Способ определения давления газа в малогазопроницаемых горных породах и угольных пластах и устройство для осуществления этого способа Советский патент 1953 года по МПК E21B47/06 G01L9/00 

Задача определения давления газа в малогазопроницаемых горных породах и угольных пластах имеет очень большое значение. С решением этой задачи связаны такие проблемы, как определение границ применимости современного горностатистического метода прогноза газообильности шахт, разработка рационального (в противоположность эмпирическому) метода прогноза метапоносности угольных пластов, разработка теории дренажа угольных пластов подземными выработками угольных шахт, разработка основанного на экспериментальных данных метода прогноза газообильностп шахт и управления газовыделением, разработка принципов проектирования глубоких угольных шахт.

Имеется целый ряд предложений, направленных на решение задачи определения давления газа в горных породах и угольных пластах при разведочном буренип. В частности, известен способ определения этого давления посредством манометра, установленного на поверхности и соединенного с герметизированным призабойным пространством трубкой.

закрытон у своего нижнего конца легкоплавкой заглушкой, расплавляемой электрическим током перед измерением.

Предлагаемый способ, при котором также производится герметизация призабойного пространства трубкой, соединенной с манометром, установленным на поверхности, и закрытой у своего нижнего конца легкоплавкой заглушкой, имеет целью обеспечить возможность не местной герметизации скважины, а по длине ее, обусловленной трещиповатостью породы.

Согласно изобретению, это достигается путем опускания в скважину вместе с манометрической трубкой цементной трубы, в которую вводят до соприкосновения с забоем деревянную пробку, и производства тампонажа скважины цементом через указанную трубу, снабженную в нижней части отверстиями для выпуска цемента в затрубное пространство.

Для осуществления этого способа предлагается устройство, выполненное из цементной трубы е прикрепленной к ней манжетой для цементирования, через которую пропущена

манометрическая трубка. У своего нижнего конца эта трубка закрыта легкоплавкой расплавляемой электрическим током заглушкой. Трубка заключена в легкоплавкую оболочку, снабженную электрическим нагревательным приспособлением. Расплавление этой оболочки после окончания измерения о0ес.печив ет возможность свободного извлечения трубки из скважины.

На чертеже фиг 1 изображена в разрезе нижняя часть скважины с расположенным в ней устройством, составляющим предмет настоящего изобретения; фиг. 2 - также в разрезе нижний конец манометрической трубки; фиг. 3 - часть устройства, расположенную на поверхности.

После вскрытия скважиной пласта, Б котором необходимо определить давление газа, бурильные трубы или штанги извлекаются на поверхность и к ним присоединяется специальная толстостенная цементная труба 1, снабженная в нижней части отвертиями 2. В зависимости от характера пород вблизи забоя и требуемой высоты цементации скважины, может оказаться необходимым применение нескольких цементных труб. К трубе / прикреплена манжета 3 из проклеенного водостойким (например, целлулоидным) клеем картона или другого материала, легко разрушаемого буровым инструментом при последующем углублении скважины. Сквозь вертикальное отверстие в манжете 3 пропущена манометрическая трубка 4, воспринимающая давление у забоя. Став труб садится на забой скважины. При значительной глубине скважины передача всего веса става труб на нижнюю цементную трубу может оказаться нецелесообразной, в соответствии с чем может оказаться необходимым поддержание труб на весу.

Для удаления глинистого раствора из призабойной зоны скважину промывают чистой водой. Отверстие 5 в цементной трубе / служит для выпуска воды. В трубу / вводят до соприкосновения с забоем деревянную пробку 6 и производят тампонаж скважины цементом через трубу /. При этом цементный раствор

выдавливается в затрубное пространство. К концу нагнетания цемента верхняя деревянная пробка 7 должна оказаться, во-первых, ниже верхнего конца цементной трубы 1 и, вовторых, приблизительно на одном уровне с уровнем цемента в затрубном пространстве, как это показано на фиг. К Этим обеспечивается возможность отъединения металлических труб от цементной трубы после затвердевания цемента. Соединение цементной трубы с металлической по типу быстро смыкающегося (при вращении) соединения не представит технических трудностей ввиду относительно небольшого веса цементной трубы. После цементации цемент внутри трубы, сама труба и цемент в затрубном пространстве превращаются в одну сплошную цементную пробку, под которой может скопляться газ.

На фиг. 2 показан разрез нижней части латунной манометрической трубки 4. Воспринимающий давление конец ее имеет отверстие 8 и защищен кожухом Я закрытым снизу легкоплавкой заглушкой 10, снабженной электрическим нагревателем //. Во избежание засорения манометрической трубки она- слегка загнута и защищена фильтром 12. На части своей длины, проходящей через цементную пробку, трубка 4 снабжена наложенным на нее электрическим нагревательным сопротивлением 13, защищенным внутренним 14 и наружным 15 изолирующими слоями, и заключена в легкоплавкую оболочку 16. Для включения электрических нагревателей // и / служат расположенные на поверхности выключатели 17 и 18 (фиг. 3).

Длина латунной трубки 4 опреде ляется по минимальной длине скважины и количеству витков трубки на воротке 19, обеспечивающих достаточную величину трения на барабане. Верхний конец трубки 4 припаян к трехходовому крану 20, к которому присоединен сосуд 21, свободный объем которого регулируется путем добавления воды таким образом-, чтобы быть равным объему манометрической трубки на отрезке от забоя скважины до ее устья. От второго

трехходового крана 52 идут стеклянная толстостенная трубка к основному измерительному прибору - ртутному манометру 23 и металлическая трубка к эталонному манометру 24 высокого давления. К определению давления в призабойном пространстве скважины, изолированном цементной гфобкой, можно приступить по окончании затвердения цемента. Для этого замыкают выключатель 17 {фиг. 3), благодаря чему по прозода , питающим иагреватель 11, проходит ток, вызывающий плавление легкоплавкой заглушки 10.

Вследствие снятия с забоя гидростатического давления (перенесенного на цементную пробку) газ из призабойной зоны начинает сконляться под цементной пробкой и вытесняет воду в открыть й конец манометрической трубки 4. Под влиянием давления газа, скопляющегося в верхней части изолироваиного нризабойного пространства, все большее количество воды вытесняется в трубку и уровень воды в ней повьииается. Так как верхний конец трубки, после опускания ее в скважину и приведения давления воздуха в ней к атмосферному, перекрывается наглухо и сообщается только с герметически закрытым сосудом 21 и манометром 23, то вытеснение веды в трубку 4 вызывает сжатие содержащегося в ней и в сосуде 21 воздуха, давление которого передается на манометр 23. В этой (начальной) стадии измерения манометр 24 отключен.

Давление газа в призабойном простраистве, очевидно, уравнивается гидростатическим давлеиием столба воды, вытесненного в манометрическую трубку (для определения этого гидростатического давлення желательна предварите-льно промывка цризабойного иространства чистой водой), давлением воздуха в манометрической трубке - и в сосуде 21 и весом воздушного столба в манометрической трубке.

Давление газа непосредственно регистрируется манометром 23, показания Л которого в мм рт. ст. приводятся к i., давлению, . -выраженному в атм: . ; ...

р ..

атм.

76.0

Указанное выше условие регулирования свободного-объема сосуда 21 так, чтобы он равен объему манометрической трубки 4 на отрезке между забоем скважины и трехходовым краном 20, выдвинуто для того, чтобы обеспечить измерение давления ртутным манометром в пределах всей шкалы 760 мм рт. ст. При равеистве объемов отрезка трубки, расположенного в скважине, и сосуда 21 с примыкающим к нему на поверхности отрезком трубки заполнение вертикальной части трубки водой должно вызвать сокращение объема воздуха вдвое и уве.1ичить его давление на одну избыточную атмосферу. Если давление газа окажется настолько большим, что всей шкалы ртутного манометра будет недостаточно для его измерения, ртутный Манометр- выключается в момент достижения мениском уровня 760 мм и верхний трехходовой кран 22 переключается на манометр 24 высокого давления. Так как в этот момент вся вертикальная часть манометрической трубки заполнена водой, то после прекращения роста давления оно определится из простого соотношения:

+ 0,1/,

где PZ - давление, регистрируемое манометром 24 в агм.;

I - глубина скважины в л.

Определение давления может быть осуществлено с высокой точностью путем за. вертикального ртутного манометра наклонным или водяным. Для измерения высоких давлений может быть предусмотрен набор эталоиных манометров.

После окончания измерения давления манометрическая трубка 4 отключается от манометров и посредством выключателя 18 подается ток в электрическрнЧ нагреватель 13. При этом легкоплавкая оболочка 16 расплавляется и конец манометрической трубки 4, зацементированной в пробке, извлекается из этой пробки при помощи воротка }9 (фиг, 3). После извлечения трубки из скважины бурильные трубы поворачиваются, отключаются от цементной трубы и поднимаются на поверхность для присоединения бурового инструмента.

Поскольку в цементной-пробке нет никаких металлических частей, она нормально разбуривается при дальнейшем углублении буровой скважины.

Предмет изобретения

1. Способ определения давления 1газа в малогазопроницаемых горных породах и угольных пластах посредством манометра, установленного на поверхности и соединенного с герметизированным призабойньш пространством трубкой, закрытой у своего нижнего конца легкоплавкой заглушкой, расплавляемой перед измерением электрическим током, отличающийся тем, что, -С целью обеспечения возможности герметизации

скважины по длинее ее, обусловлен ной трещиноватостью породы, в скважину вместе с манометрической трубкой опускают цементную трубу,.. в которую вводят до соприкоснове-ния с забоем деревянную пробку, и производят тампонаж скважины цементом через указанную трубу, снабженную в нижней части отверстиями для выпуска цемента в затрубное пространство.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено из цементной трубы с прикрепленрюй к ней манжетой для цементирования, через которую пропущена манометрическая трубка, закрытая у своего нижнего конца легкоплавкой расплавляемой электрическим током заглущкой и заключенная в легкоплавкую оболочку, снабженную электри ческим нагревательным приспособлением и обеспечивающую возможность свободного извлечения трубки из скважины после окончания измерения.

«I

iAf«g; III I OTn I У

Фиг. 2