Герметизирующая пробка для восстающих скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве средств борьбы с обводнением горных выработок через пробуренные скважины . Цель - повышение надежности работы герметизирующей пробки за счет V

СОЮЗ COBETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842192/03 (22) 30.06.90 (46) 23.10.92. Бал, ¹ 39 (75) А,К.Шаульский, Г.M.Øàáàíoâ и В.В,Бодасюк (56) Тампонаж обводиенных горных пород.

Под ред. Э,Я,Кипко, — М.: Недра, 1989, с.195 — 197. а ... Ж,, 1770546 А1 (54) ГЕРМЕТИЗИРУКЗЩАЯ ПРОБКА ДЛЯ

ВОССТАЮЩИХ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве средств борьбы с обводнением горных выработок через пробуренные скважины. Цель — повышение надежности работы герметизируещей пробки за счет г).! ч

С

Ql

lQ обеспечения возможности сокращения времени и упрощения технических средств на проведение изоляционных работ, а также полезного использования подземных вод.

Устройство включает корпус (К) 1, связанный с колонной труб. В К 1 имеется центральный осевой и радиальные каналы, а также продольные щелевидные прорези (ПЩП) 4. На К 1 концентрично размещен уплотнительный элемент 5, В осевом канале

К 1 установлен затвор 2, имеющий возможность поступательного перемещения относительно К 1, В радиальных каналах К 1 размещены толкатели, жестко связанные с фиксирующими элементами (ФЭ) 3, выполненными сегментовидными. Затвор 2 имеет коническую верхнюю часть. а К 1 выполнен с вогнутой в средней части наружной поверхностью. В радиальных каналах К l, которые выполнены под углом 45 к его оси и нап равлены в сторону перемещения затвора 2, установлены голкатели. Они имеют возможность взаимодействия с затвором 2.

Радиальные каналы выполнены в К 1 на уровне ПЩП 4. Ширина ПЩП 4 переменна и уменьшается к их концам. Соотношение наибольшего и наименьшего наружных диаметров К 1 определяется соотношением

Омин = 0,6 0,80макс, где Эмин наименьший диаметр К 1, м; DMggg — наибольший диаметр

К 1, м, При необходимости герметизации скважины производят спуск обсадной колонны вместе с К 1, Затем осуществляют поступательное перемещение затвора 2, При этом ФЭ 3 сцепляются со стенками скважины. а уплотнительный элемент 5 герметизирует затрубное пространство, 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к подземной добыче угля.

Цель повышение эффективности борьбы с обводнением горных выработок через буровые скважины при одновременном создании возможности полезного применения подземных вод, Известны различные способы и устройства для изоляции буровых скважин от горных выработок.

Так, в заявке (1) предложено техническое решение (способ и устройство), уже опробованное на практике, Однако заявленное устройство требует обязательного выполнения способа и без последнего не применимо, Более универсальной является известная (2) конструкция кондуктора с цементацией затрубного пространства. При глубоких скважинах и напоре более 30 м водяного столба конструкция ненадежна, пропускает воду в выработку, что обьясняется нарушением герметизации в процессе бурения после установки кондуктора. Низкое расположение пробки влечет за собой при перекрытии задвижки обводнение выработки через систему трещин в радиусе

10 — 15 м вокруг скважины.

Наиболее надежным и близким по сущности является устройство, известное под названием гидромеханическая пробка

ДАУ-2 (31, устанавливаемая в нужном месте скважины и гарантирующая полную ее изоляцию.

Гидромеханическая пробка состоит из герметизирующего резинового элемента и затвора. снабженного левой резьбой для со5

35 единения с буровым снарядом. Загвор срабатывает при подаче промывочной жидкости через буровой снаряд, раздвигает резиновый элемент до полной герметизации и срабатывании фиксатора. При включении вращения бурового снаряда затвор отсоединяется и вместе с буровым снарядом извлекается из скважины, а герметизирующий элемент остается в скважине и выполняет функцию пробки.

Недостатком этого устройства является необходимость иметь буровой станок в горной выработке, что требует определенного времени и не всегда приемлемо с точки зрения быстрейшей ликвидации прорыва воды из скважины, Кроме того, применение устройства ДАУ-2 не дает возможность полезного использования прдземных вод.

В предлагаемом устройстве эти недостатки устраняются разделением операций по установке в скважине герметизирующего элемента и затвора, что позволяет обходиться без бурового станка. Герметизирующая пробка состоит из корпуса соединяющегося с колонной труб и затвора (фиг.1,2). Это дает возможность заключения подземных вод в трубы и передачи их на нужное расстояние для полезного применения или изоляции. При этом, насколько позволяет фактический напор, передача воды возможна также и вверх, например, на верхние горизонты шахты.

Корпус 1 герме изирующей пробки, соответствующий диаметру буровой скважины, имеет центральный осевой канал, продольные щелевидные прорези 4 пере1770546 менной ширины, уменьшающиеся к концам диаметра длиной, превышающей диаме1р (фиг.1а) и снабжен сегментными фиксатора- не менее, чем в 10 раз. ми 3, Щелевидные прорези позволяют 2. Проводят расчет. разметку и изготовуменьшить наружный диаметр корпуса гер- ление щелевидных прорезей твердосплавметизирующей пробки, а соотношение наи- 5 ной (алмазной) пилой, . большего и наименьшего наружных Ширина прорези h в их средней части диаметров корпуса определяется следую- при их числе и равна щим выражением

h= — (Э -Э ). — (макс мин).

Эмин = 0,6 0..8 Эмакс и где Эмин — наименьший диаметр корпуса, м; 10 При невысокой чистоте обработки велиЭма«- наибольший диаметр корпуса, м, чина h увеличивается на 1-2 мм, На корпус герметизирующей пробки. 3, Подготавливают гнезда для фиксавыполненной в средней части вогнутой на- торов (разметка, сверление под углом 45, ружной поверхностью, устанавливается уп- зачистка отверстий) устанавливают фиксалотнительнь и элемент из резины 5, 15 торы, В корпусе герметизирующей пробки 4, Обжимают заготовку в тисках заданвыполнены под углом 45 к его оси радиаль- ного диаметра и фиксируют это положение ные каналы для размещения толкателей и бумажным шнуром, разрушающимся при направлены е сторону перемещения затво- попадании влаги. ра. 20 5. Зачищают и обезжиривают концевые

Толкатели жестко связаны с фиксатора- части заготовки и затем покрывают их слоем ми, затвор 2 имеет коническую головную клея "лейконат" (4). Среднюютретьзаготовчасть. ки, где размещаются фиксаторы, покрывают

Работа устройства производится следу- слоем силиконовой эмульсии (5), представющим образом. 25 ляющей собой 0,5-2,5g, раствор силиконоПосле установки обсадной колонны с вого масла в воде. герметизирующей пробкой в нужном месте 6, Обматывают заготовку сырой резискважины внутрь колонны подается буро- ной до получения номинального диаметра, вой снаряд с установленным в его головной покрывают ее слоем силиконовой эмульсии части затвором. При движении затвора 30 и обжимают в тисках до усилия 0,25 — 0,30 вверх стенки герметизирующего элемента МПа, раздвигаются и этим самым увеличивают 7, Проводят вулканизацию резины при наружный диаметр пробки. Резиновый слой температуре 140 — 145" в течение 20 — 30 мин, 5 заполняет свободное пространство между 8. При изготовлении затвора проводят стенками скважины и устройством, обеспе- 35 операции 5,6 и 7 на средней (цилиндричечивая его герметизацию. Сегментные фик- ской} части заготовки, при этом толщину саторы закрепляют положение пробки в слоя резины принимают 1,5-2 мм. заданном месте, При этом толкатель 4 при 9, С целью увеличения срока службы движении затвора перемещает сегмент 5 s металлические поверхности устройства и сторону стенок скважины (фиг.2), Сегмент- 40 колонны обсадных труб зачищают, обезжиные фиксаторы расположены в разных уров- ривают и грунтуют по общеизвестной технонях попарно и обеспечивают необходимое логии. усилие закрепления, Фиксаторов может 10, Корпус герметизирующей пробки быть 2,4,6 и т.д. в зависимости от конкрет- соединяют с колонной обсадных труб, а заных условий, 45 твор — с переходником на буровой инструТолкатель подбирается такого сечения, мент. при котором происходит деформация при Устройство готово к работе. Подача гердостижении нагрузки, близкой к критиче- метизирующего элемента и затвора к месту ской для материала (резины), Для улучше- установки производится раздельными.опения герметизации концевой части пробки 50 рациями: сначала подается колонна обсадцилиндрическая часть затвора также снаб- ных труб с корпусом герметизирующей жается тонким резиновым слоем. пробки в головной части, а затем подается

Способ изготовления описанного уст- затвор, соединенный с бурильными трубаройства имеет свои особенности и может ми. быть проиллюстрирован описанием техно- 55 Для осуществления описанных опералогии в виде последовательных взаимосвя- ций не требуется буровой станок. Обе опезанных операций. рации могут производиться с применением

1. В качестве заготовки для изготовле- средств малой механизации, имеющейся на ния герметизирующего элемента принима- любой шахте: гидростойки, гидродомкраты. ют отрезок обсадной трубы наружного Разумеется,,не исключается применение

1770546

Составитель А,Симецкая

Редактор E,Ïîëèîíîâà Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И,Муска

Заказ 3722 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 для этих целей и бурового станка, Ожидаемый положительный эффект при внедрении описанного технологического решения может быть получен эа счет; — предотвращения обводнения горных выработок через буровую скважину; — предотвращения загрязнений подземных вод и превращения их в шахтные воды; — полезного использования подземных вод s зависимости от их качества на технические или иные цели при экономии ресурсов подземных вод. достигаемой перекрытием трубопровода гидрозадвижкой в устье скважины, если вода не требуется; — кратким временем установки пробки, так как к месту доставляется минимум груза, заранее приготовленного на шахте. Сам процесс установки пробки занимает 2-3 ч.

Формула изобретения

1, Герметиэирующая пробка для восстающих скважин, включающая связанный с колонной труб корпус с центральным осевым каналом и с продольными щелевидными прорезями, концентрично установленный на корпусе уплотнительный элемент и размещенный в канале корпуса с возможностью поступательного перемещения относительно него затвор, от л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы герметизирующей пробки эа счет обеспечения возможности сокращения времени и упрощения технических средств на проведение изоляционных ра5 бот, а также полезного использования подземных вод, она снабжена фиксирующими элементами и жестко связанными с ними толкателями, причем затвор имеет коническую верхнюю часть, корпус выполнен с

10 вогнутой в средней части наружной поверхностью и с радиальными каналами для раз. мещения в них толкателей, при этом последние установлены с возможностью взаимодействия с затвором, а радиальные

15 каналы в корпусе выполнены на уровне размещения продольных прорезей, причем прорези имеют переменную ширину, уменьшающуюся к концам, а соотношение наибольшего и наименьшего наружных

20 диаметров корпуса определяется следующим выражением;

Омин = 0,6 0,8 Омакс, где D«H.— наименьший диаметр корпуса, м;

Омске — наибольший диаметр корпуса, м.

25 2. Пробка поп1, отл ича ю щая с я тем, что фиксирующие элементы выполнены сегментовидными.

3. Пробка по п.1, отличающаяся тем, что радиальные каналы корпуса выпол30 нены под углом 45О к оси„направленными в сторону перемещения затвора.