FI75027C - Anordning foer fullhaolsborrning. - Google Patents

Description

1 75027

Laite täysreikäkairausta varten Tämä keksintö liittyy reiänkairauslaitteisiin, ja tarkemmin sanottuna laitteisiin, joilla voidaan porata 5 täysiä reikiä, ilman että otetaan kairausnäytteitä.

Sen lisäksi, että täysreikäkairausta käytetään laajalti öljy-, kaasu- ja vesilähteitä porattaessa, on se käytössä kairattaessa rakenteellisia reikiä ja koereikiä kaasu- ja Ö1jyperäisillä alueilla, tutkittaessa yksityiskoh-10 taisesti pintasyntyisiä malmiesiintymiä, joiden kerrostumat ovat hyvin tunnettuja sekä rakenteeltaan suhteellisen yksinkertaisia, kairattaessa irtokerrostumia kartoituksessa, kairattaessa malminetsintä- ja tutkimusreikiä kallioihin pintakerroksissa tutkittaessa kerroksia, jotka ulottu-15 vat esikambriseen mannerjalustaan sekä kairattaessa hydro-geologisia, seismisiä ja räjäytysreikiä.

Täysreikäkairauksessa käytetään enimmäkseen kaksi-, kolme- ja nelirullaisia kärkiä. Toimittaessa optimiolosuhteissa päästään näillä terillä erittäin suuriin kairausno-20 peuksiin.

Täysreikä-, samoinkuin muissakin kairausmenetelmis-sä esiintyy usein vaikeuksia, jotka johtuvat reiän seinät muodostavien kivien paikallaan pysymättömyydestä, veden tulvimisesta sekä erityisesti kairausnesteen imeytymisestä 25 juonnepitoisiin ja huokoisiin kiviin ja hyvin läpäiseviin kiviin. Nämä vaikeudet häiritsevät normaaleja kairausolo-suhteita, alentavat olennaisesti kairausnopeutta ja aiheuttavat usein keskeytyksen kairauksessa vaikeuden syyn löytymisen ajaksi. Tästä on seurauksena alhaisempi tuotantokyky 30 sekä reiän kustannusten merkittävä nousu, niin että eräät kairauksen tärkeimmistä ongelmista ovat menetelmien löytäminen näiden vaikeuksien voittamiseksi.

Vaikka useimmissa tapauksissa joudutaan kairaus keskeyttämään vian poistamisen ajaksi, tunnetaan menetelmiä, 35 joita voidaan käyttää reiän kairauksen kestäessä. Näissä 2 75027 n ________ menetelmissä lisätään kairausnesteisiin tukeainetta hyyte-lömäisinä polymeerikokkareina, jotka ovat täynnä hienojakoista materiaalia tai tarpeen vaatiessa lisäämällä rae-maista mineraalia. Kun sellaista menetelmää käytetään, liu-5 kenee tukeaine kuitenkin kairausnesteeseen ja kiertää sen mukana sekä tarttuu pumpun, syöttöjohtojen, vaippaputkien ja reiän seinien pintoihin sielläkin, missä sitä ei tarvita, ilman että seinät saisivat ei-metallisen vahvistuksen.

Tällaista menetelmää käyttävien kairausvälineiden 10 rakenne on tavanomainen ja käsittää terän, jossa on kanava kairausnesteen syöttämistä varten reiän pohjalle ja joka on kiinnitetty putkivaippaan sekä terän yläpuolella olevan reiän seinän mudostajan, joka sulkee putkivaipan ja reiän seinien välisen tilan.

15 Tämä järjestely ei anna mahdollisuutta eliminoida häiriötä tai tukea ilman vaippaa reiän seiniä keskeyttämättä kairausprosessia.

Tämä johtuu siitä, että tukeaine syötetään sen käyt-tökohtiin reiän seinässä nestemäisessä, pitoisuudeltaan al-20 haisessa muodossa, koska se on laimennettava, jotta se voitaisiin pumpata koko putkivaipan läpi. Tämä pakottaa myös käyttämään tukeaineita, joiden kovettumisaika on pitkä, mikä vuorostaan aiheuttaa sen, että tukeaine ei saavuta riittävää lujuutta tärkeimmällä pohja-alueella.

25 Eräs huomattava varjopuoli on lisäksi se, että syö tettäessä reikään tehotonta täyteainetta poistuu reiästä kairattu kivi, joka on fysikaalisesti ja kemiallisesti af-finiteettinen reiän seinät muodostavien kivien kanssa, koska se on saatu näitä murskaamalla.

30 US-patenttijulkaisusta 4 191 254 tunnetaan laite reikäkairauksen yhteydessä esiintyvien ongelmien poistamiseksi ja menetelmä tämän toteuttamista varten. Laitteessa on joustavasta aineesta tehty säiliö, joka on jaettu tuke-ainetta tai sen aineosia sisältäviin osiin. Ongelmien ilme-35 tessä säiliö lasketaan vaipan sisällä olevaa käytävää pitkin 3 75027 terään siten, että se keskeyttää vaipan sisätilaan hydrostaattisen paineen muodostavan kairausnesteen virtauksen putkivaipasta. Säiliötä puristetaan kokoon, joustava väliseinä rikkoontuu ja seoksen aineosat yhdessä säiliön 5 rungon kanssa painautuvat ulos reikäkuiluun sulkien ongelmallisen kohdan.

Tämän laitteen avulla ongelmat pyritään poistamaan käyttäen nestemäisiä tukeaineita eikä sitä voida käyttää kuivien, jauhemaisten, rakeisten ja muiden irtonaisten ai-10 neiden syöttämiseen. Laitteen avulla ei myöskään voida varmistaa reikäkuilun muodostamista tukkimisen aikana.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan täysreikäkaira-usta varten laite, jonka avulla voidaan jatkuvasti vahvistaa reiän seiniä ja eliminoida häiriöitä keskeyttämättä 15 kairausta.

Tämä keksintö perustuu täysreikäkairausta varten tarkoitettuun laitteeseen, joka käsittää terän, jossa on kanava kairausnesteen syöttämistä varten reiän pohjalle ja joka on kiinnitetty putkivaippaan sekä terän yläpuolel-20 la olevan reiän seinän muodostaja, joka sulkee putkivaipan ja reiän seinien välisen tilan, jolle laitteelle on keksinnön mukaan tunnusomaista, että välittömästi terän yläpuolella on putkivaipan sisällä tukeainetta sisältävä säiliö, joka on sovitettu päästämään kairausnestettä tukeainetta 25 sisältävän säiliön seinien ja putkivaipan väliseen tilaan sekä syöttämään tukeainetta terään syrjäyttämisaineen vaikutuksesta, ja että terässä on aksiaalinen poraus, jonka halkaisija on suurempi kuin säiliön sisähalkaisija, ja johon säiliön alaosa sopii siten, että tukeaine pääsee pora-30 uksesta reiän pohjalle.

Säiliö on mieluimmin irrotettava ja voidaan vaihtaa nostamatta putkivaippaa maanpinnalle.

Terän kairaaman kiven käyttämistä varten täyteaineena voidaan säiliö täyttää rakeista sidosainetta käsittä-35 väliä tukeaineella.

4 75027 Säiliö voi käsittää sylinterinmuotoisen putken, jonka alapäässä on irrotettava tulppa ja jonka yläpäässä on kara, joka soveltuu painamaan tukeainetta säiliöstä.

Säiliön yläpäässä voi olla nippa, joka liittyy let-5 kuun säiliön käsittelemistä varten ja syrjäytysaineen syöttämistä varten säiliöön.

Edellä selitetty laite täysreikäkairausta varten takaa reiän jatkuvan kairauksen, luotettavan häiriöiden poiston sekä reiän seinien ei-metallisen tuennan.

10 Keksintöä selitetään nyt viitaten nimenomaiseen suo ritusmuotoon, joka esitetään oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 on pitkittäisleikkaus keksinnön mukaisesta laitteesta täysreikäkairausta varten (kuljetusasennossa), 15 kuvio 2 on kuvion 1 leikkaus II-II, kuvio 3 esittää suoritusmuotoa, jossa on erillinen syöttö syrjäytysainetta varten.

Laite kokoreikäkairausta varten edustaa tavanomaisten kairauslaitteiden muunnosta, eikä edellytä olennaisia 20 muutoksia, niin että erityisesti terä voi käsittää minkä tahansa kivenrouhintatyökalun, jota käytetään iskukairauk-sessa.

Laite kokoreikäkairausta varten käsittää kiviöljy-kairan 1, joka on kiinnitetty vaippaputkeen 2 (kuvio 1), 25 niin että välissä on seinän muodostaja 3.

Seinän muodostaja 3 voi käsittää minkä tahansa rakenteellisen osan, joka sulkee reiän seinien ja vaippaput-ken 2 välisen tilan, kuten kairan 4, jonka noususuunta on vastakkainen putkivaipan kiertosuuntaan nähden.

30 Vaippaputken 2 sisällä on sylinterinmuotoinen säi liö 5, jossa on tukeainetta 6.

Säiliö 5 voi käsittää sylinterinmuotoisen putken, joka on yläpäästä ja alapäästä ummessa, muovista tehdyn sylinterinmuotoisen, suljetun kuvun tai puristetusta tuke-35 aineesta tehdyn tangon, jonka pinta on päällystetty vesitiiviinä kerroksella. Säiliö voi olla rakenteeltaan yhte- 11 75027 näinen terän kanssa tai mieluimmin se voidaan irrottaa vaihtoa varten, ilman että terä vedetään kairausreiästä.

Tukeaine 6 voi käsittää jotain nopeasti kovettuvaa seosta kuten kipsi- tai sementtiseosta, eri polymeereistä 5 kovettimineen tehtyä pastamaista seosta, sementtiä, polymeerejä, savea ja vastaavia jauhemaisia aineita, joita tavallisesti käytetään sideaineina.

Tulppa 7 (vaihtotulppa) sulkee säiliön 5 alaosan, joka toimii yhdessä terän 1 keskireiän 8 kanssa, ja säili-10 ön 5 yläosan sulkee kara 9, jossa on tuloaukko 10 ja pois-toaukko 11, ja säiliössä 5 on aukko 12, joka on säiliön 5 ja putkivaipan 2 sisäseinien välissä, jolloin putkivaipas-sa 2 on ohjaimet 13, jotka keskittävät säiliön 5. Yläoh-jain voi käsittää jatkuvan renkaan 14, jonka keskiaukon 15 halkaisija on sama kuin säiliön 5 ulkohalkaisija ja muut ohjaimet käsittävät erilaisia ulokkeita. Terän 1 rungossa on kanava 15, jota myöten kairausneste pääsee reiän pohjaan, kun säiliö 5 sulkee terän 1 reiän 8. Säiliön 5 yläosassa on istukka 16, johon nostolaitteen 17 pääty sopii.

20 Materiaalin 6 pakottamiseksi säiliöstä 5 lasketaan putki-vaipan 2 sisään kuula 8 sulkemaan karan 9 aukko 10.

Eräässä toisessa, kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa, käsittää kara 9 sylinterinmuotoisen mäntätulpan ja laitteen kaapeliletkun 21 pään 20 kiinnittämiseksi ja 25 tiivistämiseksi, jonka kaapeliletkun tehtävänä on käsitellä säiliötä 5 ja syöttää syrjäytysnestettä.

Ylläselitetty rakenteellinen järjestely ei käsittele tyhjentävästi keksinnön mukaisen laitteen kaikkia mahdollisia muunnoksia. Käytännössä voi laite käsittää tavan-30 omaisen putkivaipan, niin että tukeainetta sisältävän säiliön 5 vaihto on mahdollista vasta sen jälkeen kun koko putkivaippa on nostettu maanpinnalle.

Nämä muunnokset eivät kuitenkaan vaikuta keksinnön mukaisen laitteen rakenteellisiin piirteisiin, ja ne liit-35 tyvät pääasiassa laitteen käyttömenetelmiin sekä toisarvoisten komponenttien vähäisiin rakenteellisiin muutoksiin.

6 75027

Laite täysreiän poraamista varten toimii seuraavasti .

Normaaleissa kairausolosuhteissa tulee kairausnes-te karan 9 aukoista 10, 11 ja säiliön 5 aukosta 12 sekä 5 säiliön 5 ja putkivaipan 2 välisen tilan ja kanavan 15 kautta terään ja kairausreiän pohjalle.

Jos esiintyy hankaluuksia, kuten veden imeytymistä ja kairausnesteen hävikkiä, lasketaan putkivaipan sisään teräskuula 18, joka putoaa karan 9 päähän ja sulkee aukon 10 9, niin että kairausneste ei pääse putkivaipan 2 sisäpuo liseen tilaan. Kairausnesteen paine putkivaipan sisällä nousee äkillisesti karan 9 yläpuolella, niin että karaa 9 pidättävät tapit katkeavat ja kara 9 painuu alaspäin tuke-aineen 6 läpi ja avaa tulpan 7, jolloin tukeaine 6 pääsee 15 terään 1. Sen jälkeen kun kara 9 on painanut tulpan 7 ja osan tukeaineesta 6 ulos, se jatkaa matkaansa alaspäin pitkin säiliötä 5 ja avaa säiliön 5 seinässä olevan aukon 12, niin että kairausneste pääsee normaalisti terään 1. Terän 1 rullien murskaama ja jauhama tukeaine 6 sekoittuu kairat-20 tuun kiveen sekä kairausnesteeseen ja seinän muodostajan 3 kairan 4 nousu keskittää tukeaineen reiän alaosaan lähelle reiän pohjaa, josta se sinkoaa vasten reiän seiniä. Keskipakovoima ja kairausvälineiden paine puristavat massasta liian veden. Paksu ja sitkeä tukeainemassa 6, johon on se-25 koittunut kivimurskaa, painuu reiän seinät muodostavien kivien aukkoihin ja saumoihin, tiivistyy ja alkaa kovettua.

Luisti 22 liukuu pitkin tukeainetta 6 ja kalibroi reiän kuilun, niin että massa edelleen tiivistyy ja siitä poistuu liika vesi.

30 Kun kaikki tukeaine 6 on käytetty, lasketaan köyden varassa nostolaite 17, jonka pää tarttuu istukkaan 16, minkä jälkeen säiliö 5 nostetaan pois ja vaihdetaan uuteen.

Tukkimisprosessi toistetaan tarpeen vaatiessa, kunnes ongelma on kokonaan eliminoitu.

35 Laitteen eräässä toisessa suositussa suoritusmuo dossa, joka esitetään kuviossa 3, on laite 19, joka on yh- 11 7 75027 teydessä kaapeliletkun 21 päähän 20 ja sulkee sen, jolloin tukeaine 6 painetaan alas syrjäytysaineen (nesteen tai kaasun) avulla, ja kaapeliletkua käytetään myös säiliön 5 nostamiseen ja laskemiseen.

5 On selvää, että säiliön 5 vaihtaminen välittömästi reiän pohjan läheisyyteen, kuten edellä selitettiin, on mahdollista vain kairan 1 rakenteen ja mittojen avulla.

Sen vuoksi käytetään tällaista vaihtoa mieluimmin kairattaessa suuria, yli 112 mm:n reikiä. Kairattaessa pienempiä reikiä on suositeltavampaa vaihtaa säiliöt 5 maanpinnalla, ja jos mahdollista samanaikaisesti kuin terän kärki vaihdetaan, niin että säiliö 5 voidaan valita niin suureksi, että siinä on riittävästi tukeainetta 6 seuraavaan terän-vaihtoon saakka. Tämä vähentää ajanhukkaa nostettaessa ja 15 laskettaessa.

Jos keksinnön mukaista laitetta käytetään reiän seinien ei-metalliseen tukemiseen varustamalla reiän koko pinta vedenpitävällä kerroksella, painetaan tukeainetta 6 ulos jatkuvasti kairauksen aikana. Kun tukeaine loppuu, kairaus 20 keskeytetään, säiliö 5 vaihdetaan ja kairaamista jatketaan haluttuun syvyyteen.

Kairattua kiviainetta sekoitetaan tehokkaasti tuke-aineeseen, missä se toimii passiivisena aineosana, ja koska se on affiniteettistä reiän seinät muodostavien kivien 25 kanssa, se parantaa järjestelmän tiiviyttä ja vähentää reiän pohjaan syötettävän tukeaineen tarvetta.

On korostettava sitä, että koska osa murskatusta kivestä sekoitetaan tukeaineeseen sitojana ja on tukiaineen täyteosa, säästyy tukeainetta 6, ja seinien tiiviys ja lu-30 juus kasvavat, koska täyteaine ja seinät muodostava kiviaines ovat koostumukseltaan samanlaisia, jolloin niiden välinen tartunta on parempi.

Keksintöä voidaan käyttää häiriöiden eliminoimiseen täysreikäkairauksessa tukemalla ei-metallisesti reiän sei-35 nät kairauksen aikana, tehtäessä kaivoja tai kammioita, 8 75027 suurennettaessa ja korjattaessa aikaisemmin kairattuja reikiä, kairattaessa läpi epävakaiden jaksojen sementoi-mattomassa hiekkamaaperässä, paisuvassa ja märässä savessa jne.

Il

Claims (5)

75027

1. Laite täysreikäkairausta varten, joka laite käsittää terän (1), jossa on kanava (15) kairausnesteen syöt- 5 tämistä varten reiän pohjalle ja joka on kiinnitetty put-kivaippaan (2) sekä terän yläpuolella olevan reiän seinän muodostaja (3), joka sulkee putkivaipan (2) ja reiän seinien välisen tilan, tunnettu siitä, että välittömästi terän (1) yläpuolella on putkivaipan (2) sisällä tuke- 10 ainetta sisältävä säiliö (5), joka on sovitettu päästämään kairausnestettä tukeainetta sisältävän säiliön (5) seinien ja putkivaipan (2) väliseen tilaan sekä syöttämään tuke-ainetta terään (1) syrjäyttämisaineen vaikutuksesta, ja että terässä on aksiaalinen poraus, jonka halkaisi ja (8) on suu- 15 rerapi kuin säiliön (5) sisähalkaisija, ja johon säiliön (5) alaosa sopii siten, että tukeaine pääsee porauksesta reiän pohjalle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö (5) on irroitettava ja voidaan vaihtaa nostamatta putkivaippaa (2) maanpinnalle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö (5) on täytetty rakeista sidosainetta käsittävällä tukeaineella.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliö (5) käsittää sylinterinmuo- 25 toisen putken, jonka alapäässä on irroitettava tulppa (7) ja jonka yläpäässä on kara (9), joka soveltuu painamaan tukeainetta (6) säiliöstä (5).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että säiliön (5) yläpäässä on nippa 30 (19), joka liittyy letkuun (21) säiliön (5) käsittelemis tä varten ja syrjäytysaineen syöttämistä varten säiliöön (5) .