ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ГЕРМЕТИЗАТОР СКВАЖИН

Полезная модель относится к технике безопасности при подземной разработке полезных ископаемых и может быть использована для замера давления газа в массиве газонасыщенного угольного пласта или нагнетания воды для предварительного увлажнения угольного пласта с целью снижения пылеобразования при его отработке.
Известна полезная модель, включающая наконечник для подвода воды, цилиндр, трубу, поршень, уплотнительные элементы, разделительные кольца и опорный стакан (патент на полезную модель №114478, опубликовано 27.03.2012, бюл. №9).
Недостатком известной модели является то, что герметизация скважины производится за счет диаметрального расширения резиновых втулок от их сжатия в осевом направлении, в результате чего происходит заклинивание их в скважине и после прекращения подачи воды в пласт, резиновые втулки не могут возвратиться в исходное положение для извлечения и остаются в скважине.
Известна полезная модель, взятая за прототип, содержащая два высоконапорных резиновых шланга, размещенных один в другом коаксикально, наружный шланг используется для герметизации скважины, а внутренний - для замера давления газа в массиве и закачки в него рабочей среды, манометры, кран и кронштейн с анкером (патент на полезную модель №64283, опубликовано 27.06.2007, бюл. №18).
Недостатком известной полезной модели является то, что внешним шлангом служит саморасширяющийся высоконапорный резиновый рукав типа «Таурус», производство которого в настоящее время прекращено. Шланги другого типа могут диаметрально расширяться, но не могут выдерживать высокое давление, в результате чего может произойти выброс устройства из скважины и травмирование обслуживающего персонала, и их применение ограничено по давлению. Угроза выброса устройства из скважины возникает при условии превышения давления нагнетания рабочей среды через внутренний шланг в скважину над давлением герметизации скважины, т.е. давлением распирания внешнего шланга. Нагнетание рабочей среды в скважину производится при высоком давлении: от 10 до 20 МПа, а шланги, которые имеют способность диаметрально расширяться, могут выдерживать давление не более 5 МПа.
Техническим результатом полезной модели является повышение безопасности обслуживающего персонала за счет надежной герметизации устройства в скважине и исключения возможности выброса его при большом давлении.
Это достигается тем, что двухканальный герметизатор скважин, включающий нагнетательные рукава, краны, манометры, гидрозатвор и кронштейны, согласно полезной модели снабжен ловителем, а гидрозатвор имеет разборную конструкцию, в которой герметизирующими элементами являются резиновые втулки, распираемые в скважине с помощью пружин и поршней под действием давления воды.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид двухканального герметизатора скважин, на фиг.2 - гидрозатвор, на фиг.3 - разрез, на фиг.4 - ловитель.
Двухканальный герметизатор скважин состоит из нагнетательных рукавов 1 и 2, кранов 3 и 4, манометров 5 и 6, тройников 7 и 8, рукава 9 нагнетания воды для герметизации скважины, рукава 10 нагнетания рабочей жидкости в угольный пласт, гидрозатвора 11, кронштейнов 12, ловителя 13.
Гидрозатвор содержит три резьбовых корпуса 14, три резиновые втулки 15, хвостовик 16 и наконечник 17. Каждый корпус имеет три ряда резьбовых отверстий (по три отверстия в каждом ряду, расположенных под 120°), в которые вкручены втулки 18 с установленными в них поршнями 19. Между корпусом 14 и резиновой втулкой 15 находятся пружины 20. В центре гидрозатвора расположена труба 21, по которой происходит нагнетание рабочей жидкости в угольный пласт через отверстия в наконечнике.
Ловитель состоит из корпуса 22 в виде трубы, на одном конце которого нарезана трапецеидальная резьба, а на другом имеется упор. На корпусе установлены три резиновые втулки 23, между которыми имеются распорные втулки 24. На резьбовом конце корпуса расположены втулка 25 с маховиком 26, свободновращающаяся втулка 27 со штангой 28 и контргайка 29 с маховиком 30. Внутри корпуса проходит труба 31 с наконечником 32 и хвостовиком для подсоединения напорного рукава 33. Для увеличения усилия сжатия резиновых втулок и увеличения усилия затяжки контргайки имеется съемный удлинитель 34, который надевается на ручки маховиков 26 и 30.
Ниже приведен принцип действия устройства.
Для измерения давления газа в массиве угля или нагнетания рабочей жидкости в угольный пласт в борту выработки пробуриваются несколько скважин. В одну скважину устанавливается ловитель 13. Вращением маховика 26 с помощью удлинителя 34 производится вручную сжатие резиновых втулок 23 в осевом направлении, в результате чего они распираются и надежно фиксируют ловитель в скважине. В соседнюю скважину устанавливается гидрозатвор 11 и пропускается через прорезь в поворотной штанге 28, которую фиксируют (зажимают) с помощью контргайки 29 и маховика 30. В случае нагнетания воды в пласт через ловитель 13, к хвостовику подсоединяется напорный рукав 33, соединенный с насосом.
Далее к почве выработки крепятся с помощью анкеров кронштейны 12 для установки на них тройников 7 и 8. К тройникам с одной стороны присоединяются краны 3 и 4 с нагнетательными рукавами 1 и 2, с другой стороны при помощи быстроразъемных соединений прикрепляются нагнетательные рукава 9 и 10. Также в тройники устанавливаются манометры 5 и 6.
Вначале производится герметизация скважины. Для этого от шахтового насоса (не показан) по рукаву 1, через открытый кран 3, тройник 7, по нагнетательному рукаву 9 под большим давлением подается вода в канал А, из которого она поступает во внутреннюю полость Б корпуса гидрозатвора 11. Под действием давления воды поршни 19 начинают перемещаться во втулках 18 и давить на внутренний диаметр пружин 20, которые диаметрально расширяясь, распирают резиновые втулки 15 в скважине, герметизируя ее. Давление герметизации контролируется манометром 5.
После того, как произвели герметизацию скважины, закрывается кран 3 и открывается кран 4. Вода от шахтового насоса (не показан) по рукаву 2, через открытый кран 4, тройник 8, по нагнетательному рукаву 10 под большим давлением подается в канал В, из которого она поступает во внутреннюю полость трубы 21 и через перфорированный наконечник 17 нагнетается в скважину. Давление нагнетания воды контролируется манометром 6. В случае, если давление нагнетания воды в скважину превышает давление распирания, гидрозатвор будет стремиться выскочить из скважины. При этом он будет давить на поворотную штангу ловителя, создавая крутящий момент, который будет поворачивать ловитель в скважине, создавая дополнительную силу его распирания в скважине. Таким образом, ловитель предотвратит выброс гидрозатвора из скважины и обеспечит безопасную эксплуатацию герметизатора.
По окончании работы закрывается кран 4, рукав 1 отсоединяется от насоса и открывается кран 3 для слива воды из полости Б. При этом поршни 19, пружины 20 и резиновые втулки 15 возвратятся в исходное положение. Гидрозатвор свободно извлекается из скважины и устанавливается в следующую скважину, находящуюся рядом с ловителем, и цикл повторяется.
При измерении давления газа производится нагнетание воды в пласт до давления, предусмотренного соответствующей методикой оперативного измерения давления газа. По показаниям манометра 6 определяется давление газа в массиве угольного пласта.
При применении герметизатора для гидрообработки пласта в скважину закачивается необходимое, согласно соответствующему нормативному документу, количество жидкости через трубу 21 под давлением, которое требуется для достижения цели профилактического мероприятия.
При использовании герметизатора для откачки шахтного метана, внутренний канал при помощи рукава 2 подключается к газоотсасывающей установке и производится предварительная дегазация угольного пласта согласно разработанным мероприятиям по дегазации.
В случае применения герметизатора для нагнетания раствора, рукав 2 подсоединяется к растворонасосу.
Как видно, устройство многофункционально, с помощью его можно герметизировать скважину, измерять давление газа в пласте до и после предварительной дегазации, нагнетать жидкость для увлажнения пласта и производить откачку метана, а также подавать раствор.
Двухканальный герметизатор скважин является устройством многоразового использования, легко и быстро устанавливается и демонтируется, обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, прост и надежен при эксплуатации.