Спосіб буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів

Реферат: Спосіб буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів включає буріння свердловини з поверхні до покрівлі поглинаючого пласта з видаленням вибуреної породи буровим розчином на поверхню, спуск у свердловину колони бурильних труб, змішувач ерліфта якої розташовують нижче динамічного рівня рідини, розкриття поглинаючого пласта бурінням у ньому свердловини з одночасним місцевим промиванням шляхом аерування рідини в змішувачі подачею потоку повітря по внутрішній порожнині колони бурильних труб і переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня по зазору, утвореному одинарною колоною бурильних труб і свердловиною за допомогою кінетичної енергії, що створюють шляхом подавання спрямованого у бік динамічного рівня конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини зі швидкістю, що попередньо задають залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня, і збір вибуреної породи у шламозбірник. Доцільно швидкість конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини задавати величиною, рівною 5-10 швидкості подаваного потоку повітря. Використання пропонованого винаходу забезпечує можливість розкриття поглинаючого пласта незалежно від його потужності й глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня, яка UA 104354 C2 (12) UA 104354 C2 обумовлює величину стовпа рідини в затрубному просторі, що приводить до розширення області використання способу при зменшенні строку уведення свердловини в експлуатацію й зниженні матеріальних витрат. UA 104354 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до буріння свердловин і може бути використаний для розкриття зон ускладнень, зокрема поглинаючих пластів з місцевим зворотним промиванням у геологорозвідувальній і нафтогазовидобувній промисловості, а також при розробці метановугільних родовищ. Відомий спосіб буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів (RU, № 2329408 С2, кл. F04F 1/18, F04F 5/24, опубл. 20.07.2008 г.), що включає спуск у свердловину нижче динамічного рівня рідини колони бурильних труб, що складається із двох концентрично розташованих труб, при цьому в нижній частині однієї із труб установлюють змішувач ерліфта у вигляді зрізаного конуса з похилими сопловими отворами, розкриття поглинаючого пласта бурінням у ньому свердловини з одночасним місцевим промиванням шляхом аерації рідини в змішувачі, що здійснюють подачею повітря в одну із труб і переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня за рахунок різниці ваги стовпів рідини в затрубному просторі й у внутрішній порожнині колони. При подачі повітря в одну із труб, він проходить через соплові отвори й попадає в змішувач. Тут повітря змішується з рідиною, що перебуває там, і насичує її, зменшуючи питому вагу, тобто аерує рідину. Переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня ведуть тільки за рахунок різниці ваги стовпів рідини в затрубному просторі й у внутрішній порожнині колони. У процесі буріння поглинаючого пласта швидкість переміщення аерованої рідини попередньо не задають і не регулюють залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня в свердловині, а місцеве зворотне промивання створюють природним шляхом за рахунок дії гідростатичного тиску рідини в затрубному просторі свердловини (ваги стовпа рідини в свердловині). При цьому за законом сполучених посудин співвідношення рівнів рідини в затрубному просторі свердловини й внутрішній порожнині бурової колони повинне бути обернено пропорційно їхнім питомим вагам. Таким чином, буріння здійснюють доти, поки вага стовпа рідини в затрубному просторі залишається вище ваги стовпа рідини, збагаченою вибуреною породою у внутрішній порожнині колони бурильних труб, що обмежує область використання способу тільки при наявності в свердловині стовпа рідини не менш 50-70 м. Крім того, недоліком відомого способу є те, що для переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, необхідна наявність колони бурильних труб, що складається із двох концентрично розташованих труб, що утрудняє процес спуска такої колони в свердловину й періодичне її нарощування в процесі буріння, що приводить до збільшення строків спорудження свердловини й металоємності колони бурильних труб, а значить до збільшення вартості. Найбільш близьким аналогом пропонованого винаходу є спосіб буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів з місцевим зворотним промиванням, що включає буріння свердловини з поверхні до покрівлі поглинаючого пласта з видаленням вибуреної породи буровим розчином на поверхню, спуск у свердловину подвійної колони: колони бурильних труб і водопідйомної колони для переміщення аерованої рідини, змішувач ерліфта якої розташовують нижче динамічного рівня рідини, розкриття поглинаючого пласта бурінням у ньому свердловини з одночасним місцевим промиванням шляхом аерування рідини в змішувачі подачею потоку повітря або газу по внутрішній порожнині колони бурильних труб i переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня по зазору між бурильною й водопідйомною колонами, і збір вибуреної породи в шламозбірник (Мищевич В.И. и др. Справочник инженера по бурению. Том 2. - М.: Недра, 1973. с. 279). При подачі з поверхні по внутрішній порожнині колони бурильних труб повітря або газу, він проходить у змішувач ерліфта й насичує рідину, що перебуває там, зменшуючи її питому вагу, тобто аерує її. За рахунок різниці ваги стовпів рідини в затрубному просторі свердловини й внутрішній порожнині колони бурильних труб здійснюють переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, створюючи місцеве зворотне промивання свердловини. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах. У даному способі швидкість переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, а значить і інтенсивність місцевого промивання попередньо не задають і не регулюють залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня. Тому область застосування такого способу буріння обмежена, оскільки вимагає наявності в свердловині значного стовпа рідини для занурення змішувача під рівень рідини не менш ніж 50-70 м, що виконати неможливо в умовах повного поглинання бурового розчину. При меншому зануренні змішувача під динамічний рівень рідини, гідравлічні опори в затрубному просторі можуть виявитися нижче, ніж у колоні бурильних труб і переміщення аерованої (насиченої повітрям) рідини нагору у бік динамічного рівня по зазору між бурильною й водопідйомною колонами припиниться, тобто місцевого промивання не буде. 1 UA 104354 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Крім того, за умови рівності ваги стовпів рідини в затрубному просторі свердловини й внутрішній порожнині колони бурильних труб також припиняється переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня й, як наслідок, припинення процесу буріння по поглинаючому пласту, що вимагає додаткових заходів щодо збільшення ваги стовпа рідини в затрубному просторі, що приводить до додаткових матеріальних витрат і до збільшення часу уведення свердловини в експлуатацію. У відомому винаході необхідність буріння з використанням колони бурильних труб, що складається із двох концентрично розташованих труб, приводить до збільшення металоємності й матеріальних витрат через необхідність виготовлення спеціальних замкових з'єднань зі зменшеним прохідним каналом для колони бурильних труб, а зменшення перетину прохідних каналів приводить до збільшення гідравлічних і аеродинамічних опорів і вимагає застосування потужних компресорів. Використання даної колони бурильних труб утрудняє процес її спуска в свердловину й періодичне нарощування в процесі буріння, через неможливість використання напівавтоматичних елеваторів, що значно сповільнює процес спуско-підіймальних операцій, знижує рейсову швидкість буріння, а значить і строки уведення свердловини в експлуатацію й вимагає значних матеріальних витрат. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів, у якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується можливість розкриття поглинаючого пласта незалежно від його потужності й глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня, яка обумовлює величину стовпа рідини в затрубному просторі, що приводить до розширення області використання способу при зменшенні строку уведення свердловини в експлуатацію й зниженні матеріальних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що в способі буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів, що включає буріння свердловини з поверхні до покрівлі поглинаючого пласта з видаленням вибуреної породи буровим розчином на поверхню, спуск у свердловину колони бурильних труб, змішувач ерліфта якої розташовують нижче динамічного рівня рідини, розкриття поглинаючого пласта бурінням у ньому свердловини з одночасним місцевим промиванням шляхом аерування рідини в змішувачі подачею потоку повітря по внутрішній порожнині колони бурильних труб і переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, і збір вибуреної породи у шламозбірник, згідно винаходу аеровану рідину у бік динамічного рівня переміщають по зазору, утвореному одинарною колоною бурильних труб і свердловиною за допомогою кінетичної енергії, що створюють шляхом подавання спрямованого у бік динамічного рівня конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини зі швидкістю, що попередньо задають залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня. Доцільно швидкість конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини задавати величиною, рівною 5-10 швидкості подаваного потоку повітря. При використанні пропонованого способу з'являється можливість буріння з місцевим зворотним промиванням, створюваним ерліфтом, у зонах поглинання бурового розчину з низьким заляганням динамічного рівня рідини в свердловині (з відбором керна або безкерновим способом) з одинарною колоною бурильних труб, оскільки аеровану рідину у бік динамічного рівня переміщають по зазору, утвореному одинарною колоною бурильних труб і свердловиною з можливістю регулювання інтенсивності місцевого промивання, що приводить до зниження металоємності технологічного встаткування й матеріальних витрат. Область використання заявляємого способу буріння розширена, оскільки не вимагає наявності в свердловині значного стовпа рідини й за умови рівності ваги стовпів рідини в затрубному просторі свердловини й внутрішній порожнині бурової колони. Переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, а значить і місцеве промивання свердловини, не припиняється, оскільки переміщення рідини здійснюють за рахунок кінетичної енергії, що створюють шляхом подавання спрямованого у бік динамічного рівня конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини. Коефіцієнт корисної дії такого ерліфта значно вище, ніж у відомого ерліфта, оскільки циркуляція рідини відбувається з використанням кінетичної енергії, створюваної швидкісним напором аерованої рідини, що виходить зі змішувача ерліфта шляхом створення спрямованого у бік динамічного рівня конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини зі швидкістю, що попередньо задають залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня. Оскільки в процесі буріння вага стовпа рідини в затрубному просторі не змінюється протягом усього часу буріння, не потрібне доливання рідини в свердловину для збільшення різниці питомих ваг рідини в затрубному просторі свердловини й внутрішній порожнині колони бурильних труб, необхідної для переміщення аерованої рідини. Це приводить до зниження 2 UA 104354 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 матеріальних витрат, оскільки не потрібно проведення заходів щодо інтенсифікації припливу корисної копалини в свердловину. Суть пропонованого способу пояснюється кресленням, на якому показана схема буріння з місцевим зворотним промиванням, де свердловина 1; одинарна колона 2 бурильних труб; поглинаючий пласт 3; змішувач ерліфта, що складається з конусного наконечника 4 із змінюваним кутом нахилу, розтруба 5; камера 6 змішання й контргайка 7; долото 8; шламозбірник 9; ротор 10; компресор 11; динамічний рівень 12 рідини. Спосіб здійснюють у такий спосіб. З поверхні здійснюють буріння свердловини 1 до покрівлі поглинаючого пласта з видаленням вибуреної породи буровим розчином на поверхню. Після того як вибій свердловини встановиться на відстані 3-5 м від покрівлі поглинаючого пласта 3 по нормалі з урахуванням напруженого стану породного масиву на вибої свердловини і його міцнісних властивостей, буріння припиняють. При цьому для зниження матеріальних витрат, припиняють подавати буровий розчин у свердловину, а при необхідності зі свердловини може бути відкачана частина розчину з розрахунку, щоб динамічний рівень 12 рідини в свердловині перебував приблизно в 3-5 метрах вище покрівлі поглинаючого пласта. У свердловину 1 опускають одинарну колону 2 бурильних труб зі змішувачем ерліфта, долотом 8 і шламозбірником 9 з розрахунку, щоб змішувач ерліфта встановився на 1-2 метри нижче динамічного рівня 12 рідини. Потім здійснюють розкриття поглинаючого пласта 3 бурінням у ньому свердловини. Для цього ротором 10 колоні 2 бурильних труб надають обертання. Одночасно з бурінням здійснюють місцеве промивання, для чого наземним компресором 11 по внутрішній порожнині колони 2 подають стиснене повітря. З бурильної колони 2 стиснене повітря надходить в отвори змішувача діаметром 8-12 мм кожне. Звужуючись в отворах змішувача, потік повітря збільшує швидкість руху, попадає в камеру 6 змішання, де перетворюючись у вихрову оболонку, всмоктує усередину себе частки навколишньої її рідини й захоплює їх у свій рух, тобто відбувається аерування рідини в змішувачі. Далі суміш повітря й рідини надходить у звужуваний кільцевий зазор між конусним наконечником 4 і розтрубом 5, де створюється спрямований у бік динамічного рівня конусоподібний кільцевий потік аерованої рідини, за допомогою якого подають кінетичну енергію. Таким чином, у змішувачі 6 кінетична енергія передається потоку аерованої рідини, переміщаючи її по кільцевому зазорі зі значною швидкістю. Завдяки цьому в камері 6 створюється тиск, знижений на величину швидкісного напору потоку суміші, тобто створюється депресія (розрідження). Тому в камеру 6, внаслідок різниці питомих ваг у камері 6 і свердловині 1 через центральний отвір долота 8 починає засмоктуватися рідина з вибою свердловини, тобто створюються умови для місцевого промивання. На виході з кільцевого зазору аерована рідина, являючи собою конусоподібний кільцевий потік, переміщається нагору по зазору між колоною 2 бурильних труб і стінками свердловини 1, що дає можливість використовувати одинарну колону бурильних труб. Величину швидкості переміщення аерованої рідини, а значить і інтенсивність місцевого промивання свердловини попередньо перед спуском змішувача в свердловину задають величиною, рівною 5-10 швидкості подаваного потоку повітря залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня. При виливу аерованої рідини (водоповітряної суміші) над динамічним рівнем 12 у свердловині, повітря відділяється від рідини й піднімається до устя свердловини, рідина залишається в свердловині, а вибурену породу збирають у шламозбірник 9. Для запобігання незакріплених стінок свердловини 1 від розмиву рідиною, що виходить із камери 6, передбачено, щоб верхній торець розтруба 5 при будь-якому його положенні завжди перебував вище конусного наконечника 4, при цьому керована рідина, що виходить у вигляді конусоподібного кільцевого потоку направляється нагору, не розмиваючи стінки свердловини. Причому кільцевий зазор між наконечником 4 і розтрубом 5 регулюють від 0 до 15 мм шляхом зсуву розтруба по різьбленню і його фіксації в необхідному положенні контргайкою 7 залежно від глибини установки змішувача ерліфта нижче динамічного рівня рідини в свердловині й необхідної інтенсивності місцевого промивання. Подача кінетичної енергії конусоподібному кільцевому потоку аерованої рідини для його переміщення у бік динамічного рівня дозволяє здійснювати буріння в свердловинах зі значно меншим у порівнянні з відомим заглибленням змішувача нижче динамічного рівня. Таким чином, використання пропонованого способу дозволяє здійснювати розкриття поглинаючого пласта різної потужності й інтенсивності поглинання бурінням у ньому 3 UA 104354 C2 5 свердловини незалежно від його потужності й глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня, що обумовлюю величину стовпа рідини в затрубному просторі. Використання пропонованого способу приводить до розширення області його застосування, а також до підвищення рейсової швидкості буріння за рахунок зменшення часу на спускопідіймальні операції й нарощування одинарної бурової колони труб, оскільки як підіймальний трубопровід використовують стінки свердловини, що приводить до зниження часу уведення свердловини в експлуатацію при зменшенні матеріальних витрат. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Спосіб буріння свердловини в умовах поглинаючих пластів, що включає буріння свердловини з поверхні до покрівлі поглинаючого пласта з видаленням вибуреної породи буровим розчином на поверхню, спуск у свердловину колони бурильних труб, змішувач ерліфта якої розташовують нижче динамічного рівня рідини, розкриття поглинаючого пласта бурінням у ньому свердловини з одночасним місцевим промиванням шляхом аерування рідини в змішувачі подачею потоку повітря по внутрішній порожнині колони бурильних труб і переміщення аерованої рідини у бік динамічного рівня, і збір вибуреної породи у шламозбірник, який відрізняється тим, що аеровану рідину у бік динамічного рівня переміщають по зазору, утвореному одинарною колоною бурильних труб і свердловиною за допомогою кінетичної енергії, що створюють шляхом подавання спрямованого у бік динамічного рівня конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини зі швидкістю, що попередньо задають залежно від глибини розташування змішувача нижче динамічного рівня. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість конусоподібного кільцевого потоку аерованої рідини задають величиною, рівною 5-10 швидкості подаваного потоку повітря. 4 UA 104354 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5