Самопередвигающаяся вперед система бурения и способ удаления метана из подземного угольного пласта (варианты) Российский патент 2004 года по МПК E21B7/18 E21B7/08 E21F7/00 

Настоящее изобретение относится к системе гидравлического бурения и, в частности, относится к самопередвигающейся вперед системе гидравлического бурения, которая может использоваться для различных применений в шахтах, и способу удаления метана из подземного угольного пласта с использованием этой системы.

Известны системы гидравлического бурения, которые используют воду под высоким давлением для резки твердых материалов, таких как мягкие породы, уголь и тому подобное. Эти системы бурения с водяной струей находят большее применение в горнодобывающей промышленности и могут использоваться вместо традиционных механических режущих головок.

Все известные системы бурения с водяной струей имеют буровое устройство, продвигаемое вперед силами, передаваемыми вдоль жесткой бурильной колонны или в одном случае посредством давления жидкости, оказываемого на устройство поршневого типа. Буровое устройство имеет одно или несколько режущих сопел для водяной струи на направляющей части устройства.

Обычно для того, чтобы вырезать круглое отверстие, жесткая бурильная колонна поворачивается, тем самым осуществляя поворот передних режущих струй по круговой траектории.

Позднее было разработано более успешное устройство, в котором струи поворачиваются одни посредством револьверной головки, приводимой в действие посредством осевой силы от режущих струй, при этом все другие части бурильной штанги, ведущие к режущей головке, остаются неподвижными. Буровое устройство продвигается вперед посредством оказания давления на жесткую бурильную колонну посредством вращающейся жидкостной режущей головки, вырезающей отверстие в твердом материале.

В последнее время была разработана система бурения со струей воды, которая является эффективной для бурения в пласте буровых скважин длиной до 300 м или более с помощью жесткой бурильной колонны. Основными особенностями этого бурильного сопла являются следующие:

серийное высокоскоростное самовращающееся сопло для водяной струи Woma FR47 в качестве основной режущей компоненты;

бесступенчатая кожуховая коробка для предотвращения остановки (прекращения быстрого вращения) сопла Woma FR47;

кривой переходный элемент для управления траекторией буровой скважины;

задний переходный элемент для обеспечения достаточного потока для вымывания сравнительно больших кусочков породы из скважины;

сопловой пересекающий переходник для подсоединения сопла Woma FR47 к заднему переходному элементу и заднего переходного элемента к бурильной колонне.

Для продвижения вперед бурового устройства и для подачи режущей жидкости к соплу использовались бурильные штанги длиной 3 м, способные выдерживать внутренние давления до 6890 кПа. Эти бурильные штанги использовались в качестве трубопровода для требуемой подачи высоконапорной воды к бурильному соплу (штанги также использовались в качестве трубопровода для требуемой подачи высоконапорной воды к бурильному соплу). Штанги также использовались в связи с самоходным буровым агрегатом для толкания или продвижения вперед сопла в буровую скважину. Для облегчения удаления из буровой скважины обломков резания использовались обращенные назад промывочные сопла (или сопла обратного направления). Для этой работы использовался водяной насос высокого давления, способный создавать максимальное давление 4478 кПа при скорости потока 160 л/мин.

В этом устройстве технология бурения включала следующие операции:

выравнивание самоходного бурильного агрегата с желаемым направлением буровой скважины;

подсоединение сопла Woma FR47 к бурильным штангам высокого давления (первые 10 м буровой скважины бурились без кривого переходника и элементов заднего узла. Это делалось для предотвращения ненужного разбрызгивания обратно промывочных струй на задний переходник);

после прохождения устья в 10 м буровой скважины бурильную колонну извлекали из буровой скважины и кривой переходник и элементы заднего узла, прикрепленные за соплом Woma FR47;

сопловой узел и бурильную колонну вновь вставляли в забой буровой скважины и бурение продолжалось, при этом сопловой узел продвигался толканием бурильной колонны самоходным буровым агрегатом.

Признанным преимуществом систем гидравлического бурения является их предрасположенность к закруглению угла или бурению с ультракоротким радиусом. Эти способы обычно включают бурение горизонтальных скважин, расходящихся радиально от вертикальной скважины. Для обеспечения возможности бурения с закруглением угла известен способ изготовления трубы бурильной колонны в виде стальных сегментов, каждый из которых имеет длину 45 см и шарнирно устанавливается на верхней поверхности. Вдоль длины колонны приваривается приводная цепь. При опускании сегментов вниз в вертикальной буровой скважине они отсоединяются на своей более низкой стороне и являются способными поворачиваться вокруг приводного зубца на дне вертикальной скважины. Таким образом, бурильная колонна подавалась бы вниз в вертикальную скважину как жесткий блок и также подавалась бы в горизонтальную скважину как жесткий блок.

Сопло водяной резки приводилось в действие напорной водой, которая подавалась по высоконапорному шлангу. Высоконапорный шланг проходил через жесткую бурильную колонну или к одной стороне бурильной колонны.

Один способ бурения ультракороткого радиуса использует буровое устройство для гидравлического бурения, прикрепленное к отрезку змеевика. Устройство гидравлического бурения и змеевик подаются через узел скважного отклонителя, который изгибает змеевиковый трубопровод с ультракоротким радиусом кривизны (радиусом 0,3 м). Тем самым трубопровод отклоняется в поперечном направлении от вертикальной скважины путем пластической деформации трубопровода через ряд направляющих и роликов.

Змеевик используется для подачи режущей высоконапорной жидкости к устройству гидравлического бурения. Буровое устройство для гидравлического бурения принудительно вводится в формацию, которая должна буриться, посредством сложного поршневого устройства, использующего высокое давление режущей жидкости.

Трудностью систем водяной резки является необходимость обеспечения того, чтобы сопловой узел оставался в желаемом горизонте при продвижении вперед бурового устройства жесткой бурильной колонной. Следует заметить, что в обычных системах имеется тенденция понижения режущего устройства относительно горизонта при его продвижении вперед.

Представляется, что понижение вызывается тем, что бурильная колонна является жесткой, или же тем, что бурильная колонна преобладает в продвижении вперед соплового узла.

Для управления этими устройствами используют кривой переходник, и жесткую бурильную колонну вращают для поворота ориентации кривого переходника, и это служит мерой управления системой.

Известны бурильные колонны, сформированные из змеевика, который придает бурильной колонне некоторую степень гибкости. Однако змеевик дает возможность иметь только ограниченную гибкость, и обнаружено, что если змеевик принуждают проходить вокруг скважного отклонителя, в нем превышается предел упругости, что связано с трудностями ее восстановления. Змеевик должен отрезаться электрохимическим способом или некоторым другим способом и поэтому не функционирует как гибкий шланг. В публикации международной патентной заявки WO 95/09963 описана система бурения. В этой системе первую бурильную колонну толкают вниз в скважину и отклоняют в горизонтальном направлении через колено. Первая бурильная колонна имеет механическую шаровую фрезу, и бурильную колонну поворачивают для поворачивания шаровой фрезы. Затем эту бурильную колонну удаляют и вставляют вниз в скважину и через колено - вторую гибкую бурильную колонну.

Вторую бурильную колонну не поворачивают, и она заканчивается врубовым устройством со сравнительно низконапорной жидкостью, режущим при давлении в пределах около 20600-27560 кПа. Гидравлическое врубовое устройство медленно вырезает струей скважину в окружающем отложении пород. Здесь, кажется, нет другого способа для продвижения вперед бурильной колонны в горизонтальную скважину, кроме как под действием веса бурильной колонны в вертикальном направлении или путей обычного толкания бурильной колонны.

Врубовое устройство имеет в основном обычный узел сопла обратного направления низкого давления (в пределах около 20600-27560 кПа), который функционирует для смывания кусочков породы. Заявляемый угол наклона сопел обратного направления (45°) согласуется с промывочным действием, но при этом угле сопла не функционируют для обеспечения какой-либо осмысленной прямой тяги. В действительности, представляется, что сопла обратного направления, если вообще могут иметь дополнительную функцию балансирования обратного удара, вызванного передними невращающимися соплами, так что продвижение вперед происходит под действием веса бурильной колонны.

Так как в данном случае нет другого механизма продвижения вперед, кроме как под действием веса бурильной колонны, гидравлическое врубовое устройство продвигается вперед очень медленно с заявленной проходкой врубания в 60 м за 6-10 ч даже в мягкой породе.

Так как бурильная колонна, по-видимому, осуществляет движение вперед врубового устройства, может еще иметь место проблема понижения в угле врубания, проблема, обнаруженная при использовании жестких бурильных колонн.

При очевидности отсутствия другого средства продвижения вперед, кроме как под действием веса бурильной колонны, имеется высокая степень вероятности, что протяженное горизонтальное бурение будет вызывать принятие гибкой бурильной колонной того, что известно как "спиральное запирание", которое существует, когда бурильная колонна не может больше продвигаться вперед посредством оказания давления на бурильную колонну. Этот эффект, вероятно, объясняет, почему длины горизонтальных скважин в примерах были ограничены примерно 60 м.

В вариантах бурильная колонна представляет собой стальной змеевик с трубкой диаметром, меньшим обычного диаметра (12,5 мм) для обеспечения его достаточной гибкости. С трубкой малого диаметра к гидравлическому врубовому устройству могут проходить только малые объемы воды низкого давления.

При дренировании метана из угольного пласта существенным для эффективности является невнесение изменения в проницаемость угля. Любое уменьшение проницаемости будет отрицательно влиять на дренирование метана в вырезанную скважину из окружающего угля. Известно, что поверхностно-активные вещества уменьшают проницаемость угля, и поэтому для бурения дренажных скважин в угольных пластах описанная выше система бурения не должна была бы быть подходящей, так как требуются поверхностно-активные вещества.

Известна самопередвигающаяся вперед система бурения, содержащая буровое устройство, имеющее, по меньшей мере, одно направляющее сопло для режущей жидкости, расположенное на буровом устройстве средство для обеспечения движения вперед бурового устройства, имеющее, по меньшей мере, одно направленное наружу от продольной оси бурового устройства сопло обратного направления, разбрызгивающее высоконапорную воду, и бурильную колонну, сформированную из гибкого шланга (см. патент США № 5413184, кл. Е 21 В 7/08, 09.05.1995).

В этой системе сопла обратного направления разбрызгивают высоконапорную воду под углом в 45° и не вызывают достаточного толкания вперед для противодействия направляющим соплам, также установленным под углом в 45°. Таким образом, очевидно, что система по указанному патенту основана на традиционной подаче буровой колонны для перемещения вперед бурового устройства.

Известен способ удаления метана из угольного пласта, включающий бурение скважины в угольном пласте, удаление или извлечение буровой системы из угольного пласта и удаление метана через пробуренную скважину (см. патент США № 4273193, кл. Е 21 В 7/08, 1981).

Техническим результатом настоящего изобретения является создание самопередвигающейся вперед системы бурения и эффективного способа удаления метана из угольного пласта с использованием такой системы.

Этот технический результат достигается тем, что в самопередвигающейся вперед системе бурения, содержащей буровое устройство, имеющее, по меньшей мере, одно направляющее сопло для режущей жидкости, расположенное на буровом устройстве средство для обеспечения движения вперед бурового устройства, имеющее, по меньшей мере, одно направленное наружу от продольной оси бурового устройства сопло обратного направления, разбрызгивающее высоконапорную воду, и бурильную колонну, сформированную из гибкого шланга, согласно изобретению для обеспечения самопередвижения системы угол наклона, по меньшей мере, одного направленного наружу от продольной оси сопла составляет от 0 до 30° относительно указанной продольной оси.

Гибкий шланг может быть приспособлен функционировать в качестве трубопровода для жидкости для приведения в действие направляющего сопла для режущей жидкости и, по меньшей мере, одного сопла обратного направления.

Буровое устройство может содержать ряд взаимосвязанных переходных элементов.

Ведущая часть бурового устройства может включать установленное с возможностью вращения сопло высокого давления, имеющее, по меньшей мере, одно переднее режущее сопло и, по меньшей мере, одно боковое разбуривающее скважину сопло.

Сопло высокого давления может быть приспособлено для быстрого вращения внутри защитной коробки для защиты сопла и уменьшения возможности случайного удара сопла о стенку скважины в процессе его быстрого вращения.

Защитная коробка может быть ступенчатой с размещением ступеньки сразу за, по меньшей мере, одним боковым разбуривающим соплом, причем ступенька приспособлена для нацеливания разбуривающих сопел на выступы на стенке скважины, зацепляющие ступеньку и предотвращающие продвижение вперед сопла.

Буровое устройство может иметь управляющее средство. Управляющее средство может содержать жидкость, проходящую через, по меньшей мере, одно сопло обратного направления, приспособленное избирательно отклоняться отклоняющим узлом.

Отклоняющий узел может содержать отклоняющий элемент, способный избирательно перемещаться в поток жидкости сопла обратного направления и из него для отклонения потока и содержащий выступ на кольце, которое проходит вокруг переходного элемента обратного направления и вращение которого вызывает избирательное перемещение отклоняющего элемента в поток жидкости сопла обратного направления и из него.

Гибкий шланг может содержать пластмассовый внутренний сердечник, стальное проволочное усиление и внешнее пластмассовое покрытие.

Указанный технический результат достигается и тем, что в способе удаления метана из подземного угольного пласта, включающем бурение скважины в угольном пласте посредством бурового устройства, удаление бурового устройства из угольного пласта и удаление метана через пробуренную скважину, согласно изобретению в качестве бурового устройства используют вышеописанную самопередвигающуюся вперед систему бурения.

Указанный технический результат достигается и тем, что в способе удаления метана из подземного угольного пласта, включающем бурение скважины в угольном пласте посредством бурового устройства, удаление бурового устройства из угольного пласта и удаление метана через пробуренную скважину, согласно изобретению скважину бурят с поверхности земли, формируют полость в скважине рядом с угольным пластом, опускают в сформированную полость скважный отклонитель, размещают в полости в желаемой ориентации буровое устройство, представляющее собой вышеописанную самопередвигающуюся вперед систему бурения.

В способе можно использовать скважный отклонитель, имеющий устанавливаемый кронштейный элемент.

В способе можно использовать расположенное на устанавливаемом кронштейном элементе, по меньшей мере, одно сопло для режущей жидкости для вырезания щели в стенке скважины при установке кронштейна.

Буровое устройство можно первоначально разместить в кронштейном элементе и продвигать вперед от него для бурения скважины.

Варианты выполнения изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вид сбоку бурового устройства согласно первому варианту выполнения изобретения;

фиг.2 изображает вид большого направляющего защитного корпуса бурового устройства;

фиг.3А и 3В изображают вид сбоку и вид с торца малого ступенчатого направляющего защитного корпуса бурового устройства;

фиг.4 изображает направляющие сопла для режущей жидкости;

фиг.5 изображает узел сопел обратного направления режущего устройства;

фиг.6 изображает устройство, представленное на фиг.1, имеющее отклоняющий механизм для отклонения водяного сопла обратного направления;

фиг.7 изображает часть направляющего сопла для режущей жидкости;

фиг.8 изображает второй вариант выполнения бурового устройства;

фиг.9 изображает самопередвигающуюся систему бурения в процессе использования.

На фиг.1 показано буровое устройство 10 для гидравлического бурения. Устройство 10 содержит ряд отдельных, но взаимосвязанных переходных элементов. Направляющий переходный элемент 11 содержит защитный корпус. Защитный корпус имеет заднюю практически полую трубчатую часть 12 и переднюю часть в виде коробки 13. Внутри корпуса расположен сопловой узел 40 Woma FR47 или узел подобного самовращающегося типа для работы с высоким давлением (фиг.4 и 7). Сопловой узел 40 установлен на выступе 40А и содержит шпиндель 40В, на котором установлено быстровращающееся сопло 40С высокого давления, имеющее переднее направляющее сопло 41 для режущей жидкости и боковые разбуривающие скважину сопла 42. Сопла 41, 42 работают при давлениях в пределах 68900-103000 кПа. Сопло прикреплено к шпинделю посредством шпильки 40D, которая размещена в кольцевой канавке 40Е в шпинделе.

Коробка 13 обеспечивает возможность режущим соплам 41 и разбуривающим соплам 42 вырезать проход в твердом материале (таком как угольный пласт) и защищает сопло 40С высокого давления от повреждения и остановки.

Как показано на фиг.3, коробка 13 является ступенчатой и имеет ступеньку 14, которая расположена сразу за разбуривающими соплами 42 Woma. Ступенька 14 нацеливает разбуривающие сопла 42 на выступы на стенке скважины, которые зацепляются за ступеньку и предотвращают продвижение сопел 42 вперед. В таком случае разбуривающие сопла 42 способны удалять выступы и, следовательно, обеспечивать возможность продвижения вперед бурового устройства 10.

На фиг.2 показан другой тип коробки 13А без ступеньки.

Сразу за корпусом 11 расположен промежуточный переходный элемент 16, который является практически полым и может содержать датчики, направляющие системы и тому подобное. Кроме того, переходный элемент 16 имеет цилиндрическую форму, тем самым обеспечивая симметрию соплу, что способствует бурению более прямолинейных скважин. Цилиндрическая форма также эффективно уменьшает зазор между соплом и стенкой скважины, через который должны проходить вода и обломки угля. Вода под высоким давлением проходит через внутреннюю трубу 43 и поступает к соплу Woma FR47. Если диаметр скважины получается слишком малым, тогда эта вода и кусочки породы не могут выходить мимо сопла достаточно быстро. Это ведет к повышению давления перед соплом до уровня, при котором сопло толкается обратно против силы действия сопел обратного направления. Это эффективно дает другую возможность режущим и разбуривающим соплам вырезать скважину и увеличивать ее диаметр. Таким образом, получается более согласующийся диаметр.

К элементу 16 подсоединен задний переходный элемент 19 сопел обратного направления, который более наглядно иллюстрируется на фиг.5. Переходной элемент 19 имеет четыре направленных наружу от продольной оси бурового устройства сопла обратного направления, равномерно пространственно разнесенных около хвостового конца переходного элемента. Три сопла 20, 21, 22 обратного направления показаны на фиг.1 и 5. Четвертое сопло на чертежах не видно. Каждое из указанных сопел имеет канал, обработанный на станке или иначе сформированный в переходном элементе 19. Сопло (на чертеже не показано) расположено в соответствующем гнезде 24 внутри переходного элемента 19 и рядом с каналом. Гнездо 24 и, следовательно, сопло сообщено с внутренностью переходного элемента 19 через каналы 25. Для эффективного функционирования в качестве "толкающих" сопел сопла обратного направления, предпочтительно, располагаются под малым углом по отношению к продольной оси устройства. Предпочтительными являются углы в пределах 0-30°, особенно предпочтительным является угол около 5°, так как этот угол вызывает очистку "толкающей" водой прикрепленного гибкого шланга (а не врезание в него), в то же самое время имея еще приемлемый угол задней тяги. Вода проходит через сопла под давлением в пределах 68900-137800 кПа. Поэтому часть высоконапорной жидкости, входящей в переходной элемент 19, будет выходить через сопла, расположенные в гнездах 24, для обеспечения прямой тяги бурового устройства 10. В задней части 26 переходного элемента 19 подсоединяется гибкая бурильная колонна (на чертеже не показана). Высоконапорная жидкость может проходить через гибкую бурильную колонну и входить и проходить вдоль бурового устройства 10. Бурильная колонна функционирует как трубопровод для высоконапорной жидкости, но является слишком гибкой для обеспечения гидравлическому режущему устройству какой-либо значительной прямой тяги. Гибкость делает бурильную колонну идеальной для прохождения через кривые с малым радиусом кривизны, например, со скважинным отклонителем, и не требуются поверхностно-активные вещества.

В процессе использования высоконапорная жидкость, такая как вода, проходит через гибкую бурильную колонну и входит и проходит через буровое устройство 10. Высоконапорная жидкость приводит в действие самовращающееся сопло Woma и также сопла обратного направления.

В другом варианте буровое устройство может иметь направляющую систему для управления соплом через угольный пласт. Направляющая система конструируется для обеспечения непрерывной индикации в реальном масштабе времени положения, дающего возможность оператору управлять буровым устройством посредством компьютерного управления на поверхности. Направляющая система содержит следующие компоненты:

геодезический прибор, который определяет местоположение сопла в трехмерном пространстве;

однопроводную линию связи для передачи информации между соплом и поверхностью;

компьютер и дисплейный монитор, который вычисляет и воспроизводит информацию, касающуюся траектории сопел;

управляющий механизм, расположенный на сопле, для управления направлением продвижения, следовательно, поддержания желаемой траектории.

Геодезический прибор может состоять из трехмерной векторной матрицы феррозондовых магнитометров и акселерометров. Магнитометры используются для определения азимута, на который указывает сопло относительно магнитного севера. Акселерометры используются для определения наклона сопла вдоль его продольной оси и циферблатной ориентации сопла.

Выходные сигналы от магнитометров и акселерометров собираются и обрабатываются посредством микросхемы, расположенной в корпусе сопла. Затем эта информация передается на поверхность в двоичной форме по однопроводной линии связи. Однопроводная линия связи должна быть или встроена в оплетку высоконапорного шланга, прикрепляемую снаружи шланга, или проходить по центру шланга.

На поверхности блок линии связи подключен к компьютеру, который получает сигнал от сопла, обрабатывает информацию и вычисляет азимут, наклон и циферблатную ориентацию сопла в реальном масштабе времени. Затем эта информация воспроизводится на дисплейном мониторе, давая возможность оператору наблюдать траектории сопла и сравнивать это с желаемой траекторией.

При значительном отклонении сопла от желаемой траектории оператор может привести в действие управляющий механизм сопла путем использования клавишной панели компьютера. Оператор вводит данные о желаемом изменении в направлении. Компьютер определяет, как лучше осуществить изменение в направлении, и посылается сигнал вниз по линии связи к микросхеме в сопле. Микросхема приводит в действие управляющий механизм, и траектория скважины изменяется.

Управляющий механизм состоит из контактного кольца (фиг.6), которое установлено в круговой канавке, расположенной за соплами обратного направления. Выступ в виде пластины 31, предназначенный для отклонения струи от сопла обратного направления к стенке скважины, установлен на контактном кольце. Расположенный внутри узла приводной шаговый двигатель используется для вращения контактного кольца таким образом, что отклоняющая пластина расположена за соответствующим соплом для желаемого изменения направления. Силы, генерируемые отклонением струи от соответствующего сопла обратного направления, управляют соплом, приводя его к желаемому направлению.

На фиг.8 показан другой вариант бурового устройства 50, которое также содержит переднюю коробку 51, промежуточный корпус 52 и блок 53 сопла обратного направления, причем блок 53 и передняя коробка 51 являются практически такими же, как описано выше.

Промежуточный корпус 52 содержит четыре стержня 54, 55, 56, 57 с резьбой, проходящие вдоль и внутри его. Стержни служат опорой для дополнительных компонент, таких как электронные геодезические приборы. Приборы заделывают в эпоксидную смолу и герметизируют в контейнере для защиты. Герметизированный блок инструментов устанавливается таким образом, что он скользит по четырем стержням. Утолщение 59 бурильной головки является крышкой для контейнера и дает возможность прикреплять сопло FR47 или подобное устройство к буровому устройству. Устройство натягивают, используя гайки, которые навинчивают на стержни, и натяжение также уплотняет узел, используя нейлоновые или аналогичные вкладыши. Ступенчатая коробка 51 может затем быть размещена на сопле FR47. В этом устройстве к одной стороне вдоль внутреннего корпуса 52 помещена внутренняя водопроводная труба 60 для обеспечения места для герметизированного блока инструментов. Гибкий шланг, который прикреплен к буровому устройству, представляет собой высоконапорный гибкий шланг, который является достаточно гибким для того, чтобы его можно было отклонять скважинным отклонителем. Гибкий шланг не предназначен для работы в качестве толкателя для бурового устройства, который осуществляет самопередвижение вперед посредством сопел обратного направления. Таким образом, гибкий шланг отличается от змеевика, который может быть изогнут с превышением предела упругости (например, после скважинного отклонителя), но не может без затруднений восстанавливаться и обычно отрезается электрохимическим способом.

В этом варианте выполнения шланг формируется из внутреннего сердечника, выполненного из полиоксиметилена и полиамида. Вокруг внутреннего сердечника намотаны четыре спиральных слоя высокопрочного на разрыв стального провода для обеспечения усиления от давления. Внешнее покрытие выполняется из полиамида. Гибкий шланг имеется в продаже под торговой маркой Polyflex High Pressure Hose. В другом варианте выполнения в управляющем механизме используются боковые сопла - "толкатели" для изменения направления буровой скважины. Эти сопла приводятся в действие нагнетательными клапанами, управляемыми соленоидом.

На фиг.9 схематично показана система для вырезания практически горизонтального прохода в угольном пласте 100, вертикальная скважина 101, проходящая через угольный пласт. В скважине 101 и в предварительно образованной полости 105 установлен скважинный отклонитель 104. Скважинный отклонитель 104 может быть таким, как описано заявителями в одновременно рассматриваемой международной патентной заявке, содержание которой вводится в качестве ссылки.

Отклонитель 104 имеет основное тело 106, размер которого выбирается для возможности вставки его в скважину. К основному телу 106 прикреплен выдвигаемый кронштейный элемент 107, который может гидравлически устанавливаться для принятия горизонтального положения (возможна также установка под другими углами).

Буровое устройство 108 для гидравлического бурения может быть размещено на кронштейном элементе 107 так, что при установке кронштейна 107 буровое устройство 108 может начинать вырезание прохода в угольном пласте. Гибкий шланг 109 вытягивается вдоль бурового устройства 108 с прохождением его через скважинный отклонитель 104 вверх скважины 101, который может разматываться с барабана 110 на поверхности. Гибкость шланга 109 дает ему возможность проходить по траектории с совершенно малым радиусом кривизны, что, в свою очередь, дает возможность выполнить скважинный отклонитель 104 компактным.

После того как буровое устройство 108 пробурило скважину желаемой длины, оно может быть намотано обратно на кронштейн 107, который может быть убран, и скважинный отклонитель 104, содержащий буровое устройство 108, может быть поднят на поверхность.

В примерах было пробурено 54 прямых скважины и 7 скважин с отклонением бурильной колонны для прохождения кривой с радиусом кривизны 0,3 м с помощью бурового сопла, создающего струю высоконапорной воды, согласно изобретению. Были испробованы различные давления насоса, типы защитных коробок и размеры отверстий сопла для определения оптимальных рабочих параметров сопла.

На основе результатов испытаний оптимальной комбинацией для бурения является давление насоса 115 МПа, скорость потока жидкости 234 л/мин, диаметры отверстий 1,0 и 1,2 мм режущих и разбуривающих скважину сопел на самовращающемся сопле Woma FR47 и отверстие диаметром 1,2 мм для сопел обратного направления. Ступенчатая защитная коробка сопла FR47 создает скважину с более гладкими стенками и более подходящего диаметра.

Примером этой сопловой комбинации была буровая скважина, которая была пробурена длиной 194 м за общее время 42 минуты при условии прямолинейности скважины. Другим примером была буровая скважина длиной 192 м, пробуренная за общее время 97 минут с прохождением бурильной колонной кривой с ультракоротким радиусом кривизны 0,3 м. Следует заметить, что в данном случае не требовалось прекращать бурение для подсоединения бурильных колонн в этой системе. В обоих вышеприведенных случаях бурение было прекращено из-за того, что они были пределом имеющейся в это время бурильной колонны. Диаметр скважины был около 110 мм. Очевидно, что скорости бурения в 10 раз превышают скорость бурения известной системы, в которой продвижение вперед врубовой машины осуществляется под действием веса бурильной колонны. Должно быть очевидно, что могут быть предложены различные изменения и модификации к описанному варианту выполнения в пределах сущности или объема изобретения.

Система находит частное применение в формировании длинных скважин в угольном пласте для удаления метана из этого пласта.

Должно быть понятным, что система гидравлического бурения не ограничивается использованием вместе со скважным отклонителем и может использоваться одна или с другим устройством подсоединения бурильных колонн в этой системе. В обоих вышеприведенных случаях бурение было прекращено из-за того, что они были пределом имеющейся в это время бурильной колонны. Диаметр скважины был около 110 мм. Очевидно, что скорости бурения в 10 раз превышают скорость бурения известной системы, в которой продвижение вперед бурового устройства осуществляется под действием веса бурильной колонны. Должно быть очевидно, что могут быть предложены различные изменения и модификации к описанному варианту выполнения в пределах сущности или объема изобретения.

Изобретение относится к области гидравлического бурения и представляет самопродвигающуюся вперед систему бурения, содержащую буровое устройство, имеющее, по крайней мере, одно направляющее сопло для режущей жидкости, средство, расположенное на буровом устройстве для обеспечения движения вперед бурового устройства, имеющее, по меньшей мере, одно направленное наружу от продольной оси сопло, обратного направления, угол наклона которого составляет от 0 до 30° относительно указанной продольной оси, бурильную колонну, сформированную из гибкого шланга. Указанная система может быть реализована при способах удаления метана из угольного пласта, которые включают по одному из способов бурение скважины в угольном пласте посредством системы гидравлического бурения, а по второму варианту – в скважине рядом с угольным пластом формируют полость, в которую опускают скважинный отклонитель, посредством которого из полости указанной системой бурят скважину для удаления метана из угольного пласта. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и производительности гидравлического бурения при дегазации угольных пластов. 3 с.п. ф-лы, 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Самопередвигающаяся вперед система бурения, содержащая буровое устройство, имеющее, по меньшей мере, одно направляющее сопло для режущей жидкости, расположенное на буровом устройстве средство для обеспечения движения вперед бурового устройства, имеющее, по меньшей мере, одно направленное наружу от продольной оси бурового устройства сопло обратного направления, разбрызгивающее высоконапорную воду, и бурильную колонну, сформированную из гибкого шланга, отличающаяся тем, что для обеспечения самопередвижения системы угол наклона, по меньшей мере, одного направленного наружу от продольной оси сопла составляет от 0 до 30° относительно указанной продольной оси.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что гибкий шланг приспособлен функционировать в качестве трубопровода для жидкости для приведения в действие направляющего сопла для режущей жидкости и, по меньшей мере, одного сопла обратного направления.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что буровое устройство содержит ряд взаимосвязанных переходных элементов.4. Система по п.3, отличающаяся тем, что ведущая часть бурового устройства включает установленное с возможностью вращения сопло высокого давления, имеющее, по меньшей мере, одно переднее режущее сопло и, по меньшей мере, одно боковое разбуривающее скважину сопло.5. Система по п.4, отличающаяся тем, что сопло высокого давления приспособлено для быстрого вращения внутри защитной коробки для защиты сопла и уменьшения возможности случайного удара сопла о стенку скважины в процессе его быстрого вращения.6. Система по п.5, отличающаяся тем, что защитная коробка является ступенчатой с размещением ступеньки сразу за, по меньшей мере, одним боковым разбуривающим соплом, причем ступенька приспособлена для нацеливания разбуривающих сопел на выступы на стенке скважины, зацепляющие ступеньку и предотвращающие продвижение вперед сопла.7. Система по п.6, отличающаяся тем, что буровое устройство имеет управляющее средство.8. Система по п.7, отличающаяся тем, что управляющее средство содержит жидкость, проходящую через, по меньшей мере, одно сопло обратного направления, приспособленное избирательно отклоняться отклоняющим узлом.9. Система по п.8, отличающаяся тем, что отклоняющий узел содержит отклоняющий элемент, способный избирательно перемещаться в поток жидкости сопла обратного направления и из него для отклонения потока и содержащий выступ на кольце, которое проходит вокруг переходного элемента обратного направления и вращение которого вызывает избирательное перемещение отклоняющего элемента в поток жидкости сопла обратного направления и из него.10. Система по п.1, отличающаяся тем, что гибкий шланг содержит пластмассовый внутренний сердечник, стальное проволочное усиление и внешнее пластмассовое покрытие.11. Способ удаления метана из подземного угольного пласта, включающий бурение скважины в угольном пласте посредством бурового устройства, удаление бурового устройства из угольного пласта и удаление метана через пробуренную скважину, отличающийся тем, что в качестве бурового устройства используют самопродвигающуюся вперед систему бурения, выполненную согласно п.1.12. Способ удаления метана из подземного угольного пласта, включающий бурение скважины в угольном пласте посредством бурового устройства, удаление бурового устройства из угольного пласта и удаление метана через пробуренную скважину, отличающийся тем, что скважину бурят с поверхности земли, формируют полость в скважине рядом с угольным пластом, опускают в сформированную полость скважный отклонитель, размещают в полости в желаемой ориентации буровое устройство, представляющее собой самопродвигающуюся вперед систему бурения, выполненную по любому из пп.1-10.13. Способ по п.12, отличающийся тем, что используют скважинный отклонитель, имеющий устанавливаемый кронштейный элемент.14. Способ по п.13, отличающийся тем,что используют расположенное на устанавливаемом кронштейном элементе, по меньшей мере, одно сопло для режущей жидкости для вырезания щели в стенке скважины при установке кронштейна.15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что буровое устройство первоначально размещают в кронштейном элементе и продвигают вперед от него для бурения скважины.