СПОСОБ ДОСТАВКИ В СКВАЖИНУ, ОРИЕНТИРОВАНИЯ И ТАМПОНИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DELIVERY TO WELL, ORIENTATION AND PLUGGING OF SENSORS OF PARAMETERS OF STATE OF ROCK MASSIF, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве и эксплуатации горных предприятий в процессе автоматизированного мониторинга состояния горного массива в целях предотвращения отрицательных последствий от гео- и газодинамических явлений в горном массиве.
Известен способ определения деформационных нарушений горного массива над выработанным пространством, заключающийся в доставке и установке в скважине реперов с последующим съемом показания о состоянии деформации горного массива [Патент РФ №2235877, E21C 39/00 от 16.07.2002 г.].
Недостатками являются невозможность гарантированного контакта между датчиком и стенками скважины и безвозвратная потеря датчика в случае неудачной операции по его доставке.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ заряжания наклонных и горизонтальных скважин, герметизированных рукавом из пленочных материалов, который включает заливку взрывобезопасных компонентов, образующих взрывчатое вещество, при открытой разработке полезных ископаемых. Рукав досылают в скважину под воздействием упругого троса, стержня или ленты, продвигаемых в скважину вместе с рукавом, или преобразуя рукав в упругую ленту, складывая рукав [Патент РФ №2162201 F42D 1/08 (прототип)].
Недостатками данных способа и устройств доставки также являются невозможность гарантированного контакта между датчиком и стенками скважины и безвозвратная потеря датчика в случае неудачной операции по его доставке. Риск наступления отрицательных последствий повышается по мере увеличения глубины скважины, которая может достигать в некоторых случаях 15-20 метров (например, при установке тензометрических датчиков).
Целью изобретения является обеспечение гарантированной доставки датчика совместно с порцией тампонирующего раствора без потери контакта между ними и, как следствие, гарантированное тампонирование всего окружающего датчик объема скважины, обеспечение возможности углового ориентирования датчика относительно его продольной оси, а также исключение риска потери датчика в случае неудавшейся попытки его доставки в скважину.
Указанная цель достигается тем, что доставку датчика и тампонирующего раствора в скважину осуществляют одновременно и в непосредственном взаимном контакте внутри доставочной капсулы, имеющей форму цилиндра диаметром, соизмеримым с диаметром скважины, причем порция тампонирующего раствора упаковывается в легко разрываемый пакет, который размещают в капсуле впереди датчика по ходу продвижения ее в скважину, продвижение капсулы в скважину производят с помощью доставочного жесткого стержня, неподвижно закрепленного одним концом к задней части капсулы и наращиваемого с другого конца с помощью разъемного жесткого соединения по мере подачи капсулы вглубь скважины, угловое ориентирование датчика по завершении его доставки к забою скважины производят путем вращения доставочного жесткого стержня, и тампонирование датчика в скважине осуществляют путем проталкивания датчика с необходимым и достаточным усилием к забою скважины с помощью второго - проталкивающего - жесткого стержня, свободно контактирующего с датчиком, в результате чего пакет с раствором разрывается, и раствор вытесняется датчиком в окружающее его пространство скважины, после чего доставочную капсулу извлекают с помощью доставочного стержня из скважины, удерживая при этом затампонированный датчик в неподвижном положении возле забоя скважины с помощью проталкивающего жесткого стержня. Таким образом, способ состоит в том, что датчик и порция раствора для его тампонирования доставляются в скважину в капсуле одновременно, причем порция тампонирующего раствора упаковывается в легко разрываемый пакет, который размещают в капсуле впереди датчика по ходу продвижения ее в скважину. После углового ориентирования датчика вблизи забоя скважины и тампонирования его путем вытеснения раствора из пакета под действием усилия, прикладываемого к датчику, доставочную капсулу извлекают из скважины. Устройство для осуществления заявляемого способа состоит из капсулы, имеющей форму цилиндра диаметром, соизмеримым с диаметром скважины. Продвижение доставочной капсулы в скважину производится с помощью доставочного жесткого стержня, неподвижно закрепленного одним концом к задней части капсулы и наращиваемого с другого конца с помощью разъемного жесткого соединения по мере подачи капсулы вглубь скважины. Вращением этого стержня вокруг своей оси производится также угловое ориентирование датчика по завершении его доставки к забою скважины. Тампонирование датчика вблизи забоя скважины производится с помощью второго - проталкивающего - стержня, под действием которого датчик повреждает легкоразрываемый пакет и вытесняет находящийся в нем раствор в зазоры между датчиком и скважиной.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид устройства доставки в скважину, ориентирования и тампонирования датчиков. На фиг.2 схематично изображено положение элементов устройства в скважине после завершения процесса тампонирования, но до начала окончательного извлечения доставочной капсулы из скважины.
a
a
a
Устройство содержит доставочную капсулу - 1 (далее капсулу) выполненную в форме цилиндра, доставочный жесткий стержень - 2, жесткое крепление - 3 доставочного стержня - 2 к капсуле - 1, несколько добавочных секций - 4 для наращивания доставочного стержня - 2, разъемные жесткие соединения (муфты) - 5 с контргайками - 5, съемную заглушку - 6, легко разрываемый пакет - 7 с порцией тампонирующего раствора - 7, датчик - 8, жесткий стержень-толкатель - 9, пяту - 10, являющуюся конструктивным элементом датчика - 8 и служащую в качестве упора для стержня-толкателя - 9, жгут электропроводов - 11 для подключения и снятия показаний с датчика - 8 подсоединенный к блоку обработки и регистрации параметров (на чертеже не показан). Позицией - 12 показан тампонирующий раствор - 7 после его вытеснения из пакета - 7, в скважину - 13, угольного массива - 14.
a
Капсула - 1 устройства выполнена в форме цилиндра. Доставочный стержень - 2 соединен с капсулой - 1 жестким креплением - 3 и позволяет манипулировать капсулой - 1 в процессе доставки и извлечения ее из скважины - 13, а также при вращении относительно ее продольной оси. В процессе продвижения капсулы в скважину доставочный стержень - 2 последовательно наращивается добавочными секциями - 4 с помощью жестких разъемных соединений - 5, которые позволяют отсоединить все добавочные секции - 4 при извлечении доставочной камеры - 1 из скважины. Соединение - 5 может быть выполнено в виде резьбовой муфты, дополненной с обеих сторон контргайками - 5 для обеспечения необходимой надежности соединения при осевых и вращательных нагрузках со стороны доставочного стержня - 4.
В процессе доставки капсулы - 1 в скважину одновременно и синхронно с капсулой продвигают проталкивающий стержень-толкатель - 9 так, чтобы он постоянно находился в соприкосновении с пятой - 10, являющейся конструктивным элементом датчика - 8, при этом датчик под действием проталкивающего стержня-толкателя - 9 не должен сдвигаться раньше времени вперед относительно доставочной капсулы - 7, для этого достаточно, чтобы стержень-толкатель - 9 продвигался вперед синхронно с доставочным стержнем - 2, но без усилия.
a
a
a
При соприкосновении доставочной капсулы - 1 с забоем скважины, производят (в случае необходимости) угловое ориентирование датчика - 8 относительно его продольной оси путем соответствующего вращения доставочного стержня - 2. Тампонирование датчика - 8 по завершении его ориентирования производится в следующей последовательности. Удерживая стержень-толкатель - 9 на месте в состоянии контакта с пятой - 10, частично извлекают доставочную капсулу - 1 в сторону устья скважины на расстояние, приблизительно равное полтора осевого размера датчика - 8 (это зависит от разности диаметров скважины - 13, датчика - 8 и требуемого размера тампонируемого пространства - 12 вдоль оси скважины - 13). Затем, удерживая капсулу - 1 на месте с помощью доставочного стержня - 2, проталкивают с необходимым и достаточным усилием стержень-толкатель - 9 внутрь скважины до упора пакета - 7 с раствором - 7 и датчика - 8 в забой. В результате пакет - 7 разорвется и упакованный в него раствор - 7 будет вытеснен из него и заполнит все зазоры между датчиком - 8 и скважиной - 13. В последующем доставочную капсулу полностью извлекают с помощью доставочного стержня - 2 из скважины - 13, удерживая при этом затампонированный датчик - 8 в неподвижном положении возле забоя скважины - 13 с помощью проталкивающего жесткого стержня - 9, который также извлекается из скважины - 13. Легкосъемная заглушка - 6, предотвращающая преждевременное повреждение пакета - 7 с раствором - 7 в процессе доставки капсулы - 1 в скважину - 13, остается в скважине затампонированной вместе с датчиком.
a
На фиг.2 схематично изображено положение элементов устройства в скважине - 13 после завершения процесса тампонирования, но до начала окончательного извлечения капсулы - 1 из скважины - 13. В этом положении все зазоры, позиция - 12, между датчиком - 8 и скважиной - 13 полностью заполнены тампонирующим раствором - 7, вытесненным из пакета - 7 датчиком - 8 по мере его проталкивания к забою скважины с помощью проталкивающего стержня-толкателя - 9.
Способ реализуют следующей последовательностью операций.
a
a
Датчик - 8 и тампонирующий раствор - 7, предварительно упакованный в легко разрываемый пакет - 7, размещают в передней части доставочной капсулы - 1, имеющей цилиндрическую форму диаметром, соизмеримым с диаметром скважины. При этом пакет с раствором размещают в капсуле в непосредственном контакте с датчиком и впереди него по ходу продвижения капсулы в скважину. Доставку капсулы - 1 к забою скважины производят с помощью доставочного жесткого стержня - 4, неподвижно закрепленного одним концом к задней части капсулы - 1 и наращиваемого с другого конца с помощью разъемного жесткого соединения по мере подачи капсулы вглубь скважины. Одновременно и синхронно с подачей доставочного стержня - 2 вглубь скважины подают стержень-толкатель - 9, который находится в свободном контакте с датчиком - 8, с усилием, исключающим преждевременный разрыв пакета - 7 с тампонирующим раствором - 7. Для выполнения этого условия проталкивающий стержень продвигают синхронно с доставочным стержнем без усилия. По завершении доставки капсулы к забою скважины производят угловое ориентирование капсулы - 1 с датчиком относительно их продольной оси (если это необходимо по условиям установки датчика). Эту операцию выполняют путем вращения доставочного стержня относительно продольной оси.
a
Перед тампонированием датчика - 8 вблизи забоя скважины, капсулу - 1 подают назад от забоя скважины, на расстояние в полторы длины датчика - 8, при этом удерживая датчик - 8 в неподвижном состоянии с помощью стержня-толкателя - 9 и производят тампонирование датчика путем выталкивания датчика - 8 из капсулы - 1 с необходимым и достаточным усилием к забою скважины с помощью стержня-толкателя - 9 до результата, когда пакет - 7 с раствором - 7 разорвется, а датчик погрузится в раствор в окружающем его пространстве - 12 скважины - 13, после чего доставочную капсулу - 1 извлекают с помощью доставочного стержня - 2, удерживая при этом затампонированный датчик в неподвижном положении возле забоя скважины с помощью стержня-толкателя - 9 в течение времени, необходимого для схватывания тампонирующего раствора. После этого стержнь-толкатель - 9 также извлекают из скважины.
Устройство работает следующим образом.
a
а
a
a
Доставку в скважину - 13 датчика - 1 и пакета -7 с тампонирующим раствором - 7 осуществляют одновременно и в непосредственном контакте друг с другом внутри капсулы - 1 диаметром, соизмеримым с диаметром скважины - 13, причем порцию тампонирующего раствора - 7 в пакете - 7, размещают в капсуле - 1 впереди датчика - 8 по ходу продвижения ее в скважину - 13. Продвижение капсулы - 1 в скважину - 13 производят с помощью доставочного жесткого стержня - 2, прикрепленного одним концом к задней части стенки капсулы - 1 и наращиваемого с другого конца с помощью разъемного жесткого соединения - 5 по мере продвижения капсулы - 1 в глубину скважины - 13. Угловое ориентирование датчика - 8 по завершении его доставки к забою скважины - 13 производят путем вращения доставочного стержня - 2. Тампонирование датчика - 8 в скважине - 13 осуществляют путем проталкивания датчика - 8 с необходимым и достаточным усилием к забою скважины - 13 с помощью жесткого стержня-толкателя - 9, свободно контактирующего с датчиком - 8 через пяту - 10. В результате пакет - 7 с тампонирующим раствором - 7 разрывается, при этом раствор вытесняется датчиком - 8 в окружающее его пространство - 12 скважины - 13 и полностью тампонирует его вблизи забоя скважины - 13, после чего капсулу - 1 извлекают с помощью доставочного стержня - 2 из скважины - 13, удерживая при этом затампонированный датчик - 8 в неподвижном положении возле забоя скважины - 13 с помощью жесткого стержня-толкателя - 9. Тампонирующий раствор - 7, заполнив пространство скважины - 13 между ее стенками позиция - 12 и датчиком - 8, обеспечивает жесткий контакт датчика - 8 со стенками скважины - 13 после его затвердевания, а сигналы поступают по стандартным протоколам и линиям связи жгута электропроводов - 11 на регистрирующие приборы вне скважины.
a
Таким образом, обеспечивается гарантированная доставка датчика - 8 совместно с порцией тампонирующего раствора - 7 без потери контакта между ними и гарантированное тампонирование всего окружающего датчик - 8 объема - 12 скважины - 13, а также возможность углового ориентирования датчика - 8 относительно его продольной оси, и исключение риска потери датчика - 8 в случае неудавшейся попытки его доставки в скважину - 13.