Способ проходки скважин большого диаметра и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и>742592 (61) Дополнительное к, авт. свид-ву (22) Заявлено 131277 (21) 2558276/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (g ) (2

Е 21 Э 3/00

Е 21 С 23/00

Е 21 С 21/00 (бз) УД (622 ° 2562

:622.243.94 (088.8) Государственный комитет

СССР по делам изобретений и откр ыти й

Опубликовано 250680. Бюллетень №

Дата опубликования описания 2506.80 (72) Авторы изобретения

A.Н. Генбач, Г.В. Маслов и Н.П. Маслова

Казахский политехнический институт им. В.И. Ленина

Министерства высшего и среднего специального образования Казахской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОХОДКИ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способу проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок, главным образом, в мерзлых породах, и к устройству для его осуществления.

Известен способ образования скважин большого диаметра с помощью огнеструйной горелки, в соответствии с которым проходят опережающую скважину, затем в призабойной ее части движение горелки з атормаживают для образования котлового расширения, а потом горелку с замедленной скоростью перемещают снизу гверх по скважине, осуществляя ее расширение 15 до требуемого диаметра (1) .

Устройство для реализации этого способа содержит огнеструйную горелку со сменной сопловой крышкой, под- 20 вешиваемую на тросе или закрепляемую на конце буровой штанги.

Указанные способ и устройство предназначены для проходки скважин, преимущественно, в скальных породах, 25 склонных к шелушению и растрескиванию под воздействием термических напряжений. При этом продукты разрушения представляют собой мелкие фрак.ции, которые потоком отработанного 30 газа большей частью выносятся на поверхность скважины.

Бурение скважин большого диаметра, з частности, шурфов, особенно в мерзлых породах, содержащих валунные и иные твердые включения, практически невозможно с помощью известного устройства с применением указанной технологии, так как в этом случае вынос продуктов разрушения усложняется из-за их склонности к слипанию и образованию пустой пульпы. Кроме того, наличие твердых включений сильно затрудняет процесс бурения и последующие разбуривания скважины, так как они плохо поддаются термическому воздействию.

Наиболее близким техническим решением из известных,к настоящему изобретению является способ проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок, согласно которому ранее пройденную скважину расширяют в обратном направлении снизу вверх. Для его осуществления служит устройство, включающее буро-: вую штангу и связанные с ней огнеструйные горелки j2).

Сущность известной технологии заключается в тсм, что через опере742592 жающую вертикальную скважину, пройденную ранее любым подходящим способом, с вышележащего горизонта опускают став буровых штанг так, что его конец выходит на нижележащий горизонт, где к концу става буровых штанг прикрепляют устройство, несущее огнеструйныз горелки, закрепляемые на раме, которая с помощью вертлюга монтируется на нижней штанге.

По мере разрушения породы реактивными газовыми струями ст ав буровых

1О штанг вместе с устройством переме— щ ает с я поступательно вверх.

Недостатки известной технологии расширения скважины заключаются в том, что она требует наличия двух 15 горизонтов горных выработок, а также монтажа устройства на нижнем горизонте и демонтажа его на верхнем.

Кроме того, удаление продуктов разрушения связано с транспортированием Я по другим горным выработкам, что экономически не всегда целесообразно.

Цель изобретения — повышение эффективности проходки в мерзлых породах с валунными нключенияы .

Это достигается благодаря тому, что устье скважины герметизируют для создания в призабойной части расширяемой скважины избыточного давления отработанных газов на продукты разрушен и я, которые предварит ел ьн о разжижают и транспортируют н а поверхность через ранее пройденную скважину, а скапливающиеся на дне расширяе мой скважины валунные включения уда ляют после завершения проходки.

В устройстве для осуществления способа горелки смонтированы на поворотных в вертикальной плоскости рычагах, а внутри штанги размещена 4() шламовая труба для забора разжиженных продуктов разрушения и трубы для поцачи воды на дно скважины.

При этом снаружи штанги размещен аксиально подвижный кожух, располагаемый нокруг горелок при сведенных рычагах и оснащенный наружными калибровочными ребрами.

Шламовая труба установлена с возможностью осевого перемещения относительно штанги и снабжена шламоподъемным средством.

На фиг. 1 показано устройство для 1 еализ ации предложенного способа проходки скважин большого диаметру; на фиг. 2-4 — устройство в различных рабочих положениях в за висимости от особенностей технологии проходки; на фиг. 5 — частичный нид устройства, изображенного на

Фиг. 1. бО устройство для осуществления предложенного способа содержит пару диаметрально .расположенных неподнижных секторов 1 (фиг. 1), оснащенных щарошками 2, а также пару диаметраль- 65 но ра"ïîëîæ,åííûõ разднижных секторон 3, несущих о гн еструйные гор елки 4 и 5. Горелки 4 имеют сопла, ориентированные на забой скважины, а горелки 5 — на ее боконые станки.

Раздвижные секторы 3 шарнирно закреплены на поворотных в вертикальной плоскости рычагах б, которые соедин ены с силовыми приводными цилиндрами 7. Оси 8 рычагов б снабжены датчиками 9 угла раскрытия секторон 3 и установлены н теле штанги

10 (фиг. 2-4) .

На штанге 10 снаружи установлен аксиально подвижный ко>кух 11, (фиг. 1), являющийся калибратором и оснащен— ный твердоспланными ребрами 12 .Этот кожух 11 при спуске устройства в скважину закрывает сектора 1 и 3 и несет в своей полости блок 13 дистан— ционного управления силовым цилиндром 7 и систему 14 зажигания горелок 4 и 5..

Внутри штанги 10 расположена шламовая труба 15 для забора разжиженных продуктов разрушения, снабженная шламоподъемным средством 16 в частности шнеком. В трубе 15 размещены трубы (не показаны) для подачи воды в скважину.

В нерхней части штанги 10 для уплотнения устья скважины имеется обойма 17 с манжетами 18.

Перед началом проходки кожух 11 находится в крайнем нижнем положении, при этом сектора 3 сложены и примыкают вместе с секторами 1 к н аружной поверхности шламоной трубы 15, располагаясь внутри кожуха 11. При забуринании и бурении передовой скважины в работе находятся огнеструйные горелки 4 и шарошки 2, закрепленные соответственно на секторах

3 и 1, и кожух-калибратор 11.

По завершении бурения скважины из нее удаляется буровой шлам (пульпа) с помощью шнека 16 через шламовую трубу 15. Затем кожух 11 поднимается по штанге 10 вверх, высвобождая раздвижные сектора 3, кот орые занимают положение, показанное на фиг. 2. Горелки 5 запускаются в работу с помощью системы 14 зажигания

Истекающие ию горелок 5 с — ðóè раскаленного газа воздействуют на стенки скважины, расширяя ее.

По мере увеличения диаметра скважины сектора 3 раздвигаются рычагами б, при этом датчики-упоры 19 удерживают горелки 5 на заданном расстоянии от поверхности забоя и си гн али эируют о положении сект орон

3. Датчик 9 угла раскрытия информирует о диаметре расширяемой скважины. Следует отметить, что горелки

5 с наклонными соплами ориентированы и закреплены н секторе 3 так, что при вращении штанги 10 они опи742592 сывают по. поверхности забоя концентрические кольца.

Продукты разрушения разжижаются водой на дне расширяемой скважины и в виде пульпы поступают в шламовую трубу 15, откуда постоянно удаляются шнеком 16. При э том, в пространстве между поверхностью продуктов разрушения и забоем образуется избыточное давление отработанных газов, которые воздействуют на продукты разрушения, способствуя их более эффективному поступлению в шламовую трубу 15. Избыточное давление создается за счет герметизации устья ранее пробуренной скважины.

Горелки 4 при расширении скважины практически не работают. Они могут быть включены в случае необходимости. Например, из стенки скважины выступает крупный валун и era. нужно удалить. В этом случае горелки 4 2О подрезают валун у основания, как показано на фиг. 3, и он вываливается на дно расширенной скважины. Крупные же включения, оказавшиеся в пределах з абоя скважины, подрабатывают- 25 ся горелками 5 и под собственным весом падают на дно скважины.

B результате удается достаточно эффективно преодолевать во время проходки скальные включения с последую- 3О щим их удалением из скважины при завершении ее проходки.

Шламовая труба 15 может совершать аксиальные перемещения относитель- но штанги 10 с целью регулирования объема газового купола у забоя. Ци-. линдр 7 при этом закрепляется с учетом ее осевого перемещения и положения рычагов 6 в крайнем верхнем положении. При встрече с валуном, на- @ ходящимся в пределах сечения скважины, как показано на фиг. 4, он разрушается термомеханическим воздействием при прямом ходе устройства.

Для преодолевания крупных валунов, выступающих из стенок скважины, на раздвижных секторах 3 закреплены поворотные боковые пластины 20 (фи г. 5), связ ан ные с перепускными кранами (не показаны) цилиндров 7.

При встрече с валуном боковые пласти- 5О ны 20 поворачи ваются и от крывают перепускные краны цилиндров 7, которые опускают сектора 3, заставляя их обходить валун. В результате таких манипуляций валуны оказываются Ы обойденными и оставленными в сТенках скважины. удаление валунных включений и оставшихся продуктов разрушения производится по завершению проходки скважины, например, с помощью грейфера.

Формула из о бр ет ени я

1. Способ проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок, согласно которому ранее пройденную скважину расширяют в обратном направлении снизу вверх, о тли ч ающий с я тем, что, с целью повышения эффективности проходки в мерзлых породах с валунными включениями, устье скважины герметизируют для создания в призабойной части расширяемой скважины избыточного давления отработанных газов на продукты разрушения, которые предварительно разжижают и транспортируют на поверхность через ранее пройденную скважину, а скапливающиеся на дне расширяемой скважины валунные включения удаляют после завершения проходки .

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее буровую штангу и связанные с ней огнеструйные,горелки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что горелки смонтированы на поворотных в вертикальной плоскости рычагах, а внутри штанги раз- мещена шламовая труба для забора разжиженных продуктов разрушения и трубы для подачи воды на дно скважины.

3. Устройство по п. 2, о т л и чающее с я тем, что снаружи штанги размещен .аксиально подвижный кожух, располагаемый вокруг горелок при сведенных рычагах, и оснащенный наружными калибровочными ребрами.

4. Устройство по пп. 2 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что шламовая труба установлена с возможностью осевого перемещения относительно штанги и снабжена шламоподъемным средством.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швеции Р 145625, кл. 5 А19/10,,опублик. 1954.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 362132, кл. Е 21 С 21/00 1971, 742592

Составитель B. Манаева

Редактор Н. Горват Техред Я. Бирчак Корректор Н. Стец

Заказ 3598/9 Тираж 626 Подпи сн ое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4