Способ бурения скважин В.Л.Финько Советский патент 1983 года по МПК E21B21/14 

Йзобретение относится к горному делу, а именно к бурению пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах с удалением буровой мелочи сжатым воздухом.

Известен в нефтяной, газовой и горной промышленности способ бурения скважин, основанный на разрушении горной породы, очистке скважин газообразным промывочным агентом с по-, стоянным весовым расходом,величина которого определяется диаметром сквгикины Cl.l

Недостатком известного способа бурения является то, что не обеспечивается удаление повышенных количеств шлама, потому что не предусматривается в процессе бурения пе.риодическая подача повьаиенного весового расхода сжатого воздуха в скважину.

Процесс бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах сопровождается газодинамическими явлениями которые характеризуются повышенными высыпаниями и выбросами угля и газа в полость скважины. Повышенные высыпания и выбросы отличаются динамикой выделений штыба шлама, который и определяет появление заштыбовок и прихватов бурового инструмента. При высыпаниях головная часть бурового органа оказывается засыпанной рыхлым штыбом. Удаление его происходит медленно, как на участке, где произошло высыпание, увеличивается проходное сечение скважин, и подаваемого

10 в скважину расчетного весового количества сжатого воздуха недостаточно для ноЕчлальной очистки.

При внезапных выбросах штыб выделяется в больших количествах и гораздо быстрее, чем при высыпаниях, потому

15 что в его выделении участвует метан, заключенный под давлением в угольном пласте. И чем выше перепад давлений

В системе скважина-пласт, тем мощнее выброс и тем сильнее прихват буров.о20го инструмента. Дополнительные высыпания штыба можно рассматривать как выброс небольшой интенсивности.

Общим признаком нарушений режима очистки при зашгыбовках и прихватг х

25 бурового инструмента является увеличение содержания твердой фазы в исходящем из скважины газовом потоке.

Особенностью бурения пологих и

наклонных скважин в выбросоопасных

30 пластах является также то, что дополнительно выделяемый штыб скапливается не на забое скважины и не находится во взвешенном состоянии изза отсутствия вертикального столба газообразного промывочного агента, остается в месте его выделения. Незначительные местные скопления штыб не оказывают существенного отрицательного влияния на процесс бурения так как они постепенно удаляются. Только весьма значительные или частые вьщеления штыба в короткий промежуток времени, а также выбросы создают в скважинах аварийные ситуации - появляются заштыбовки и прихваты бурового органа.

Наиболее близким к изобретению является способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым -на забой с переменным весовым расходом с одновременным его аккумулированием в буровых трубах 2}. Недостатком указанного способа бурения является то, что .не обеспечивается достаточная надежность бурения пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, так как подача в скважину повышенного весового расхода сжатого воздуха производится независимо от дополнительных высыпаний и выбросов угля, что не исключает появление зашламования скважины и прихватов бурового инструмента.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пласта

Указанная цель достигается тем, что согласно способу бурения скважин, включающему разрушение горной породы и очистку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на забой с переменным весовым расходом, при увел ении содержания шлама с исходящем из сквжины газообразном промывочном агент производят герметизацию затрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого н забой газообразного промывочного агента до достижения давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимального давления метана, заключенного в угольном плате, после чего производят разгерметизацию затрубного пространства скважины через регулируемую задвижку, гидравлическое сопротивление которой уменьшают по мере уменьшения значения амплитуды колебаний переменной составл5Йощей нагрузки привод бурового,станка.

На фиг. 1 изображена схематически буровая установка для бурения с

очисткой забоя от шлама газообразным промывочн1.,1М агентом по прямой и обратной схемам циркуляции; на фиг.2 диаграмма энергетических затрат при нормальном процессе бурения и при наличии зашламления (заштыбовки) и прихватов-бурового инструмента.

При отсутствии газодинамических явлений пласта и использовании прямой продувки сжатый воздух от компрессорной установки 1 по магистральному трубопроводу, на котором установлен расходомер 2, при открытой задвижке 3 через сальниковую головку 4 подается в буровой став 5, из которого через буровую коронку 6 выводится в затрубное пространство. Из затру бного пространства -газоугольная смесь поступает в герметизатор 7 закрепленный на свободной трубе 8.

. Из герметизатора 7 газо-угольная смесь поступает в пылегасящее устройство 9, в которое от насоса 10 при открытой задвижке 11 подается вода. Водогазоугольная . смесь из пылегасителя 9 при открытой задвижке 12 подается в разделительное устройство 13, из которого шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь по магистрали, на которой установлены расходомер 16 и метаномер 17, выводится на сброс.

В случае использования схемы с обратной продувкой сжатый воздух от компрессорной установки 1 по трубопроводу, на котором установлены расходомер 2, при открытой задвижке 18 и закрытой 3 поступает в затрубно пространство скважин,и далее газоугольнйя смесь, через коронку 6 по буровому ставу 5, через сальниковую головку 4 поступает в трубопровод, по которому при открытой задвижке 12 поступает в разделительное устройство 13, куда от насоса 10 через задвижку 11 поступает вода. Далее шлам удаляется через задвижку 14, вода удаляется в водосборник 15, а газовая смесь через расходомер 16 и метаномер 17 сбрасывается в атмосфеРУ.

Появление заштыбовок (зашламления и выбросоопасных зон контролируется аппаратурой 18 и 19. После появления заштыбовок бурового инструмента или выбросоопасной зоны для варианта прямой продувки повышенный весовой расход сжатого воздуха поступает от компрессорной установки 1 через расходомер 2, задвижку 3, которая снабжена обратным клапаном, при закрытых задвижках 20 и 21, через сальниковую головку 4, по трубопроводу 5, через буровую коронку б в затрубное пространство. Поддержание повышенного..давления промывочного агента в скважине на нужном уровне осуществляется с помощью регулируемой автома тизированной задвижки 22. Удаление газоугольной, смеси из скважины производится через герметизатор 7, задвижку 22, гаситель давления 23, задвижку 24, пылегаситель 9, магистраль с задвижкой 12, разделительное устройство 13. Далее шлам удаляется через задвижку 14, вода поступает в водосборник .15, а газовая смесь, по трубопроводу с расходомером 16 и метаномером 17 сбрасывается в атмосферу. При технологических остановках процесса бурения, например наращивания бурового става, поддержание в скважине повышенного давления осуществляется с помощью обратного кла пана 25, установленного в головной части бурового става. Диаграмма энергетических затрат (фиг. 2) поясняет отличие нормально процесса бурения по углю и более кре КИМ породам от бурения с наличием заштыбовок и прихватов бурового инс румента. Из диаграммы видно, что ухудшение режима очистки характеризуется .нарастанием амплитуды и част ты колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станк Максимальные значения соответствуют прихвату бурового инструмента. Различие- между заштыбовками и прихватами бурового инструмента возможно, устанавливать по величине амплитуды переменной составляюь.ей нагрузки привода бурового станка. Для реализаций способа бурения используют, например, буровые станки типа СБГ-1м, СБА-500, ЗИФ-500 с комплектом бурового оборудования, герметизатор устья скважин типа УДС, манометры типа МКО и МКЛ, расходомеры типа ДП. Контролировать появление дополнительных высыпаний и выбросов угля в скважину возможно с помощью киловаттметра - самописца. При реализации данного способа бурения монтаж оборудования, забуривание и проведение скважин при отсутствии газодинамических проявлений пласта производят с использованием известных технологических приемов и режимов разрушения и очистки. Появление заштыбовок -и прихватов бурового инструмента определяется по величине амплитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка (фиг, 1), причем заштыбовки обуславливают величину отклонений не более ±50%/ а прихваты±.100%4 В таблице приведены режимы бурения и продувки при использовании «данного способа бурениях для скважин ;0 80 мм, проводимых в угольных выбросоопасных пластах с минимальным давлением метана 7-8 атм.

При отсутствии заштыбовок и прихватов бурового инструмента

Частота вращения бурового инструмента, об/мин100-120

Усилие подачи, ктс До 1500

Направление подачи На забой

Расход сжатого воздуха, подаваемого в скважину,

Направление продувки

При прихватах бурового инструмента

100-120

100-120 300-500 300-ВОО.

На забой На забой от забоя от забоя

8-10

8-10

Прямое

Прямое

Прямое

Давление сжатого воздуха, подаваемого в

3-4 скважину, атм

Давление газовой смеси Продолжительность операций герметизации затрубного пространства сква жины с одновременной подачей на забо гювьлиенного весового расхода сжатого воздуха до тех пор, пока давление газовой смеси превысит величину минимального давления метана, заключен ного в угрльном пласте, с последующе разгерметизацией затрубного простран ства неодинакова для различных условий и зависит от величины выбросоопасной зоны и степени выбросоопасности. Использование данного способа при бурении пологих и наклонных скважин в сравнении с существующими способами позволяет повысить эффективность и надежность проведения . Ъкважин в выбросоопасных угольных пластах, которые в основном необходимы для проведения противовыбросных мероприятий. Формула изобретения Способ бурения скважин, включающий разрушение горной породы и очист ку скважины от шлама газообразным промывочным агентом, подаваемым на забой с переменным весовым расходом отличающийся тем, что.

Продолжение таблицы

7-8

7-8 с целью повышения эффективности бурения путем улучшения очистки пологих и наклонных скважин в выбросоопасных угольных пластах, при- увеличе1Й1И содержания шлама в исходящем из скважины газообразном промывочном агенте производят герметизацию затрубного пространства и одновременно увеличивают весовой расход подаваемого на забой газообразного промывочного агента до достижений давления в затрубном пространстве равного или выше величины минимального Давления метана, заключенного в угольном пласте, после чего производят разгерметизацию затрубного пространства скважины через регулируемую задвижку, гидравлическое сопротивление .которой уменьшают по мере уменьшения значения амплитуды колебаний переменной составляющей нагрузки привода бурового станка, Источники информаци, принятые во внимание при экспертизе 1.«91ОКТИОНОВ А.Т. Основы теории и техники бурения скважин с очисткой забоя воздухом или газом. ;.М., Гостоптехиздат,. 1961, с. 16-40. 2.Авторское свидетельство СССР № 622963, кл. Е 21 В 21/00, 1976 (прототип).