RU41785U1

RU41785U1 - TECHNICAL COMPLEX FOR EDUCATION OF WELLS AND PRODUCTION

Info

Publication number: RU41785U1
Application number: RU2004125750/22U
Authority: RU
Inventors: А.И. Плугин; Е.А. Сватикова; Б.А. Сватиков
Original assignee: Плугин Александр Илларионович
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2004-11-10

Abstract

Предложение относится к области горного дела и строительства и предназначено для проходки скважин и образования выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах за счет разрушения породы на забое термогазодинамическим воздействием. Технический комплекс включает превентор 1, размещаемый на устье скважины (выработки), бурильный агрегат 2 с рабочим органом 3, генератором 4 рабочего агента, механизм 5 выполнения спуско-подъемных операций; программированный блок 6 управления работой бурильного агрегата, превентора и вспомогательных механизмов; в корпусе бурильного агрегата 2 размещены: генератор рабочего агента 4 с запасом топливных элементов 7, а также размещена емкость 8 с хладагентом 9, имеющим выходные отверстия для подачи этого хладагента в полость между генератором и стенками корпуса, а также для подачи в рабочий орган агрегата. Технический комплекс выполнен в виде модульных блоков, узлов и элементов, соединяемых между собой посредством переходных кольцевых, конических, трапецевидных и т.п. элементов, что придает конструкции всего комплекса мобильность в выборе схем и процессов проходки пород при меняющихся условиях на забое, в полости выработки и на устье скважины, - это позволяет оперативно выбирать мощность генератора рабочего агента, тип рабочего органа, задавать время работы в автоматическом режиме, повышая эффективность процесса проходки скважин и выработок.The proposal relates to the field of mining and construction and is intended for drilling holes and forming workings in sedimentary rocks and frozen soils due to the destruction of rock at the bottom by thermo-gas-dynamic effects. The technical complex includes a preventer 1 located at the wellhead (production), a drilling unit 2 with a working body 3, a working agent generator 4, a mechanism 5 for hoisting operations; programmed block 6 control the operation of the drilling unit, preventer and auxiliary mechanisms; in the housing of the drilling unit 2 are located: a working agent generator 4 with a supply of fuel elements 7, and a container 8 with a refrigerant 9 having outlet openings for supplying this refrigerant to the cavity between the generator and the walls of the housing, as well as for supplying to the working body of the unit is placed. The technical complex is made in the form of modular blocks, nodes and elements connected to each other by means of transitional annular, conical, trapezoidal, etc. elements that gives the design of the whole complex mobility in the selection of schemes and processes of rock sinking under changing conditions at the bottom, in the production cavity and at the wellhead - this allows you to quickly select the power of the working agent generator, the type of working body, set the operating time in automatic mode, increasing the efficiency of the process of sinking wells and workings.

Description

Предложение относится к области горного дела и строительства и предназначено для технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах за счет разрушения породы на забое термогазодинамическим воздействием рабочего агента.The proposal relates to the field of mining and construction and is intended for the technology of drilling holes and workings in sedimentary rocks and frozen soils due to the destruction of rock at the bottom by the thermogasdynamic effect of the working agent.

В настоящее время известны принципиальные приемы и методы развития этой технологии, из которых наиболее представительным является устройство для проходки скважин, содержащее буровую установку в виде станка с силовым агрегатом, бурильным инструментом и подающей его бурильной штангой /1/.At present, fundamental techniques and methods for the development of this technology are known, of which the most representative is a device for sinking wells, containing a drilling rig in the form of a machine with a power unit, a drilling tool and a drill rod feeding it / 1 /.

Существенными и очевидными недостатками такого технического комплекса являются высокая стоимость проходческих работ при низкой производительности процесса проходки за счет металлоемкости устройства и значительных затрат энергии на процесс разрушения пород на забое и создание восходящего потока бурового шлама для очистки полости проходимой скважины и подготовки ее к использованию.Significant and obvious drawbacks of this technical complex are the high cost of tunneling at low productivity of the drilling process due to the metal consumption of the device and significant energy costs for the process of rock destruction at the bottom and the creation of an upward flow of drill cuttings to clean the cavity of the drilled well and prepare it for use.

Наиболее близким по технической сущности и технологии является технический комплекс для образования скважин и выработк в осадочных горных породах, содержащий корпус, генератор рабочего агента, спуско-подъемный механизм, бурильный агрегат с рабочим породоразрушающим насадком для разрушения породы на забое и формирования стенки проходимой скважины или выработки в осадочных породах /2/.The closest in technical essence and technology is the technical complex for the formation of wells and workings in sedimentary rocks, containing a casing, a working agent generator, a hoisting mechanism, a drilling assembly with a working rock cutting nozzle for fracturing the rock at the bottom and forming the wall of the drilled well or production in sedimentary rocks / 2 /.

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, этот технический комплекс имеет и существенные недостатки, заключающиеся в его принципиальной конструктивной схеме, при которой невозможно вести оперативную смену режимов и операций проходки скважины, а также - выработки, ввиду отсутствия в этом устройстве модульных узлов и агрегатов для мобильной смены их в процессе технологических операций; это приводит к вынужденным ненормативным остановкам при меняющихся Possessing certain advantages over analogues, this technical complex also has significant drawbacks, consisting in its basic design scheme, in which it is impossible to conduct an operational change of modes and operations of well drilling, as well as development, due to the absence of modular units and assemblies for mobile shift in this device them in the process of technological operations; this leads to forced non-standard stops when changing

условиях в полости скважины ввиду смены геологических горизонтов и аномальных включениях в структуре одного горизонта (неустойчивые и переувлажненные горизонты, неоднородные пропластки). Эти технические недостатки приводят к снижению производительности и эффективности использования устройства и процесса бурения.conditions in the well cavity due to a change in geological horizons and anomalous inclusions in the structure of one horizon (unstable and waterlogged horizons, heterogeneous interlayers). These technical disadvantages lead to a decrease in the productivity and efficiency of use of the device and the drilling process.

Технической задачей и положительным результатом данного технического решения является увеличение производительности и повышение эффективности технического комплекса и процесса проходки скважин и выработок в различных геологических горизонтах при меняющихся условиях на забое и в полости проходимой скважины.The technical task and the positive result of this technical solution is to increase productivity and increase the efficiency of the technical complex and the process of sinking wells and workings in various geological horizons under changing conditions at the bottom and in the cavity of the well being passed.

Это достигается за счет выполнения принципиальной конструкции технического комплекса для образования скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах из унифицированных модульных блоков, включающих превентор, закрепленный на устье скважины, бурильный агрегат, содержащий корпус, рабочий орган, генератор рабочего агента, подаваемого на забой для разрушения породы и для обработки стенки скважины, механизмы приводов спуско-подъемных операций с бурильным агрегатом и обсадными трубами, программированный блок управления работой бурильного агрегата, при этом указанный бурильный агрегат выполнен в виде упрочненного удлиненного корпуса с размещенным в нем генератором рабочего агента, содержащим топливные компоненты и емкость с хладагентом, выполненную в сечении вдоль генератора рабочего агента и по его торцам, вдоль генератора выполнены каналы для подачи в рабочий орган рабочего агента, а емкость имеет выходные отверстия для хладагента и подачи его в указанные каналы и в полость рабочего органа, причем корпус по своим торцам имеет дополнительные полые кольцевые элементы, с помощью которых корпус соединен с рабочим органом и с генератором, и с герметизирующим его полость узлом, имеющим узел соединения с механизмом привода и осуществления спуско-подъемных операций.This is achieved through the implementation of the basic design of the technical complex for the formation of wells and workings in sedimentary rocks and frozen soils from unified modular blocks, including a preventer mounted at the wellhead, a drilling unit containing a housing, a working body, a working agent generator fed to the face for rock destruction and for treating the borehole wall, tripping mechanisms with a drilling unit and casing, programmed control unit a drill assembly, wherein said drill assembly is made in the form of a hardened elongated body with a working agent generator located therein, containing fuel components and a refrigerant container, made in cross section along the working agent generator and along its ends, channels for supplying the working body of the working agent, and the tank has outlet openings for the refrigerant and its supply to the specified channels and into the cavity of the working body, and the housing at its ends has additional hollow rings main elements, with the help of which the housing is connected with the working body and with the generator, and with the node sealing its cavity, having a connection node with the drive mechanism and the implementation of hoisting operations.

При этом емкость с хладагентом выполнена фасонного профиля в сечении, часть которой выполнена под упомянутым герметизирующим узлом технического комплекса.In this case, the refrigerant tank has a shaped profile in cross section, part of which is made under the aforementioned sealing unit of the technical complex.

Преимущественно выбрать геометрическую емкость хладагента из условия превышения времени расхода хладагента по сравнению с временем работы генератора рабочего агента комплекса.It is preferable to choose the geometric capacity of the refrigerant from the condition that the refrigerant consumption time exceeds the operating time of the generator of the working agent of the complex.

При этом технический комплекс оснащен набором набором сменных рабочих органов, соединяемых с корпусом посредством дополнительных полых кольцевых элементов.At the same time, the technical complex is equipped with a set of interchangeable working bodies connected to the housing by means of additional hollow ring elements.

Описываемый технический комплекс раскрывается далее графическими материалами, где: на фиг.1 показан его общий вид;The described technical complex is further disclosed in graphic materials, where: in Fig.1 shows its General view;

на фиг.2 изображен бурильный агрегат с сечением по оси;figure 2 shows the drilling unit with a section along the axis;

на фиг.3 показана система агрегата с оснащением хладагентом;figure 3 shows the system of the unit equipped with a refrigerant;

на фиг.4 - сечение по 1-1 на фиг.1 агрегата;figure 4 is a cross section of 1-1 in figure 1 of the unit;

на фиг.5 - выполнение торцевой части агрегата. Технический комплекс для образования скважин и выработок включает превентор 1 (фиг.1), размещаемый на устье скважины; превентор служит для размещения в нем бурильного агрегата 2, содержащего корпус и рабочий орган 3; в корпусе размещен генератор 4 рабочего агента, который подают на забой для разрушения породы и создания восходящего потока бурового шлама к устью скважины. Подъемно-транспортный механизм 5 предназначен для выполнения спуско-подъемных операций с агрегатом 2 и для обслуживания таких операций всего комплекса, который имеет блок 6 программированного управления работой агрегата и комплекса. Генератор 4 содержит топливные компоненты 7 и емкость 8 с запасом хладагента 9; корпус упрочнен удлиненным дополнительным корпусом 10 с дополнительной емкостью 11 хладагента, выполненную в сечении вдоль корпуса агрегата 2 и по его торцам: верхнем торце 12 и нижнем - 13, а их сообщение выполнено по каналам 14. проложенным вдоль генератора 4 (и его топливным компонентам 7) для подачи хладагента в рабочий орган 3, куда поступает также рабочий агент; емкость 9 имеет выходные отверстия 15 и 16 (фиг.2 и 3).figure 5 - the implementation of the end part of the unit. The technical complex for the formation of wells and workings includes a preventer 1 (figure 1), placed at the wellhead; the preventer serves to accommodate the drilling unit 2, comprising a housing and a working body 3; the housing contains a working agent generator 4, which is fed to the bottom to destroy the rock and create an upward flow of drill cuttings to the wellhead. Hoisting mechanism 5 is designed to perform hoisting operations with the unit 2 and to service such operations of the entire complex, which has a unit 6 of programmed control of the operation of the unit and the complex. The generator 4 contains fuel components 7 and a tank 8 with a supply of refrigerant 9; the casing is hardened by an elongated additional casing 10 with an additional refrigerant capacity 11, made in cross section along the unit casing 2 and along its ends: the upper end 12 and lower - 13, and their communication is made through the channels 14. laid along the generator 4 (and its fuel components 7 ) for supplying refrigerant to the working body 3, which also receives the working agent; capacity 9 has outlet openings 15 and 16 (FIGS. 2 and 3).

Корпус агрегата 2 по своим торцам (фиг.2) имеет дополнительные кольцевые элементы 17 и 18 (фиг.5), с помощью которых корпус агрегата 2 соединен с рабочим органом 3 и с герметизирующим его полость узлом 19 (фиг.5). имеющим свой узел 20 для соединения с механизмом The housing of the unit 2 at its ends (figure 2) has additional annular elements 17 and 18 (figure 5), with which the body of the unit 2 is connected to the working body 3 and to the sealing unit cavity 19 (figure 5). having its own node 20 for connection with the mechanism

подъема и опускания в технологическом процессе, а также имеющим клапанные патрубки 21 (фиг.5) для заправки хладагентом и для контроля сброса избыточного давления из полости бурильного агрегата. Рабочий орган 3 агрегата оснащен соплами 22, ориентированными по нормали на забой, соплами 23 - под углами к поверхности забоя, и соплами 24, ориентированными к устью скважины, выработки; установленный на устье (фиг.1) превентор имеет направляющие шарниры 25 для агрегата 2, а также оснащен узлом 26 герметизации ствола 27 превентора и резервной полостью 28, сообщенной с полостью ствола под узлом 26 для отвода вскрытого флюида (газа) из полости скважины до ее эксплуатации (предусмотрено правилами безопасности процесса). Дополнительная емкость 11 с хладагентом также имеет клапанные отверстия 29 для сброса давления при нагреве стенки этой емкости.lifting and lowering in the technological process, as well as having valve pipes 21 (Fig. 5) for filling with refrigerant and for controlling the discharge of excess pressure from the cavity of the drilling unit. The working body 3 of the unit is equipped with nozzles 22 oriented normal to the bottom, nozzles 23 at angles to the surface of the bottom, and nozzles 24 oriented towards the wellhead, production; the preventer mounted on the mouth (Fig. 1) has guide hinges 25 for the unit 2, and is also equipped with a sealing unit 26 of the preventer barrel 27 and a backup cavity 28 in communication with the barrel cavity under the node 26 for draining the opened fluid (gas) from the well cavity to its operation (provided by process safety rules). The additional refrigerant tank 11 also has valve openings 29 for relieving pressure when the wall of this tank is heated.

Работа описанного технического комплекса осуществляется следующим образом. Превентор закрепляют на устье скважины, в его направляющих 25 устанавливают бурильный агрегат 2 (фиг.1), проверяют работу узла 26 и запорной арматуры полости 28; включают в работу генератор 4 рабочего агента, при расходе топливных компонентов 7 которого термогазодинамический поток проходит по каналам 14 и поступает в полость рабочего органа 3, истекая из сопел 22 и 23 которого осуществляет разработку забоя, а рабочий агент, истекающий из сопел 24 формирует восходящий поток бурового шлама к устью скважины (детально заявитель не излагает все принципы работы комплекса, в котором используют бурильный агрегат конструкции А.Плугина), освобождая полость проходимой скважины от бурового шлама. При нагреве хладагента в емкости 8 его пары поступают через отверстия 15 в каналы 14, понижая температуру рабочего агента и увеличивая его массу, что повышает разрушающую способность этой парогазовой рабочей смеси агента. При более высокой температуре рабочего агента и недостаточности запаса хладагента 9 в работу включается хладагент дополнительной емкости 11, пары которого поступают в рабочий орган через клапанные отверстия 29, выполняя двойную, как указано выше, полезную работу, The work of the described technical complex is as follows. The preventer is fixed at the wellhead, the drilling unit 2 is installed in its guides 25 (Fig. 1), the operation of the assembly 26 and the shutoff valves of the cavity 28 are checked; they include a working agent generator 4, at a flow rate of fuel components 7 of which the thermo-gas-dynamic flow passes through channels 14 and enters the cavity of the working body 3, flowing out of nozzles 22 and 23 of which carries out mining, and the working agent flowing out of nozzles 24 forms an upward flow drill cuttings to the wellhead (the applicant does not describe in detail all the principles of operation of the complex, which uses a drill assembly designed by A. Plugin), freeing the cavity of the hole to be drilled from the drill cuttings. When the refrigerant is heated in the tank 8, its vapors pass through openings 15 into the channels 14, lowering the temperature of the working agent and increasing its mass, which increases the destructive ability of this combined-gas working mixture of the agent. At a higher temperature of the working agent and insufficient supply of refrigerant 9, the refrigerant of additional capacity 11 is included in the work, the vapor of which enters the working body through valve openings 29, performing the double, as indicated above, useful work,

понижая температуру рабочего агента и увеличивая его кинетическую энергию, что повышает производительность технического комплекса (по экспериментальным данным заявителя, - на 15-20%) и увеличивает производительность процесса использования превентора совместно с бурильным агрегатом 2. При вскрытии водоносного горизонта (или горизонта, содержащего другой флюид, газ) сечение ствола 27 перекрывают срабатыванием узла 26, поступающий по скважине флюид (газ) отводят из резервной полости 28 (фиг.1), понижая давление в полости скважины до снижения давления поступающего флюида (газа), открывают герметизирующий узел 26 и работу технического комплекса осуществляют в нормативном режиме, или заканчивают проходку скважины.lowering the temperature of the working agent and increasing its kinetic energy, which increases the productivity of the technical complex (according to the experimental data of the applicant, by 15-20%) and increases the productivity of the process of using the preventer together with the drilling unit 2. When opening an aquifer (or horizon containing another fluid, gas) the cross section of the barrel 27 is closed by the operation of the assembly 26, the fluid (gas) entering the well is diverted from the reserve cavity 28 (Fig. 1), lowering the pressure in the well cavity to reduce the pressure the input of the fluid (gas), open the sealing unit 26 and the technical complex is carried out in the normative mode, or the well is completed.

Таким образом, разработанный технический комплекс обладает мобильной конструктивной схемой, эффективностью процесса работы и является универсальным комплексом для проходки скважин и выработок.Thus, the developed technical complex has a mobile structural scheme, the efficiency of the work process and is a universal complex for drilling holes and workings.

(56): 1. SU 2161245. 21.04.1999., А.Плугин;(56): 1. SU 2161245. 04/21/1999., A. Plugin;

2. RU 2222681, 5.08.2002, А.Плугин (прототип);2. RU 2222681, 08/05/2002, A.Plugin (prototype);

3. RU 2167266, 20.05.2001. А.Плугин;3. RU 2167266, 05.20.2001. A.Plugin;

4. RU 2178504, 20.01.2002. А.Плугин;4. RU 2178504, 01.20.2002. A.Plugin;

5. RU 2155976, 10.09.2000, А.Плугин;5. RU 2155976, 09/10/2000, A. Plugin;

6. DE 2607046, 16.02.1978.6. DE 2607046, 02.16.1978.

7. ER 2232670, 28.03.1974.7. ER 2232670, 03/28/1974.

8. US 3934659, 27.01.1976.8. US 3934659, 01/27/1976.

Claims

1. The technical complex for the formation of wells and workings in sedimentary rocks, including a preventer mounted on the wellhead, a drilling assembly comprising a body, a working body, a working agent generator supplied to the bottom for rock destruction, tripping mechanisms, and a programmed control unit for the operation of the drilling unit, while the drilling unit is made in the form of a hardened elongated body with a working agent generator located therein containing fuel components and a tank channels with a refrigerant, made in cross section along the generator of the working agent and along its ends, channels are provided along the generator for supplying the working agent to the working body, and the tank has outlet openings for the refrigerant and its supply to the specified channels and into the working body cavity, the housing being has additional hollow annular elements to its ends, with the help of which the housing is connected to the working body and to the node sealing its cavity, which has a connection node with a drive mechanism and hoisting operations.

2. The technical complex according to claim 1, characterized in that the tank with the refrigerant is shaped in cross section, part of which is made under the said sealing unit.

3. The technical complex according to claim 1, characterized in that the geometric capacity of the refrigerant is selected from the condition that the refrigerant consumption time exceeds the operating time of the working agent generator.

4. The technical complex according to claim 1, characterized in that it is equipped with a set of interchangeable working bodies connected to the housing by means of additional hollow ring elements.