Установка для термічного буріння свердловин і спосіб обсадки свердловин

1 Установка для термічного буріння свердловин, що містить бурильний вузол, систему спуску бурильного вузла в свердловину, систему обсадки свердловини, засіб для витягу розбуреної породи зі свердловини, яка відрізняється тим, що вона містить електронну систему автоматичного керування, систему стабілізації і зміни напрямку буріння, систему сканування дна свердловини, систему охолодження продуктів згоряння, а система обсадки свердловини складається з пластмасового трубопроводу, складного кільцевого екструзійного колектора, що має щонайменше чотири сектори підведення пластмаси, шарнірно змонтовані на кільцевому колекторі з можливістю повороту довкола нього, що за допомогою важелів шарнірно з'єднані з гідроциліндром колектора, жорстко з'єднаним своїм штоком з бурильним вузлом, крім того система стабілізації і зміни напрямку буріння складається щонайменше із двох гідроциліндрів, розташованих у площині, перпендикулярній осі бурильного вузла, і жорстко зв'язаних з ним, поршні яких зв'язані із силовим кільцем, прикріпленим до бурильного вузла на шарнірній ПІДВІСЦІ З МОЖЛИВІСТЮ переміщення його у двох взаємно перпендикулярних напрямках і жорстко скріпленим з кільцевим колектором підведення пластмаси 2 Установка за п 1, яка відрізняється тим, що бурильний вузол виконаний у вигляді камери згоряння, закріпленої на валу гідромотора з можливістю обертання камери згоряння, що містить у собі форсуночну головку для упорскування і перемішування компонентів палива, пристрій запалення компонентів палива, охолодний тракт, сполучений 3 герметичним вузлом підведення компонентів палива до камери згоряння, і сопло для витікання продуктів згоряння 3 Установка за п 1, яка відрізняється тим, що система спуску бурильного вузла в свердловину містить у собі механізм руху, що складається з вертикально розташованого двокамерного гідроциліндра однобічної дії, що містить дві гідрокамери - верхню і нижню, у яких установлено по одному пдропоршню, котрі розділяють кожну з гідрокамер на дві порожнини, і крокуючий механізм утримання, що складається з верхнього і нижнього силових гідроциліндрів двосторонньої дії, розташованих уздовж осі установки на відстані один від одного, причому шток нижнього гідроциліндра виконаний порожнім і жорстко зв'язаний з поршнем верхньої гідрокамери двохкамерного гідроциліндра механізму руху, а шток верхнього гідроциліндра встановлений усередині штока нижнього гідроциліндра і жорстко зв'язаний з поршнем нижньої гідрокамери двокамерного гідроциліндра механізму руху 4 Установка за п 1, яка відрізняється тим, що гідрокамери двокамерного гідроциліндра механізму руху сполучені з робочими порожнинами двопозиційних пдроперемикачів, крім того в кожній з гідрокамер двокамерного гідроциліндра механізму руху встановлено по два дренажних клапани, сполучених з керуючими порожнинами двопозиційних пдроперемикачів 5 Установка за п 3, яка відрізняється тим, що до корпуса і штока кожного з гідроциліндрів механізму утримання шарнірно за допомогою важелів прикріплені щонайменше дві висувні опори 6 Установка за одним з пп 1,2, яка відрізняється тим, що система охолодження продуктів згоряння, містить у собі кільцевий колектор із симетрично розташованими форсунками, прикріплений до бурильного вузла, причому форсунки сполучені з виходом охолодного тракту камери згоряння 7 Установка за одним з пп 1, 2, 3, яка відрізняється тим, що система сканування дна свердловини складається щонайменше із трьох дренажних клапанів, прикріплених до камери згоряння, дренажні порожнини яких послідовно сполучені між собою і з гідрокамерами двокамерного гідроциліндра механізму руху, крім цього запірні елементи дренажних клапанів жорстко зв'язані з упорами, симетрично розташованими навколо камери згоряння і виступаючими на деяку відстань за її зріз О ю СО О (О З 60375 4 8 Спосіб обсадки свердловин, який включає безубезупинну обсадку ведуть герметичним пластмапинну обсадку свердловин, що ведуть одночасно з совим обсадним трубопроводом, який формують бурінням і безупинно подають у свердловину обшляхом видавлювання розплавленої пластмаси з садний трубопровід, який відрізняється тим, що кільцевого складного екструзійного колектора Винаходи відносяться до бурової техніки і використовуються для буріння свердловин різного призначення Відомий пристрій [1] для термічного буріння свердловин, що містить бурильний вузол, засіб для витягу розбуреної породи зі свердловини і систему спуска бурильного вузла в свердловину Недоліки цього пристрою - неможливість точно регулювати осьове зусилля на бурильний вузол, що знижує швидкість буріння Крім того, при великій пластичності порід відбувається здавлювання стінок свердловини, і подальше буріння стане неможливим, тобто, відсутність обсадки свердловини приводить до обвалення стінок Виробництво послідовного закріплення свердловин обсадними колонами (тобто після закінчення буріння) знижує надійність установки обсадної колони і швидкість проходки свердловин Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є пристрій для термічного буріння свердловин [2], що містить бурильний вузол, систему спуска бурильного вузла в свердловину, систему обсадки свердловини, засіб для витягу розбуреної породи зі свердловини Крім того, ВІДПОВІДНО до цього винаходу обсадку свердловин ведуть безупинно й одночасно з бурінням Основними недоліками цього пристрою і способу обсадки свердловин, що запропонований у прототипі, є висока металоємність обсадної колони, висока трудомісткість робіт, зв'язана з виконанням електрозварювальних операцій при нарощуванні обсадного металевого трубопроводу, а також неможливість точно підтримувати і змінювати напрямок буріння В основу винаходів «Установка для термічного буріння свердловин і спосіб обсадки свердловин» поставлена задача шляхом удосконалення системи обсадки свердловин знизити металоємність і трудомісткість робіт, забезпечити можливість точно підтримувати напрямок буріння і розширити діапазон застосування установки Пропонуються два технічних рішення, а саме установка для термічного буріння свердловин і спосіб обсадки свердловин тому що, лише спільне застосування їх дозволяє вирішити поставлену задачу Дійсно, установка для термічного буріння свердловин, що містить бурильний вузол, систему спуска бурильного вузла в свердловину, систему обсадки свердловини, засіб для витягу розбуреної породи зі свердловини, додатково містить електронну систему автоматичного керування, систему стабілізації і зміни напрямку буріння, систему сканування дна свердловини, систему охолодження продуктів згоряння, а система обсадки свердловини складається з пластмасового трубопроводу, складного кільцевого екструзійного колектора, що має мінімум чотири сектори, шарнірно змонтовані на кільцевому колекторі підведення пластмаси, з можливістю повороту довкола нього, що за допомогою важелів шарнірно з'єднані з гідроциліндром колектора, жорстко з'єднаним своїм штоком з бурильним вузлом, крім того система стабілізації і зміни напрямку буріння складається, як мінімум, із двох гідроциліндрів, розташованих у площині, перпендикулярній осі бурильного вузла і жорстко зв'язаних з ним, поршні яких зв'язані із силовим кільцем, прикріпленим до бурильного вузла на шарнірній ПІДВІСЦІ з можливістю переміщення його в двох взаємоперпендикулярних напрямках, і жорстко скріпленим з кільцевим колектором підведення пластмаси Спосіб обсадки свердловин, ВІДПОВІДНО ДО ЯКОГО обсадку ведуть одночасно з бурінням і безупинно подають у свердловину обсадний трубопровід, відрізняється тим, що безупинну обсадку ведуть герметичним пластмасовим обсадним трубопроводом, що формують шляхом видавлювання розплавленої пластмаси з кільцевого складного екструзійного колектора Таким чином, на відміну від прототипу, у якому безупинну обсадку свердловини ведуть за рахунок нарощування обсадної колони трубами, розрізаними уздовж твірної, розрізи яких і стики заварюють електрозварюванням, у пропонованій конструкції безупинну обсадку свердловини здійснюють герметичним пластмасовим трубопроводом Для побудови пластмасового трубопроводу використовують систему обсадки свердловини, що включає в себе складний екструзійний колектор для подачі розплавленої пластмаси Це дозволяє відмовитися від застосування металевих труб і електрозварювальних операцій, і тим самим знизити металоємність і трудомісткість робіт Наявність у системі стабілізації і зміни напрямку буріння таких відрізняючих ознак, як двох гідроциліндрів, розташованих у площині, перпендикулярній осі бурильного вузла і жорстко зв'язаних з ним, поршні яких зв'язані із силовим кільцем, установленим на шарнірній ПІДВІСЦІ З МОЖЛИВІСТЮ пе реміщення його в двох взаємоперпендикулярних напрямках, і жорстко скріпленим з кільцевим колектором підведення пластмаси, дозволяє коректувати вісь формованого пластмасового трубопроводу і тим самим здійснювати стабілізацію руху і при необхідності змінювати напрямок буріння від вертикального до горизонтального по будь-якій траєкторії ВІДПОВІДНО до заданої програми, що дозволяє розширити діапазон застосування установки Технічний результат, який досягається рішенням, що заявляється, не обмежується тільки вищевикладеним Установка також дозволяє формувати герметичний пластмасовий трубопровід без буріння, наприклад, у водяному середовищі 60375 Більш докладно сутність запропонованих технічних рішень буде роз'яснена за допомогою фігур і детального опису установки для буріння свердловин і способу обсадки свердловин На фіг 1 зображена описувана установка, на фіг 2 - збільшений вигляд середньої частини установки, на фіг 3 - перетин А-А на ф і г 1 , на фіг 4 перетин Б-Б на ф і г 1 , на фіг 3 - пневмопдравлічна схема установки Установка для термічного буріння свердловин містить бурильний вузол, що представляє собою камеру згоряння 1, що закріплена на вихідному валу гідромотора 2 Для подачі до форсунок камери згоряння 1 компонентів палива й охолодної рідини до її охолодного тракту застосовано герметичний вузол підведення 3, порожнини якого за допомогою гнучких трубопроводів (не показані) з'єднані з насосом подачі води 4 через регулятор тиску води 5, з насосом подачі пального 6 через регулятор тиску пального 7 і з компресором окислювача 8 Система спуска бурильного вузла в свердловину містить у собі механізм руху і крокуючий механізм утримання Механізм руху складається з вертикально розташованого двохкамерного силового гідроциліндра однобічної дії 9 із двома гідрокамерами - нижньої і верхньої, у які встановлені по одному пдропоршню 10 і 1 1 , що розділяють кожну з гідрокамер на дві порожнини 12, 13 і 14, 15 Крокуючий механізм утримання складається з двох віддалених на визначеній відстані один від одного силових гідроциліндра двосторонньої дії верхнього 16 і нижнього 17, до яких за допомогою важелів 18 шарнірно прикріплені по двох висувні опори - верхні 19 і 20, і нижні - 21і 22 Поршні нижнього гідроциліндра 17 за допомогою порожнього штока 23 жорстко зв'язані з поршнем 11 двохкамерного гідроциліндра 9, а поршні верхнього гідроциліндра 16 за допомогою штока 24, встановленого усередині штока 23, жорстко зв'язані з поршнем 10 двохкамерного силового гідроциліндра 9 У верхніх порожнинах 13 і 15 робочих гідрокамер двохкамерного силового гідроциліндра 9абудовані по два кінцевих дренажних клапана 25, 26 і 27, 28, що сполучені з керуючими порожнинами пдроперемикачів 29 і ЗО Верхня порожнина 31 гідроциліндра 16 і порожнина 12 гідроциліндра сполучені з робочою порожниною пдроперемикача 29, а верхня порожнина 32 гідроциліндра 17 і порожнина 14 гідроциліндра 9 - з робочою порожниною пдроперемикача 29 Нижні порожнини 33 і 34 гідроциліндрів 16 і 17 сполучені з напірною пдролінією 35, що підключена до виходу регулятора тиску води 5 Верхні порожнини 31 і 32 гідроциліндрів 16 і 17 мають більший діаметр, чим порожнини 33 і 34 Для запобігання упора камери згоряння 1 у дно свердловини установка оснащена системою сканування дна свердловини, що складається з трьох дренажних клапанів 36, прикріплених до камери згоряння 1 Клапани 36 послідовно сполучені між собою і з порожнинами 13 і 15 двохкамерного гідроциліндра 9 механізму руху Крім цього, запірні елементи дренажних клапанів жорстко зв'язані з упорами 37, що симетрично розташовані навколо камери згоряння 1 і виступають на деяку відстань за її зріз При цьому, порожнини 13 і 15 гідроциліндра 9 сполучені також і з напірною пдролінією 35 Для формування герметичного пластмасового трубопроводу 38 служить система обсадки свердловини, що містить у собі кільцевий екструзійний колектор 39, сполучений з кільцевим колектором підведення пластмаси 40, що, у свою чергу, за допомогою обігріву електричним струмом і теплоізольованного трубопроводу 41 сполучені з насосом розплавленої пластмаси 42 Для забезпечення можливості витягу установки зі свердловини екструзійний колектор 39 виконаний складним і містить чотири секції (сектори), що сполучені з порожниною колектора підведення пластмаси 40 і прикріплені до нього за допомогою шарнірів (ПІДШИПНИКІВ ковзання) 43 Для повороту навколо колектора підведення пластмаси 40 і переведення складного екструзійного колектора 39 з робочого положення в складене (транспортувальне) і навпаки, кожна із секцій за допомогою важелів 44 шарнірно зв'язана з гідроциліндром 45, нижня порожнина якого сполучена з напірною пдролінією 35 безпосередньо, а верхня порожнина - через електропдроклапан 46 Система стабілізації і зміни напрямку буріння містить у собі два жорстко закріплених на бурильному вузлі і розташованих перпендикулярно один одному гідроциліндра 47 і 48, поршні яких зв'язані із силовим кільцем 49, прикріпленим до бурильного вузла на шарнірній ПІДВІСЦІ, І жорстко скріпленим з колектором підведення пластмаси 40 Штокові порожнини гідроциліндрів 47 і 48 сполучені з напірною пдролінією 35, а поршневі порожнини - з напірною пдролінією 35 і з дренажем одночасно Для регулювання тиску в поршневих порожнинах гідроциліндрів 47 і 48 встановлені електромагнітні клапани 50 З метою визначення відхилення бурильного вузла від вертикального положення до конструкції жорстко прикріплений інклінометр (не показаний), зв'язаний електричним зворотним зв'язком з електронним блоком системи керування (не показаний) Для охолодження продуктів згоряння перед входом у пластмасовий трубопровід використана система охолодження продуктів згоряння, що містить у собі кільцевий колектор 5 1 , прикріплений до бурильного вузла, і, що складається із симетрично розташованих форсунок, причому форсунки сполучені з виходом охолодного тракту камери згоряння 1 Для захисту від впливу потоку газів з частками зруйнованої породи системи і механізми установки, що занурюються в свердловину, захищені металевим кожухом 52 Сутність способу обсадки свердловин розкрита в описі роботи установки Робота пропонованої установки відбувається в таким чином Вмикають насос розплавленої пластмаси 42 і насос води 4 Вода з виходу регулятора тиску 5 під тиском надходить у напірну пдролінію 35, а з неї в нижню порожнину гідроциліндра 45, що під дією тиску піднімається нагору, приводить секції екструзійного колектора 39 за допомогою 60375 8 важелів 44 у робоче положення Розплавлену пластмасу через тепло Ізольований трубопровід 4 1 , що обігрівається електричним струмом подають у колектор підведення пластмаси 40, потім - у колектор 39 і рівномірно видавлюють з нього, формуючи герметичний пластмасовий трубопровід 38 На виході з екструзійного колектора 39 пластмасу охолоджують водою При цьому висувні опори 19, 20, 2 1 , 22 крокуючого механізму опиняються усередині пластмасового трубопроводу 38 філю свердловини камеру згоряння 1 обертають навколо своєї осі за допомогою гідромотора 2 При зменшенні зазору між зрізом камери 1 і дном свердловини до визначеної величини, коли хоча б один з упорів 37 упреться в дно свердловини, закривається один із дренажних клапанів 36 При цьому перекривається дренаж води з порожнин 13 і 15 гідроциліндра 9, у них виникає тиск і рух припиняється доти, поки зазор між зрізом камери 1 і дном свердловини знову не збільшиться Одночасно з цим, вода через пдророперимикач 29 починає заповнювати порожнину 31 гідроциліндра 16 і порожнину 12 гідроциліндра 9 Тиск у порожнині 31 гідроциліндра 16 підвищується, і верхні опори 19 і 20 висуваються, упираючись у внутрішню поверхню пластмасового трубопроводу 38, і утримують усю конструкцію При підвищенні тиску в порожнині 12 гідроциліндра 9, бурильний вузол і гідроциліндр 17 з нижніми опорами 21,22 рухаються вниз При контакті з поршнем 10 кінцевий клапан 25 відкривається, спрацьовує пдроперемикач ЗО при цьому порожнина 14 гідроциліндра 9 і порожнина 32 гідроциліндра 17 з'єднуються з напірною пдролінією 35, і опори 21,22 починають висуватися До моменту часу, коли опори 21 і 22 упруться в пластмасовий трубопровід 38, кінцевий клапан 26 досягне поршня 10 і пдроперемикач 29 переключиться При цьому відбудеться скидання тиску з порожнини 12 гідроциліндра 9 і з порожнини 31 гідроциліндра 16 у дренаж, і опори 19, 20 під дією тиску в порожнині 33 усунуться назад усередину, а вся конструкція буде утримуватися на опорах 21,22 Гідроциліндр 9 і бурильний вузол продовжують рух униз, а разом з ними рухається гідроциліндр 16 з верхніми опорами 19 і 20 Коли кінцевий клапан 27 доходить до поршня 11, спрацьовує пдроперемикач 29, починають заповнюватися порожнина 12 гідроциліндра 9 і порожнина 31 гідроциліндра 16, висуваються опори 19 і 20 У момент контакту кінцевого клапана 28 з поршнем 11 спрацьовує пдроперемикач ЗО, скидається тиск із порожнини 14 гідроциліндра 9 і з порожнини 32 гідроциліндра 17, опори 2 1 , 22 всуваються усередину під дією тиску в порожнині 34 і процес повторюється Сигнали про будь-які відхилення пристрою від вертикального положення реєструються інклінометром і за допомогою електричного зворотного зв'язку передаються в електронний блок системи керування, що керує електропдроклапанами 50 При цьому змінюються тиски в поршневих порожнинах гідроциліндрів 47 і 48, поршні яких зміщають силове кільце 49, а разом з ним колектор підведення пластмаси 40 і екструзійний колектор 39 відносно осі камери згоряння 1 у потрібну сторону, унаслідок чого пластмасовий трубопровід 38 згинається, а крокуючий механізм утримання, що пересувається по внутрішній поверхні трубопровода 38 і зв'язаний з ним бурильний вузол змінюють напрямок свого руху, відновлюючи задане положення Після включення насоса пального 6 і компресора окислювача 8 компонента палива - гас і повітря через гнучкі трубопроводи надходять у камеру згоряння 1, у якій відбувається їхнє розпилення, перемішування і запалення Високотемпературний газовий потік, що утворився, під дією внутрікамерного тиску з великою швидкістю виходить із сопла камери згоряння 1 і починає плавити породу Засобом для витягу розбуреної породи зі свердловини є газовий потік продуктів згоряння, що виносить частки розбуреної породи на поверхню свердловини через простір, утворений внутрішньою поверхнею пластмасового трубопроводу 38 і зовнішньою поверхнею захисного кожуха 52 Перед входом у пластмасовий трубопровід 38 продукти згоряння охолоджуються водою, що надходить з охолодного тракту камери згоряння 1 і розпилюється через форсунки кільцевого колектора 50 системи охолодження продуктів згоряння Для забезпечення симетричної геометрії про Якщо необхідно змінити напрямок буріння, то систему керування пере настроюють, і буріння ведуть у потрібному напрямку ВІДПОВІДНО ДО заданої програми У випадку завершення буріння вимикається насос подачі пального 6, компресор окислювача 8, насос розплавленої пластмаси 42 і відкривається електроп-дроклапан 46, при цьому гідроциліндр 45 під дією тиску в його верхній порожнині переміщається вниз, приводячи секції екструзійного колектора 39 у складене положення Після чого виключається насос води 4, і висувні опори 19, 20, 2 1 , 22 крокуючого механізму всуваються Таким чином, запропонована установка і спосіб обсадки свердловин дозволяють вести одночасну з бурінням обсадку свердловин герметичним пластмасовим трубопроводом, що безупинно формується шляхом видавлювання з складного екструзійного колектора Тим самим знижується металоємність і трудомісткість робіт Крім того, за допомогою системи стабілізації і зміни напрямку буріння забезпечується можливість точно підтримувати і змінювати напрямок буріння від вертикального до горизонтального по будь-якій траєкторії ВІДПОВІДНО до заданої програми, що дозволяє розширити діапазон застосування установки Використані в конструкції установки системи і механізми мають достатню степінь конструкторського пророблення, що дозволяє говорити про промислову застосовність технічних рішень, що заявляються Джерела інформації 1 А с СРСР №439601, "Устройство для электротермического бурения скважин во льду", кл Е21В7/15.1972)-аналог 2 А с СРСР №1061539, "Устройство для термического бурения скважин", кл Е21В7/15, Е21ВЗЗ/13, 1991) - прототип 10 60375 52 47 Фіг Фіг 4 11 60375 12 JPWWi 3 7 Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119