Способ расширения скважины Российский патент 2020 года по МПК E21B7/28 E21D1/00 E21D3/00 E21C37/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области горного и взрывного дела, в частности к бурению или к методам расширения скважин малого диаметра и может использоваться при проведении работ в сложных горнотехнических условиях.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение.

При проведении работ по возведению скважин в сложных горнотехнических условиях, в том числе под землей, и условиях горного рельефа местности в некоторых случаях невозможно или затруднено применение техники для бурения скважин заданного диаметра.

Уровень техники.

Главными методами расширения скважин является разбуривание пилотных скважин инструментом требуемого диаметра или применение различных термических расширительных устройств.

Аналог.

Известны и масштабно используются способы огневого расширения. Для их применения требуется сложное и энергозатратное оборудование.

Наиболее широко применяются способы расширения скважин разбуриванием, т.е. повторным бурением долотом бОльшего диаметра. Суть способа изложена в работах Кутузова Б.Н. [1] и других авторов [2, 3]. В этом случае расширяемая скважина является пилотной, которая в последующем разбуривается различным по диаметру буровым инструментом.

Аналогично указанный способ изложен в авторских свидетельствах СССР, патентах РФ [4-6] и других стран [7-9].

Применение указанных способов и технологических операций в стесненных и сложных горных условиях либо существенно затруднено (например, требует применения авиационных средств), либо вообще не возможно.

Прототип.

Наиболее близким по существу к заявляемому техническому решению является способ расширения скважин, изложенный в патенте [10].

Этот способ предусматривает бурение пилотной центральной скважины и бурение вокруг нее дополнительных скважин. Затем в дополнительных скважинах размещают заряды взрывчатых веществ и подрывают эти заряды.

Основным недостатком способа-прототипа является разрушение приповерхностной части массива. При таком разрушении массива функциональное использование расширенной скважины практически неосуществимо.

Технический результат изобретения.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение скважины до заданного диаметра в стесненных условиях без бурового оборудования и с обеспечением ее функционального назначения.

Способ достижения технического результата.

Технический результат достигается следующим образом.

После бурения пилотной центральной скважины вокруг нее бурят еще несколько дополнительных скважин. В дополнительных скважинах размещают заряды взрывчатого вещества, подрывают эти заряды, а затем размещают заряд взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и подрывают в ней этот заряд взрывчатого вещества. Массу заряда взрывчатого вещества в каждой дополнительной скважине выбирают таким образом, чтобы их взрыв не разрушал скальную породу, а только вызывал трещинообразование по линии «пилотная центральная скважина - дополнительная скважина».

После проведения цикла подрывов ствол пилотной центральной скважины очищают от образовавшихся кусков породы и пылевых частиц.

Для достижения оптимального эффекта взрывного воздействия заряды взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и дополнительных скважинах инициируют из забоя скважин.

При невозможности размещения боевиков в забое заряды взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и дополнительных скважинах инициируют из любой точки скважин.

Если после первого этапа расширения требуемый диаметр скважины не достигнут, то бурят новую серию дополнительных скважин и повторяют процедуру расширения.

Указанный технический результат предлагаемого способа достигается тем, что расширение скважины осуществляется посредством поочередного взрывания нескольких зарядов взрывчатых веществ, расположенных в дополнительных и пилотной центральной скважинах. При таком способе расширения скважины не требуется установка и применение сложного и громоздкого бурового оборудования в стесненных условиях.

Сущность изобретения

Схематично предлагаемый способ поясняется на рисунке (фиг. 1).

После бурения пилотной центральной скважины (1) и дополнительных скважин (2) в них размещаются заряды взрывчатого вещества (4) длиной L_зар и подрываются в указанной выше последовательности.

Если после выполнения указанных операций не будет достигнут заданный диаметр скважины бурится новая серия дополнительных скважин (3) и повторяется процедура расширения.

Наибольший эффект воздействия взрыва на скальный массив достигается при инициировании заряда взрывчатого вещества, т.е. размещении патрона боевика (5), в забое скважины.

При невозможности размещения патрона боевика в забое его (6) можно устанавливать в любом месте по длине заряда.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о способе расширения с применение энергии взрыва.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленный способ расширения скважин дает возможность получать скважины заданного диаметра в сложных горно-технических и топографических условиях, когда невозможно применить буровую и горную технику для возведения скважин большого (заданного) диаметра.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы широко распространенные в буровзрывной технологии.

Результаты экспериментальной проверки реализации способа.

Предлагаемый способ реализован в промышленных условиях при проведении работ, связанных с созданием скважины требуемого диаметра в скальном массиве.

Результаты эксперимента представлены на фото (фиг. 2).

На фото (фиг. 2) отчетливо видны схлопнувшиеся дополнительные скважины и расширенная пилотная центральная скважина.

Пилотная и дополнительные скважины были пробурены диаметром 43 мм и глубиной 3,1 м. После выполнения процедуры расширения пилотная центральная скважина была расширена до диаметра 120 мм, глубина составила - 2,2 м. Таким образом, площадь сечения расширенной скважины близка к сумме площадей пилотной и дополнительных скважин.

При этом расширенная скважина обеспечивает свое функциональное назначение.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в снижении технических затрат и повышении производительности.

Список использованных источников

1. Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ, ч. 2, Взрывные работы в горном деле и промышленности; - М: Издательство горная книга, МГГУ, 2008.

2. Мангуш С.К., Крюков Г.М., Фисун Л.П. Взрывные работы при подземной разработке полезных ископаемых. Учебник для вузов. М.: Изд. АГН, 2000.

3. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США. Недра, 1989.

4. Кононов Н.П., Паршин В.П., Купец Г.О., Чирва А.Г., Саенко В.К. Способ проходки восстающих выработок. А.с. СССР №989073, опубл. 15.01.1983. Бюл. №2.

5. Вороненко В.К., Гааль А.В., Коротаев А.Е., Козырев В.Г. Способ проходки восстающих выработок. А.с. СССР №1802140, опубл. 15.03.1993. Бюл. №10.

6. Гаркушин П.К., Ткачев А.В., Разоренов А.В. Способ проходки вертикального ствола. Патент РФ №2229602, опубл. 27.05.2004. Бюл. №36.

7. Патент на изобретение UA №23940 А (Трест «Кривбассшахтострой» и др.), 31.08.1998.

8. Патент на изобретение KR №101286128 B1 (Sungpoong Constrctional Со Ltd), 09.07.2013.

9. Патент на изобретение CN №106089212 A (Hebei Iron & Steel Group Mining Co Ltd), 09.11.2016.

10. Способ расширения скважины. Патент JP №3073277 В2, опубл. 07.08.2000, фиг. 1-6.

Изобретение относится к области горного и взрывного дела, в частности к бурению, точнее, к методам расширения скважин малого диаметра и может использоваться при проведении работ в сложных горно-технических условиях. Способ расширения скважины заключается в бурении пилотной центральной скважины, бурении вокруг нее дополнительных скважин, размещении в дополнительных скважинах зарядов взрывчатых веществ и их подрыве. Массу зарядов взрывчатого вещества в каждой дополнительной скважине выбирают таким образом, чтобы их взрыв вызывал трещинообразование по линии «пилотная скважина – дополнительная скважина» без разрушения скальной породы. Заряд взрывчатого вещества размещают в пилотной центральной скважине и осуществляют подрыв в ней этого заряда взрывчатого вещества, затем очищают скважину от образовавшихся кусков породы и пылевых частиц. Обеспечивается расширение скважины до заданного диаметра в стесненных условиях без бурового оборудования и с обеспечением ее функционального назначения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ расширения скважины, заключающийся в бурении пилотной центральной скважины, бурении вокруг нее дополнительных скважин, размещении в дополнительных скважинах зарядов взрывчатых веществ и их подрыве, отличающийся тем, что массу зарядов взрывчатого вещества в каждой дополнительной скважине выбирают таким образом, чтобы их взрыв вызывал трещинообразование по линии «пилотная скважина – дополнительная скважина» без разрушения скальной породы, размещают заряд взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и осуществляют подрыв в ней этого заряда взрывчатого вещества, затем очищают скважину от образовавшихся кусков породы и пылевых частиц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряды взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и дополнительных скважинах инициируют в забое скважин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заряды взрывчатого вещества в пилотной центральной скважине и дополнительных скважинах инициируют в любой точке скважин.