Способ тампонажа буровой скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B33/13 E21B33/14 

Изобретение относится к горному делу, .а именно к тампонажу незатампонированных или некачественно затампонированных буровых скважин.

Известен с/юсоб тампонажа скважин, включающий подачу смеси из битумов и синтетических смол на нужную глубину в специальном, подсоединенном к бурильным трубам, снаряде с последующим выдавливанием на стенки скважины промывочным насосом.

Недостатком способа является то, что тампонаж скважины осуществляется только в процессе ее бурения или же сразу после бурения. К тому же подача в скважину смеси из битумов и сиитетичех:ких смол в большом количестве в значительной степени увеличивает материальные и трудовые затраты.

Известен также способ ликвидационного тампонажа скважины, когда .тампонажная смесь на глинистой основе закачивается в скважину сверху вниз под давлением через колонну бурильных труб. При этом создаются изоляционный столб в самой скважине и изоляционные перемычки, препятствующие поступлению воды в нее из водоносных горизонтов.

Недостатками этого способа являются необходимость восстановления скважин для доставки в них тампонажной смеси. отсутствие во многих случаях по разным причинам условий для их восстановления и невозможность контроля качества тампонажа.

Наиболее близким к предлагаемому является способ тампонажа буровой скважины, включающий бурение вблизи нее из подземной подготовительной горной вырабotки двух наклонных скважин и камуфлетное взрывание в их концевых участках, причем концевой участок нижней (контрольной) скважины располагают в пределах расчетной зоны водопроводящих трещин над будущей очистной выработкой, а концевой участок верхней (тампонажной) скважины - выше этой зоны. После камуфлетного взрывания через тампонажную скважину при закрытом устье контрольной скважины в ствол буровой скважины нагнетается тампонажная смесь. По завершении схватывания последней устье контрольной скважины открывают и по отсутствию водопритока через нее судят о качестве тампонажа.

Недостатком данного способа является то, что нагнетание,в ствол буровой скважи ны большего количества тампонажной смеси для перекрытия скважины и заделки трещин вокруг нее увеличивает непроизводительные затраты материальных и трудо8ЫХ ресурсов. Кроме того, применение камуфлетного взрывания снижает безопасность ведения тампонажных работ из-за возможности возникновения отказов зарядов взрывчатых веществ и деформаций крепи горных выработок под воздействием взрывной волны.

Цель изобретения - снижение затрат на осуществление тампонажа и повышение безопасности работ за счет исключения соответственно нагнетания большого количества тампонажной смеси и камуфлетного взрывания. ;

Указанная цель достигается тем. что выше зоны водопррводящих трещин бурят дополнительную тампонажную скважину, которую распола1гают симметрично первой, принимая за oqb симметрии тампонируемую буровую скважину, а разрушение концевых участков тампонажных скважин ведут путем заполнения расширяющейся при твердении композицией, причем протяженность каждрго концевого участка t определяют из выражения:

, h(R

2(k-l) г j

где h - высота тампонажа буровой скважины, М,

k - козффициент объемного расширения композиции;

Виг- соответственно радиусы буровой и тампонажных скважин, м.

На фиг.1 и 2 показан способ тампонажа буровой скважины.

Буровая скважина 1 пересекает затоп ленную выработку 2. Перед отработкой нижезалегающего пласта 3 из подземной подготовительной выработки 4 бурят две восстающие наклонные тампонажные скважины 5 симметрично относительно буровой скважины 1. При зтом точки пересечения тампонажиых скважин 5 с расчетной границей 6 опасной по прорывам воды зоны 7, существующей вокруг буровой скважины 1, задают выше расчетной верхней границы 8 зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством пласта 3. Еще одну восстающукэ наклонную (контрольную) скважину 9 бурят также из выработки 4, а пересечение этой скважины с границей б опасной зоны 7 задают ниже границы 8 зоны водопроводящих трещин.

Все наклонные скважины бурят в соответствии с требованиями к бурению водоспускных скважин, с герметизацией устьев и оборудованием их задвижками-{не показаны).

Вокруг контрольной Скважины 9 на участке ее пересечения с опасной по прорывам воды зоной 7 создают сеть трещин 10 аппаратом скважинного гидроразрыва. Концевые участки тампонажных скважин 5 заполняют расширяющейся при твердении композицией. В качестве таковой могут применяться, например, напрягающий цемент, состоящий из 70% портландцемента клинкера, 15% глиноземистого шлака и 15% гипса, которые смешиваютсй с 30-32% воды (от массы напрягающего цемента), расширя|Ьщаяся смесь НРС - 1 и ЦЕВАМИТ. Расширяясь при твердении композиция разрушает горный массив по линии наименьшего.сопротивления, т.е. в сторону буровой скважины 1. Это приводит к образованию в буровой скважине 1 лроб ки, состоящей из разрушенной горной массы и расширяющейся композиции. Кроме того, происходит уплотнение массива пород вокруг буровой скважины 1, что обеспечивает закрытие естественных и техногенных трещин. По истечении промежутка времени, необходимого для затвердевания расширяющейся композиции, задвижку на контрольной скважине 9 открывают и по отсутствию или наличию водопритока судят о качестве тампонажа.

Для обеспечения качественного тампонажа буровой скважины 1 за счет создания в ней пробки заданной высоты необходимо найти длину заполняемых расширяющейся композицией концевых участков тампонажных скважин 5. Расширяющаяся композиция после затвердевания должна имвть такой обьем Vi, чтобы разрушенная горная масса, сосредоточенная между буровой скважиной 1 и тампонажными скважинами 5, о.бразовала в буровой скважине 1 указанную пробку. Это возможно, когда обьем Vi равен сумме объема концевых участков тампонажных скважин 5 (V2) и объема, занимаемого пробкой участка буровой скважины 1 (Уз):

Vi V2 + V3.. (1)

или

2яr,lk 2jrr l+7rR h. (2) Из выражения (2) находим длину заполнения концевых участков тампонажных скважин 5:,

,2,

R

(3)

2Ck-1) г П р и м е р. На шахте имелась незатампонированная буровая скважина 1 () радиусом 75 мм, пересекающая затопленное выработанное пространство 2 верхнего пласта (Хю) и подлежащий выемке нижний пласт 3 (К). Из вентиляционного штрека 4 пласта К пробурили две восстающие наклонные тампонажные скважины 5 симметрично относительно буровой скважины 1 и восстающую наклонную контрольную скважину 9. Скважины 5 пересекали границу 6 опасной по прорывам воды зоны 7 в окрёстности скважины 1 выше верхней границы 8

зоны водопроводящих трещин, ожидаемой

ОТ выемки пласта К. а скважина 9- ниже

границы 8. При отработке пласта Ктнайощность m .2,0 м зона водопроводящи)|тре0 щин распространяется на высоту Штр 60vm 60V2 85 м. С учетом, рас тояния в плане от вентиляционного штрека до буровой скважины, равного 58 м, вьц:оты зоны водопроводящих трещин 85 м и ширины опасной по прорывам воды зоны м параметры скважин были приняты следующими: обеих тампонажных - угол наклона к горизонту 57°, длина 120 м, радиус 75 мм;, контрольной -угол наклона к горизонту 41°,

0 длина 92 м, радиус 38 мм. Вокруг контрольНой скважины 9 на участке ее пересечения с опасной по прорывам воды зоной 7 с помощью аппарата скважинного гидроразрыва создали сеть трещин 10. Устье этой

5 скважины было герметизировано и оборудовано задвижкой. Верхние концевые участки скважин 5 (фиг.2) длиной, вычисленной по формуле (3) и равной 0,4 м. заполнили расширяющейся при твердении компрзи0 цией НРС-1 с коэффициентом объемного расширения k 5, что позволило создать в буровой скважине тампонажную пробку требуемой высоты (3 м).

Через двое суток (после расширения и

5 затвердевания композиции) открыли задвижку в устье скважины 9 и по отсутствию водопритока установили, что тампонаж выполнен качественно.

Таким образом, преимуществами предлагаемого способа тампонажа буровой скважины являются снижение затрат и повышение безопасности работ за счет исключения соответственно нагнетания в полость буровой скважины и во вмещающие горные

5 породы большого количества тампонажной смеси и камуфлетного взрывания. Экономический эффект от использования предлагаемого способа достигнет по Карагандинскому бассейну 31 тыс.руб. в

0 год.

Изобретение предполагается использовать при проведении горных работ вблизи незатампонированных и некачественно затампонированных буровых скважин, пересекающих водоносные горизонты и старые затопленные выработки, а также скважин, устья которых затоплены поверхностными водами, в угольных бассейнах страны и на месторождениях других полезных ископаемых.,

Формула изобретения Способ тампонажа буровой скважины, включающий бурение из подземной горной выработки наклонной тампонажной скважины в опасную по прорывам воды зону выше водопроводящих трещин над разрабатываемым пластом и наклонной контрольной скважины в опасную зону в пределах зоны водопроводящих трещин, разрушение верхнего концевого участка тампонажной скважины и заполнение этого участка тампонажным материалом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения затрат на осуществление тампонажа и повышения безопасности работ, бурят дополнительную тампонажную скважину, которую располагают симметрично первой.

принимая за ось симметрии тампонируемую буровую скважину, а разрушение концевых участков тампонажных скважин ведут путем заполнения расширяющейся при твердении композицией, причем протяженность каждого концевого участка I определяют из выражения

5Ь,Ш

UJЦП

где h - высота тамгюнажа буровой скважины, м:..

k - коэффициент объемного расширения композиции;

Виг- соответственно радиусы буровой и тампонажных скважин, м.

Изобретение относится к тампонированию скважин, а именно скважин, пересекающих водоносные горизонты или затопленные горные выработки. Цель - сниоON Ч>& Ч)