Способ проходки скважин большого диаметра и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК E21D3/00 E21B7/14 E21B7/28 

Изобретение относится к способу проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок,главным образом, в мерзлых породах, и к устройству для его осуществления. Известен способ образования скважин большого диаметра с помощью огнеструйной горелки, в соответствии с которым проходят опережающую сква жину, затем в призабойной ее части движение горелки затормаживают для образования котлового расширения, а потом горелку с замедленной скоростью перемеа1ают снизу вверх по окважине, осуществляя ее расширение до требуемого диаметра 1. Устройство для реализации этого способа содержит огнеструйную горелку со сменной сопловой крышкой, подвешиваемую на тросе или закрепляемую на конце буровой штанги. Указанные способ и устройство предназначены для проходки скважин, преимущественно, в скальных породах склонных к шелушению и растрескиванию под воздействием термических напряжений. При этом продукты разрушения представляют собой мелкие фрак ции, которые потоком отработанного газа большей частью выносятся на поверхность скважины. Бурение скважин большого диаметра, 3 частности, шурфов, особенно в мерзлых породах, содержащих валунные и иные твердые включения, практически невозможно с помощью известного устройства с применением указанной технологии, так как в этом случае вынос продуктов разрушения усложняется из-за их склонности к слипанию и образованию пустой пульпы. Кроме того, наличие твердых включений сильно затрудняет процесс бурения и последующие разбуривания скважины, так как они плохо поддаются термическому воздействию. Наиболее близким техническим решением из известных iK настоящему изобретению является способ проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок, согласно которому ранее пройденную скважину расширяют в обратном направлении снизу вверх. Для его осуществления служит устройство, включающее буровую штангу и связанные с ней огнеструйные горелки 2. Сущность известной технологии заключается в том, что через опережающую вертикальную скважину, пройденную ранее любым подходящим способом, с вышележащего горизонта опускают став буровых штанг так,что его конец выходит на нижележащий го ризонт, где к концу става буровых штанг прикрепляют устройство, несущее огнеструйнаа горелки, закрепляе мые на раме, которая с помолью верт люга монтируется на ниж-ней штанге. По мере разрушелия породы реактивны ми газовыми струями став буровых шТанг вместе с устр,ойством перемещается поступательно вверх. Недостатки известной технологии расширения скважины заключаются в том, что она требует наличия двух горизонтов горных выработок, а также монтажа устройства на нижнем горизонте ,и демонтажа его на верхнем Кроме того, удаление продуктов разр шения связано с транспортированием по другим горным выработкам, что экономически не всегда целесообразно. Цель изобретения - повышение эффективности проходки в мерзлых поро дах с валунными включениями. Это достигается благодаря тому, что устье скважины герметизируют дл создания в призабойной части расширяемой скважины избыточного давления отработанных газов на продукты разрушения, которые предварительно разжижают и транспортируют на повер ность через ранее пройденную скважи ну, а скапливающиеся на дне расшир мой скважины валунные включения уда ляют после завершения проходки. В устройстве для осуществления способа горелки смонтированы на поворотных в вертикальной плоскости рычагах, а внутри ытанги размещена шламовая труба для забора разжижен ных продуктов разрушения и трубы для подачи воды на дно скважины. При этом снаружи штанги размещен аксиально подвижный кожух, распола гаемый вокруг горелок при сведенны рычагах и оснащенный наружными калибровочными ребрами. Шламовая установлена с во можностью осевого перемещения отно сительно штанги и снабжена ьшамоподъемным средством. На фиг. 1 показано устройство для г еализаддии предложенного спосо ба проходки скважин большого диаметра; на фиг. 2-4 - устройство в различных рабоФих положениях в зависимости от особенностей технологии проходки; на фиг„ 5 - частичны вид устройства, изображенного на фи г. 1. Устройство для осук ествления пр ложенного способа содержит пару диаметрально .расположенных неподви ных секторов ,1 (фиг. 1), оснащенны иарошками 2, а также пару диаметра но расположенных раздвижных сектоов 3, несущих огнеструйные горелки 4 и 5. Горелки 4 имеют сопла, ориентированные на забой скважины, а горелки 5 - на ее боковые станки. Раздвижные секторы 3 шарнирно закреплены на поворотных в вертикальной плоскости рычагах б, которые соединены с силовыми приводными цииндрами 7. Оси 8 рычагов 6 снабжены датчиками 9 угла раскрытия секторов 3 и установлены в теле штанги 10 (фиг. 2-4). На штанге 10 снаружи установлен аксиально подвижный 11, (фиг. 1), являющийся калибратором и оснащенный твердосплавными ребрами 12.Этот кожух 11 при спуске устройства в скважину закрывает сектора 1 и 3 и несет в своей полости блок 13 дистанционного управления силовым цилиндром 7 и систему 14 зажигания горелок 4 и 5, Внутри штанги 10 расположена шламовая труба 15 для забора разжиженных продуктов разрушения, снабженная шламоподъемным средством 16 в частности шнеком. В трубе 15 размещены трубы (не показаны) для подачи воды в скважину. В верхней части штанги 10 для уплотнения устья скважины имеется обойма 17 с манжетами 18. Перед началом проходки кожух 11 находится в крайнем нижнем положении при этом сектора 3 сложены, и примыкают вместе с секторarvm 1 к наружной поверхности цтамовой трубы 15, располагаясь внутри кожуха 11. При забуривании и бурении передовой скважины в работе находятся огнеструйные горелки 4 и шарошки 2, закрепленные соответственно на секторах 3 и 1, и кожух-калибратор 11. По завершении бурения скважины из нее удаляется буровой шлам (пульпа) с помощью шнека 16 через шлаг ювую трубу 15. Затем кожух 11 поднимается по штанге 10 вверх, высвобожлая раздвижные сектора 3, которые занимают положение, показанное на фиг, 2. Горелки 5 запускаются в работу с помощью системы 14 зажиганияо Истекающие из горелок 5 струи раскаленного газа воздействуют на стенки скважины, расширяя ее. По мере увеличения диаметра скважины сектора 3 раздвигаются рычагами 6, при этом датчики-упоры 19 удерживают горелки 5 на заданном расстоянии от поверхности забоя и сигнализируют о положении секторов 3. Датчик 9 угла раскрытия информирует о диаметре расширяемой скважины. Следует отметить, что горелки 5 с наклонными соплами ориентированы и закреплены в секторе 3 так, что при вращении щтанги 10 они описывают по-поверхности забоя концентрические кольца.

Продукты разрушения разжижаются водой на дне расширяемой скважины и в виде пульпы поступают в шламовую трубу 15, откуда постоянно удаляются шнеком 16. При этом, в пространстве между поверхностью продуктов разрушения и забоем образуется избыточное давление отработанных газов, которые воздействуют на продукты разрушения, способствуя их более эффективному поступлению в шламовую трубу 15. Избыточное, давление создается за счет герметизации устья ранее пробуренной скважины„

Горелки 4 при расширении скважины практически не работают. Они могут быть включены в случае необходимости. Например, из стенки скважины выступает крупный валун и его.нужно удалить, В этом случае горелки 4 подрезают валун у основания, как показано на фиг. 3, и он вываливается На дно расширенной скважины,Крупные же включения, оказавшиеся в пределах забоя скважины, подрабатываются горелками 5 и под собственным весом падают на дно скважины.

В результате удается достаточно эффективно преодолевать во время проходки скальные включения с последующим их удалением из скважины при завершении ее проходки ,

Шламовая труба 15 может совершать аксиальные перемещения относительно штанги 10 с целью регулирования объема газового купола у забоя, Ци-линдр 7 при этом закрепляется с учетом ее осевого перемещения и положения рычагов 6 в крайнем верхнем положении. При встрече с валуном,находящимся в пределах сечения скважины, как показано на фиг. 4 он разрушается термомеханическим воздействием при прямом ходе устройства.

Для преодолевания крупных валунов, выступающих из стенок скважины, на раздвижных секторах 3 закреплены поворотные боковые пластины 20 (фиг.5), связанные с перепускными кранами (не.показаны) цилиндров 7. При встрече с валуном боковые пластины 20 поворачиваются и открывают перепускные краны цилиндров 7, которые опускают сектора 3, заставляя их обходить валун. В результате таких манипуляций валуны оказываются

обойденными и оставленными в cteHках скважины.

Удаление валунных включений и оставшихся продуктов разрушения про.изводится по завершению проходки 5 скважины, например, с помощью грейфера.

Формула изобретения

QГ. Способ проходки скважин большого диаметра с помощью огнеструйных горелок, согласно которому ранее пройденную скважину расширяют в обратном направлении снизу вверх, отличающийся тем, что,

5 с целью повьЕиения эффективности проходки в мерзлых породах с валунными включениями, устье скважины герметизируют для создания в призабойной части расширяемой скважины избыточ0 ного давления отработанных газов на продукты разрушения, которые предварительно разжижают и транспортируют на поверхность через ранее пройденную скважину, а скапливающиеся на .

5 дне расширяемой скважины валунные включения удаляют после завершения проходки,

2.Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее буровую

0 штангу и связанные с ней огнеструйные .горелки, отличающеес я тем, что горелки смонтированы на поворотных в вертикальной плоскости рычагах, а внутри штанги раз5 мещена шламовая труба для забора разжиженных продуктов разрушения и трубы для подачи воды на дно скважины.

3.Устройство по п. 2, о т л и Q чающееся тем, что снаружи

штанги размещен аксиально подвижный кожух, располагаемый вокруг горелок при сведенных рычагах, и оснащенный наружными калибровочными ребрами.

-4. Устройство по пп. 2 и 3,

отличающееся тем, что шламовая труба установлена с возможностью осевого перемещения относительно штанги и снабжена шламоподъемным средством.

0Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1,Патент Швеции 145625, кл. 5 А 19/10, опублик. 1954.

2.Авторское свидетельство СССР 5 (f 362132, кл. Е 21 С 21/00, 1971.