RU2169248C2 - Method of making holes and workings in geological structures - Google Patents

Method of making holes and workings in geological structures Download PDF

Info

Publication number
RU2169248C2
RU2169248C2 RU99108388A RU99108388A RU2169248C2 RU 2169248 C2 RU2169248 C2 RU 2169248C2 RU 99108388 A RU99108388 A RU 99108388A RU 99108388 A RU99108388 A RU 99108388A RU 2169248 C2 RU2169248 C2 RU 2169248C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
well
working
cavity
hole
unit
Prior art date
Application number
RU99108388A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99108388A (en
Inventor
А.И. Плугин
Original Assignee
Плугин Александр Илларионович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Плугин Александр Илларионович filed Critical Плугин Александр Илларионович
Priority to RU99108388A priority Critical patent/RU2169248C2/en
Publication of RU99108388A publication Critical patent/RU99108388A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2169248C2 publication Critical patent/RU2169248C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

FIELD: mining, particularly, methods of making holes and working. SUBSTANCE: method includes location of self-contained unit at point of hole making. Unit is used for rock breaking beginning from hole mouth with hole bottom disintegration by jets of working agent flowing from working member of drilling unit under pressure and carrying of broken rock parts out of hollow of formed hole by ascending flow at velocity exceeding velocity of free fall of rock particles. Upon completion of process, hole hollow is freed form drilling unit. In case of instantaneous collapse of hole wall and its fall into hole hollow, further cutting of bottom is discontinued, and excessive pressure is built up in hole hollow owing to supply into hollow of excessive working agent. EFFECT: higher efficiency and productivity in making holes and workings. 9 dwg

Description

Изобретение относится к технологии образования скважин и выработок различного назначения и может быть использовано для проходки скважин под опоры сооружений, геофизических, разведочных и эксплуатационных скважин на промыслах полезных ископаемых. The invention relates to technology for the formation of wells and workings for various purposes and can be used for sinking wells under the supports of structures, geophysical, exploration and production wells in mineral deposits.

В настоящее время известны принципиальные технические решения в этой области, наиболее представительным и наиболее близким из которых является способ образования скважин и выработок в геологических структурах, включающий размещение на забое автономного бурильного агрегата, с помощью которого ведут разрушение пород, начиная от устья скважины, путем воздействия на забой истекающими под давлением из рабочего органа этого агрегата струями рабочего агента, отработанным на забое потоком рабочего агента выносят разрушенные частицы породы из полости образуемой скважины, при этом часть струй ориентируют под углом к стенке скважины и в сторону, противоположную от забоя, с помощью которых ведут калибровку сечения скважины и одновременно создают восходящий поток, превышающий по своей скорости скорость витания частиц разрушенных пород, а по окончании процесса - создают подъемное усилие и освобождают полость скважины от бурильного агрегата 1/. At present, fundamental technical solutions are known in this area, the most representative and closest of which is the method of producing wells and workings in geological structures, including the placement of an autonomous drilling unit on the bottom, with the help of which rocks are destroyed, starting from the wellhead, by destroyed by the flow of working agent flows under pressure from the working body of this unit by the jets of the working agent exhausted at the bottom by the flow of the working agent to the face from the cavity of the well being formed, while some of the jets are oriented at an angle to the wall of the well and in the direction opposite to the bottom, with the help of which they calibrate the cross section of the well and at the same time create an upward flow that exceeds the speed of movement of particles of destroyed rocks in speed, and at the end of the process - create a lifting force and free the cavity of the well from the drilling unit 1 /.

Обладая определенными преимуществами перед другими аналогами, этот способ имеет и существенные недостатки, которые заключаются в его совокупности и принципиальной последовательности осуществлления операций, не учитывающих собственно - процесс проходки скважины, при котором необходимо вести определенные воздействия и усилия на все операции и этапы процессов проходки, в то время, как в известном способе учитывают только принцип работы бурильного агрегата и не учитывают физические и физико-механические процессы разрушения пород с изменением глубины и условий в скважине. Эти существенные и очевидные недостатки отражаются на низкой эффективности способа и принципиальной невозможности повышения его технологических показателей при проходке скважин и выработок. Having certain advantages over other analogues, this method also has significant disadvantages, which consist in its totality and the principal sequence of operations that do not take into account the actual process of drilling a well, in which it is necessary to conduct certain influences and efforts on all operations and stages of the drilling processes, while in the known method only the principle of the operation of the drilling unit is taken into account and the physical and physico-mechanical processes of rock destruction with HAND depth and conditions downhole. These significant and obvious disadvantages are reflected in the low efficiency of the method and the fundamental impossibility of increasing its technological parameters during the drilling of wells and workings.

Технический результат и технологический эффект данного изобретения заключается в повышении его эффективности за счет задания и выполнения условий воздействия на все участки скважины независимо от типа используемого бурильного агрегата, и оперативной схемы выбора условий проходки с учетом меняющихся условий в скважине. The technical result and the technological effect of this invention is to increase its efficiency by setting and fulfilling the conditions of exposure to all sections of the well, regardless of the type of drilling unit used, and an operational scheme for choosing the conditions of penetration taking into account changing conditions in the well.

Этот технический результат в изобретении достигается за счет того, что в способе образования скважин и выработок в геологических структурах, включающем размещение на забое автономного бурильного агрегата, с помощью которого ведут разрушение пород, начиная от устья скважины, путем воздействия на забой истекающими под давлением из рабочего органа этого агрегата струями рабочего агента, отработанным на забое потоком рабочего агента выносят разрушенные частицы породы из полости образуемой скважины, при этом часть струй ориентируют под углом к стене скважины и в сторону, противоположную от забоя, с помощью которых ведут калибровку сечения скважины и одновременно создают восходящий поток, превышающий по своей скорости скорость витания частиц разрушенных пород, а по окончании процесса создают подъемное усилие и освобождают полость скважины от бурильного агрегата, в начале проходки скважины к забою прикладывают механическое усилие за счет усилия, передаваемого бурильному агрегату, и одновременно усилия от ориентированных к забою струй рабочего агента, дальнейшее разрушение пород на забое ведут кольцевыми струями рабочего агента, ориентированными под углами к поверхности забоя и к стенке скважины, при этом часть кольцевых струй ориентируют под углом к стенке скважины в сторону, противоположную от забоя, с помощью которых ведут указанную калибровку сечения скважины и одновременно создают восходящий поток, по мере дальнейшего углубления скважины производят эжектирование ее полости и выносят из нее буровой шлам, при внезапном разрушении стенки скважины и выбросе в ее полость разработку забоя прекращают, создают избыточное давление в полости скважины за счет подачи в ее полость истекающего вверх агента, подаваемого из рабочего органа агрегата, при остановках процесса проходки на забой воздействуют только струями рабочего агента, ориентированными по его центру и поднимаемым к устью скважины бурильным агрегатом очищают полость скважины от остатков бурового шлама. This technical result in the invention is achieved due to the fact that in the method of producing wells and workings in geological structures, including the placement of an autonomous drilling unit on the bottom, with the help of which the rock is destroyed, starting from the wellhead, by impacting the bottom with pressure flowing out from the worker the body of this unit by the working agent jets, the working agent spent on the bottom, carry out destroyed rock particles from the cavity of the well being formed, while some of the jets are oriented at an angle scrap to the wall of the well and to the side opposite from the bottom, with the help of which they calibrate the cross section of the well and at the same time create an upward flow that exceeds the rate of movement of particles of the destroyed rocks in speed, and at the end of the process create a lifting force and free the cavity of the well from the drilling unit, at the beginning of the drilling of the well, mechanical force is applied to the bottom due to the force transmitted to the drilling unit, and at the same time the forces from the working agent jets oriented towards the bottom, further destruction All rocks at the bottom are driven by circular jets of the working agent, oriented at angles to the bottom surface and to the wall of the well, while part of the ring jets are oriented at an angle to the wall of the well in the direction opposite to the bottom, using which the indicated section of the well is calibrated and simultaneously created the upward flow, as the well deepens further, its cavity is ejected and drill cuttings are taken out of it, with a sudden destruction of the well wall and discharge into its cavity, the bottom hole development is stopped, with excessive pressure is created in the well cavity due to the supply of an upward flowing agent supplied from the working body of the unit; when the sinking process stops, the face is affected only by working agent jets oriented in its center and raised by the drilling unit to the well head to clear the well cavity from residues drill cuttings.

В таком гармоничном и сбалансированном технологическом процессе достигают максимальной эффективности при проходке как вертикальных, наклонных, горизонтальных, криволинейных, так и проходок в направлении снизу - вверх, из подземных выработок - к дневной поверхности. In such a harmonious and balanced technological process, they achieve maximum efficiency when driving both vertical, inclined, horizontal, curved, and penetrations in the direction from bottom to top, from underground workings to the day surface.

Способ образования скважин и выработок поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 показан общий вид устройства для проходки скважин; на фиг.2 - устройство с раскрытием характерных узлов А и Б, изображенных на фиг.3 и 4; на фиг.5 и 6 показаны детали устройства и схема распределения усилий в призабойной зоне скважины и на корпусе;
на фиг. 7 показан процесс удаления бурового шлама с использованием для этого контейнера с бункером-накопителем;
на фиг. 8 - устройство при использовании его с аэростатического аппарата в местах, затрудненных для прямой его доставки;
на фиг.9 - конструкция устройства с автономной установкой.
The method of formation of wells and workings is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 shows a general view of a device for sinking wells; figure 2 - device with the disclosure of the characteristic nodes A and B, depicted in figure 3 and 4; 5 and 6 show the details of the device and the distribution of forces in the bottomhole zone of the well and on the body;
in FIG. 7 shows a process for removing drill cuttings using a container with a storage hopper;
in FIG. 8 - the device when used with an aerostatic apparatus in places difficult for direct delivery;
figure 9 is a design of a device with a standalone installation.

Способ образования скважин и выработок в геологических структурах, с использованием описываемых технических средств, осуществляют следующим образом. На устье 1 скважины 2 размещают бурильный агрегат 3 с его рабочим органом 4, в качестве такого технического средства используют автономный бурильный агрегат (АБА). Конструкция этого автономного бурильного агрегата составлена из модульных блоков и может иметь или корпус с неизменяемой геометрией (фиг. 1 и 9), или иметь корпус с изменяемой геометрией (фиг.2). АБА с жестким корпусом (неизменяемой геометрией) 3, выполненным преимущественно в виде цилиндра (фиг. 1,5), на одном торце которого, обращенном к забою, закреплен рабочий орган 4, в полости корпуса размещен генератор рабочего агента (рабочего тела) (конструкция этого генератора в рамках данной заявки не раскрыта, т.к. этот признак не имеет прямого отношения к способу), а на противоположном торце корпуса АБА размещен блок 5 программированного управления работой агрегата. Породоразрушающие механизмы агрегата выполнены в виде сопел 6, выполненных на нижнем (у забоя) торце рабочего органа; сопла 6 выполнены в виде диаметральных в сечении и в виде кольцевых, коаксиально захватывающих нижние сопла, - эти сопла 6 ориентированы по нормали и под острыми углами к поверхности забоя (где углы ориентированы по отношению к оси скважины или выработки); над этими соплами 6 на рабочем органе выполнены кольцевые сопла 7, ориентированные под острыми углами к стенке скважины (фиг.6); эти сопла 7 создают усилие для расширения сечения проходимой скважины и для выноса бурового шлама из зоны забоя и удаления этого шлама вверх по полости скважины к ее устью 1. The method of formation of wells and workings in geological structures, using the described technical means, is as follows. At the mouth 1 of the well 2, a drilling unit 3 is placed with its working body 4, an autonomous drilling unit (ABA) is used as such technical means. The design of this self-contained drilling unit is composed of modular blocks and may either have a housing with unchanged geometry (Fig. 1 and 9), or may have a housing with variable geometry (Fig.2). ABA with a rigid body (unchanged geometry) 3, made mainly in the form of a cylinder (Fig. 1.5), on one end of which, facing the bottom, a working body 4 is fixed, a working agent (working fluid) generator is located in the body cavity (design this generator was not disclosed in the framework of this application, because this symptom is not directly related to the method), and on the opposite end of the ABA housing there is a block 5 of programmed control over the operation of the unit. The rock-breaking mechanisms of the unit are made in the form of nozzles 6 made on the lower (near the bottom) end face of the working body; nozzles 6 are made in the form of diametrical in section and in the form of annular, coaxially capturing the lower nozzles, these nozzles 6 are oriented normal and at sharp angles to the bottom surface (where the angles are oriented relative to the axis of the well or production); above these nozzles 6, on the working body, annular nozzles 7 are made, oriented at sharp angles to the wall of the well (Fig. 6); these nozzles 7 create a force to expand the cross section of the well being drilled and to remove the drill cuttings from the bottom zone and remove this cuttings up the well cavity to its mouth 1.

АБА имеет также дополнительные сопла 8 на своем верхнем (от забоя) торце; эти сопла служат для усиления восходящего потока бурового шлама и создания усилия подачи АБА к забою; кроме того, эти сопла предназначены для очистки полости скважины при завершении процесса проходки, или при необходимости поддержания избыточного давления в полости скважины (при ликвидации выбросов в скважину, очистке ее от жидкости - попавшей из горизонта, или - от сточной). ABA also has additional nozzles 8 at its upper (from the bottom) end; these nozzles serve to enhance the upward flow of drill cuttings and create an effort to supply ABA to the bottom; in addition, these nozzles are designed to clean the well cavity at the completion of the sinking process, or if necessary, to maintain excess pressure in the well cavity (when eliminating emissions into the well, cleaning it from liquid that has fallen from the horizon, or from sewage).

Автономность работы АБА соблюдается и в том случае, когда его спускают в скважину на кабель-тросе, по которому могут вести и процесс управления работой АБА через его блок управления 5. The autonomy of the ABA operation is also observed in the case when it is lowered into the well on a cable cable, through which the ABA operation control process can be conducted through its control unit 5.

Конструкция АБА (фиг.2), где корпус имеет некоторую геометрическую свободу, достигает этого качества благодаря наличию упругоподатливых кольцевых элементов: 9,10 и 11 (элементов типа 11 может быть несколько по длине корпуса), где элемент 9 является упругоподатливым соединением корпуса 3 и рабочего органа 4; элемент 10 соединяет между собой две соседние секции корпуса бурильного агрегата, а элемент 11 соединяет между собой секции корпуса, более удаленные от рабочего органа, вдоль до секций верхнего торца агрегата 5. Для оперативного изменения режимов работы сопел 6 (фиг.3 - узел А) они имеют шаровидные основания 12, закрепленные в аналогичных шаровидных гнездах в теле рабочего органа 4, а для фиксирования положения оси сопла имеется поджимающий винт 13. The design of the ABA (figure 2), where the casing has some geometric freedom, achieves this quality due to the presence of resilient ring elements: 9.10 and 11 (elements of type 11 may be several along the length of the casing), where element 9 is an elastically flexible connection of the casing 3 and working body 4; element 10 connects two adjacent sections of the housing of the drill assembly, and element 11 connects sections of the housing, more remote from the working body, along to sections of the upper end of the assembly 5. For the operational change of the operating modes of the nozzles 6 (Fig. 3 - assembly A) they have spherical bases 12, mounted in similar spherical nests in the body of the working body 4, and for fixing the position of the axis of the nozzle there is a tightening screw 13.

В месте соединения корпуса и рабочего органа (фиг.2) имеется кольцевая щель 14, переходящая в развитое кольцевое расширение в виде кольцевой полости 15, ограниченной снизу фасонным криволинейным кольцевым выступом 16 верхнего торца рабочего органа 4, сверху ограниченного криволинейной фасонной кольцевой выработкой 17 нижнего торца корпуса 3, а сбоку ограниченного упругоподатливой прокладкой 18 (узел Б на фиг.4), расстояние этой прокладки 18 от внутренней стенки упругоподатливого элемента 9 регулируется винтами 19, что позволяет выбирать объем полости 15 за счет увеличения или уменьшения ее кольцевого объема, что приводит к выбору режимов воздействия истекающими струями на забой и стенки скважины. At the junction of the housing and the working body (Fig. 2) there is an annular gap 14, turning into a developed annular expansion in the form of an annular cavity 15, bounded below by a curved curved annular protrusion 16 of the upper end of the working body 4, bounded above by a curved shaped annular development 17 of the lower end case 3, and on the side bounded by an elastic-flexible gasket 18 (node B in Fig. 4), the distance of this gasket 18 from the inner wall of the elastic-flexible element 9 is regulated by screws 19, which allows you to choose the volume spine 15 by increasing or decreasing its annular volume, which leads to the selection of modes outflowing jets impact on the face and the borehole wall.

Устройство для реализации способа может быть снабжено собственным приспособлением для его запуска, выполненным в виде раскрывающегося стартового ствола (фиг. 8,9), где в первоначальном положении его опорные лапы 20 закрыты и прижаты одна к другой, образуя защитную оболочку 20 (фиг. 8) в виде обтекателя, на торце которого закреплен датчик 21 касания поверхности грунта. В таком виде бурильный агрегат может быть использован для спуска на парашюте 22, например при проходке скважины в труднодоступных местах (болото, пустыня, гористый ландшафт; или при необходимости забора проб грунта, горных пород, на других Планетах Солнечной системы: Луне, Марсе, Венере. ), в этом случае бурильный агрегат (по фиг. 8,9) оснащается еще и кернозаборником, или контейнером для взятия проб грунта при проходке (на чертеже эти узлы не раскрыты, как несущественные в рамках способа). A device for implementing the method can be equipped with its own device for starting it, made in the form of a drop-out starting barrel (Fig. 8.9), where in the initial position its support legs 20 are closed and pressed against each other, forming a protective shell 20 (Fig. 8 ) in the form of a fairing, on the end of which a sensor 21 for touching the surface of the soil is fixed. In this form, the drilling unit can be used for descent by parachute 22, for example, when driving a well in hard-to-reach places (swamp, desert, mountainous terrain; or, if necessary, sampling soil, rocks, on other Planets of the Solar System: Moon, Mars, Venus .), in this case, the drill assembly (according to Fig. 8.9) is also equipped with a core sample, or a container for taking soil samples during penetration (in the drawing, these nodes are not disclosed as insignificant in the framework of the method).

При этом опорные лапы 20 соединены шарнирно со стартовым стволом 23, имеют механизм 24 их раскрытия по команде, регистрируемой от датчика 21 при касании им поверхности грунта (Земли, Луны и т.п.); в данном случае целесообразно вести сбор информации о процессах в скважине посредством кабель-троса 25, соединенного с блоком 5. In this case, the support legs 20 are pivotally connected to the launching barrel 23, have a mechanism 24 for opening them according to a command registered from the sensor 21 when they touch the surface of the soil (Earth, Moon, etc.); in this case, it is advisable to collect information about the processes in the well by means of a cable cable 25 connected to block 5.

При проходке глубокой скважины необходимо вести экономный режим расхода энергии бурильного агрегата. В этом случае (фиг.7) для сокращения расхода рабочего или вспомогательного агента на организацию восходящего потока - для выноса к устью бурового шлама, в скважину опускают бункер-накопитель 26, верхний торец которого выполнен в виде сетки 27 и заборного раструба 28, с помощью которых ведут фильтрацию восходящего потока и осаждение в бункер- накопитель частиц разбуренной породы, поступающей от забоя в восходящем потоке. Активное поведение в полости скважины корпуса бункера-накопителя задают присоединением к стенкам его корпуса вибраторов 29 (например, магнитострикционного типа - малогабаритные и высокоэффективные), а спуск и подъем осуществляют за счет кабель-троса 30, по которому получают и информацию о состоянии в полости скважины (например, от закрепленных на корпусе датчиков, на чертеже не изображены). When driving a deep well, it is necessary to conduct an economical mode of energy consumption of the drilling unit. In this case (Fig. 7) in order to reduce the consumption of the working or auxiliary agent for the organization of the upward flow - for removal to the mouth of the drill cuttings, the storage hopper 26 is lowered into the well, the upper end of which is made in the form of a mesh 27 and an intake socket 28, using which filter the upward flow and deposit sediment of drilled particles from the bottom in the upward flow into the storage bunker. Active behavior in the well cavity of the body of the storage hopper is determined by connecting vibrators 29 to the walls of its body (for example, of a magnetostrictive type - small and highly efficient), and the descent and ascent are carried out by a cable cable 30, which also receives information about the state in the well cavity (for example, from sensors mounted on the housing, not shown in the drawing).

В процессе проходки скважины по технологии заявляемого способа удаление восходящего бурового шлама можно вести и за счет создания разрежения в полости скважины при постановке на ее устье (фиг. 1) отводящего шлам раструба 31, имеющего каналы 32, ориентированные своими выходами по ходу потока шлама и подсоединенные к эжекционному насосу (установке; на чертеже не изображена). In the process of drilling a well according to the technology of the proposed method, the removal of the ascending drill cuttings can also be carried out by creating a vacuum in the well cavity when the discharge pipe 31 is installed on its mouth (Fig. 1), having channels 32 oriented along their outlet along the cuttings stream and connected to the ejection pump (installation; not shown in the drawing).

Далее, описываемый способ образования скважин и выработок, с использованием раскрытых технических средств для его реализации, излагается заявителем более полно с приведением некоторых конкретных параметров, зависимостей и примеров организации процессов при осуществлении данного способа. Further, the described method of producing wells and workings, using the disclosed technical means for its implementation, is described by the applicant more fully with some specific parameters, dependencies and examples of the organization of processes in the implementation of this method.

На дневной поверхности грунта, на отмеченном устье 1 размещают устройство для запуска в работу (на чертежах не показано, как не имеющее прямого отношения к заявке), в качестве которого может быть использован либо превентор стационарного типа, либо временное пусковое устройство (например, на транспортном средстве, или типа по фиг.8 и 9); при этом, если процесс проходки скважины (выработки) намечен в обычных условиях: при размещении на рабочей площадке необходимого оборудования, бригады; процесс начинают с приложения к корпусу агрегата 3 усилия его подачи с верхнего торца - 5 и усилия работающего рабочего органа 4 при открытии его сопел 6, ориентированных по нормали к поверхности забоя и под острыми углами к его поверхности, ориентированных по направлению проходки скважины (фиг. 1,6); диаметр скважины выбирают превосходящим диаметр корпуса 3 и диаметр рабочего органа 4 на величину в 1,5-2,0 раза, что обеспечивает свободный вынос бурового шлама в кольцевом зазоре между рабочим органом и забойной частью скважины и между корпусом и стенкой скважины (под термином "кольцевой зазор" здесь понимается зазор между круглыми кольцами, между любыми другими сечениями колец: прямоугольными, овальными и т.п., т.к. кольцевым зазором считается любой зазор между коаксиально расположенными телами, - в данном случае: между телом бурильного агрегата и телом (стенкой) скважины; причем сечение выработки, в отличие от сечения скважины, может быть выбрано не только диаметральным, но и прямоугольным, верхним сводом и т.п. формы). On the day surface of the soil, on the marked mouth 1, a device for starting up is placed (not shown in the drawings as not directly related to the application), which can be used either as a stationary type preventer or a temporary starting device (for example, on a transport the tool or type of FIGS. 8 and 9); at the same time, if the process of drilling a well (production) is outlined under normal conditions: when the necessary equipment, team are placed on the working site; the process begins with the application of the supply force to the casing of the aggregate 3 from the upper end face - 5 and the efforts of the working working body 4 when opening its nozzles 6, oriented normal to the face of the face and at acute angles to its surface, oriented in the direction of well penetration (Fig. 1.6); the diameter of the well is chosen to be superior to the diameter of the body 3 and the diameter of the working body 4 by a factor of 1.5-2.0, which ensures free removal of drill cuttings in the annular gap between the working body and the bottomhole part of the well and between the body and the wall of the well (under the term " annular gap "here we mean the gap between round rings, between any other sections of the rings: rectangular, oval, etc., since annular gap is any gap between coaxially located bodies, in this case: between the body of the drill gata and body (wall) of the well; and section generation, in contrast to the well cross-section may be selected not only a diametrical, but also rectangular, the upper arch and the like form).

Далее, по мере погружения в проходимую скважину корпуса бурильного агрегата, например при длине (по вертикальной оси) корпуса порядка 10-12 м и при его погружении на 70-80% длины, включают в работу все сопла на его рабочем органе (используя для подачи команд имеющийся блок 5 (или кабель-трос 25,30): сопла 6, ориентированные по нормали и под острыми углами к поверхности забоя (по отношению к оси скважины и продольной оси агрегата 3); далее, погружаясь за разрабатываемым забоем в скважину, агрегат работает в автономном и сбалансированном режиме, при котором строго соблюдают физико-технологическую закономерность процесса, изложенную выше, которая и обеспечивает передачу не менее 35-40% энергии агрегата на разрушение пород на забое (данные, установленные заявителем при опытном экспериментальном испытании бурильного агрегата и при экспериментальной проверке заявляемого способа) и высокую эффективность способа по всем его процессам, где вслед за созданием усилия для выноса бурового шлама выше корпуса, в полости скважины, создают восходящий поток, несущий этот шлам к устью скважины 1 (далее - в отвал, или на транспорт), выбирая при этом скорость восходящего потока, превышающую скорость витания частиц пород, выносимых этим потоком, - этот процесс задают истечением из сопел 7 рабочего агента, струями которого вначале калибруют стенки и сечение скважины, а отходящим от стенок скважины потоком выносят шлам, задавая указанные условия выноса. Further, as the body of the drilling unit is immersed in the borehole, for example, when the body length (along the vertical axis) is about 10-12 m and when it is immersed 70-80% of the length, all nozzles on its working body are turned on (using for feeding commands available block 5 (or cable-cable 25.30): nozzles 6 oriented normal and at sharp angles to the face surface (with respect to the axis of the well and the longitudinal axis of unit 3); then, immersing behind the developed face in the well, the unit works in standalone and balanced mode, in which m strictly comply with the physical and technological regularity of the process described above, which ensures the transfer of at least 35-40% of the unit’s energy for rock destruction at the bottom (data established by the applicant during experimental pilot testing of the drilling unit and during experimental verification of the proposed method) and high efficiency of the method for all its processes, where after creating efforts to carry the drill cuttings above the body, in the cavity of the well, an upward flow is created that carries this cuttings to the wellhead 1 (hereinafter - dump, or transport), while choosing an upward flow velocity exceeding the speed of the rock particles carried by this flow, this process is set by the expiration of the working agent from the nozzles 7, the jets of which first calibrate the walls and section of the well, and the flow leaving the walls of the well remove the sludge by setting the specified conditions for removal.

По мере углубления скважины для экономии рабочего агента, производят эжектирование от устья 1 скважины 2 за счет подачи через каналы 32 потока газа (воздуха), создающего разрежение в полости скважины перед ее устьем, что способствует более интенсивному выносу бурового шлама из полости скважины. Далее можно использовать или эжектирующую трубу, которую опускают от устья в полость скважины (труба на чертежах не показана) и создают дополнительное усилие для восходящего потока буровому шламу, или снимают раструб 31, и используют канатно-подъемный механизм, например лебедку (на чертежах не показана), с помощью этого механизма на кабель-тросе 30 в полость скважины спускают бункер-накопитель 26 и ведут в него забор частиц разрушенной на забое породы и восходящей в потоке бурового шлама. Такие технологические приемы позволяют более полно использовать энергию агрегата на забое при проходке глубоких скважин, а также при проходке выработок значительного диаметра (100-300 см и более), когда объем выносимого бурового шлама значителен. В частности, при использовании бункера-накопителя 26, нижнюю его часть (обращенную к забою) выполняют по типу обтекателя (по фиг. 8,7), а его диаметр (или поперечные габаритные размеры - при сечении в виде овала, прямоугольника и т.п.) выбирают, как и диаметр корпуса 3 агрегата, т.е. равным 0,5-0,7 диаметра скважины, что способствует местному ускорению потока и осаждению частиц породы в верхней, вихревой части - за заборным раструбом 28, включая при этом вибраторы 29. As the well deepens to save the working agent, ejection from the wellhead 1 of the well 2 is performed by supplying gas (air) through channels 32 to create a vacuum in the well cavity in front of its wellhead, which contributes to a more intensive removal of drill cuttings from the well cavity. Next, you can use either an ejection pipe, which is lowered from the wellhead into the cavity of the well (the pipe is not shown in the drawings) and creates additional force for the upward flow of drill cuttings, or a bell 31 is removed and a rope-lifting mechanism is used, for example, a winch (not shown in the drawings ), using this mechanism on the cable cable 30, the storage hopper 26 is lowered into the cavity of the well and particles are taken into it from the rock destroyed at the bottom and ascending in the flow of drill cuttings. Such technological methods make it possible to more fully use the energy of the unit at the bottom when driving deep wells, as well as when driving workings of significant diameter (100-300 cm or more), when the volume of the drilled cuttings is significant. In particular, when using the storage hopper 26, its lower part (facing the bottom) is made as a fairing (in Fig. 8.7), and its diameter (or transverse overall dimensions - with a section in the form of an oval, rectangle, etc. p.) choose, as well as the diameter of the housing 3 of the unit, i.e. equal to 0.5-0.7 of the diameter of the well, which contributes to local acceleration of the flow and the deposition of rock particles in the upper, vortex part - behind the intake bell 28, including the vibrators 29.

При выработке моторесурса агрегатом (по фиг. 1,9) процесс на забое прекращают за счет воздействия на него только нормально ориентированными струями рабочего агента, - это создает избыточное давление под рабочим органом 4, поднимает агрегат к устью скважины 1, где его улавливают захватами превентора (на чертеже не показаны) или захватывают тросом, или просто - выталкивает сам агрегат себя на поверхность грунта (если это предусмотрено условиями рабочей площадки), этим процессом полость скважины освобождают от остатков бурового шлама и от агрегата, погружая в скважину, на забой, другой такой же агрегат (или тот же, но после заправки компонентами для выработки рабочего агента). Если в процессе проходки скважины вскрывается водонасыщенный горизонт, проходку прекращают за счет воздействия на забой, как и в предыдущем случае, только к устью ориентированными струями рабочего агента, создают, тем самым, избыточное давление в полости скважины, предупреждающее сток в нее из водонасыщенного горизонта, а после ликвидации этой ситуации (любым известным способом, например, опусканием обсадной трубы, или нанесением быстротвердеющего цементнополимерного раствора), далее проходку продолжают. When the motor resource is developed by the unit (in Fig. 1.9), the bottom-hole process is stopped due to exposure to it only by the normally oriented jets of the working agent - this creates excessive pressure under the working body 4, raises the unit to the wellhead 1, where it is caught by the preventer grips (not shown in the drawing) or they capture it with a cable, or simply - they push the unit itself onto the ground surface (if it is stipulated by the conditions of the working platform), by this process the cavity of the well is freed from the remnants of drill cuttings and from the unit that by immersing into the well on a face, another similar unit (or the same, but after refueling components for generation of working agent). If a water-saturated horizon is opened during a well’s drilling, the drilling is stopped due to impact on the bottom, as in the previous case, only to the mouth with oriented jets of the working agent, thereby creating excess pressure in the well’s cavity, which prevents runoff from the water-saturated horizon, and after the elimination of this situation (by any known method, for example, by lowering the casing, or by applying a quick-hardening cement-polymer mortar), then the sinking continues.

При выполнении предусмотренных или вынужденных прекращений процессов проходки скважины (выработки), перед началом основных работ на забое, полость скважины освобождают от грунтовых или сточных вод за счет погружения агрегата и воздействия на среду в полости скважины только струями рабочего агента из сопел 7, этим создают сильный восходящий поток и освобождают полость скважины. Далее процесс проходки скважины ведут как показано выше. When performing the envisaged or forced termination of the processes of well sinking (production), before starting the main work on the bottom, the well cavity is freed from ground or waste water by immersing the unit and exposing the medium to the well cavity only with jets of working agent from nozzles 7, thereby creating a strong upward flow and free the cavity of the well. Next, the process of sinking wells are as shown above.

При необходимости изменения направления проходки, например, при переходе от вертикального - в горизонтальное (наклонное и т.п.) используют агрегат (по фиг. 2) с модульной системой блоков, соединенных упругоподатливыми элементами (9,10,11), имеющими сопла (фиг.3, узел А) с возможностью изменения положения в теле рабочего органа. Этот процесс позволяет проходить и криволинейные по траектории выработки, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. If necessary, change the direction of penetration, for example, when moving from vertical to horizontal (inclined, etc.), use the unit (in Fig. 2) with a modular system of blocks connected by elastically flexible elements (9,10,11) having nozzles ( figure 3, node A) with the ability to change position in the body of the working body. This process allows you to go and curved along the path of development, both in the vertical and horizontal planes.

При выполнении работ в совершенно автономном режиме (в труднодоступных местах на Земле или на других Планетах) используют спускаемый агрегат (фиг. 8,9), соблюдая все операции: первоначально - за счет подачи агрегата усилием сжимающегося гофрированного защитного корпуса (фиг.9) и усилием рабочего агента - из сопел 7, далее - по описанному выше процессу. В этом случае используют, естественно, только один агрегат со всеми заданными тактико-техническими данными. When performing work in a completely autonomous mode (in hard-to-reach places on Earth or on other Planets), a descent unit is used (Fig. 8.9), observing all operations: initially - by supplying the unit with a compressing corrugated protective case (Fig. 9) and the force of the working agent from the nozzles 7, then - according to the process described above. In this case, of course, only one unit with all the specified tactical and technical data is used.

Таким образом, разработанный и экспериментально проверенный заявителем способ образования скважин и выработок в геологических структурах обладает оригинальной и уникальной новизной, отвечает всем условиям промышленной применимости, обладает высокой эффективностью как за счет значительной экономии энергии, так и по производительности, при снижении металло- и материалоемкости используемого оборудования, сведении к минимуму числа лиц обслуживающего персонала (не более 5-ти чел.); при повышении общей технологической культуры одного из наиболее трудоемких процессов промышленности. Thus, the method of producing wells and workings in geological structures developed and experimentally verified by the applicant has an original and unique novelty, meets all conditions of industrial applicability, has high efficiency both due to significant energy savings and productivity, while reducing the metal and material consumption equipment, minimizing the number of persons of staff (not more than 5 people); while increasing the overall technological culture of one of the most labor-intensive industrial processes.

Источник информации
1. Авторское свидетельство СССР N 522759, 1977 г.
Sourse of information
1. Copyright certificate of the USSR N 522759, 1977

Claims (1)

Способ образования скважин и выработок в геологических структурах, включающий размещение на забое автономного бурильного агрегата, с помощью которого ведут разрушение пород, начиная от устья скважины, путем воздействия на забой истекающими под давлением из рабочего органа этого агрегата струями рабочего агента, отработанным на забое потоком рабочего агента выносят разрушенные частицы породы из полости образуемой скважины, при этом часть струй ориентируют под углом к стенке скважины и в сторону, противоположную от забоя, с помощью которых ведут калибровку сечения скважины и одновременно создают восходящий поток, превышающий по своей скорости скорость витания частиц разрушенных пород, а по окончании процесса создают подъемное усилие и освобождают полость скважины от бурильного агрегата, отличающийся тем, что в начале проходки скважины к забою прикладывают механическое усилие за счет усилия, передаваемого бурильному агрегату, и одновременно - усилия от ориентированных к забою струй рабочего агента, дальнейшее разрушение пород на забое ведут кольцевыми струями рабочего агента, ориентированными под углами к поверхности забоя и стенке скважины, при этом часть кольцевых струй ориентируют под углом к стенке скважины в сторону, противоположную от забоя, с помощью которых ведут указанную калибровку сечения скважины и одновременно создают восходящий поток, по мере дальнейшего углубления скважины производят эжектирование ее полости и выносят из нее буровой шлам, при внезапном разрушении стенки скважины и выбросе в ее полость разработку забоя прекращают, создают избыточное давление в полости скважины за счет подачи в ее полость истекающего вверх агента, подаваемого из рабочего органа агрегата, и при остановках процесса проходки на забой воздействуют только струями рабочего агента, ориентированными по его центру и поднимаемым к устью скважины бурильным агрегатом, очищают полость скважины от остатков бурового шлама. A method of producing wells and workings in geological structures, including placement of an autonomous drilling unit on the bottom, with the help of which rocks are destroyed, starting from the wellhead, by impacting the working fluid flows under pressure from the working body of this unit on the bottom, working off the working stream on the bottom the agent take out the destroyed rock particles from the cavity of the well being formed, while some of the jets are oriented at an angle to the wall of the well and in the direction opposite to the bottom, with the help of which They calibrate the cross section of the well and at the same time create an upward flow that exceeds the speed of the particles of the destroyed rocks in speed, and at the end of the process they create a lifting force and free the cavity of the well from the drilling unit, characterized in that at the beginning of the penetration of the well, mechanical force is applied to the bottom due to the force transmitted to the drilling unit, and at the same time, efforts from the working agent jets oriented towards the bottom, further destruction of the rocks at the bottom are carried out by ring jets of the agent, oriented at angles to the bottom surface and the wall of the well, while part of the annular jets are oriented at an angle to the wall of the well in the direction opposite to the bottom, using which the indicated section cross section is calibrated and at the same time create an upward flow, as the hole deepens further ejecting its cavity and removing drill cuttings from it, with a sudden destruction of the borehole wall and discharge into its cavity, the bottom hole development is stopped, overpressure is created in the borehole cavity due to It feeds into its cavity an upward-flowing agent supplied from the working body of the unit, and when the penetration process stops, the face is affected only by the working agent jets oriented at its center and raised by the drilling unit, clean the cavity of the well from residual drill cuttings.
RU99108388A 1999-04-21 1999-04-21 Method of making holes and workings in geological structures RU2169248C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99108388A RU2169248C2 (en) 1999-04-21 1999-04-21 Method of making holes and workings in geological structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99108388A RU2169248C2 (en) 1999-04-21 1999-04-21 Method of making holes and workings in geological structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99108388A RU99108388A (en) 2001-02-10
RU2169248C2 true RU2169248C2 (en) 2001-06-20

Family

ID=20218904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99108388A RU2169248C2 (en) 1999-04-21 1999-04-21 Method of making holes and workings in geological structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2169248C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485319C1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Реактивное бурение" Method of tunnelling in rocks

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485319C1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Реактивное бурение" Method of tunnelling in rocks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2670943B1 (en) Tool and method to plug and abandon a well
US20160084083A1 (en) Borehole Mining System and Methods Using Sonic-Pulsed Jetting Excavation and Eductor Slurry Recovery Apparatus
US7114583B2 (en) Tool and method for drilling, reaming, and cutting
US3917007A (en) Method of sinking holes in earth{3 s surface
US9995126B1 (en) Low-frequency pulsing sonic and hydraulic mining system
CN101730783A (en) Method and system for particle jet boring
US4548281A (en) Apparatus and method for installing well casings in the ground employing resonant sonic energy in conjunction with hydraulic pulsating jet action
US9995127B1 (en) Low-frequency pulsing sonic and hydraulic mining method
RU2359114C2 (en) Method and facility for simultaneous selective treatment of perforation channels and treatment of bottomhole of conditionally endless thickness layer
RU2169248C2 (en) Method of making holes and workings in geological structures
RU2566883C1 (en) Method of hydraulic treatment of coal bed
AU2004289831B2 (en) Method of reducing sand production from a wellbore
US4508389A (en) Apparatus and method for hydraulically mining unconsolidated subterranean mineral formations
CA2076239C (en) Method of removing a mineable product from an underground seam
RU2373366C1 (en) Technology for development of wells and bores
RU88725U1 (en) TECHNICAL COMPLEX FOR DRILLING WELLS AND PRODUCTION
RU2645059C1 (en) Method of rimose hydrosand-blast perforation
RU2161245C1 (en) Technology of well construction in geological structures
RU2078212C1 (en) Method of salt hydraulic borehole mining and device for its embodiment
RU2235881C1 (en) Method for extraction of slanted bed of hard mineral resource by means of method of well hydro-extraction (variants)
RU2235882C1 (en) Method for well hydraulic extraction of hard mineral resource from slanted bed (variants)
JPS58204223A (en) Method and apparatus for burying and settling steel pipe by water-flow type excavation
RU39356U1 (en) MOBILE DRILLING RIG
US4405176A (en) Method for hydraulically mining unconsolidated subterranean mineral formations using remote support
SU1442660A1 (en) Device for recovering materials from underground formations