способ сооружения восстающей дренажной скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сооружения восстающей дренажной скважины, включающий ввод в скважину устройства, содержащего буровой наконечник, фильтровую колонну с расположенным внутри гидропневмоударным механизмом, бурение с промывкой, вскрытие водоносного горизонта с воздействием гидродинамическими импульсами при посадке фильтровой колонны, отличающийся тем, что в скважине с зонами твердых пород используют устройство с очистительным узлом, который фиксируют на гидропневмоударном механизме, фильтровую колонну выполняют из концентрично установленных наружной и внутренней фильтровых колонн, которые раздвигают при посадке в водоносный горизонт, а гидродинамическими импульсами дополнительно воздействуют в процессе бурения при прохождении зон твердых пород, при прихватах устройства и при повторных спусках гидропневмоударного механизма для дополнения механического воздействия на фильтровую колонну очистительного узла воздействием гидродинамическими импульсами.

2. Устройство для сооружения восстающей дренажной скважины, содержащее буровой наконечник, соединенный с переходником, фильтровую колонну, обсадные и напорные трубы, пакер и гидропневмоударный механизм, установленный на напорных трубах, отличающееся тем, что оно снабжено очистительным узлом, зафиксированным защелкой на гидропневмоударном механизме, фильтровая колонна состоит из концентрично установленных наружной и внутренней фильтровых колонн, при этом внутренняя колонна имеет возможность перемещения относительно наружной при их посадке в водоносный горизонт и очистки внутренней поверхности воздействием очистительного узла, гидропневмоударный механизм соединен нижней частью с пакером, а верхней частью - с переходником посредством центрирующей втулки с пазом для возможности извлечения и спуска в скважину гидропневмоударного механизма с пакером, а очистительный узел имеет возможность автоматического отсоединения от гидропневмоударного механизма при извлечении последнего из скважины и автоматического соединения с ним при спуске в скважину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых для сооружения подземных систем, возводимых из подземных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях.

Известен способ сооружения восстающей дренажной скважины по АС СССР №1263818 (МКИ⁴ Е 21 В 43/00), заключающийся в бурении с промывкой и одновременной посадкой фильтровой колонны, воздействии гидродинамическими импульсами на фильтровую колонну в интервале водоносного горизонта, продолжая бурение, формировании прифильтровой зоны для предотвращения кольматации фильтровой колонны, вскрытии водоносного горизонта, перекрытии кольцевых сечений на устье скважины и внутри фильтровой колонны в интервале устойчивых пород, извлечении труб и откачке подземных вод. При снижении водоотбора производят передачу гидродинамических импульсов с одновременным ведением процесса откачки подземных вод.

Недостатком данного способа является то, что при прохождении зон твердых пород происходит снижение скорости бурения, возможно явление прихватов бурового снаряда.

Известно устройство для строительства водозаборной скважины по АС №1805211 (Е 21 В 43/10, опубл. 30.03.93 г.), включающее внутреннюю фильтровую колонну, наружную фильтровую колонну с фиксирующими элементами, обсадную колонну труб, соединенную с переводником, гидроударник, соединенный с внутренней колонной труб, очистные элементы в виде щеток, установленные между внутренней и наружной колоннами, поплавковые камеры в верхней части внутренней фильтровой колонны.

Недостатком данного устройства является то, что соединение гидроударника с подводящими электроэнергию элементами производят через штуцеры и поплавковую камеру, которые установлены на верхней части устройства. Это не позволяет использовать гидроударник в процессе бурения восстающей скважины.

Известно устройство по АС №1263818 (Е 21 В 43/00, опубл. 15.10.86 г.), выбранное за прототип, которое содержит буровой наконечник, бурильные трубы, переходник с обратным клапаном, фильтровую колонну, гидропневмоударный механизм, пакеры.

Недостатком этого устройства является то, что при прохождении зоны твердых пород снижается скорость бурения, гидропневмоударный механизм установлен таким образом, что использование его возможно только для предотвращения кольматации фильтровой колонны при прохождении водоносного горизонта, а при возникновении опасности прихватов бурового снаряда данное устройство не обеспечивает устранения этих явлений.

Задача состоит в том, чтобы устранить снижение скорости бурения при прохождении твердых пород и возможность прихвата бурового снаряда.

Задача решается за счет того, что в способе сооружения восстающей дренажной скважины, включающем бурение, вскрытие водоносного горизонта, посадку фильтровой колонны, промывку скважины с воздействием гидродинамических импульсов на фильтровую колонну в интервале водоносного горизонта, удаление из фильтровой колонны пакера, стабилизацию прифильтровой зоны путем регулирования выпуска воды на устье скважины, в отличие от прототипа:

- воздействуют гидродинамическими импульсами в процессе бурения на зоны твердых пород, что позволяет сохранять постоянной скорость бурения;

- воздействуют гидродинамическими импульсами на фильтровую колонну при ее прихватах в скважине, что позволяет сохранять постоянной скорость бурения;

- воздействуют гидродинамическими импульсами на очистительный узел, что позволяет повысить скорость и качество очистки фильтра;

- воздействуют гидродинамическими импульсами при повторных спусках гидропневмоударного механизма, которые необходимы для устранения кольматации фильтра и удлинения срока его службы.

Задача решается благодаря тому, что для осуществления предложенного способа разработано устройство для сооружения восстающей дренажной скважины, включающее буровой наконечник, соединенный с переходником, внутреннюю и наружную фильтровые колонны, обсадные и напорные трубы, пакер, ступенчатую муфту, очистительный узел, гидропневмоударный механизм, установленный на напорной трубе, причем в отличие от прототипа:

- гидропневмоударный механизм выполнен с возможностью соединения верхней частью через центрирующую втулку с переходником, что позволяет воздействовать в процессе бурения гидродинамическими импульсами через переходник и долото на зоны твердых пород, на фильтровую колонну при прихватах устройства в скважине, т.е. дает возможность производить бурение без остановок и на постоянной скорости;

- гидропневмоударный механизм выполнен с возможностью соединения нижней его части через центрирующую втулку с пакером, что позволяет упростить и ускорить извлечение гидропневмоударного механизма и пакера из скважины;

- очистительный узел, производящий очистку внутренней поверхности внутреннего фильтра, установлен на гидропневмоударном механизме с возможностью автоматического отсоединения от него при извлечении последнего из скважины и автоматического соединения с ним при повторном спуске гидропневмоударного механизма в скважину для устранения явления кольматации;

- соединение очистительного узла с гидропневмоударным механизмом позволяет повысить эффект механической очистки фильтра за счет дополнительного воздействия гидродинамическими импульсами на очистительный узел. Устройство характеризуют чертежи на фигурах 1, 2, 3.

На фиг.1 - продольный разрез устройства в стадии бурения;

на фиг.2 - фиксатор перемещения внутренней колонны относительно наружной;

на фиг.3 - соединение очистительного узла с гидропневмоударным механизмом.

Устройство для сооружения восстающей скважины 1 включает буровой наконечник 2, соединенный с переходником 3, который снабжен обратным клапаном 4, внутреннюю 5 и наружную 6 фильтровые колонны, установленные концентрично друг относительно друга, обсадные трубы 7, установленный на напорных трубах 8 гидропневмоударный механизм 9, который выполнен с возможностью соединения верхней частью с переходником 3 через Г-образный паз 10 в центрирующей втулке 11. Устройство также включает пакер 12, размещенный в обсадных трубах 7, ступенчатую муфту 13, объединяющую внутреннюю фильтровую колонну 5, обсадные трубы 7 и пакер 12. Фиксатор перемещения внутренней 5 относительно наружной 6 фильтровых колонн выполнен в виде пружинного кольца 14, размещенного в пазах 15 внутренней фильтровой колонны 5 и пазах 16 наружной фильтровой колонны 6. Для извлечения гидропневмоударного механизма 9 и пакера 12 из скважины 1 гидропневмоударный механизм через кольцо 17 с выступами 18 контактирует с соответствующими пазами 19 кольца 20, жестко соединенного с пакером 12. На гидропневмоударном механизме 9 для очистки внутренней поверхности внутренней фильтровой колонны 5 установлен очистительный узел 21, выполненный в виде кольца 22 со щетками 23. Очистительный узел 21 фиксируется на гидропневмоударном механизме 9 защелкой 24, снабженной пружиной 25, что позволяет при извлечении гидропневмоударного механизма 9 из скважины 1 автоматически отсоединяться очистительному узлу 21 от механизма 9, а при повторном спуске гидропневмоударного механизма 9 в скважину автоматически соединяться с ним.

Способ сооружения дренажной скважины 1 осуществляют следующим образом. Устройство вводят в скважину 1, внутри фильтровых колонн 5 и 6 на напорных трубах 8 спускают гидропневмоударный механизм 9 и фиксируют его на переходнике 3 через Г-образный паз 10, расположенный на центрирующей втулке 11, включают буровой станок (не показан) и производят бурение скважины 1. В процессе бурения при прохождении зон твердых пород воздействуют на них гидродинамическими импульсами и также воздействуют гидродинамическими импульсами на фильтровую колонну при прихватах всего устройства в скважине, для чего включают гидропневмоударный механизм 9 - это позволяет производить бурение без остановок и на постоянной скорости. При посадке фильтровых колонн 5 и 6 в заданный водоносный горизонт бурение прекращают, производят раздвижение фильтровых колонн 5 и 6, удерживая в неподвижности наружную фильтровую колонну 6 с помощью напорных труб 8, выдвигают внутреннюю фильтровую колонну 5 с помощью перемещения обсадных труб 7. Фиксатор, выполненный в виде пружинного кольца 14, находясь в пазу 15 внутренней фильтровой колонны, при достижении паза 16 в наружной фильтровой колонне 6 разжимается и стопорит дальнейшее передвижение внутренней фильтровой колонны 5. Затем отсоединяют гидропневмоударный механизм 9 от переходника 3, опускают его до места контакта с пакером 12 и соединяют через выступы 18 и пазы 19 с пакером 12. Отворачивают пакер 12 из ступенчатой муфты 13 и путем совместного вращения напорных труб 8, гидропневмоударного механизма 9 и пакера 12 извлекают их из скважины 1. При этом установленный на гидропневмоударном механизме 9 очистительный узел 21 автоматически отсоединяется от него и остается внутри фильтровой колонны 5. В процессе эксплуатации скважины происходит кольматация фильтров, что определяется по изменению дебита скважины, поэтому возникает необходимость очистки фильтров внутренней колонны 5. Для этого производят повторный спуск гидропневмоударного механизма 9 в скважину, при этом очистительный узел 21 автоматически соединяется с ним за счет срабатывания защелки 24 под действием повышения давления в напорных трубах 8. Гидродинамические импульсы в дополнение к механическому воздействию очистительного узла 21 повышают эффективность очистки.

Кроме достижения поставленной задачи, предложенное техническое решение позволяет также снизить металлоемкость конструкции, ввиду того, что гидродинамические импульсы большей частью передаются через переходник непосредственно на породоразрушающий наконечник, поэтому фильтровые колонны могут быть выполнены из менее прочного материала, например дюраля, легких сплавов, пластмасс.