Способ бурения скважин большого диаметра

 

(19) RU (11) (51) 5 E21 D 1 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

ЬЭ 3

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4877502/03 (22) 25.1090 (46) 15.10.93 Бюл. Ия 37 — 38 (71) Институт горного дела Севера СО AH СССР (72) Федоров Л Н. (73) Институт горного дела Севера СО PAH (54) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА (57) Использование. в горном деле дпя бурения скважин большого диаметра. Сущность изобретения: предложен способ бурения скважин, включаю— щий одновременное бурение лидирующей скважины пилотдолотом, установленным на двойной колонне с шнековым транспортером, и ее расширение шарашечным расширителем с образованием конусного забоя на участке расширения. Дпя снижения энергозатрат и эффективного пылеподавления на забой участка расширения скважины подают без обратной циркуляции воду. Очистной агент подают по межтрубному каналу двойной колонны, а шлам с забоя лидирующей скважины и забоя участка расширения подают шнековым транспортером в загрузочные окна двойной колонны с последующим выносом через ее центральный канал.

20012 77

Изобретение относится к горному делу. а именно к способам бурения скважин большого диаметра. и может быть использовано при бурении взрывных скважин, скважин под сваи, опоры и т.д, 5

Известен способ бурения скважин большого диаметра с очисткой забоя и выносом бурового шлама воздухом через двойную штангу, реализованный фирмой

"Интерсол-Рэнд" в США в станке "Супердрил" для бурения скважин диаметром 510—

760 мм.

Способ применяется для бурения пород с низкой крепостью, а станок может работать в зимних условиях, Способ значительно уменьшает расход воздуха. однако выделяется огромное количество пыли и требуются специальные средства по ее подавлению, Кроме того. воздух не обеспечивает достаточного охлаждения породоразрушающих элементов, особенно периферийных, которые имеют при вращении снаряда наибольшие скорости резания, если применить этот способ с режущим инструментом.

Уменьшение расхода воздуха несмотря на применение двойной трубы имеет еще резервы. Дело в том, что на отделение, на отрыв шлама or поверхности забоя расход воздуха тем больше, чем поверхность забоя больше и скорость образования шлама, т.е. бурения. Таким образом, одним применением двойной трубы значительного снижения расхода воздуха при бурении скважин большого диаметра не обеспечивается.

Известен также способ бурения скоа- З5 жин большого диаметра с охлаждением резцов долота водой и выдачей буровой мелочи ее обратной циркуляцией насосами, желонками и водоподъемными устройствами, Недостатком этого способа бурения яв- 40 ляются значительные материальные затраты на предотвращение замерзания при организации ее обратной циркуляции в зимнее время и особенно в зоне многолетней мерзлоты. Кроме того, большие подбери во- 45 ды, уходящей по трещинам предыдущего взрыва, делают неприменимым этот способ при бурении рэрывных скважин и в трещиноватых породах.

Известен способ бурения (расширения) 50 с подачей шнековым транспортером бурового шлама от забоя скважины большего диаметра в скважину меньшего диаметра.

Этот способ применяется при расширении скважин сверху вниз с выдачей буровой мелочи на нижележащий горизонт через предварительно пробуренную скважину, Недостатком этого способа является необходимость предварительной проходки передовой скважины, выдача шлама на нижний горизонт и в целом невозможность его использования для бурения скважин с выдачей бурового шлама на дневную поверхность и сильное пылеобраэование.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ бурения суть которого включающего одновременное бурение лидирующей скважины пилот-долотом. установленным на двойной буровой колонне, имеющей для подачи воздуха центральный канал, а для выдачи шлама шнек в межтрубном канале, заключается в том, что шлам с забоя расширяемой части скважины подгребателями, породоразрушающим инструментом и воздушным потоком подают непосредственно через загрузочные окна нэ шнек двойной колонны.

Недостатком этого способа является то, что подается шлам с расширяемой части скважины на шнек, расположенный в межтрубном канале.

Во-первых, наличие шнека по всей длине буровой колонны делает эту двойную колонну очень металлоемкой.

Во-вторых, при выносе шлама по кольцевому зазору. сам шлам существенно регламентируется по крупности, При диаметре транспортирующей трубы 160 мм, кольцевой зазор, по которому выносится шлам, может составить около 50 мм, а при выносе по центральному каналу его диаметр может быть в пределах 100 мм.

Таким образом, более рационально подавать воздух по кольцевому зазору, а шлам выдавать по центральному каналу, тогда не требуется дополнительное измельчение шлама.

К существенным недостаткам этого способа следует также отнести подачу шлама с забоя лидирующей скважины в зону забоя расширяемой части скважины. В этом случае расширитель работает в условиях зашламования, что ведет к перегреву и к быстрому износу его вооружения. При использовании шарошек его опоры быстро эаклинятся.

Способ также не предусматривает пылеподавление. В конечном, счете повышенная металлоем кость колонны, зашламование забоя, отсутствие подачи воды для разупрочнения забоя повышают энергозатраты способа бурения.

Цель изобретения — снижение энергозатрат с одновременным эффективным пылеподаслением при бурении скважин.

При достижении поставленной цели в предлагаемом способе при сохранении возможности прототипа бурить скважины различного диаметра необходимо решить

2001277

55 задачу выдачи шлама без шнека в колонне, без формирующего кожуха и увлажнять забой водой. Постановка этих задач вызвана тем, что отказ от шнека и кожуха облегчает вес колонны, упрощает, конструкцию, а увлажнение разупрочняет забой, подавляет пылевыделение, кроме того, при увлажнении забоя появляется возможность внесения различных поверхностно-активных веществ своеобразных понизителей твердости пород. В конечном счете все это должно уменьшить энергозатраты и повысить пылеподавление.

Таким образом. цель может быть достигнута тем, что бурится скважина большого диаметра способом, включающим одновременно бурение лидирующей скважины пилот-долотом, установленны л на двойной буровой колонне. имеющей для подачи очистного агента и транспортировки шлама межтрубный и центральный каналы и расширение лидирующей скважины расширителем и образованием конусного забоя на участке расширения, вершина конуса которого направлена в сторону забоя лидирующей скважины, суть которого заключается в том, что на забой участка расширения скважины подают без обратной циркуляции воду, причем очистной агент подают по межтрубному каналу буровой колонны, а шлам с забоя лидирующей скважины и забоя участка расширения подают в загрузочные окна буровой колонны посредством шнекового транспортера с последующим выносом шлама на устье скважины через центральный канал буровой колонны, Из анализа известных способов бурения и предлагаемого видно. что последнее состоит из известных приемов — подают воду транспортируют шнеком, выносят шлам воздухом. В известных способах бурения вода выполняет функции охлаждения резцов и удаления шлама, однако требует при бурении в зимних условиях специальных мер по предотвращению ее замерзания.

Воздух охлаждает резцы и выносит шлам из забоя. а буровая мелочь на шнеке — это только объект для транспортировки.

В ходе поиска аналогов по патентным и литературным источникам не встречаетсч аналогичного сочетания приемов. Подача воды беэ ее обратной циркуляции в известных способах не осуществляется. В предлагаемом сочетании приемов. составляющих суть способа бурения, можно выделить новые свойства и качества, которые вызваны только этим сочетанием: вода через мокрый шлам связывает пыль "сухого" забоя и увлажняет поток сухого воздуха с пылью; шлам на шнеке служит как герметизатор, разделяющуй полость "мокрого" и "сухого" забоев, и вода не стекает на забой лидирующей скважины. а воздух не выходит в полость большей скважины; способ бурения не требует специальных мер по борьбе с замерзанием воды, так как нет ее обратной циркуляции; способ бурения может реализоваться всеми видами породоразрушающего инструмента: режущим, ударным, ударно-вращательным и др.

Все это позволяет сделать вывод, что предлагаемое сочетание известных приемов бурения обладает новизной и существенными отличиями по сути, т.е. новыми качествами, которые не являются арифметической суммой качеств каждого отдельно взятого приема в известных способах бурения.

Предлагаемый способ бурения по сравнению с известными имеет следующие преимущества:

Уменьшение потребного количества воздуха. Вместо 50 м /мин достаточно подавать на забой 10 м /мин при бурении з скважин диаметром 320 мм.

Более эффективное охлаждение резцов и очистка забоя скважины большего диаметра, чем при бурении с воздухом.

Улучшение условий обслуживания бурового станка за счет существенного уменьшения пылевыделения.

Возможность использования в породоразрушающем инструменте сверхтвердых алмазоподобных материалов в качестве резцов для бурения скважин большого диаметра, а зто уменьшит массу станка, так как для него не нужно создавать большое осевое усилие.

Для осуществления способа применяется метод агрегирования известных устройств. В скважину большого диаметра в зону резания подается вода, необходимая только для увлажнения забоя для предотвращения образования пыли. Забой легко очищается при вращении породораэрушающего инструмента механическим способом, так как он имеет покат в сторону лидирующей скважины. Увлажненная буровая мелочь подхватывается шнеком и, заполняя межвинтовые впадины шнека, служит устьевым герметиэатором для лидирующей скважины: вода не стекает в забой лидирующей скважины, а воздух не уходит в полость большей скважины. Проходные сечения межвинтовых впадин шнека уменьшаются по ходу движения шлама. Благодаря этому отжимается излишек воды и

2001277 (56) Авторское свидетельство СССР й. 726340, кл. Е 21 0 1/06, 1970.

Агторское свидетельство СССР

М 941592, кл. Е 21 D 1/06, 1900, Л.Черепенкина ентал Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 3120

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 потребное количество воздуха для выдачи шлама на поверхность, Затем шлам попадает в загрузочные окна двойной трубы и оттуда подхватывается потоком воздуха лидирующей скважины и выносится вместе со шламом "сухого" забоя на дневную поверхность. В двойной трубе мокрый шлам, перемешиваясь с сухил1 шламом, улавливает на своей поверхности сухую пыль и тем самым уменьшает пылевыделение в рабочей зоне станка.

Бурение скважины диаметром 320 мм с одновременным бурением лидирующей скважины диаметром 160 мм. Станок СБШ320 имеет подачу воздуха 50 м /мин, меха з ническая скорость бурения на различных комбинатах составляет от б до 20 м/ч. Однако известно, что режущим инструментом на дисперсных или в мягких породах достигается скорость бурения до 60 м/ч.

Станки для бурения скважин Я 150 мм вращательным способом оснащаются для поодувки компрессором с подачей 10 м /мин.

Следовательно, для очистки забоя лидирующей скважины достаточен расход ооздуха 10 м /мин, Проверка этого расхода на допустимую концентрацию потока буровой мелочи: ()= " "а Р1

vn где V> — обьем буровой мелочи о единицу времени, v i — обьем потока, который занимает буровая мелочь. — »14 - 100=-0 104

4 2 см /мин

Формула изобретения спОсОБ БуРения скВАжин БОльшОГО диАметРА, включающий одновременное бурение лидирующей скважины пилот-долотом, установленным на двойной буровой колонне, имеющей для подачи очистного агента и транспортировки шлама ме>ктрубный и центральный каналы и расширение лидирующей скважины расширителем с образованием кол(усного забоя на участке расш14рения, вершина конуса которого направлена в сторону забоя лидирующей скважины. отличающийся тем, что, с целью

Составитель

Техред М,Морг где d = 32 см — диаметр скважины;

- v = 1 мl мин = 100 см/мин — механическая скорость бурения, м 0 10 3

4 тогда vn = — = = 8 м /мин.

S 001

B этом потоке воздуха будет леньше за минусом обьема мелочи. К тому же для особо благоприятных условий можно принять S =

=0,3 — 0,4. Выдача мелочи через двойную трубу представляет как раз это благоприятное условие, Следовательно, расчет по допустимой концентрации выполнен с большим запасом.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить расход воздуха с 50 до

10 м /мин, а это уже энергосберегающая технология.

Количество подаваемой воды для ув20 лажнения забоя скважины большего диамегра определяется экспериментально. Для шарашечного или ударного способов бурения вода подается только для пылеподавления, т.е, для увлажне1ия буровой мелочи.

Для режущего инструмента количество воды определяется из условия охлаждения резцов. При этом, если черезмерно увлажняется буровая мелочь. излишняя вода выжимается шнеком. Таким образом, оода будет

30 уходить только с мокрой буровой мелочью и испаряться при охлаждении резцов, 40 снижения энергозатрат при одновременном эффективном пылеподаолении, на заЮ

Оой участка расширения скоа>кины подают без обратной циркуляции воду, причем очистной агент подают по ме>ктрубному

45 каналу. буровой колонны, а шлам с забоя лидирующей скважины и забоя участка расширения подают в загрузочные окна буровой колонны посредством шнекового транспортера с последующим выносом

50 шлама на устье скважины через центральный канал буровой KoflgHHbl.