СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ ВОДЫ И ЗАДЕЛЫВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ С ПОМОЩЬЮ СМОЛЫ С ВЫСОКОЙ ВОДОПОГЛОЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ Российский патент 2019 года по МПК E21B33/13 E21F7/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу динамической подачи воды и заделывания отверстий с помощью смолы с высокой водопоглощающей способностью, который является особенно применимым для заделывания отверстий в зоне, в которой образуется множество трещин и отведение значительно влияет на эффект заделывания отверстий.

Описание уровня техники

Отведение является основным решением, направленным на проблему скопления газа в угольной шахте. Концентрация газа, отводимого через буровые скважины в угольных шахтах в Китае, обычно является низкой, что отражает недостаточное качество заделывания буровых скважин. В настоящее время способы заделывания отверстий представляют собой главным образом следующее: заделывание отверстий посредством закачки цементного раствора, заделывание отверстий с помощью вспенивающегося композитного материала, такого как полиуретан, и заделывание отверстий с использованием пакера для отверстий. Способ заделывания отверстий с помощью цементного раствора направлен на заделывание наклонной буровой скважины. Цементный раствор является хрупким после отверждения, и поэтому он легко разрушается с образованием трещин. Способ заделывания отверстий с помощью вспенивающегося полимерного материала является дорогостоящим, к его эксплуатации предъявляются высокие требования, а также он характеризуется определенной степенью токсичности. Пакер для отверстий обычно используется для заделывания отверстий в горном проходе и является дорогостоящим. Во всех вышеупомянутых способах заделывания отверстий заделывание отверстий реализуется путем заполнения буровой скважины твердым веществом, но они не способны обеспечивать эффективное заполнение небольших трещин вокруг буровой скважины. Кроме того, вещество отверждается и коагулирует после завершения заделывания отверстий, что, таким образом, не позволяет решать проблемы, связанные с трещинами, вновь образующимися по мере протекания отведения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача. Целью настоящего изобретения является устранение недостатков из предшествующего уровня техники и обеспечение не дорогостоящего способа эффективного заделывания трещин вокруг буровой скважины и трещин, вновь образующихся в результате отведения.

Техническое решение. Способ динамической подачи воды и заделывания отверстий с помощью смолы с высокой водопоглощающей способностью по настоящему изобретению включает следующие этапы:

a) наматывание ленты A из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины на передний конец дренажной трубы;

b) обертывание смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка куском хлопчатобумажной ткани и наматывание полоски хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, на часть дренажной трубы за лентой A из полиуретанового материала;

c) наматывание ленты B из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины вокруг части дренажной трубы за полоской хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, и одновременно наматывание ленты B из полиуретанового материала на участок трубы для закачки воды, служащий для впуска воды, таким образом, чтобы впускной конец трубы для закачки воды располагался между лентой A из полиуретанового материала и лентой B из полиуретанового материала; быстрое помещение дренажной трубы в определенное положение в буровой скважине и образование участка с заделываемыми отверстиями после вспенивания и отверждения полиуретана;

d) установку автоматического клапана подачи воды на трубе для закачки воды, задание давления и соединение клапана со скважинной водопроводной трубой;

e) открывание автоматического клапана подачи воды для начала закачки воды в образованный участок с заделываемыми отверстиями при заданном давлении;

f) разворачивание хлопчатобумажной ткани, в которую завернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка в хлопчатобумажной ткани, намотанной на дренажную трубу, под действием воды таким образом, чтобы порошок поступал в участок с заделываемыми отверстиями и входил в трещины с потоком воды, полностью заделывая трещины и закрывая каналы утечки газа; при этом смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка быстро набухает после впитывания воды, заполняя участок с заделываемыми отверстиями, и плотно вдавливается в трещины вокруг буровой скважины под действием своего давления набухания;

g) автоматическое прекращение закачки воды при достижении заданного значения давления закачки воды;

h) соединение дренажной трубы с сетью отводных труб в соответствии с традиционными методиками для осуществления отведения газа и

i) при достижении нулевого значения давления закачки воды автоматическое начало подачи воды путем использования автоматического клапана подачи воды таким образом, чтобы смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонкоизмельченного порошка сохраняла свое состояние набухания при взаимодействии с водой, с достижением таким образом желательного эффекта заделывания отверстий.

Смола с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка образована смесью смол с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка следующих пяти типов: H30-60, H700, H30-50, H100 и H610, при этом зернистость смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка находится в диапазоне от 30 меш до 100 меш, а ее водопоглощающая способность находится в диапазоне от 200 до 700 раз.

Давление автоматического клапана подачи воды задают в соответствии с длиной участка с заделываемыми отверстиями и степенью образования трещин в буровой скважине на месте угольной шахты.

Преимущественные эффекты. В настоящем изобретении в участок с заделываемыми отверстиями добавляют материал, набухающий при взаимодействии с водой, эффективно заделывая таким образом начальные трещины вокруг буровой скважины. После закачки воды в участок с заделываемыми отверстиями смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка впитывает воду и быстро набухает, заполняя участок с заделываемыми отверстиями, и порошок плотно вдавливается в трещины вокруг буровой скважины под действием своего давления набухания. Тонкоизмельченный порошок входит в трещины, полностью заделывает трещины после впитывания воды и набухания и закрывает каналы утечки газа. Обычно в случаях, когда для заделывания отверстия используют твердый материал, материал для заделывания отверстий разрушается, если буровая скважина подвергается воздействию напряжения, и образуются трещины и каналы утечки газа, которые значительно влияют на эффект заделывания отверстий. Материал, набухающий при взаимодействии с водой, по настоящему изобретению обладает более сильной способностью выдерживать воздействие. Трещины не образуются, и достигается более желательный эффект заделывания отверстий. После осуществления отведения в течение определенного периода времени образуются новые трещины и каналы утечки газа, поскольку напряжение вокруг буровой скважины изменяется. Порошок впитывает воду и превращается во взвесь, имеющую промежуточное состояние между жидкостью и твердым веществом. Взвесь всасывается во вновь образующиеся трещины, заполняя трещины под действием отрицательного давления, создающегося в результате отведения. Давление в буровой скважине падает, и для закачки воды включают автоматический клапан подачи воды. Порошок, не полностью поглощающий воду в буровой скважине, впитывает воду и набухает, вновь заполняя буровую скважину, так что отверстие заделывается динамически. По сравнению с традиционными способами заделывания отверстий данный способ представляет собой динамический способ заделывания отверстий, способный обеспечивать эффективное заделывание вновь образующихся трещин. Поскольку порошок может впитывать воду и эффективно запирать влагу, этот способ характеризуется лучшим водоудерживающим свойством, чем традиционный способ гидравлического заделывания. Угольная масса может поглощать определенное количество влаги из материала, набухающего при взаимодействии с водой, в буровой скважине, и материал, набухающий при взаимодействии с водой, с течением времени теряет влагу в определенной степени. В связи с этим автоматический клапан подачи воды устанавливают и соединяют с трубой для закачки воды. Когда порошок теряет влагу и его давление падает, клапан приводят в действие для начала закачки воды. Материал, набухающий при взаимодействии с водой, впитывает воду и набухает, вновь заполняя буровую скважину, а затем клапан подачи воды выключают. Следовательно, достигается эффект автоматической подачи воды. Способ является простым и легким в эксплуатации, характеризуется желательным эффектом заделывания отверстий и может обеспечивать эффективное улучшение отведения газа. Таким образом, настоящее изобретение имеет широкий спектр практической направленности в данной области техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение заделывания отверстий до закачки воды в соответствии с настоящим изобретением; а

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение автоматической подачи воды после закачки воды в соответствии с настоящим изобретением.

На прилагаемых чертежах: 1 - угольный пласт, 2 - буровая скважина, 3 - лента A из полиуретанового материала, 4 - участок с заделываемыми отверстиями, 5 - трещины, 6 - полоска хлопчатобумажной ткани, 7 - лента B из полиуретанового материала, 8 - труба для отведения газа, 9 - труба для закачки воды, 10 - автоматический клапан подачи воды, 11 - скважинный водопроводный трубопровод и 12 - набухающая при взаимодействии с водой смола с высокой водопоглощающей способностью в виде перемешанного порошка.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно описан ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

Способ динамической подачи воды и заделывания отверстий с помощью смолы с высокой водопоглощающей способностью по настоящему изобретению, в частности, включает следующие этапы:

a) наматывание ленты A 3 из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины 2 на передний конец дренажной трубы 8, на которой перед лентой A 3 из полиуретанового материала оставляют часть достаточной длины, а длину определяют в соответствии с фактической ситуацией в буровой
скважине 2;

b) обертывание смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка куском хлопчатобумажной ткани и наматывание полоски 6 хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, на часть дренажной трубы 8 за лентой A 3 из полиуретанового материала, где хлопчатобумажную ткань дважды сворачивают пополам для обертывания порошка, а затем по спирали наматывают на дренажную трубу 8, при этом два конца хлопчатобумажной ткани подтыкают к ее средней части во избежание утечки порошка; при этом смола с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка образована смесью смол с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка следующих пяти типов: H30-60, H700, H30-50, H100 и H610, при этом зернистость смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка находится в диапазоне от 30 меш до 100 меш, а ее водопоглощающая способность находится в диапазоне от 200 до 700 раз;

c) наматывание ленты B 7 из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины 2 по спирали вокруг части дренажной трубы 8 за полоской 6 хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, и одновременно наматывание ленты B из полиуретанового материала на участок трубы 9 для закачки воды, служащий для впуска воды, таким образом, чтобы впускной конец трубы 9 для закачки воды располагался между лентой A 3 из полиуретанового материала и лентой B 7 из полиуретанового материала, при этом расстояние между лентой A 3 из полиуретанового материала и лентой B 7 из полиуретанового материала определяют в соответствии с установленной государством стандартной длиной участка с заделываемыми отверстиями; быстрое помещение дренажной трубы 8 в определенное положение в буровой скважине 2 и образование участка 4 с заделываемыми отверстиями после вспенивания и отверждения полиуретана;

d) установку автоматического клапана 10 подачи воды на трубе 9 для закачки воды, задание давления и соединение клапана со скважинной водопроводной трубой 11;

e) открывание автоматического клапана 10 подачи воды для начала закачки воды в образованный участок 4 с заделываемыми отверстиями при заданном давлении;

f) разворачивание хлопчатобумажной ткани, в которую завернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка в хлопчатобумажной ткани, намотанной на дренажную трубу 8, под действием воды таким образом, чтобы порошок поступал в участок с заделываемыми отверстиями и входил в трещины 5 с потоком воды, полностью заделывая трещины и закрывая каналы утечки газа; при этом смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка быстро набухает после впитывания воды, заполняя участок с заделываемыми отверстиями, и плотно вдавливается в трещины вокруг буровой скважины под действием давления набухания набухающей при взаимодействии с водой смолы 12 с высокой водопоглощающей способностью в виде перемешанного порошка;

g) автоматическое прекращение закачки воды с помощью автоматического клапана 10 подачи воды при достижении заданного значения давления закачки воды;

h) соединение дренажной трубы 8 с сетью отводных труб в соответствии с традиционными методиками для осуществления отведения газа;

i) при достижении нулевого значения давления закачки воды автоматическое начало подачи воды путем использования автоматического клапана 10 подачи воды таким образом, чтобы смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонкоизмельченного порошка поддерживалась в своем состоянии набухания при взаимодействии с водой, с достижением таким образом желательного эффекта заделывания отверстий.

Давление автоматического клапана 10 подачи воды задают в соответствии с длиной участка 4 с заделываемыми отверстиями и степенью образования трещин в буровой скважине на месте угольной шахты с достижением таким образом желательного эффекта заделывания отверстий. Давление в трубе 9 для закачки воды задают в соответствии с данными измерений. Давление в трубе 9 для закачки воды и давление на участке 4 с заделываемыми отверстиями стабилизируют при заданных значениях вне зависимости от давления воды в скважинной водопроводной трубе 11, достигая таким образом эффекта автоматической подачи воды.

Изобретение относится к области изоляции существующих и вновь образуемых трещин вокруг буровой скважины и самой скважины в угольной шахте, опасной по скоплению газа. Технический результат - повышение эффективности изоляционных работ. По способу заделывают два конца участка буровой скважины. Для этого смолу или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, обернутую куском хлопчатобумажной ткани, располагают в участке буровой скважины с заделываемыми отверстиями. Трубу для закачки воды и трубу для отведения газа помещают в буровую скважину. Для подачи воды используют автоматический клапан подачи воды. Смолу или смесь смол используют в виде перемешанного тонкого порошка с высокой водопоглощающей способностью. Обеспечивают быстрое набухание смолы после впитывания воды, заполняющей участок с заделываемыми отверстиями и окружающие его трещины с потоком воды. Поддерживают давление набухания. После набухания порошка и завершения заделывания отверстий отводную трубу соединяют с аппаратом для отведения газа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ динамической подачи воды и заделывания отверстий с помощью смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка или смеси смол с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка, включающий следующие этапы:

a) наматывание ленты A (3) из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины (2) на передний конец дренажной трубы (8);

b) обертывание смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка или смеси смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка куском хлопчатобумажной ткани и наматывание полоски (6) хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, на часть дренажной трубы (8) за лентой A (3) из полиуретанового материала;

c) наматывание ленты B (7) из полиуретанового материала для заделывания буровой скважины (2) вокруг части дренажной трубы (8) за полоской (6) хлопчатобумажной ткани, которой обернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка, и одновременно наматывание ленты B из полиуретанового материала на участок трубы (9) для закачки воды, служащий для впуска воды, таким образом, чтобы впускной конец трубы (9) для закачки воды располагался между лентой A (3) из полиуретанового материала и лентой B (7) из полиуретанового материала; быстрое помещение дренажной трубы (8) в определенное положение в буровой скважине (2) и образование участка (4) с заделываемыми отверстиями после вспенивания и отверждения полиуретана;

d) установку автоматического клапана (10) подачи воды на трубе (9) для закачки воды, задание давления и соединение клапана со скважинной водопроводной трубой (11);

e) открывание автоматического клапана (10) подачи воды для начала закачки воды в образованный участок (4) с заделываемыми отверстиями при заданном давлении;

f) разворачивание хлопчатобумажной ткани, в которую завернута смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка в хлопчатобумажной ткани, намотанной на дренажную трубу (8), под действием воды таким образом, чтобы порошок поступал в участок с заделываемыми отверстиями и входил в трещины (5) с потоком воды, полностью заделывая трещины и закрывая каналы утечки газа; при этом смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонко перемешанного порошка быстро набухает после впитывания воды, заполняя участок с заделываемыми отверстиями, и плотно вдавливается в трещины вокруг буровой скважины под действием своего давления набухания;

g) автоматическое прекращение закачки воды при достижении заданного значения давления закачки воды;

h) соединение дренажной трубы (8) с сетью отводных труб в соответствии с традиционными методиками для осуществления отведения газа и

i) при достижении нулевого значения давления закачки воды автоматическое начало подачи воды путем использования автоматического клапана (10) подачи воды таким образом, чтобы смола с высокой водопоглощающей способностью в виде тонкоизмельченного порошка или смесь смол с высокой водопоглощающей способностью в виде тонкоизмельченного порошка поддерживалась в своем состоянии набухания при взаимодействии с водой, с достижением таким образом желательного эффекта заделывания отверстий.

2. Способ по п. 1, где зернистость смолы с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка или смеси смол с высокой водопоглощающей способностью в виде порошка находится в диапазоне от 30 меш до 100 меш, а ее водопоглощающая способность находится в диапазоне от 200 до 700 раз.

3. Способ по п. 1, где давление автоматического клапана (10) подачи воды задают в соответствии с длиной участка (4) с заделываемыми отверстиями и степенью образования трещин в буровой скважине на месте угольной шахты.