Буровая установка для бурения скважин из горных выработок

(51) 21 7/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Для этого в буровой установке для бурения скважин из горных выработок, включающей буровой агрегат со средствами магазинирования бурильных труб, образующих бурильную колонну,снабженную породоразрушающим инструментом и соединенную другим концом с вращателем бурового агрегата, устройство герметизации устья скважины с кожухом и выпускным патрубком, узел сепарации обратного потока очистного агента и сальниковое устройство системы напорной подачи очистного агента,устройство герметизации снабжено закреплнным в вертикальном положении на упомянутом патрубке узла сигнализации и регулирования поступления газожидкостной смеси в ствол скважины, на наружном торце кожуха последовательно закреплены шаровой кран,превентор, например, пневмокамерной конструкции и сальниковое устройство подачи очистного агента минуя сальниковое устройство бурового агрегата.(76) Ракишев Баян Ракишевич Латыпов Авис Самигуллинович(56) Техника и технология бурения при разработке месторождений полезных ископаемых.М. Недра,рис. 110, 111(54) БУРОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК(57) Изобретение относится к области бурения скважин преимущественно из горных выработок при наличии газожидкостных проявлений. Технический результат изобретения автоматическая сигнализация поступления газожидкостной смеси в ствол скважины,осуществление наращивания бурильной колонны и извлечение е на нарощенную величину без прекращения подачи очистного агента и предотвращение поступления газожидкостной смеси в канал бурильной колонны. 23025 Изобретение относится к области бурения скважин преимущественно из горных выработок при наличии газожидкостных проявлений. Известна буровая установка для бурения скважин из горных выработок (Техника и технология бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М. Недра, 1974, рис.110 и 111), содержащая буровой агрегат, отражатель обратного потока очистного агента и систему напорной подачи очистного агента через сальник,расположенный на буровом агрегате. К недостаткам известной буровой установки для бурения скважин из горных выработок (в дальнейшем - буровая установка) можно отнести- отсутствие средств герметизации устья скважины- отсутствие средств сепарации обратного потока очистного агента-отсутствие возможности наращивания бурильной колонны и извлечения на наращенную величину без прекращения подачи очистного агента. Известна буровая установка (Соло серий 200. Проспект фирмы Тамрок.-Тампере-Финдляндия,1997), содержащая буровой агрегат со средствами магазинирования бурильных труб, устройство герметизации устья скважины, узел сепарации обратного потока очистного агента и систему напорной подачи очистного агента через сальник,расположенный на буровом агрегате. К основным недостаткам известной буровой установки относятся-отсутствие возможности наращивания инструмента (бурильной колонны) и извлечения его на наращенную величину без прекращения подачи очистного агента-отсутствие средств блокировки канала бурильной колонны во время спуско-подъема бурильной колонны- отсутствие средств автоматического привода средств сигнализации поступления в ствол скважины из пласта газожидкостной смеси (в дальнейшем - ГЖС) и регулирования интенсивности поступления ГЖС в ствол скважины. Задачей изобретения является разработка буровой установки для бурения скважин из горных выработок,позволяющей автоматически сигнализировать о поступлении ГЖС в ствол скважины, осуществлять наращивание бурильной колонны и извлечение е на наращенную величину без прекращения подачи очистного агента,предотвращать поступление из скважины смеси ГЖС с очистным агентом в канал бурильной колонны. Для этого в буровой установке для бурения скважин из горных выработок, включающей буровой агрегат со средствами магазинирования бурильных труб, образующих бурильную колонну,снабженную породоразрушающим инструментом и соединенную другим концом с вращателем бурового агрегата, устройство герметизации устья скважины с кожухом и выпускным патрубком, узел сепарации обратного потока очистного агента и сальниковое устройство системы напорной подачи очистного 2 агента, устройство герметизации е снабжено закреплнным в вертикальном положении на упомянутом патрубке узлом сигнализации и регулирования поступления ГЖС в ствол скважины,выполненного в виде трубчатого корпуса,законушнного в направлении кровли и имеющего горизонтально расположенные входной и выходной патрубки с кранами, внутри корпуса расположен диск,закрепленный на установленном с возможностью продольного перемещения стержне,пропущенном через днище и кровлю упомянутого корпуса, над выступом нижнего конца стержня расположены контргруз и пружина, над которой расположен ввинчиваемый в выступ корпуса фиксатор положения пружины относительно контргруза, на верхнем конце стержня имеются элементы взаимодействия с сигнализатором и фиксатором положения стержня,например,храповой конструкции, на наружном торце кожуха последовательно закреплены шаровой кран,превентор, например, пневмокамерной конструкции и сальниковое устройство,состоящее из цилиндровой пары, внутри которой размещена включаемая в состав бурильной колонны сборка,включающая передний уплотнитель, оппозитнообратный клапан, трубу и концевой уплотнитель,полость соединительной муфты цилиндров имеет длину более длины герметизирующего элемента уплотнителя и соединена с системой напорной подачи очистного агента. Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена буровая установка в продольном разрезе на фиг. 2- узел сигнализации и регулирования поступления ГЖС в разрезе на фиг. 3 - уплотнитель в разрезе на фиг.4 оппозитно-обратный клапан в разрезе. Буровая установка (фиг. 1) состоит из бурового агрегата 1 со средствами магазинирования бурильных труб (не показанных на фиг. 1), из которых состоит бурильная колонна 2,оканчивающаяся породоразрушающим инструментом (в дальнейшем - ПРИ, не показанным на фиг. 1). В состав буровой установки включена распорная колонка 3 (и дальнейшем - колонка) для крепления устьевого герметизирующего кожуха 4(в дальнейшем - кожух) с патрубком 5 выпуска обратного потока очистного агента. К патрубку пристыкован узел сигнализации и регулирования поступления ГЖС 6 (в дальнейшем - регулятор),соединенный с трубопроводом узла сепарации (не показанном на фиг. 1). Со стороны горной выработки к кожуху 4 присоединены последовательно шаровой кран 7, превентор 8(например, пневмокамерной конструкции) и цилиндровая пара 9, состоящая из цилиндров 10,соединенных муфтой 11, к которой подведен трубопровод системы напорной подачи очистного агента (не показанной на фиг. 1). Внутри цилиндровой пары 9 последовательно расположены образующие сборку 12 передний уплотнитель 13,оппозитно-обратный клапан 14 (в дальнейшем клапан), труба 15 и концевой уплотнитель 16,которая входит в состав бурового инструмента 23025 между колонной бурильных труб 2 (в дальнейшем КБТ) и рабочей трубой 17, взаимодействующей с вращателем буровой установки 1. Регулятор 6 (фиг. 2) состоит из трубчатого корпуса 18 с законушнным участком 19 сверху, горизонтально расположенными патрубками 20 с кранами для ввода- вывода очистного агента, днища 21 и кровли 22. Соосно корпусу расположен пропущенный через кровлю и днище стержень 23, на котором закреплн расположенный внутри корпуса 18 диск 24, на нижнем конце стержня 23 закреплено кольцо 25 для укладки контргрузов 26, над которыми расположена пружина 27, а на трубчатый выступ 28 днища корпуса навинчена втулка 29, предназначенная для регулирования положения пружины относительно верхнего уреза контргуза. На верхнем торце стержня крепится опорная пята 30, предназначенная для удержания диска 24 в исходном нижнем положении и обеспечения взаимодействия с включателем сигнализатора (не показанного на фигурах) с одной стороны и имеет с другой стороны наклонный скос,имеющий возможность взаимодействия с подпружиненным храповым элементом 31. Перед входным патрубком 20 регулятора 6 установлены стандартный дроссель 32 и манометр 33. Конструктивно уплотнители 13 и 16 одинаковы(фиг. 3) и состоят из герметизирующего элемента 34, снабженного подшипником 35, располагаемым со стороны более низкого давления, штока 36 и стандартных элементов соединительного замка. Оппозитно-обратный клапан 37 (фиг. 4) состоит из корпуса 38 с полостью 39, имеющей осевые каналы 40 и 41. В донной части полости 39 имеются каналы 42, расположенные аксиально. В полости 39 оппозитно расположены два клапана, между которыми расположена пружина 43, прижимающая дисковый клапан 44 к осевому каналу 41, а кольцевой клапан 45 - к каналам 42. Корпус 38 имеет стандартные элементы соединительных замков. Распорная колонка 3 (фиг. 1) имеет расположенные равномерно в центральном диске 46 болты 47 для перемещения полубукс 48 при уплотнении герметизирующей ленты 49. На фиг. 1 латинской буквойобозначена длина цилиндров,которая выбирается не менее длины сборки 12,соответствующей длине хода рабочей трубы 17. Эксплуатация буровой установки происходит следующим образом. Первоначально бурят скважину увеличенного диаметра для кожуха 4, на который наматывают герметизирующую ленту 49 и устанавливают вместе с полубуксами 48 в скважину,устанавливают распорную колонку 3 и соединяют е с кожухом 4, на наружном конце которого закрепляют шаровой кран 7. Затем болтами 47 воздействуют на полубуксы 48, вследствие чего герметизирующая лента 49 уплотняется между стенками скважины и кожуха 4. В случае необходимости процесс герметизации повторяют путем наматывания на кожух новой герметизирующей ленты. Остальные элементы монтируют в соответствии с фиг. 1 и соединяют буровую установку с трубопроводами узла сепарации и напорной подачи очистного агента. После монтажа элементов буровой установки осуществляют уточнение величины контргруза 26 регулятора 6 следующим образом. Вывинчивают втулку 29 из трубчатого выступа 28 корпуса 18 до момента касания нижнего торца е пружины 27 и осуществляют перепуск очистного агента в объеме,превышающем на заданную кратность расход,указанный в геолого-техническом наряде (в дальнейшем - ГТН). Вычисляют усилие сжатия пружины 27 путем учета числа оборотов втулки 26 при навинчивании е на трубчатый выступ 28 корпуса 18 и умножения полученного числа оборотов на шаг резьбы и жсткость пружины. Массу контргруза устанавливают путем вычитания от полученного значения усилия сжатия пружины массы диско - стержневой сборки. В дальнейшем втулку 29 ввинчивают на трубчатый выступ 28 таким образом, чтобы расстояние от верхнего торца пружины 27 до низа втулки 29 было достаточным для взаимодействия опорной пяты 30 с включателем сигнализатора (не показанного на фигурах). Затем в системе напорной подачи очистного агента устанавливают расход очистного агента в соответствии с ГТН и начинают процесс бурения. При этом очистной агент поступает в пространство между уплотнителями 13 и 16, создавая в этом пространстве повышенное давление, под действием которого очистной агент воздействует через каналы 42 (фиг. 4) на кольцевой клапан 45 и отжимает его,вследствие чего очистной агент получает возможность поступления через канал 41 в центральный канал штока 36 и далее в канал бурильной колонны 2. Очистной агент может течь только в сторону забоя скважины, открывая по пути дисковый клапан 44 оппозитно-обратного клапана,установленного за ПРИ. Очистной агент, омывая забой скважины и возвращаясь через затрубное пространство, поступает через патрубок 5 в регулятор 6. В начале процесса бурения открытым оставляют выпускной кран верхнего патрубка 20, а кран нижнего патрубка закрытым, поэтому обратный поток очистного агента воздействует на диск 24 и далее следует через верхний выпускной патрубок 20 в систему сепарации. В случае вскрытия пласта, содержащего ГЖС, скорость движения обратного потока очистного агента возрастает, вследствие чего динамическое усилие потока возрастает и диск 24 перемещается вверх,взаимодействуя при этом опорной пятой 30 с включателем сигнализатора поступления ГЖС в ствол скважины. При значительных обьмах поступления ГЖС диск 24, поджимая пружину 27 начинает перемещаться в законушнной участок 19 корпуса 18 (фиг. 2), то есть начнется процесс дросселирования обратного потока очистного агента вследствие уменьшения кольцевого канала между диском и законушнным участком 19 корпуса 18. Движение вниз диска 24 становится невозможным,так как опорная пята 30 удерживается подпружиненным храповым элементом 31, поэтому создатся в стволе скважины повышенное давление,препятствующее проникновению в ствол скважины ГЖС, за исключением ГЖС, содержащейся в 3 23025 разрушаемой породе. По мере углубления скважины на величину хода рабочей трубы осуществляют наращивание бурильной колонны в соответствии с выбранным режимом бурения с прекращением напорной подачи очистного агента или без прекращения напорной подачи очистного агента. При проведении наращивания бурильной колонны по первому режиму очередную бурильную трубу подают в скважину после извлечения рабочей трубы 17 и сборки 12, вводят их вновь и продолжают процесс бурения вышеописанным способом. При наращивании бурильной колонны при втором режиме бурения из скважины извлекают только рабочую трубу 17, а бурильную колонну наращивают сборкой, включающей со стороны скважины клапан 37, трубу 15 и концевой уплотнитель 16. При наращивании бурильной колонны напорная подача очистного агента не прекращается, так как сборка 12 остатся в цилиндровой паре 9, то есть остаются условия поступления напорного потока очистного агента внутрь бурильной колонны. В дальнейшем наращивание бурильной колонны осуществляется таким же образом. Извлечение бурильной колонны осуществляется в обратном порядке, только перед извлечением сборки 12 наружную поверхность последней бурильной трубы КБТ охватывают превентором 8 и извлекают ПРИ в пространство за шаровым краном 17, которым затем перекрывают прямой проходной канал кожуха 4 и извлекают,предварительно раскрыв превентор 8, остальные элементы бурового инструмента. Таким образом,поступающая в ствол скважины газожидкостная смесь может поступать только в узел сепарации. При наличии большого объма ГЖС закрывают кран на патрубке 5, демонтируют элементы буровой установки за исключением распорной колонки 3,удерживающей кожух 4 в загерметизированном положении и соединяют устье скважины с системой отвода ГЖС, при этом по манометру 33 контролируют давление ГЖС, а посредством дросселя 32 устанавливают режим выпуска ГЖС. Таким образом, предлагаемая буровая установка позволяет в полной мере контролировать выпуск ГЖС из ствола скважины, а при наличии больших объмов осуществлять утилизацию, так как устье скважины может быть оставлено на длительный срок загерметизированным. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Буровая установка для бурения скважин из горных выработок, включающая буровой агрегат с средствами магазинирования бурильных труб,образующих бурильную колонну, снабженную породоразрушающим инструментом и соединенную другим концом с вращателем бурового агрегата,устройство герметизации устья скважины с кожухом и выпускным патрубком, узел сепарации обратного потока очистного агента и сальниковое устройство системы напорной подачи очистного агента, отличающаяся тем, что устройство герметизации снабжено закреплнным в вертикальном положении на упомянутом патрубке узла сигнализации и регулирования поступления газожидкостной смеси в ствол скважины,выполненного в виде трубчатого корпуса,законушенного в направлении кровли и имеющего горизонтально расположенные входной и выходные патрубки с кранами, внутри корпуса расположен диск,закрепленный на установленном с возможностью продольного перемещения стержня,пропущенном через днище и кровлю упомянутого корпуса, над выступом нижнего конца стержня расположены контргруз и пружина, над которой расположен ввинчиваемый в трубчатый выступ корпуса фиксатор положения пружины относительно контргруза, на верхнем конце стержня имеются элементы взаимодействия с сигнализатором и фиксатором положения стержня,например, храповой конструкции, на наружном торце кожуха последовательно закреплены шаровой кран, превентор, например, пневмокамерной конструкции и сальниковое устройство, состоящее из цилиндровой пары, внутри которой размещена включаемая в состав бурильной колонны сборка,состоящая из переднего уплотнителя, оппозитнообратного клапана, трубы и концевого уплотнителя,полость соединительной муфты цилиндров имеет длину более длины герметизирующего элемента уплотнителя и соединена с системой напорной подачи очистного агента.