отрезают керн, который падает в нижерасположенную полость под собственной тяжестью, после чего закрывают узел горизонтального распила и цикл повторяют с раскрытия узла вертикального распила.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину вводят видеокамеру с осветителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4