Герметизирующая пробка для восстающих скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к горному делу. преимущественно к подземной добыче угля. Цель повышение эффективности борьбы с обводнением горных выработок через буровые скважины при одновременном создании возможности полезного применения подземных вод.

Известны различные способы и устройства для изоляции буровых скважин от горных выработок.

Так, в заявке 1 предложено техническое решение (способ и устройство), уже опробованное на практике, Однако заявленное устройство требует обязательного выполнения способа и без последнего не применимо. Более универсальной является известная 2 конструкция кондуктора с цементацией затрубного пространства. При глубоких скважинах и напоре более 30 м водяного столба конструкция ненадежна, пропускает воду в выработку, что объясняется нарушением герметизации в процессе бурения после установки кондуктора Низкое расположение пробки влечет за собой при перекрытии задвижки обводнение выработки через систему трещин в радиусе 10-15 м вокруг скважины

Наиболее надежным и близким по сущности является устройство, известное под названием гидромеханическая пробка ДАУ-2 3, устанавливаемая в нужном месте скважины и гарантирующая полную ее изоляцию.

Гидромеханическая пробка состоит из герметизирующего резинового элемента и затвора, снабженного левой резьбой для соединения с буровым снарядом. Затвор срабатывает npji подаче промывочной жидкости через буровой снаряд, раздвигает резиновый элемент до полной герметизации и срабатывании фиксатора. При включении вращения бурового снаряда затвор отсоединяется и вместе.с буровым снарядом извлекается из сквахины, а герметизирующий элемент остается в сквлжине и

выполняет функцию пробки.

Недостатком этого устройства является необходимость иметь буровой станок в горной выработке, что требует определенного времени и не всегда приемлемо с точки зрения быстрейшей ликвидации прорыва воды из скважины. Кроме того, применение устройства ДАУ-2 не дает возможность полезного использования подземных вод.

В предлагаемом устройстве эти недостатки устраняются разделением операций по установке в скважине герметизирующего элемента и затвора, что позволяет обходиться без бурового станка. Герметизирующая пробка состоит из корпуса

соединяющегося с колонной труб и затвора (фиг 1,2) Это дает возможность заключения подземных вод в трубы и передачи их на нужное расстояние для полезного применения или изоляции. При этом, насколько позволяет фактический напор, передача воды возможна также и вверх, например, на верхние горизонты шахты

Корпус 1 герметизирующей пробки, соответствующий диаметру буровой скважины, имеет центральный осевой канал, продольные щелевидные прорези 4 переменной ширины, уменьшающиеся к концам (фиг. 1 а) и снабжен сегментными фиксаторами 3, Щелевидные прорези позволяют уменьшить наружный диаметр корпуса герметизирующей пробки, а соотношение наи- большего и наименьшего наружных диаметров корпуса определяется следующим выражением

Омин « 0,5-0,8 Омакс где Омин - наименьший диаметр корпуса, м;

Омзкс- наибольший диаметр корпуса, м,

На корпус герметизирующей пробки, выполненной в средней части вогнутой наружно1/ поверхностью, устанавливается уп- лотнительный элемент из резины 5,

В корпусе герметизирующей пробки выполнены под углом 45° к его оси радиальные каналы для размещения толкателей и направлены в сторону перемещения затвора.

Толкатели жестко связаны с фиксаторами, затвор 2 имеет коническую головную часть.

Работа устройства производится следующим образом.

После установки обсадной колонны с герметизирующей пробкой в нужном месте скважины внутрь колонны подается буровой снаряд с установленным в его головной части затвором. При движении затвора вверх стенки герметизирующего элемента раздвигаются и этим самым увеличивают наружный диаметр пробки. Резиновый слой 5 заполняет свободное пространство между стенками скважины и устройством, обеспе- чивая его герметизацию. Сегментные фиксаторы закрепляют положение пробки в заданном месте. При этом толкатель 4 при движении затвора перемещает сегмент 5 в сторону стенок скважины (фиг.2). Сегмент- ныё фиксаторы расположены в разных уровнях попарно и обеспечивают необходимое усилие закрепления. Фиксаторов может быть 2,4,6 и т.д. Б зависимости от конкретных условий,

Толкатель подбирается такого сечения, при котором происходит деформация при достижении нагрузки, близкой к критической для материала (резины). Для улучшения герметизации концевой части пробки цилиндрическая часть затвора также снабжается тонким резиновым слоем.

Способ изготовления описанного устройства имеет свои особенности и может быть проиллюстрирован описанием техно- логии в виде последовательных взаимосвязанных операций.

1. В качестве заготовки для изготовления герметизирующего элемента принимают отрезок обсадной трубы наружного

диаметра длиной, превышающей диаметр не менее, чем в 10 раз.

2.Проводят расчет, разметку и изготовление щелевидных прорезей твердосплавной (алмазной) пилой.

Ширина прорези h в их средней части при их числе п равна

h - (Омакс Омин).

При невысокой чистоте обработки величина h увеличивается на 1-2 мм,

3.Подготавливают гнезда для фиксаторов (разметка, сверление под углом 45°, зачистка отверстий) устанавливают фиксаторы,

4.Обжимают заготовку в тисках заданного диаметра и фиксируют это положение бумажным шнуром, разрушающимся при попадании влаги.

5.Зачищают и обезжиривают концевые части заготовки и затем покрывают их слоем клея лейконат 4. Среднюю треть заготовки, где размещаются фиксаторы, покрывают слоем силиконовой эмульсии 5, представляющей собой 0,5-2,5% раствор силиконового масла в воде.

6.Обматывают заготовку сырой резиной до получения номинального диаметра, покрывают ее слоем силиконовой эмульсии и обжимают в тисках до усилия 0,25-0,30 МПа.

7.Проводят вулканизацию резины при температуре 140-145 в течение 20-30 мин.

8.При изготовлении затвора проводят операции 5,6 и 7 на средней (цилиндрической) части заготовки, при этом толщину слоя резины принимают 1,5-2 мм.

9.С целью увеличения срока службы металлические поверхности устройства и колонны обсадных труб зачищают, обезжиривают и грунтуют по общеизвестной технологии.

10.Корпус герметизирующей пробки соединяют с колонной обсадных труб, а затвор - с переходником на буровой инструмент.

Устройство готово к работе. Подача герметизирующего элемента и затвора к месту установки производится раздельными операциями: сначала подается колонна обсадных труб с корпусом герметизирующей пробки в головной части, а затем подается затвор, соединенный с бурильными трубами.

Для осуществлений описанных операций не требуется буровой станок. Обе операции могут производиться с применением средств малой механизации, имеющейся на любой шахте: гидростойки, гидродомкраты. Разумеется, .не исключается применение

для этих целей и бурового станка, Ожидаемый положительный эффект при внедрении описанного технологического решения может быть получен за счет:

-предотвращения обводнения горных выработок через буровую скважину;

-предотвращения загрязнений подземных вод и превращения их в шахтные воды;

-полезного использования подземных вод в зависимости от их качества на технические или иные цели при экономии ресурсов подземных вод, достигаемой перекрытием трубопровода гидрозадвижкой в устье скважины, если вода не требуется;

-кратким временем установки пробки, так как к месту доставляется минимум груза, заранее приготовленного на шахте. Сам процесс установки пробки занимает 2-3 ч.

Формула изобретения 1. Герметизирующая пробка для восстающих скважин, включающая связанный с колонной труб корпус с центральным осевым каналом и с продольными щеле- видными прорезями, концентрично установленный на корпусе уплотнительный элемент и размещенный в канале корпуса с возможностью поступательного перемещения относительно него затвор, отличающаяся тем, что, с целью повышения на0

дежности работы герметизирующей пробки за счет обеспечения возможности сокращения времени и упрощения технических средств на проведение изоляционных работ, а также полезного использования подземных вод, она снабжена фиксирующими элементами и жестко связанными с ними толкателями, причем затвор имеет коническую верхнюю часть, корпус выполнен с вогнутой в средней части наружной поверхностью и с радиальными каналами для размещения в них толкателей, при этом последние установлены с возможностью взаимодействия с затвором, а радиальные каналы в корпусе выполнены на уровне размещения продольных прорезей, причем прорези имеют переменную ширину, уменьшающуюся к концам, а соотношение наибольшего и наименьшего наружных диаметров корпуса определяется следующим выражением;

DMKH 0,6-0,8 Омакс,

где Оминг наименьший диаметр корпуса, м; Омакс - наибольший диаметр корпуса, м.

2.Пробка по п. 1,отличающаяся тем, что фиксирующие элементы выполнены сегментовидными.

3.Пробка по п. 1,отличающаяся тем, что радиальные каналы корпуса выпол0 нены под углом 45° к оси, направленными в сторону перемещения затвора.

5

0

5

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве средств борьбы с обводнением горных выработок через пробуренные скважины. Цель - повышение надежности работы герметизирующей пробки за счет V

А-А

/

г