Устройство для герметизации устья скважин

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для герметизации устья скважин при дегазации угольных пластов. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение трудоемкости по изготовлению и обслуживанию и возможность многократного использования за счет обеспечения надежной герметизации подачей воды. Для этого устройство содержит направляющую трубу (НТ), герметизирующий элемент (ГЭ), трубопроводы с патрубками и кранами подключения. При этом ГЭ размещен на НТ с образованием кольцевой полости (КП) между наружной поверхностью НТ и внутренней поверхностью ГЭ. Выполнен ГЭ в виде многослойного герметизирующего кожуха, намотанного рулоном из гидроизоляционной пленки, например полиэтилена высокого давления, с герметизирующими бандажами по торцам. Причем КП через регулятор давления, кран и патрубок соединена с магистралью воды под давлением, а НТ через трехходовой кран - с вакуумирующей магистралью и магистралью воды под давлением. Для герметизации массивов угля на большую глубину устройство снабжено дополнительными НТ и ГЭ, выполненными аналогично первому. При этом КП, образованные НТ и ГЭ, соединены между собой последовательно посредством герметично соединенных патрубков. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для герметизации устья скважин при дегазации угольных пластов.

Известно устройство для герметизации дегазационных скважин (см. патент РФ №2004827, кл. Е 21 F 7/00, опубл. в БИ №45-46, 1993 г.), включающее направляющую трубу и эластичный рукав, размещенный на трубе, а также расположенный между направляющей трубой и первым эластичным рукавом второй эластичный рукав, один торец которого закреплен на направляющей трубе, другой его торец выполнен заглушенным, при этом первый эластичный рукав установлен на направляющей трубе с возможностью демонтажа, а его рабочая поверхность выполнена с покрытием из клеящего состава.

Недостатком известного устройства является ограниченная длина герметизирующего участка скважины, невозможность повторного использования ввиду того, что эластичный рукав приклеивается в стенке скважины.

Также известно устройство для герметизации устья скважин (см. авт. св. СССР №1348538, кл. Е 21 F 7/00, опубл. в БИ №40, 1987 г.), включающее обсадную трубу, состоящую из звеньев, соединенных муфтами, фланец, расположенный на конце трубы со стороны устья скважины, и нагнетательную трубку для подачи крепителя, а также стаканы, к наружной кольцевой поверхности которых прикреплены эластичные уплотнители, имеющие распорные элементы в виде пружин, при этом стаканы установлены и зафиксированы на обсадной трубе внутренними поверхностями друг к другу, а нагнетательная трубка жестко соединена с отверстием, выполненным в стакане.

Недостатком известного устройства является очень сложное конструктивное исполнение и невозможность повторного использования ввиду закрепления элементов устройства к стенкам скважин посредством крепителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является герметизатор скважин (см. авт. св. СССР №1484977, кл. Е 21 F 7/00, опубл. в БИ №21, 1982 г.), включающий несущую штангу, соединенную с опорной полой штангой, имеющей уплотнитель, размещенный на ней между упорной шайбой и прижимной гайкой, причем герметизатор снабжен заглубленной на шлице дополнительной опорной штангой с размещенными на ней упорной шайбой, уплотнителем и прижимной гайкой, соединенной посредством соединительной муфты с основной опорной штангой, при этом опорные штанги выполнены с разнонаправленной резьбой и снабжены установленными на общей тяге в полостях опорных штанг золотниками, имеющими продольные отверстия и кольцевые проточки, а упорные шайбы каждой опорной штанги снабжены подпружиненными стопорами, зафиксированными в кольцевых проточках, выполненных в упорных шайбах, и в радиальных отверстиях, выполненных в опорных штангах, причем золотники установлены с возможностью взаимодействия своими кольцевыми проточками с подпружиненными стопорами, а поверхность опорных штанг между уплотнителями выполнена перфорированной, при этом несущая штанга снабжена призабойной опорной пластиной с толкателем и зажимной планкой, соединенной посредством гибкой связи с тягой золотников.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, трудоемкость изготовления большого количества взаимно сопряженных деталей, что требует повышенных затрат на обслуживание, и невозможность повторного использования.

Задачей технического решения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости по изготовлению и обслуживанию и возможность многократного использования за счет обеспечения надежной герметизации подачей воды.

Поставленная задача решается следующим образом.

В устройстве для герметизации устья скважин, включающем направляющую трубу, герметизирующий элемент, трубопроводы с патрубками и кранами подключения, для решения поставленной задачи герметизирующий элемент размещен на направляющей трубе с образованием кольцевой полости между наружной поверхностью направляющей трубы и внутренней поверхностью герметизирующего элемента, при этом последний выполнен в виде многослойного герметизирующего кожуха, намотанного рулоном из гидроизоляционной пленки, например полиэтилена высокого давления, с герметизирующими бандажами по торцам, при этом кольцевая полость через регулятор давления, кран и патрубок соединена с магистралью воды под давлением, а направляющая труба через трехходовой кран - с вакуумирующей магистралью и магистралью воды под давлением.

Вышеуказанное значительно упрощает конструкцию герметизирующего элемента в устье скважины. Многослойный герметизирующий кожух, намотанный рулоном из гидроизоляционной пленки, обладающей большой прочностью (прочность на растяжение пленки из полиэтилена высокого давления толщиной 1 мм - 14,7-26,7 МПа) и относительно большим удлинением при разрыве (до 45%), обеспечивает герметизацию и надежность работы. Изготовление многослойного герметизирующего кожуха путем рулонной намотки на направляющую трубу упрощает технологию изготовления устройства.

В то же время герметизация осуществляется водой под давлением, находящейся в кольцевой полости, что упрощает технологию установки устройства в скважине, а также позволяет произвести демонтаж при минимальных трудовых затратах, то есть снижает трудоемкость по обслуживанию.

Соединение направляющей трубы через трехходовый кран с вакуумирующей магистралью и магистралью воды под давлением обеспечивает возможность использования скважины для дегазации массива и насыщения угля водой под давлением при минимальных трудовых затратах переключением трехходового крана.

Целесообразно устройство для герметизации устья скважин снабжать дополнительной направляющей трубой и дополнительным герметизирующим элементом, причем последний размещать на дополнительной направляющей трубе с образованием дополнительной кольцевой полости между наружной поверхностью дополнительной направляющей трубы и внутренней поверхностью дополнительного герметизирующего элемента, выполненного в виде многослойного герметизирующего кожуха, намотанного рулоном из указанной гидроизоляционной пленки, при этом указанные кольцевые полости соединять между собой последовательно посредством герметично соединенных патрубков.

Это техническое решение позволяет расширить область использования устройства для массивов угля большой трещиноватости, когда требуется герметизация устья скважины на большую глубину, а использовать устройство с длинной жесткой направляющей трубой не позволяют размеры выработки.

Целесообразно направляющую трубу и дополнительную направляющую трубу выполнять из гибкого полимерного напорно-всасывающего шланга, армированного упругой спиралью, например стальной с покрытием, снимающим статическое электричество.

Выполнение направляющей трубы и дополнительной направляющей трубы гибкими обеспечивает установку герметизирующего устройства в длинных искривленных скважинах. В настоящее время создано и выпускается промышленностью большое разнообразие гибких шлангов, в том числе полимерные напорно-всасывающие шланги. Один и тот же шланг может использоваться для передачи текучей среды под давлением и отсоса газов. Причем гибкие шланги изготавливаются диаметром от 25 до 300 мм, длиной от 5 до 50 м в бухте с рабочим давлением до 25 атм.

Армирование указанного шланга упругой спиралью, например стальной проволокой, обеспечивает работоспособность напорно-всасывающего гибкого шланга при отсосе метана и сохраняет при этом его первоначальное сечение. При нагнетании воды упругая спираль повышает прочность шланга. Армирование стальной проволокой обеспечивает большую работоспособность гибкого напорно-всасывающего шланга. Для того чтобы исключить накопление статического электричества и искрообразование, необходимо витки стальной проволоки электрически изолировать от окружающей среды покрытием, снимающим статическое электричество.

Сущность технического решения поясняется примером выполнения устройства для герметизации устья скважин, описанием его работы и чертежами фиг.1-5, где показаны:

на фиг 1 - принципиальная схема устройства для герметизации устья скважин продольный разрез;

на фиг.2 - то же, сечение I-I на фиг.1;

на фиг.3 - принципиальная схема устройства для герметизации устья скважин с дополнительной направляющей трубой - продольный разрез;

на фиг.4 - узел А на фиг.3 - соединение направляющей трубы и дополнительной направляющей трубы;

на фиг.5 - узел В на фиг.3 - размещение на направляющей трубе герметизирующего кожуха из гибкого полимерного напорно-всасывающего шланга, армированного упругой спиралью, например стальной проволокой с покрытием, снимающим статическое электричество.

Устройство для герметизации устья скважин состоит из направляющей трубы 1 (фиг.1), через трехходовой кран 2 соединенной с вакуумирующей магистралью 3 и магистралью 4 воды под давлением.

На направляющей трубе 1 с внешней стороны размещен герметизирующий элемент в виде многослойного герметизирующего кожуха 5 (фиг.2), намотанного рулоном из гидроизоляционной пленки, например полиэтилена высокого давления. Имеется кольцевая полость 6 между наружной поверхностью направляющей трубы 1 и внутренней поверхностью герметизирующего элемента в виде указанного кожуха 5 и герметизирующие бандажи 7 и 8 по торцам (фиг.1). Кольцевая полость 6 через элемент 9 ввода воды, регулятор 10 давления, кран 11 и патрубок 12 соединена с магистралью 4 воды под давлением.

При заполнении кольцевой полости 6 водой под давлением герметизирующий кожух 5, выполненный из указанной пленки, эластично деформируется и прижимается к стенке скважины 13. Для обеспечения герметизации устья скважины 13 на большую глубину (более 3 м) целесообразно использовать дополнительную направляющую трубу 14 (фиг.3) и дополнительный герметизирующий элемент в виде герметизирующего кожуха 15 (фиг.4), размещенные с образованием кольцевой полости 16 между наружной поверхностью дополнительной направляющей трубы 14 и внутренней поверхностью дополнительного герметизирующего элемента. Кольцевые полости 6 и 16 соединены между собой последовательно посредством герметично соединенных патрубков 17 (фиг.4). Герметизирующий кожух 15 выполнен из того же материала, что и герметизирующий кожух 5. Целесообразно направляющую трубу 1 и дополнительную направляющую трубу 14 выполнять из гибкого полимерного напорно-всасывающего шланга 18 (фиг.5), армированного упругой спиралью 19, например стальной проволокой с покрытием, позволяющим снимать статическое электричество.

Присоединение направляющей трубы 1 (фиг.3) к вакуумирующей магистрали 3 может производиться через кран 20, а к магистрали 4 воды под давлением через кран 21, когда имеется большая разница в диаметрах этих магистралей.

Устройство работает следующим образом.

Направляющая труба 1 с присоединенным посредством бандажей 7 и 8 герметизирующим кожухом 5 вставляется в устье скважины 13. Торцевую часть направляющей трубы 1 посредством трехходового крана 2 присоединяют к вакуумирующей магистрали 3 и магистрали 4 воды под давлением. Кольцевая полость 6 посредством элемента 9 ввода воды, регулятора 10 давления, крана 11 и патрубка 12 подключается к магистрали 4 воды под давлением.

Включают кран 11, и вода под давлением поступает из магистрали 4 в кольцевую полость 6 и прижимает герметизирующий кожух 5 из гидроизоляционной пленки к стенке скважины 13. Эластичность гидроизоляционной пленки позволяет плотно герметизировать устье скважины. Посредством регулятора 10 давления устанавливают необходимое давление для надежной герметизации.

Посредством трехходового крана 2 управляют процессом вакуумирования, соединяя направляющую трубу 1 с вакуумирующей магистралью 3, или нагнетания воды в угольный пласт из магистрали 4.

При использовании устройства с дополнительной направляющей трубой 14 (фиг.3) процесс герметизации устья скважин 13 аналогичен, отличается только тем, что через патрубки 17 вода под давлением поступает в кольцевую полость 16 дополнительной направляющей трубы 14, что и обеспечивает герметизацию устья скважины 13 на длину дополнительной направляющей трубы 14.

При использовании в качестве направляющей трубы 1 и дополнительной направляющей трубы 14 полимерного напорно-всасывающего шланга 18, армированного упругой, например, стальной спиралью 19, позволяет герметизировать искривленные скважины и снимать статическое электричество.

При этом обеспечивается работоспособность устройства за счет сохранения сечения изогнутых направляющих труб как при вакуумировании, так и при нагнетании воды.

Предлагаемая конструкция устройства для герметизации устья скважин позволяет легко его демонтировать и многократно использовать. Для этого отключают подачу воды посредством крана 11 и производят слив ее из кольцевой полости 6, а при использовании дополнительной направляющей трубы 14 и из кольцевой полости 16. После чего извлекают устройство из скважины 13 известными приемами.

Формула изобретения

1. Устройство для герметизации устья скважин, включающее направляющую трубу, герметизирующий элемент, трубопроводы с патрубками и кранами подключения, отличающееся тем, что герметизирующий элемент размещен на направляющей трубе с образованием кольцевой полости между наружной поверхностью направляющей трубы и внутренней поверхностью герметизирующего элемента, при этом последний выполнен в виде многослойного герметизирующего кожуха, намотанного рулоном из гидроизоляционной пленки, например, полиэтилена высокого давления, с герметизирующими бандажами по торцам, при этом кольцевая полость через регулятор давления, кран и патрубок соединена с магистралью воды под давлением, а направляющая труба через трехходовой кран - с вакуумирующей магистралью и магистралью воды под давлением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной направляющей трубой и дополнительным герметизирующим элементом, причем последний размещен на дополнительной направляющей трубе с образованием дополнительной кольцевой полости между наружной поверхностью дополнительной направляющей трубы и внутренней поверхностью дополнительного герметизирующего элемента и выполнен в виде многослойного герметизирующего кожуха, намотанного рулоном из указанной гидроизоляционной пленки, при этом указанные кольцевые полости соединены между собой последовательно посредством герметично соединенных патрубков.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что направляющая труба и дополнительная направляющая труба выполнены из гибкого полимерного напорно-всасывающего шланга, армированного упругой спиралью, например стальной, с покрытием, снимающим статическое электричество.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5