Способ бурения скважин в.л.финько

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i )1 002513 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(513 М. Кп.з

E 21 В 21/14 (22) Заявлено 021081 (21) 3344646/22 03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 622.243..52(088.8) Опубликовано 070383, Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 070383 (72) Автор изобретения

В.Л. Финько (71) Заявитель

Донецкий научно-исследовательский угольний институ/т (54) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В.Л. ФИНЬКО

Изобретение относится к горному делу, а именно к бурению пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах с удалением буровой мелочи сжатым воздухом.

Известен в нефтяной, газовой и горной промышленности способ бурения скважин, основанный на разрушении горной породы, очистке скважин газообразным промывочным агентом с по-. стоянным весовым расходом, величина которого определяется диаметром скважины 11).

Недостатком известного способа бурения является то, что не обеспечивается удаление повышенных количеств шлама, потому что не предусматривается в процессе бурения пе.риодическая подача повьхаенного весового расхода сжатого воздуха в скважину.

Процесс бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах сопровождается газодинамическими явлениями, которые характеризуются повышенными высыпаниями и выбросами угля и газа в полость скважины. Повышенные высыпания и выбросы отличаются динамикой выделений штыба шлама, который и опре деляет появление заштыбовок и прихватов бурового инструмента. При высыпаниях головная часть бурового органа оказывается засыпанной рыхлым штыбом. Удаление его происходит медленно, как на участке, где произошло высыпание, увеличивается проходное сечение скважин, и подаваемого в скважину расчетного весового количества сжатого воздуха недостаточно для нормальной очистки.

При внезапных выбросах штыб выделяется в больших количествах и гораздо быстрее, чем при высыпаниях, потому что в его выделении участвует метан, заключенный под давлением в угольном пласте. И чем выше перепад давлений в системе скважина-пласт, тем мощнее " выброс и тем сильнее прихват бурового инструмента. Дополнительные высы пания штыба можно рассматривать как выброс небольшой интенсивности.

Общим признаком нарушений режима очистки при заштыбовках и прихватах бурового инструмента является увеличение содержания твердой фазы в исходящем из скважины газовом потоке.

Особенностью бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных .пластах является также то, что до1002513 полнительно выделяемый штыб скапливается не на забое скважины и не находится во взвешенном состоянии изэа отсутствия вертикального столба газообразного промывочного агента, а остается в месте его выделения. Незначительные местные скопления штыба не оказывают существенного отрицательного влияния на процесс бурения, так как они постепенно удаляются.

Только весьма значительные или частые выделения штыба в коро †к промежуток времени, а также выбросы создают в скважинах аварийные ситуации — появляются заштыбовки и прихваты бурового органа.

Наиболее близким к изобретению является способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подава- 20 емым на забой с переменным весовым расходом с одновременным его аккумулированием в буровых трубах 52 ).

Недостатком указанного способа бурения является то, что .не обеспе- 25 чивается достаточная надежность бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, так как подача в скважину повышенного весового расхода сжатого воздуха 30 производится независимо от дополнительных высыпаний и выбросов угля, что не исключает появление зашламования скважины и прихватов бурового инструмента. 35

Цель изобретения — повышение эффективности бурения эа счет улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах °

Указанная цель достигается тем, 40 что согласно способу бурения скважин, включающему разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на забой с переменным 45 весовым расходом, при увел> чении содержания шлама с исходящем из скважины газообразном промывочном агенте производят герметизацию затрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого на забой газообразного промывочного агента до достижения давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимального давления метана, заключенного в угольном плас- 55 те, после чего производят разгерметизацию эатрубного пространства скважины через регулируемую задвижку, гидравлическое сопротивление которой уменьшают по мере уменьшения значения амглитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового, станка.

На фиг. 1 изображена схематически буровая установка для бурения с 65 очисткой забоя от шлама газообразным промывочным агентом по прямой и обратной схемам циркуляции; на фиг,2диаграмма энергетических затрат при нормальном процессе бурения и при наличии зашламления (эаштыбовки) и прихватов- бурового инструмента.

При отсутствии газодинамических явлений пласта и использовании прямой продувки сжатый воздух от компрессорной установки 1 по магистральному трубопроводу, на котором установлен расходомер 2, при открытой задвижке 3 через сальниковую головку 4 подается в буровой став 5, иэ которого через буровую коронку 6 выводится в, затрубное пространство.

Из эатрубного пространства .гаэоугольная смесь поступает в герметизатор 7, закрепленный на свободной трубе 8. . Из герметизатора 7 газо-угольная смесь поступает в пылегасящее устройство 9, в которое от насоса 10 при открытой задвижке 11 подается вода.

Водогазоугольная . смесь иэ пылегасителя 9 при открытой задвижке 12 подается в разделительное устройство 13, иэ которого шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь по > магистрали, на которой установлены расходомер 16 и метаномер 17, выводится на сброс.

В случае использования схемы с обратной продувкой сжатый воздух от компрессорной установки 1 по трубопроводу, на котором установлены расходомер 2, при открытой задвижке

18 и закрытой 3 поступает в затрубное пространство скважин, и далее гаэоугольная смесь через коронку 6 по буровому ставу 5, через сальниковую головку 4 поступает в трубопровод, по которому при открытой задвижке 12 поступает в разделительной устройство 13, куда от насоса 10 через задвижку 11 поступает вода. Далее шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь через расходомер 16 и метаномер 17 сбрасывается в атмосферу °

Появление заштыбовок (зашламления) и выбросоопасных зон контролируется аппаратурой 18 и 19. После появления заштыбовок бурового инструмента или выбросоопасной зоны для варианта прямой продувки повышенный весовой расход сжатого воздуха поступает от компрессорной установки 1 через расходомер 2, задвижку 3, которая снабжена обратным клапаном, при закрытых задвижках 20 и 21, через сальниковую головку 4, по трубопроводу 5, через буровую коронку 6 в затрубное пространство. Поддержание повышенного. давления промывочного агента в

1002513 утствии вок и ов буроструПри прихватах бурового инструмента

При заштыбовках бурового инструмента

Техноло парам

100-120

100-120

100-120

300-500

300- 500.

До 1500

Усилие подачи, ктс

На забой— от забоя

На забой

На забой— от забоя

Направление подачи

Расход сжатого воздуха, подаваемого в скважи ну, м /мин

8-10

8-10

Прямое

Прямое

Прямое скважине на нужном уровне осуществляется с помощью регулируемой автоматизированной задвижки 22. Удаление гаэоугольной;; смеси из скважины производится через герметиэатор 7, задвижку 22, гаситель давления 23, задвижку 24, пылегаситель 9, магистраль с задвижкой 12, разделительное устройство 13. Далее шлам удаляется через задвижку 14, вода поступает в водосборник .15, а газовая смесь . по трубопроводу с расходомером 16 и метаномером 17 сбрасывается в атмосферу.

При технологических остановках 15 процесса бурения, например наращивания бурового става, поддержание в скважине повышенного давления осуществляется с помощью обратного клапана -25, установленного в головной рО части бурового става.. Диаграмма энергетических затрат (фиг. 2) поясняет отличие нормального процесса бурения по углю и более креп- 5 ким породам от бурения с наличием заштыбовок и прихватов бурового инструмента. Из диаграммы видно, что ухудшение режима очистки характеризуется,нарастанием амплитуды и частоты колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка.

Максимальные значения соответствуют прихвату бурового инструмента.

Частота вращения бурового инструмента, об/мин

Направление продувки

Различие- между заштыбоьками и прихватами бурового инструмента возможно устанавливать по величине амплитуды переменной составляю:;ей нагрузки привода бурового станка.

Для реализаций способа бурения используют, например, буровые станки типа СБГ-1м, CSA-500, ЗИФ-500 с комплектом бурового оборудования, герметизатор устья скважин типа УДС, манометры типа МКО г МКЛ, расходомеры типа ДП. Контролировать появление дополнительных высыпаний и выбросов угля в скважину возможно с помощью киловаттметра — самописца.

При реализации данного способа бурения монтаж оборудования, забуривание и проведение скважин при отсутствии газодинамических проявлений пласта производят с использованием известных технологических приемов и режимов разрушения и очистки. Появление эаштыбовок и прихватов бурового инструмента определяется по величине амплитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка (фиг. 1),- причем заштыбовки обуславливают величину отклонений не более 50%, à прихваты 100Ф.

В таблице приведены режимы бурения и продувки при использовании данного способа бурения для.скважин ф 80 мм, проводимых в угольных выбросоопасных пластах с минимальным давлением метана 7-8 атм.

1002513

7-8

7-8

3-4

7-8

С периодическим сбрасыванием до 4-5

7-8

С перно,ци.— ческим сбрасыванием до

0,1-0,3

0,1-0,3

Формула изобретения

Давление сжатого воздуха, подаваемого в скважину, атм

Давление газовой смеси в скважине, атм

Продолжительность операций герметизации затрубного пространства скважины с одновременной подачей на забой20 повышенного весового расхода сжатого воздуха до тех пор, пока давление газовой смеси превысит величину минимального давления метана, заключенного в угрльном пласте, с последующей 25 разгерметизацией эатрубного пространства неодинакова для различных "условий и зависит от величины выбросоопасной эоны и степени выбросоопасности, 30

Использование данного способа при бурении пологих и наклонных скважин в сравнении с существующими способами позволяет повысить эффективность и надежность проведения скважин в выбросоопасных угольных пластах, которые в основном необходимы для проведения противовыбросных мероприятий.

Способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на 45 забой с переменным весовым расходом, отличающийся "åì, что, Продолжение таблицы — - с целью повышения эффективности бурения путем улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, при увеличении содержания шлама в исходящем иэ скважины газообразном промывочном агенте производят герметизацию затрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого на забой газообраэног9 промывочного агента до достижения давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимального давЛения метана, заключенного в угольном пласте, после чего производят разгерметизацию затрубного пространства скважины через регулируемую задвижку, гидравлическое сопротивление которой уменьшают по мере уменьшения значения амплитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка..

Источники информаци4, принятые во внимание при экспертизе

1. 4Поктионов A.T. Основы теории и техники бурения скважин с очисткой забоя воздухом или газом.-. .М., гост оптехиздат,, 1961, с. 16-40, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 622963, кл, E 21 В 21/00, 1976 (прототип) .

1002513

1002513

ВНИИПИ Заказ 1484/3 Тираж 601 Подписное е

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