Стенд для моделирования неметаллического крепления скважин в экстремальных условиях Советский патент 1991 года по МПК E21B33/13 

О VI СО

VI ю

Os

Изобретение относится к горному делу, в частности к бурению скважин, и может быть использовано для изучения процессов неметаллического крепления стенок скважин при различных температурах окружа- ющего горного массива,

Цель изобретения - повышение экономичности и точности моделирования процессов неметаллического крепления скважин за счет расширения имитационных возможностей стенда.

На фиг.1 показан стенде калибратором; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1.

Стенд для моделирования неметаллического крепления скважин в экстремальных условиях включает имитатор скважины 1 в виде разъемной трубы, на внутренние стенки которой нанесен слой покрытия 2, имитирующего горную породу. Внутри слоя покрытия 2 размещен теплообменник 3 для подачи теплоносителя от системы 4 или хладагента от системы 5, выполненный, например, в виде трубки-змеевика. В имитатор скважины 1 вставлен имитатор бурового става 6, внутри которого проложена трубка 7 для подачи на стенки слоя покрытия 2 смеси компонентов неметаллического крепления от системы 8. Трубка 9 служит для подачи от системы 10 очистного агента, например, сжатого воздуха, в имитатор буро- вого става 6 через вертлюг 11. Привод вращения 12 имитатора бурового става 6 установлен на жесткой платформе 13, которая соединена с имитатором бурового става 6 вертлюгом 11 и имеет возможность вертикального перемещения от привода подачи 14 (пока за но стрелками на фиг.1) На нижнем конце имитатора бурового става 6 устанавливают сменные устройства для выполнения операций крепления, например, калибратор 15 или устройства для сушки или обжига образованного покрытия (крепления) 16 (не показаны). Системой шлангов 17 и 18 (фиг.2) и кранов 19 и 20 каждый теплообменник 3 может быть подключен по- очередно или одновременно к системам подачи теплоносителя 4 или хладагента 5. Вместо шлангов могут быть использованы трубки с соединениями, обеспечивающими поворот при разборке разьемной трубы.

Устройство работает следующим образом.

При исследовании процессов крепления высокотемпературных скважин от системы 4 подают теплоноситель, например острый пар, расплавы солей или легкоплавких металлов в теплообменник 3, используя шланг или трубку 17. Для этого открывают кран 20.например.пробковый, и закрывают кран 19 на шланге или трубке 18 (фиг.2).Если

необходимо имитировать мерзлые породы, от системы 5 подают хладагент, например, холодильный рассол, в теплообменник 3, используя шланг 18, на котором открывают кран 19 и закрывают кран 20 на шланге 17.

После достижения заданной температуры слоя покрытия 2 в имитатор скважины 1 на полную его высоту вводят имитатор бурового става 6 с закрепленным на его конце калибратором 15, подают очистной агент от системы 10 через трубку 9 и вертлюг 11. включают привод вращения 12, по трубке 7 от системы 8 подают компоненты смеси неметаллического крепления и поднимают имитатор бурового става 6 системой подачи 14 с помощью платформы 13. Смесь, нанесенная из трубки 7 на слой покрытия 2, разравнивается и уплотняется калибратором 15, образуя по всей высоте имитатора скважины 1 неметаллическое крепление 16. По достижении трубкой 7 верхней отметки имитатора скважины 1 подачу компонентов смеси прекращают, имитатор бурового става 6 с калибратором 15 извлекают из имитатора скважины 1. прекращают вращение и подачу очистного агента. Калибратор 15 сменяют нч устройство сушки или обжига, вводят имитатор бурового става 6 в имитатор скважины 1 и начинают перемещать его системой подачи 14 с вращением или без него, производят сушку и (или)обжиг покрытия (крепления) 16.

Стенд позволяет имитировать и другой процесс крепления, на горячий или холодный слой покрытия 2 из трубки 7 набрызгивают вещества, сразу полимеризующиеся при температурах. Тогда сменные yci ройст- ва для калибровки сушки и обжига могут не использоваться.

После завершения имитации процесса крепления имитатор скважины 1 разъединяют на части и изучают состояние покрытия, степень его сцепления в конкретных условиях эксперимента. Затем сменяют на имитаторе скважины 1 слой покрытия 2 на имитацию другого типа пород и повторяют процесс.

Выполнение узла для изменения температуры слоя покрытия, имитирующего горную породу, в виде теплообменников, размещенных внутри слоя покрытия в каждой половине имитатора скважины и соединенных независимо с системами подачи теплоносителя или хладагента позволяет существенно расширить испытательные возможности стенда, ускорить и удешевить испытания. По каждому .еплообменнику можно подавать агент своей температуры, например, при нанесении слоя крепления из одного материала на одинаковый имитатор горной породы вести исследования сразу в температурном диапазоне - на одной половине имитатора скважины задавать одну температуру покрытия, на второй - другую, которая может отличаться довольно значительно. Для этого, например, от системы 4 через шланг или трубку 17 подают агент другой температуры.

Можно использовать различный имитатор горной породы на каждой из половин имитатора скважины при одной температуре, быстрой сменой теплоносителя на хладагент, и наоборот, можно моделировать тепловой удар за счет малой толщины слоя покрытия в какой-либо половине ими- татора скважины или во всей скважине и т.д.

Испытания с температурным шагом в различных частях имитатора скважины возможны только в предлагаемом техническом решении, а значительные различия величин диаметра скважины и толщины слоя покрытия, имитирующего горную породу, позволяют изучать конвекционные процессы в воздухе скважины как в процессе крепления, так и после.

Таким образом, стенд позволяет имитировать процессы крепления стенок скважин в практически неограниченном диапазоне

Атипов горных пород, из которых может быть сделано покрытие, имитирующее горную породу, а также в широком диапазоне температур, охватывающем все встречающиеся в реальном горном массиве - от глубоких отрицательных до высоких положительных.

Формула изобретения Стенд для моделирования неметаллического крепления скважин в экстремальных условиях, включающий имитатор скважины в виде разьемной трубы с нанесенным на внутренние стенки слоем покрытия, имитирующего горную породу, имитатор бурового става с приводами его вращения и подачи, системы подачи через имитатор бурового става очистного агента и смеси компонентов неметаллического крепления, отличающийся тем, что. с целью повышения экономичности и точности моделирования процессов неметаллического крепления скважин за счет расширения имитационных возможностей стенда, в каждой половине имитатора скважины внутри слоя покрытия, имитирующего горную породу, размещены теплообменники с независимым подключением к системам подачи теплоносителя и (или) хладагента.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения скважин. Цель - повышение экономичности и точности моделирования процессов неметаллического крепления скважин за счет расширения имитационных возможностей стенда. Для этого в каждой половине имитатора скважины 1 внутри слоя покрытия 2, имитирующего горную породу, размещены теплообменники 3 с независимым подключением к системам подачи теплоносителя и/или хладагента. Данный стенд позволяет имитировать процессы крепления стенок скважин практически в неограниченном диапазоне типов горных пород, из которых может быть сделано покрытие, имитирующее горную породу, а также в широком диапазоне температур, охватывающем все встречающиеся в реальном горном массиве - от глубоких отрицательных до высоких положительных. 2 ил.