Спосіб утворення свердловин в осадових гірських породах

1. Спосіб утворення свердловин в осадових гірських породах, що включає руйнування порід на забої шляхом дії на мінеральне середовище породи енергією робочого агента, що подається на забій за допомогою робочого органа бурильного пристрою, видалення бурового шламу по стовбуру прохідної свердловини до її гирла, який відрізняється тим, що розробку мінерального середовища породи на забої ведуть декількома потоками робочого агента, з яких формують окремі кільцеві і радіальні потоки, направляють ці потоки на забій під різними кутами в діапазоні від 0 до 180 град., по відношенню до дна забою, а на периферію забою, що переходить у стінку свердловини, додатково впливають кільцевим потоком холодоагенту, при цьому на кільцеві і радіальні потоки робочого агента накладають акустичні коливання в звуковому і ультразвуковому діапазонах хвиль, а на кільцевий потік холодоагенту накладають акустичні коливання в звуковому і інфразвуковому діапазонах хвиль, подачу на забій потоків робочого аге U 2 UA 1 3 35704 Відомий спосіб утворення свердловин в осадкових гірських породах [SU 522759, МПК Е21В7/18, E02F5/16, Е21С37/16, дата публікації 1977.03.05], що включає розслаблення та руйнування породи на забої одним струменем робочого агента під тиском, видалення бурового шламу із зони забою і порожнини свердловини до її гирла, та додатковий вплив на потік бурового шламу струменями робочого агента, орієнтованого також у напрямку потоку бурового шламу, що відходить від забою. Важливим елементом цієї групи способів є те, що за рахунок впливу стр уменю робочого агента, зокрема внаслідок термічної та динамічної дії цього струменю забезпечується розслаблення та руйнування породи на забої та утворення свердловини. Але внаслідок зазначеного спрощеного впливу на масив породи спосіб має ряд недоліків зокрема відносно невелику інтенсивність розслаблення дроблення та руйнування породи. Спосіб характеризується недостатньою ефективністю використання енергії струменю робочого агента внаслідок того що використовується лише пряма динамічна та термічна дія і лише одного струменю потоку робочого агента, який призначено для руйнування породи і який направлено в одному напрямку по відношенню до вісі бурильного агрегату. Не вирішене питання зміни напрямку впливу на породу для забезпечення зміни напрямку буріння. Ефективність видалення бурового шламу із зони забою та по стовбуру прохідної свердловини до її гирла потребує покращення внаслідок того що подрібнений буровий шлам має різні розміри, і для запобігання різної швидкість осідання потрібно витрачати додаткову енергію та засоби для покращення видалення бурового шламу. Відомий спосіб утворення свердловин в осадкових гірських породах [RU 2178506, МПК Е21В7/14, дата публікації 20.01.2002], що включає розслаблення та руйнування породи на забої струменями робочого агента під тиском, зміну в часі нахилу цих стр уй, видалення бурового шламу із зони забою і порожнини свердловини до її гирла, при якому на потік бурового шламу впливають струменями робочого агента, орієнтованого у напрямку перпендикулярному до потоку бурового шламу, що відходить від забою. На практиці застосування послідовної зміни в часі нахилу цих струй потребує послідовного застосування різних автономних бурильних агрегатів з різним нахилом струй, що знижує ефективність процесу розслаблення дроблення та руйнування породи протягом періоду застосування кожного цих автономних бурильних агрегатів в зв'язку з обмеженнями викликаними вузькою зоною впливу струменів робочого агента в окремих автономних бурильних агрегатах. Застосування у способі додаткових стр уменів робочого агента орієнтованих у напрямку перпендикулярному до потоку бурового шламу дещо покращує ефективність видалення бурового шламу за рахунок додаткового впливу, однак цей вплив здійснюється лише на невелику ділянку його знаходження в стволі свердловини і при цьому значна 4 частина його енергії діссіпує в масиві бічних стінок свердловини. Тому видалення бурового шламу із зони забою та по стовбуру прохідної свердловини до її гирла також потребує покращення внаслідок того що подрібнений буровий шлам має різні розміри, і для запобігання різної швидкість осідання потрібно витрачати додаткову енергію та засоби для покращення видалення бурового шламу. Також як і у попередньому способі не вирішене питання зміни напрямку впливу на породу для забезпечення зміни напрямку буріння. Відомий спосіб утворення свердловин в осадкових гірських породах [RU 2225931, МПК Е21В7/18, Е21В7/20, Е21В21/12, дата публікації 20.03.2004], що включає розслаблення та руйнування породи на забої струменями робочого агента під тиском, видалення бурового шламу із зони забою і порожнини свердловини до її гирла, при якому на потік робочого агента, орієнтований у напрямку до потоку бурового шламу, що відходить від забою, накладають акустичні коливання, при цьому потік бурового шламу, піддають дії висхідного потоку стислого газу, частину якого подають в зону свердловини за межею корпусу автономного бурильного апарату, за рахунок подачі цього стислого газу по коаксіальній магістралі. Застосування у способі періодичного продування порожнини шляхом подачі стислого газу над розміщенням корпусу автономного бурильного апарату та накладання акустичних коливань на цю зону підвищує надійності очищення значної ділянки свердловини поза межею зони роботи автономних бурильних агрегатів. Але акустичний вплив на вже сформовані частки бурового шламу несуттєво змінює розміри часток бурового шламу і як і в попередніх випадках для запобігання різної швидкість осідання потрібно витрачати додаткову енергію для покращення видалення бурового шламу. Практична реалізація способу потребує додаткових засобів, застосування яких ускладнює реалізацію способу. Крім того подача додаткового стислого газу по коаксіальній магістралі на велику глибину потребує потужного обладнання для забезпечення великого ступеню стикання цього газу, викликаного рівнем тиску на цій глибині та великих енергетичних витрат. Також як і у попередньому способі не вирішене питання зміни напрямку впливу на породу для забезпечення зміни напрямку буріння. Завданням розробки є створення способу утворення свердловин в осадкових гірських породах, в якому шляхом застосування підібраних емпіричним шляхом, нових дій та режимів їх застосування, забезпечується покращання процесів розслаблення та руйнування породи на забої, зменшення різниці розмірів сформованих часток шламу, та відповідно спрощення умов очищення стовбура свердловини від бурового шламу, вирішується питання зміни напрямку впливу на породу для забезпечення зміни напрямку буріння та зменшення енергетичних витрат в процесі утворення свердловин. Для вирішення цього завдання спосіб утворення свердловин в осадкових гірських породах передбачає руйнування порід на забої шляхом дії 5 35704 на мінеральне середовище породи енергією робочого агента, що подається на забій за допомогою робочого органу бурильного пристрою, видалення бурового шламу по стовбуру прохідної свердловини до її гирла. Новим у способі є те, що розробку мінерального середовища породи на забої ведуть декількома потоками робочого агента, з яких формують окремі кільцеві і радіальні потоки, направляють ці потоки на забій під різними кутами в діапазоні від 0 до 180град. по відношенню до дна забою, а на периферію забою, що переходить у стінку свердловини, додатково впливають кільцевим потоком хладагента, при цьому на кільцеві і радіальні потоки робочого агента накладають акустичні коливання в звуковому і ультразвуковому діапазонах хвиль, а на кільцевий потік хладагента накладають акустичні коливання в звуковому і інфразвуковому діапазонах хвиль, подачу на забій потоків робочого агента ведуть в постійному і імпульсному режимах, чергуючи ці подачі потоків за часом відповідно в межах 20:1-50:1, і - по масі робочого агента в межах 10:1-5:1, мас. %, при цьому вектор сили, що впливає на стінки робочого органу і корпус бурильного пристрою формують співпадаючим по напряму з напрямом вектора сили тяжіння бурильного пристрою за рахунок формування рівномірного потоку робочого агента і рівномірного потоку хладагента, стінок робочого органу, що впливають на поверхню, і корпус бурильного пристрою. Вплив у способі на мінеральне середовище породи на забої декількома потоками робочого агента, з яких формують і кільцеві і радіальні потоки, і направлення цих потоків на забій під різними кутами в широкому діапазоні по відношенню до дна забою, забезпечує покращання процесів розслаблення та руйнування породи на забої, зменшення різниці розмірів сформованих часток шламу. Накладання на зазначені процеси акустичних коливань вивільняє не тільки на поверхні але і в об'ємі породи структурні фізико-механічні напруги, що існували і одночасно виникають в тривимірному геометричному просторі забою внаслідок термічної обробки. Цей комбінований вплив додатково дозволяє ефективно використовувати зусилля цих фізико-механічних напруг в масиві породи для підвищення ефективності її ж руйнування, підвищує руйн уючу здатність сукупності дій способу, що впливають на породу. Частки зруйнованої породи внаслідок зазначеного комплексного і об'ємного впливу на них мають меншу різницю розміру часток. Це, а також те, що зазначені нові умови акустичного впливу певним чином гомогенізують буровий шлам та забезпечують рівномірність структури бурового шламу покращує процес видалення бурового шламу та зменшує енергетичні витраті на здійснення процесу утворення свердловин. Вплив на процес кільцевим потоком хладагента та накладання на зону впливу потоку хладагента акустичних коливань покращує видалення часток бурового шламу з зони руйнування породи що зменшує механічне тертя формувача потоків робочого агента - бурильного пристрою о сформовані стінки свердловини. 6 В окремих варіантах реалізації способу утворення свердловин, зміну напряму проходки свердловини здійснюють шляхом зміни напряму вектору сили, що діє на стінки бурильного пристрою і його робочого органу, який формують за рахунок перерозподілу маси робочого агента і хладагента, у робочому органі бурильного пристрою по відношенню до вісі свердловини. Зазначений перерозподіл маси робочого агента і хладагента у робочому органі бурильного пристрою по відношенню до осі свердловини В умовах невеликого механічного тертя бурильного пристрою о сформовані стінки свердловини забезпечує відповідне нахилення бурильного пристрою по відношенню вісі свердловини що забезпечує зміну зони руйнування породи. В окремих варіантах реалізації способу утворення свердловин акустичні коливання формують за рахунок енергії потоків робочого агента формуючи умови витікання окремих потоків робочого агента відповідні вибраний частоті. Зазначені ознаки формування акустичних коливань спрощують конструкцію бурильного пристрою в зв'язку з тим що дозволяють загальновідомими механічними генераторами формувати необхідні акустичні коливання. При цьому можливо точно сумістити вісі акустичного джерела впливу с віссю стр уменю робочого агента. В окремих варіантах реалізації способу при проходці свердловини в напрямі знизу-вгору до денної поверхні землі формують вектор сил, що впливають на стінки корпусу бурильного пристрою і робочого органу у напрямі до денної поверхні за рахунок перевищення маси робочого агента і хладагента, що подаються до торця корпусу бурильного пристрою, над масою цих агентів, що подаються у напрямі до денної поверхні, по якому проходять свердловину. Зазначені ознаки забезпечують можливість повернення бурильного пристрою до гирла свердловини самовиходом. На Фіг.1 зображено робочий майданчик з початковим направляючим засобом автономного бурового апарату, а на Фіг.2 автономний буровий апарат зі схемою дії бурильного робочого органу за способом на мінеральне середовище породи на забої свердловини. Зображений на кресленнях робочий майданчик має опорну плиту 1, отвір 2 в якій виконує функцію початкового направляючого засобу автономного бурового апарату 3 і є початковим елементом свердловини. На робочому майданчику встановлено підйомний кран 4, дистанційний пульт управління 5 діючого автономного бурового апарату 3. В зоні робочого майданчику розміщено запасні (комплект) автономних бурови х апаратів 3. Автономний буровий апарат 3 містить бурильний робочий орган 6, забезпечений соплами 7 (з резонаторами), орієнтованими в напрямку вісі забою свердловини, соплами 8, орієнтованими під різними кутами до вісі свердловини, орієнтованими у зворотному напрямі - до гирла свердловини соплами 9, та соплами 10 для подачі хладоагента. Сопла 7, 8, 9, 10, з'єднані (не показано) з ємностями 11 джерел робочого агенту. 7 35704 Спосіб утворення свердловин в осадкових гірських породах здійснюють таким чином. На робочому майданчику монтують опорну плиту 1 з направляючим засобом у вигляді отвору 2, підйомний кран 4 пульт управління 5 і запас автономних бурових апаратів 3. за допомогою підйомного крану 4 автономний буровий апарат 3 встановлюють в отвір 2 початкового направляючого засобу. По команді з дистанційного пульта управління 5 включають в роботу автономний буровий апарат 3 (Фіг.1 і 2) і здійснюють проходку порід їх руйнуванням. Внаслідок згоряння палива з одного з його джерел 11 вибраних оператором генерується робочий агент який подається на сопла 7, 8 та 9 (на кресленні лінії зв'язку не показані) які направлені під різними кутами до осі свердловини. Ядра (початкова ділянка) струменів робочого агента з високими динамічними параметрами порушують мінеральне середовище породи на забої виносять частки породи з зони обробки. Частки породи потім разом з потоками робочого агента виносяться увер х по стволу свердловини. Додатково на потоки робочого агента накладають акустичні коливання (напрямок яких показано хвилями), яки формують зокрема у соплах 7, 8, 9 з застосуванням у них камер резонаторів. Сукупна фізико-хімічна, термічна та акустична дія ефективно порушують мінеральне середовище породи на забої. А на периферію забою, що переходить у стінку свердловини, додатково впливають кільцевим потоком хладагента, який формують аналогічним чином і направляють соплами 10. При цьому на ці потоки також накладають акустичні коливання, зокрема за допомогою резонаторів. Накладання на зону впливу потоку хладагента акустичних коливань покращує видалення часток бурового шламу з зони руйнування породи, що зменшує механічне тертя формувача потоків робочого агента - бурильного пристрою о сформовані стінки свердловини. Подачу на забій потоків робочого агента ведуть в постійному, або імпульсному режимах, чергуючи ці подачі потоків за часом відповідно в межах 20:1-50:1, і по масі робочого агента в межах 10:1-5:1, мас. %. 8 Імпульсний режим впливу є додатковим чинником створення знакоперемінних навантажень на мінеральне середовище породи на забої. Зазначені знакоперемінні навантаження є додатковим чинником порушення мінерального середовища породи на забої. За необхідності зміни напряму проходки свердловини перерозподіляють маси робочого агента і хладагента, у робочому органі бурильного пристрою між відповідними їх ємностями 11 щоб змістити центр тяжіння автономного бурового апарату по відношенню до вісі свердловини, що в умовах вібрації змінює положення вісі бурового органу та відповідно зону впливу ядер струменів робочого агента які порушують мінеральне середовище породи на забої. Зазначений перерозподіл може також здійснюватися шляхом вибіркового спорожнення джерел палива. При підходу до завершенню роботи автономного бурового апарату 3, при виснаженні основної маси робочого агента його залишкову (за розрахунком) частину використовують для витрати тільки через сопла 7 (закривши сопла 8, 9, і 10), використовуючи при цьому пульт 5, створюють тільки підйомну силу буровому апарату 3 і повертають його (самовиходом) до гирла, де його демонтують і замість нього вводять за допомогою крана 4 інший, підготовлений до використання, автономний буровий апарат з їх запасу. Комбінований вплив за способом на мінеральне середовище породи на забої декількома потоками робочого агента дозволяє ефективно використовувати усі чинники, а також зусилля фізикомеханічних напруг в масиві породи для підвищення ефективності її ж руйнування, підвищує р уйнуючу здатність сукупності дій способу, що впливають на породу. Частки зруйнованої породи внаслідок зазначеного комплексного і об'ємного впливу на них мають меншу різницю розміру часток. Це, а також те, що зазначені нові умови акустичного впливу певним чином гомогенізують буровий шлам та забезпечують рівномірність структури бурового шламу покращує процес видалення бурового шламу та зменшує енергетичні витраті на здійснення процесу утворення свердловин. 9 35704 10 11 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 35704 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601