ОБЪЕДИНЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СКВАЖИН, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕЕ ПОДЗЕМНОЕ ВЗРЫВАНИЕ ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ И НАГНЕТАНИЕ ВОДЫ В ГЛУБОКИХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2021 года по МПК E21B33/127 E21B33/13 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к горно-шахтному оборудованию и, в частности, относится к объединенному устройству для герметизации скважин, осуществляющему подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Большинство угольных пластов при разработке угольных месторождений в Китае относятся к пермоуглеродному периоду и имеют большое газосодержание, низкую воздухопроницаемость и сложную геологическую структуру. Во время добычи большое количество газовых выбросов, сложные геологические условия для разработки угольного пласта, расширение масштабов разработки и повышение степени интенсификации разработки приводят к более сложным и изменчивым изменениям в поле напряжений, вызванном разработкой, поле разрушения угольной породы и газовом поле. Первоначальную технику безопасности и теорию сложно адаптировать к насущным потребностям безопасного и эффективного производства существующих угольных шахт. В сложных условиях более вероятно возникновение выброса угля и газа и внезапное выделение газа, из-за чего происходят газовые аварии.

[0003] В настоящее время в Китае принят способ взрывания для рыхления для улучшения механических свойств основной части угля, снятия напряжения на грунт, чтобы обеспечить возможность продвижения пика напряжения в более глубокое положение, а затем подавления адсорбции и десорбции газа посредством нагнетания воды в угольный пласт, тем самым реализуя комплексную профилактику и обработку выброса угля и газа с точки зрения трех аспектов: снижение напряжения в грунте, снижение давления газа и повышение механической прочности угольного пласта. Однако в настоящее время песок, содержащий зерна тяжелых неметаллических минералов, используется для герметизации подземных скважин, что подразумевает высокую интенсивность труда рабочих и является неудовлетворительным в плане эффекта герметизации. В патенте CN2017102431068 раскрыто блокирующее устройство, которое герметизирует скважину путем нагнетания воды в капсулу для расширения капсулы. Эта капсула для герметизации скважин подходит только для такой обработки, как смещение нагнетания газа или гидравлическое давление, и ее легко повредить при взрывании, поскольку передний конец капсулы не защищен, когда капсулу применяют для взрывания для рыхления. У расширенной водой капсулы происходит как боковое расширение, так и продольное расширение во время расширения. В случае продольного расширения трубопроводы внутри капсулы легко ломаются.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническое решение

[0004] Настоящее изобретение относится к объединенному устройству для герметизации скважин, предназначенному для подземного гидравлического взрывания для рыхления в глубоких скважинах или подземного нагнетания воды в угольном пласте, чтобы реализовать объединенную удобную операцию по герметизации скважин, нагнетанию воды и взрыванию.

[0005] Для достижения вышеуказанной цели настоящего изобретения техническое решение по настоящему изобретению приведено ниже:

[0006] объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, содержащее заглушку капсулы, наружную капсулу, внутреннюю капсулу, трубку для нагнетания воды в капсуле, трубку для нагнетания воды в буровой скважине и конусную заглушку. Два конца наружной капсулы и внутренней капсулы соответственно закреплены на заглушке капсулы и конусной заглушке. Заглушка капсулы, конусная заглушка, наружная капсула и внутренняя капсула образуют закрытую полую цилиндрическую полость. Средняя часть заглушки капсулы снабжена участком первого отверстия, а средняя часть конусной заглушки снабжена участком второго отверстия. Средняя часть внутренней капсулы представляет собой полый трубопровод, и два конца полого трубопровода соответствуют участку первого отверстия и участку второго отверстия соответственно. Трубка для нагнетания воды в буровой скважине проходит через полую цилиндрическую полость, и два конца трубки для нагнетания воды в буровой скважине соответственно проходят через верхние концы заглушки капсулы и конусной заглушки. Часть трубки для нагнетания воды в буровой скважине, расположенная в полой цилиндрической полости, телескопически намотана на наружной стороне внутренней капсулы. Трубка для нагнетания воды в капсуле проходит через заглушку капсулы и проходит в полую цилиндрическую полость.

[0007] Кроме того, каждая из наружной капсулы и внутренней капсулы состоит из наружной втулки капсулы, слоя стальной проволоки и внутреннего контейнера капсулы. Слой стальной проволоки расположен между наружной втулкой капсулы и внутренним контейнером капсулы. Два слоя наружных втулок капсулы соответственно расположены на наружном слое наружной капсулы и внутреннем слое внутренней капсулы.

[0008] Кроме того, первый клапан расположен на трубке для нагнетания воды в капсуле, а второй клапан расположен на трубке для нагнетания воды в буровой скважине. Первый клапан и второй клапан оба расположены на наружной стороне заглушки капсулы. Первый клапан и трубка для нагнетания воды в капсуле соединены с возможностью отсоединения, и второй клапан и трубка для нагнетания воды в буровой скважине соединены с возможностью отсоединения.

[0009] Кроме того, усилитель закреплен на наружной стороне заглушки капсулы.

[0010] Кроме того, вышеуказанное объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, также содержит трубку для детонирующего шнура. Трубка для шнура представляет собой стальную трубку. Трубка для детонирующего шнура проходит через полый трубопровод. Один конец трубки для детонирующего шнура выходит из объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, а другой конец трубки для детонирующего шнура соединен с патроном взрывчатого вещества. Часть трубки для детонирующего шнура, проходящая до наружной стороны заглушки капсулы, снабжена третьим клапаном. Третий клапан и трубка для детонирующего шнура соединены с возможностью отсоединения.

Преимущественный эффект

[0011] По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение имеет полезные эффекты, заключающиеся в том, что передний конец объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по настоящему изобретению представляет собой конусную заглушку, благодаря чему капсула объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, удобно входит в буровую скважину; конусная заглушка рассеивает энергию, генерируемую взрыванием для рыхления, для защиты капсулы от повреждений, вызываемых взрыванием для рыхления; трубка для нагнетания воды в буровой скважине, спирально намотанная в полой цилиндрической полости, телескопически вытягивается в полой цилиндрической полости для того, чтобы предотвратить разрыв трубки для нагнетания воды в буровой скважине во время расширения полой цилиндрической полости, вызванного нагнетанием воды; и объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по настоящему изобретению является оригинальным по своей конструкции, самостоятельно используется для нагнетания воды в подземных угольных пластах, а также используется совместно с устройством для взрывания для реализации интеграции размещения, герметизации скважин, нагнетания воды и взрывания, и является простым в эксплуатации и отличается высокой эффективностью работы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0012] На фиг. 1 представлено схематическое изображение наружной конструкции объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, в варианте осуществления по настоящему изобретению;

[0013] на фиг. 2 представлен вид в разрезе объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, в варианте осуществления по настоящему изобретению;

[0014] на фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе заглушки капсулы в варианте осуществления по настоящему изобретению; и

[0015] на фиг. 4 представлен вид в поперечном разрезе средней части объединенного устройства для герметизации скважин, осуществляющего подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, в варианте осуществления по настоящему изобретению.

[0016] На фиг. 1–4, 1: заглушка капсулы; 2: наружная капсула; 201: наружная втулка капсулы, принадлежащая наружной капсуле; 202: слой стальной проволоки наружной капсулы; 203: внутренний контейнер капсулы, принадлежащий наружной капсуле; 3: внутренняя капсула; 301: наружная втулка капсулы, принадлежащая внутренней капсуле; 302: слой стальной проволоки внутренней капсулы; 303: внутренний контейнер капсулы, принадлежащий внутренней капсуле; 4: трубка для нагнетания воды в капсуле; 401: первый клапан; 5: трубка для нагнетания воды в буровой скважине; 501: второй клапан; 6: конусная заглушка; 7: полая цилиндрическая полость; 8: участок первого отверстия; 9: участок второго отверстия; 10: полый трубопровод; и 11: усилитель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Настоящее изобретение дополнительно описано ниже со ссылкой на графические материалы.

[0018] Вариант осуществления

[0019] Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, содержит заглушку 1 капсулы, наружную капсулу 2, внутреннюю капсулу 3, трубку 4 для нагнетания воды в капсуле, трубку 5 для нагнетания воды в буровой скважине и конусную заглушку 6. Два конца наружной капсулы 2 и внутренней капсулы 3 соответственно закреплены на заглушке 1 капсулы и конусной заглушке 6. Заглушка 1 капсулы, конусная заглушка 6, наружная капсула 2 и внутренняя капсула 3 образуют закрытую полую цилиндрическую полость 7. Средняя часть заглушки 1 капсулы снабжена участком 8 первого отверстия, а средняя часть конусной заглушки 4 снабжена участком 9 второго отверстия. Средняя часть внутренней капсулы 3 представляет собой полый трубопровод 10, и два конца полого трубопровода 10 соответствуют участку 8 первого отверстия и участку 9 второго отверстия соответственно. Трубка 5 для нагнетания воды в буровой скважине проходит через полую цилиндрическую полость 7, и два конца трубки 5 для нагнетания воды в буровой скважине соответственно проходят через верхние концы заглушки 1 капсулы и конусной заглушки 6. Часть трубки 5 для нагнетания воды в буровой скважине, расположенная в полой цилиндрической полости 7, телескопически намотана на наружной стороне внутренней капсулы 3. Трубка 4 для нагнетания воды в капсуле проходит через заглушку 1 капсулы и проходит в полую цилиндрическую полость 7. Усилитель 11 закреплен на наружной стороне заглушки 1 капсулы.

[0020] Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, каждая из наружной капсулы 2 и внутренней капсулы 3 состоит из наружной втулки (201, 301) капсулы, слоя (202, 302) стальной проволоки и внутреннего контейнера (203, 303) капсулы. Слои (202, 302) стальной проволоки соответственно расположены между наружными втулками (201, 301) капсулы и внутренними контейнерами (203, 303) капсулы. Два слоя наружных втулок (201, 301) капсулы соответственно расположены на наружном слое наружной капсулы 2 и внутреннем слое внутренней капсулы 3.

[0021] Первый клапан 401 расположен на трубке 4 для нагнетания воды в капсуле, а второй клапан 501 расположен на трубке 5 для нагнетания воды в буровой скважине. Первый клапан 401 и второй клапан 501 оба расположены на наружной стороне заглушки 1 капсулы. Первый клапан 401 и трубка 4 для нагнетания воды в капсуле находятся в резьбовом, вставленном или фланцевом соединении, и второй клапан 501 и трубка 5 для нагнетания воды в буровой скважине находятся в резьбовом, вставленном или фланцевом соединении.

[0022] Когда осуществляется нагнетание воды в подземных угольных пластах, объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, сначала подают в секцию предварительной герметизации буровой скважины посредством усилителя 11; первый клапан 401 открывают для нагнетания воды в полую цилиндрическую полость 7 через трубку 4 для нагнетания воды в капсуле, после чего полая цилиндрическая полость 7 расширяется; внутреннюю капсулу 3 сужают для закрывания полого трубопровода 10, а наружную капсулу 2 расширяют для блокировки буровой скважины; и затем первый клапан 401 закрывают, а второй клапан 501 открывают, чтобы нагнетать воду в угольные пласты вокруг буровой скважины через трубку 5 для нагнетания воды в буровой скважине.

[0023] При проведении подземного гидравлического взрывания для рыхления в глубоких скважинах, патрон взрывчатого вещества сперва размещают в предварительно определенной точке взрывания для рыхления в буровой скважине, а затем помещают детонирующий шнур для патрона взрывчатого вещества в стальную трубку, чтобы предотвратить короткое замыкание в детонирующем шнуре, вызванное водой; стальная трубка проходит через участок 9 второго отверстия, полый трубопровод 10 и участок 8 первого отверстия, и затем выходит из буровой скважины; часть стальной трубки, проходящая до наружной стороны заглушки 1 капсулы, снабжена третьим клапаном, и третий клапан и стальная трубка находятся в резьбовом или вставленном соединении; объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, подают в секцию предварительной герметизации буровой скважины посредством усилителя 11; первый клапан 401 открывают для нагнетания воды в полую цилиндрическую полость 7 через трубку 4 для нагнетания воды в капсуле; внутреннюю капсулу 3 сужают, чтобы охватывать стальную трубку, а наружную капсулу 2 расширяют для блокировки буровой скважины; первый клапан 401 закрывают, и второй клапан 501 открывают для нагнетания воды в буровую скважину; после выполнения нагнетания воды второй клапан 501 закрывают и запускают детонацию патрона взрывчатого вещества; после взрыва патрона взрывчатого вещества третий клапан устанавливают на трубке для детонирующего шнура, и третий клапан закрывают для блокировки стальной трубки; и второй клапан 501 открывают, чтобы снова нагнетать воду в буровую скважину до тех пор, пока в буровую скважину больше не будет нагнетаться вода.

Изобретение относится к объединенному устройству для герметизации скважин, осуществляющему подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах. Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства и реализации интеграции герметизации скважин, нагнетания воды и взрывания. Объединенное устройство содержит заглушку капсулы, наружную капсулу, внутреннюю капсулу, трубку для нагнетания воды в капсуле, трубку для нагнетания воды в буровой скважине и конусную заглушку. Два конца наружной капсулы и внутренней капсулы соответственно закреплены на заглушке капсулы и конусной заглушке; заглушка капсулы, конусная заглушка, наружная капсула и внутренняя капсула образуют закрытую полую цилиндрическую полость. Средняя часть заглушки капсулы снабжена участком первого отверстия, а средняя часть конусной заглушки снабжена участком второго отверстия; средняя часть внутренней капсулы представляет собой полый трубопровод, и два конца полого трубопровода соответствуют участку первого отверстия и участку второго отверстия соответственно. Трубка для нагнетания воды в буровой скважине проходит через полую цилиндрическую полость, и два конца трубки для нагнетания воды в буровой скважине соответственно проходят через верхние концы заглушки капсулы и конусной заглушки; часть трубки для нагнетания воды в буровой скважине, расположенная в полой цилиндрической полости, телескопически намотана на наружной стороне внутренней капсулы. Трубка для нагнетания воды в капсуле проходит через заглушку капсулы и проходит в полую цилиндрическую полость. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, содержащее заглушку капсулы, наружную капсулу, внутреннюю капсулу, трубку для нагнетания воды в капсуле, трубку для нагнетания воды в буровой скважине и конусную заглушку, при этом

два конца наружной капсулы и внутренней капсулы соответственно закреплены на заглушке капсулы и конусной заглушке; заглушка капсулы, конусная заглушка, наружная капсула и внутренняя капсула образуют закрытую полую цилиндрическую полость;

средняя часть заглушки капсулы снабжена участком первого отверстия, а средняя часть конусной заглушки снабжена участком второго отверстия; средняя часть внутренней капсулы представляет собой полый трубопровод, и два конца полого трубопровода соответствуют участку первого отверстия и участку второго отверстия соответственно;

трубка для нагнетания воды в буровой скважине проходит через полую цилиндрическую полость, и два конца трубки для нагнетания воды в буровой скважине соответственно проходят через верхние концы заглушки капсулы и конусной заглушки; часть трубки для нагнетания воды в буровой скважине, расположенная в полой цилиндрической полости, телескопически намотана на наружной стороне внутренней капсулы; и

трубка для нагнетания воды в капсуле проходит через заглушку капсулы и проходит в полую цилиндрическую полость.

2. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 1, отличающееся тем, что каждая из наружной капсулы и внутренней капсулы состоит из наружной втулки капсулы, слоя стальной проволоки и внутреннего контейнера капсулы; слой стальной проволоки расположен между наружной втулкой капсулы и внутренним контейнером капсулы; и два слоя наружных втулок капсулы соответственно расположены на наружном слое наружной капсулы и внутреннем слое внутренней капсулы.

3. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 1, отличающееся тем, что первый клапан расположен на трубке для нагнетания воды в капсуле, а второй клапан расположен на трубке для нагнетания воды в буровой скважине; и первый клапан и второй клапан оба расположены на наружной стороне заглушки капсулы.

4. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 3, отличающееся тем, что первый клапан и трубка для нагнетания воды в капсуле соединены с возможностью отсоединения.

5. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 3, отличающееся тем, что второй клапан и трубка для нагнетания воды в буровой скважине соединены с возможностью отсоединения.

6. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 1, отличающееся тем, что усилитель закреплен на наружной стороне заглушки капсулы.

7. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 1, отличающееся тем, что также содержит трубку для детонирующего шнура, при этом трубка для детонирующего шнура проходит через полый трубопровод и проходит до наружной стороны заглушки капсулы.

8. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 7, отличающееся тем, что часть трубки для детонирующего шнура, проходящая до наружной стороны заглушки капсулы, снабжена третьим клапаном.

9. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по п. 8, отличающееся тем, что третий клапан и трубка для детонирующего шнура соединены с возможностью отсоединения.

10. Объединенное устройство для герметизации скважин, осуществляющее подземное взрывание для рыхления и нагнетание воды в глубоких скважинах, по пп. 7, 8 или 9, отличающееся тем, что трубка для детонирующего шнура представляет собой стальную трубку.