Способ проходки скважин в мерзлых грунтах и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК E21B7/18 E21B7/28 

Изобретение относится к горному делу, а также к разработке мерзлых грунтов, в частности, при проходке в них скважин большего диаметра со сплошным расширением.

Цель изобретения - снижение энергоемкости проходки скважины.

ila фиг.1 изображено устройство, для проходки скважины в мерзлых грунтах; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Сущность предлагаемого способа проходки скважин в мерзлых грунтах заключается в том, что после образования лидерной скважины в забое основ,нойшскважины в ее боковую поверхность подают импульс сжатого газа высокого давления на -определенной глубине от поверхности забоя основной скважины. Происходит разрушение грунта с образованием трещин. Одновременно по краям забоя образуемой скважины создают концентратор напряжений путем силового воздействия и таким образом формуют грунтовой поршень, так как трещины выходят на созданный концентратор напряжения. По окончании формирования грунтового поршня сжатый газ этого же импульса отрывает от забоя и транспортирует вверх по скважине. Разлета отдельных кусков грунтового поршня не происходит, так как оч удерживается стенками скважины. Момент окончания расширения импульса газа соответствует окончанию процесса транспортирования, т.е. после удаления из скважины грунтового поршня ее объем сообщается с атмосферой.Следующий импульс подают опять в глубине массива.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит обсадную трубу 1 с прямоугольной верхней частью 2, снабженной шарнирно установленными с возможностью ограниченного поворота клапанами 3, радиус -вращения которых равен половине их длины и внутреннему радиусу обсадной трубы 1. В верхней части прямоугольного корпуса 2 установлены отражатели 4, в закругления которых вписаны окружности, описываемые концами клапанов 3, К клапанам 3 по их оси вращения жестко прикреплены звездочки 5 с цепью 6, связывающей между собой конец упругого элемента в виде пружины 7 растяжения, шарнирно прикрепленной другим концом к трубе, и якорь 8, причем цепь 6 вставлена с возможностью продольного перемещения в проушину 9, жестко прикрепленную к штоку механизма управления клапанами, выполненного в виде гидроцилиндра 10, корпус которого неподвижен. Ход гидро- ,цилиндра 10, T.J .перемещения якоря 8, соответствует повороту звездочки 5 на 180°, причем в конце хода якорь 8 входит в электромагнитный фиксатор 11 в цепь питания которого включен концевой выключатель 12, установленный на внутренней поверхности трубы 1 в ее нижней части. Между якорем 8 и проушиной 9 установлена демпфиртощая

5

0

5

0

5

0

5

пружина 13, а в конце хода клапанов 3 на прямоугольном корпусе 2 - демпфирующие пружины 14. Прямоугольная верхняя часть 2 жестко прикреплена к штокам гидроцилиндров вдавливания привода подачи 15 обсадной трубы 1, внутри которой по ее оси расположена полая штанга 16, соединенная в верхней части с приводом ее вращения (не показан). В нижней части полой штанги 16 расположен рабочий орган 17 для проходки лидерной скважины и выполнены выхлопные отверстия 18, соединенные с источником сжатого газа (не показан).

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают обсадную трубу 1 на : поверхность массива грунта, внедряя в него ее режущий, наконечник.Одновременно рабочим органом 17 в массиве грунта образуют лидерную скважину, в стенки которой на определенной глубине от поверхности грунта подается импульс предварительно сжатой газовой среды источника через выхлопные отверстия 18. Грунт разрушается с образованием трещин от выхлопных отверстий 13 до режущего наконечника обсадной трубы 1. Пссле .выхода трещин на поверхность забоя окончательно сформованный грунтовый поршень отрывается от забоя и за счёт энергии расширения сжатой газовой среды поднимается по обсадной трубе 1. Диаметр грунтового поршня равен внутреннему диаметру обсадной трубы 1, что уменьшает потери энергии сжатой газовой среды,герметизируя зону его расширения,и транспортируемая порция грунта как бы выстреливается вверх.При подъеме порции грунта размыкаются контакты концевого выключателя 12, что обесточивает цепь питания электромагнитного фиксатора 11, и высвобождает якорь 8. Пружина 7 сжимается и цепью 6 поворачивает звездочку 5 вместе с клапаном 3. Нижние концы клапанов 3 при повороте подхватывают куски, расколовшегося при ударе об отражатели 4 грунтового поршня и выбрасывают их яа пределы скважины через окна в прямоугольном корпусе 2. В конечной точке поворота клапанов 3 и перемещения якорей 8 их движение останавливается соответственно демпфирующими пружинами 14 и 13. После поворота кпапанов 3, выдвигая шток гидроцилиндра 10 проушиной 9, перемещают якорь 8, который в конце хода штока гидроцилиндра 10 фиксируется электромагнитным фиксато- ром 11. Затем шток гидроцилиндра 10 фиксируется электромагнитным фиксатором 11. Затем шток гидроцилиндра 10 втягивается. При этом, не прерываясь после подачи импульса сжатой среды, происходит проходка лидерной скважины и внедрение обсадной трубы 1 по краям разрушения на глубине подачи первого импульса сжатой среды, при достижении выхлопными отверстиями необходимой глубины от ранее получен™ ного забоя вновь подается импульс сжатой среды, и цикл повторяется, т.е. проходка скважины осуществляется непрерывно, а разрушение и транспортирование грунта - циклично.

Низкая энергоемкость способа обусловлена тем, что разрушение грунта происходит крупным сколом с образованием грунтового поршня за счет наименее энергоемких напряжений растяжения и отрыва, кроме того, сформованный грунтовый поршень при его транспортировании герметизирует зону расширения импульса сжатого газа, поэтому малы непроизводительные потери.

Формула изобретения

1 .Способ проходки скважин в мерзлых грунтах, согласно которому в грунт внедряют обсадную трубу с расположенной в ней полой штангой с рабочим наконечником, подают под поверхность забоя газовую среду, посредством которой разрушают грунт , формируют грун

5

5

0

5

0

товый поршень и транспортируют последний от забоя на поверхность, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости проходки, рабочий наконечник устанавливают с опережением по отношению к обсадной трубе, при этом стенки скважины формируют газовой средой, которую подают в импульсном режиме, а транспортировку грунтового поршня осуществляют этим же импульсом за счет энергии расширения предварительно сжатого газа,

2. Устройство для проходки скважин в мерзлых грунтах, включающее обсадную трубу с концентрично расположенной в ней полой штангой с рабочим наконечником, механизм подачи и погружения обсадной трубы, отличающееся тем, что, с целью снижения энергоемкости проходки, устройство снабжено шарнирно установленными в верхней части обсадной трубы клапанами, двумя закрепленными на внешней боковой поверхности обсадной трубы упругими элементами, концевым выключателем, размещенным на внутренней поверхности обсадной трубы в ее нижней части, и двумя механизмами управления клапанами, каждый из которых выполней в виде силового гидроцилиндра, шток которого посредством проушины связан с подпружиненным относительно последней якорем электро- . магнитного фиксатора, при этом каждый из клапанов кинематически связан с одним из упругих элементов и якорем электромагнитного фиксатора, а концевой выключатель утановлен в цепи питания электромагнитных фиксаторов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проходке скважин большого диаметра с одновременным расширением в мерзлых грунтах. Цель изобретения - снижение энергоемкости проходки скважин. Для этого сжатую газовую среду (ГС) подают через лидерную скважину под поверхность забоя импульсами. При этом формируют стенки скважины и грунтовый поршень (ГП). Последний транспортируют на поверхность за счет энергии расширения ГС. Устройство для проходки содержит обсадную трубу 1 с клапанами 3 и приводом 15 подачи. С опережением по отношению к трубе 1 установлен рабочий наконечник полой штанги 16, размещенной в трубе 1. Каждый из клапанов 3 кинематически связан с одним из упругих элементов и с подпружиненным относительно жестко связанной со штоком гидроцилиндра 10 проушины 9 якорем 8 одного из электромагнитных фиксаторов 11. Величина хода якоря 8 выполняется равной ходу соответствующего штока. Концевой выключатель 12 установлен в цепи питания фиксаторов 11 и закреплен на внутренней поверхности нижней части трубы 1. При подаче импульса ГС в массив через выхлопные отверстия 18 штанги 16 формируется ГП. Он перемещается по трубе 1 до выключателя 12. При взаимодействии поршня с выключателем 12 фиксаторы 11 обесточиваются и пружина 7 приводит клапан 3 во вращение. Нижний конец клапана 3 подхватывает куски грунта и удаляет их из трубы 1. При этом транспортировку ГП осуществляют тем же импульсом, что и подачу ГС. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.