ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН И ВЫРАБОТОК В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

В настоящее время известны принципиальные направления развития устройств и комплексов для проходки скважин и выработок, из которых наиболее представительными являются устройства, содержащие корпус в виде удлиненного цилиндра, в полости которого размещен генератор рабочего агента, программированное устройство управления работой узлов, рабочий орган, соединенный с рабочим пространством генератора и оснащенный породоразрушающими сопловыми насадками, ориентированными к забою, стенкам и устью скважины [RU 45766, 2004; RU 47041, 2005; RU 2222681, 2004; RU 2240420, 2004, МПК Е21В 7/14, 7/18; Е21С 37/16]. Последнее из указанных устройств (RU 2240420) является более прогрессивным по отношению к аналогам, а также является наиболее близким по конструкции и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для проходки скважин и выработок.
Очевидными и существенными недостатками аналогов и прототипа являются высокие удельные затраты рабочего времени и расходы рабочего агента на процесс разрушения пород на забое, на формирование восходящего потока бурового шлама и на выполнение спуско-подъемных операций устройства от устья к забою и обратно. Эти технологические недостатки вызваны несовершенной, исходя из современных требований горной промышленности, конструкцией устройства.
Технической задачей и положительным результатом данного технического предложения является повышение энерговооруженности и увеличение моторесурса установки для повышения эффективности использования рабочего агента на забое, удлинение циклов работы и сокращение вынужденных спуско-подъемных операций бурильного агрегата от забоя к устью скважины. Это приводит к увеличению производительности установки и повышению устойчивости стенок скважины в межцикловые операции.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что технический комплекс для проходки скважин и выработок в осадочных горных породах, содержащий оборудование устья скважины в виде превентора и рабочей площадки, спуско-подъемное устройство, силовые приводы, буровую установку, характеризуется тем, что он снабжен дополнительными агрегатами: термогазогенератором, герметизированными емкостями с запасом топливных компонентов, автономным программируемым устройством управления, стыковочными узлами для соединения указанных отдельных агрегатов в едином монтажном корпусе, выполненным в виде модуля, оснащенного удлиненным полым цилиндром, имеющим рабочий орган, с породоразрушающими насадками в виде механических и струйных резцов, корпус модуля также оснащен аналогичными насадками, а торец корпуса, обращенный к устью скважины, имеет насадки в виде кольцевых сопел, часть которых ориентирована к устью, другая их часть - к забою скважины.
Техкомплекс, характеризующийся тем, что насадки на рабочем органе размещены несимметрично относительно его оси и боковой поверхности.
Техкомплекс, характеризующийся также тем, что термогазогенератор имеет два отдела, один из которых соединен рабочим пространством с породоразрушающим органом, а другой - с полостью отдела кольцевых сопел торца корпуса.
На фиг.1 - представлен общий вид техкомплекса для проходки скважин и выработок; на фиг.2 - мобильное энергооборудование комплекса;
на фиг.3 - конструкция бурильного агрегата;
на фиг.4 - энергетические узлы агрегата;
на фиг.5, 6, 7 и 8 - детали рабочего органа агрегата.
Техкомплекс включает рабочую площадку 1 с оборудованием устья скважины в виде превентора 2, комплектующими агрегатами 3 на подвижной платформе: насосная установка, энергетическое оснащение, емкость с запасом топливных компонентов, вспомогательное оборудование. Бурильный агрегат 4 выполнен в виде, соединенных через стыковочные узлы, модулей, включающих породоразрушающий орган 5, переходную емкость 6 между ним и энергообеспечивающим аппаратом 7, имеющим термогазогенератор 8, емкости 9 и 10 с топливными компонентами, нагнетательную камеру 11, запорно-регулирующую арматуру 12, приборы обеспечения работы агрегата, программированное устройство 13 управления. Техкомплекс содержит также спуско-подъемное оборудование 14 для работ по закреплению стенок скважин (выработок) колонной обсадных труб, герметизации затрубного пространства, выполнению каротажных работ и организации процесса добычи полезного ископаемого.
Бурильный агрегат 4 (фиг.3, 4), предназначенный для проходки скважины, начиная от устья, с помощью струйных насадок 15 и механических 16 резцов, имеет на верхнем торце стыковочные узлы 20 для соединения с аналогичным агрегатом в скважине и подпитки от насоса 18 и емкостей 19 топливными компонентами. Рабочий орган 5, соединенный с полым цилиндром, где в едином монтажном корпусе соединены указанные выше отдельные агрегаты бурильного устройства, выполненные в виде модулей, оснащен насадками 21 и 22; торец корпуса агрегата, обращенный к устью скважины, имеет насадки 23 в виде кольцевых сопел, часть которых ориентирована к устью, другая - к забою скважины 24.
1
2
3
4
5
5
2
4
Для возможности выбора направления проходки скважины 24 (вертикальное, наклонное, горизонтальное) рабочий орган имеет неравномерную массу на различных своих сторонах (фиг.5, 6, 7) за счет неравной толщины стенок: σ<σ и σ<σ; на части длины стенки корпуса агрегата 4 также, для того же процесса, имеется утолщение стенки σ (фиг.8). При проходке вертикальной скважины стенку с массой (σ) за счет стыковочного узла 25 поворачивают на 180° по отношению к массам σ и σ - это стабилизирует вертикальное положение корпуса бурильного агрегата 4 в скважине 24 при проходке в продуктивный пласт 26. Такое выполнение техкомплекса позволяет существенно увеличить его производительность и повысить эффективность разрушения осадочных пород.
15
16
1
Работа технического комплекса для проходки скважин и выработок в горных породах осуществляется следующим образом. На рабочей площадке 1 устье скважины оборудуют установкой превентора 2, монтируют буровую установку 4, спуско-подъемное устройство 14. На подвижной платформе 3 монтируют силовые агрегаты, приводы, насосную установку 18, емкости 19 с запасом топливных компонентов, вспомогательное оборудование, рабочий инструмент. Проводят сборку модулей бурильного агрегата 4, его герметизированные емкости 9 и 10 заполняют топливными компонентами, закачивают камеру 11 инертным (Ar, Kr, He) газом, монтируют в корпусе агрегата 4 устройство 13 управления, запитывают термогазогенератор 8 топливными компонентами, в качестве энергоаппарата 7 берут или штатный силовой блок с аккумулятором, или используют подачу электроэнергии по кабель-тросу. Модули и указанные отдельные агрегаты монтируют в едином корпусе, где одними из модулей являются удлиненные полые цилиндры, соединяемые с помощью стыковочных узлов 20. От термогазогенератора 8 рабочий агент подают через сопловые струйные насадки рабочего органа 5 и совместно с механическими резцами ведут разрушение породы на забое, подъем которой осуществляют восходящим потоком в виде бурового шлама - к устью скважины. Производительность комплекса регулируют устройством 13, подавая команды на увеличение давления рабочего агента, воздействующего через насадки 5 на забой. Таким образом, обладая эффективной технической схемой, этот комплекс может быть использован для проходки скважин и выработок, при этом температурное и механическое воздействие на забой регулируются в диапазонах, достаточных для разрушения осадочных и скальных горных пород по закономерности:
, где
T
K
N - общая мощность, N - мощность от теплового воздействия на забой, N - мощность от кинетического воздействия рабочего агента на забой.