ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЙ УЗЕЛ УСТЬЯ ВОССТАЮЩЕЙ ДРЕНАЖНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E21D3/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при сооружении восстающих скважин в сложных гидрогеологических условиях в рыхлых неустойчивых породах, в случаях, когда технологические операции по бурению сопровождаются обрушениями породы и заклиниванием бурового инструмента.

Известно устройство для герметизации устья скважины (авт. св. N 794188), которое используют преимущественно при спуско-подъемных операциях. Устройство включает корпус с кольцевой камерой и надувное кольцевое эластичное уплотнение, размещенное в этой камере с кольцевой плавающей муфтой и дополнительным кольцевым уплотнением, размещенным на ее наружной поверхности. Недостаток известного устройства в том, что оно не обеспечит эффективного удаления обрушенной породы и шлама из полости скважины в условиях рыхлых неустойчивых пород, где промедление при спуско-подъемных операциях бурового инструмента вызовет аварийную ситуацию. Кроме того, уплотнительный элемент подвержен истиранию вращающейся трубой. Поэтому известное устройство не может быть применено для обеспечения поставленной задачи.

Известен также превентор (авт. св. N 523167), который включает корпус, крышку, кольцевой уплотнительный эластичный элемент, подшипниковые опоры, механизм передачи давления, состоящий из полого поршня, нажимного стакана и опорной втулки. При подаче давления перемещается поршневой узел и сжимает уплотнительный элемент, который перемещаясь в радиальном направлении, перекрывает кольцевое пространство скважины при наличии в нем бурильных труб или все сечение при отсутствии труб. Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить очистку полости герметизирующего узла от обрушенной породы, а также ведение спуско-подъемных операций бурильного инструмента требует отсоединения узла и значительной затраты времени, что вызовет дополнительное накопление обрушенной породы и создаст аварийную ситуацию.

Известно также устройство для герметизации устья восстающих дренажных скважин, описанное в отчете "Сооружение восстающих дренажных скважин из подземных горных выработок установками УДБ-8, УДБ-12. Технологическое задание, ВИОГЕМ, 1986, с.14, 15. Устройство включает кондуктор, герметизирующий узел, содержащий корпус с боковым отводом и сальник с кольцевыми уплотнительными элементами, обжимающими трубы. При спуске бурового снаряда в скважину необходимо собрать сальник на бурильных трубах, навернуть буровой наконечник, вставить в скважину, затем присоединить герметизатор к кондуктору устья скважины. При подъеме бурового снаряда или замене бурового наконечника необходимо отсоединить герметизирующий узел, а затем повторять все вышеуказанные операции. Недостатком известного устройства является то, что при спуско-подъемных операциях необходимо вести монтаж и демонтаж герметизирующего узла, что приводит к затрате времени, а при сооружении восстающих скважин в сложных гидрогеологических условиях при проходке скважин в рыхлых породах с интенсивным обрушением пород технологические операции сопровождаются осложнениями, так как значительная затрата времени приводит к накоплению обрушенной породы, образованию пробок и прихвату бурового инструмента в скважине. Это создаст технологические неудобства и приведет к аварийной ситуации.

Наиболее близким к предлагаемому является превентор, который включает корпус, секторные плашки, привод плашек в виде гидроцилиндров, штоки которых связаны с соответствующими плашками, размещенные в углублениях на внутренней поверхности плашек уплотнительные элементы для герметизации зазора между бурильными трубами и плашками, уплотнительный элемент для герметизации зазора между плашками и корпусом [1] Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не может быть применено при сооружении восстающих дренажных скважин в условиях рыхлых и плывунных отложений, так как не предусматривает эффективного удаления обрушенной породы из зоны герметизирующего узла.

Задачей изобретения является создание герметизирующего узла устья восстающей дренажной скважины, который в условиях рыхлых и плывунных отложений обеспечивает возможность оперативного удаления обрушенной породы из зоны герметизирующего узла.

Предлагаемый герметизирующий узел устья восстающей дренажной скважины включает корпус, секторные плашки, привод плашек в виде гидроцилиндров, штоки которых связаны с соответствующими плашками, и размещенные в углублениях на внутренней поверхности плашек уплотнительные элементы для герметизации зазора между бурильными трубами и плашками, уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом. Отличительная особенность устройства состоит в том, что уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом выполнены в виде эластичных колец, установленных в кольцевых канавках, выполненных на тыльной части плашек и внутренней поверхности корпуса, причем верхнее кольцо имеет трапециевидное сечение, меньшее основание трапеции которого обращено в направлении полости корпуса.

Для повышения износоустойчивости герметизирующий узел снабжен защитным покрытием в виде пластин трапециевидной формы, закрепленных на конусной поверхности верхнего кольца.

На фиг. 1 изображен герметизирующий узел, продольный разрез, в двух фазах: слева в фазе "Закрыто" (при уплотнении зазора между бурильными трубами и плашками) и справа в фазе "Открыто" (т.е. отвода секторных плашек и полного открытия сечения); на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 буровое устройство с герметизирующим узлом (фаза бурения восстающей дренажной скважины), продольный разрез.

Предлагаемый герметизирующий узел 1 содержит корпус 2, секторные плашки 3, привод плашек 3 в виде гидроцилиндров 4. Штоки 5 гидроцилиндров 4 связаны с соответствующими плашками 3. Уплотнительные элементы 6 для герметизации зазора между плашками 3 и бурильными трубами 7 выполнены кольцевыми. Уплотнительные эластичные элементы 8 и 9 для герметизации пространства между плашками 3 и корпусом 1 выполнены в виде эластичных колец, например, нижнего 8 и верхнего 9, установленных в кольцевых канавках, выполненных на тыльной части плашек 3 и внутренней поверхности корпуса 2. Верхнее кольцо 9 имеет трапециевидное сечение, меньшее основание трапеции которого обращено в направлении полости корпуса 2. Конусная поверхность 10 верхнего кольца 9 может быть оснащена защитным покрытием из пластин 11 трапециевидной формы.

Герметизирующий узел в буровом устройстве работает следующим образом. Из подземной горной выработки 12 производят забуривание восстающей скважины 13 по кристаллическим породам 14. На устье скважины 13 устанавливают кондуктор 15, к которому крепят корпус 2 с боковым отводом 16 и герметизирующим узлом 1. Для бурения скважины 13 с помощью гидроцилиндров 4 осуществляют раскрытие герметизирующего узла 1 с секторными плашками 3 и через герметизирующий узел 1 вводят породоразрушающий наконечник 17 (фиг. 1, положение "Открыто"). После чего секторные плашки 3 перемещают в обратном направлении и осуществляют герметизацию скважины 13 (фиг. 1, положение слева "Закрыто"). Бурение скважины 13 ведут буровым станком (не показан) колонной бурильных труб 7, оснащенной породоразрушающим наконечником 17 с применением промывочной жидкости 18 (фиг. 3) и выпуском бурового шлама 19 через боковой отвод 16. Коническая поверхность 10 способствует удалению шлама и обрушенной породы через боковой отвод 16, а при раскрытии секторных плашек 3 происходит полная очистка внутренней полости корпуса 2 от шлама и обрушенной породы. В период бурения спуско-подъемные операции бурового инструмента осуществляют при регулируемом раскрытии герметизирующего узла 1. Этим достигается удобство работы, повышается скорость бурения, а также исключается аварийная ситуация за счет исключения прихвата бурового инструмента обрушенной породой.

В случае применения защитных пластин 11 обеспечивается защита эластичного уплотнительного элемента от износа абразивными частицами шлама.

Использование: в горном деле при бурении восстающих дренажных скважин. Сущность изобретения: герметизирующий узел устья восстающей дренажной скважины включает корпус, плашки с приводом в виде гидроцилиндров, штоки которых связаны с плашками, уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом и уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и бурильными трубами. Уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом выполнены в виде эластичных колец, установленных в кольцевых канавках, выполненных на тыльной части плашек и внутренней поверхности корпуса, причем верхнее кольцо имеет трапециевидное сечение, меньшее основание трапеции которого обращено в направлении полости корпуса. Кроме того, узел снабжен покрытием в виде пластин трапециевидной формы, закрепленных на конусной поверхности верхнего кольца. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЙ УЗЕЛ УСТЬЯ ВОССТАЮЩЕЙ ДРЕНАЖНОЙ СКВАЖИНЫ, включающий корпус, плашки с приводом в виде гидроцилиндров, штоки которых связаны с плашками, уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом и уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и бурильными трубами, отличающийся тем, что уплотнительные элементы для герметизации зазора между плашками и корпусом выполнены в виде эластичных колец, установленных в кольцевых канавках, выполненных на тыльной части плашек и внутренней поверхности корпуса, причем верхнее кольцо имеет трапециевидное сечение, меньшее основание трапеции которого обращено в направлении полости корпуса. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен покрытием в виде пластин трапециевидной формы, закрепленных на конусной поверхности верхнего кольца.