ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к технологии проходки скважин в горных породах путем воздействия на разрушаемые породы энергией динамических струй сжатого рабочего агента.

В настоящее время известны принципиальные направления решений этой технологии, наиболее представительным из которых можно считать способы образования скважин в геологических структурах с помощью бурового оборудования и бурильных агрегатов.

Наиболее близким техническим решением из аналогов этого процесса является технология образования скважин в геологических структурах, включающая подготовку рабочей площадки, обустройство устья скважины путем установки превентора с направляющей, проходку горных пород, закрепление стенок скважины, вскрытие продуктивного пласта и отвод поступающих углеводородов /1/.

При определенном преимуществе этой технологии перед аналогами она обладает также очевидными и существенными недостатками, которые заключаются в сложности как технологического оборудования и отдельных технологических процессов, так и в необходимости использования нескольких разнотипных технологических процессов для организации единого последовательного замкнутого технологического цикла, - это приводит к вынужденным технологическим перерывам между отдельными операциями, усложняет процессы совмещения операций в едином цикле, требует значительных затрат времени, энергии и приводит к повышению общих затрат.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном упрощении процессов совмещения и согласования отдельных операций в единый непрерывный технологический процесс с повышением удельных полезных нагрузок процесса, сокращением времени процесса и снижением затрат на операции технологии и весь технологический процесс образования скважины.

Этот технический результат в изобретении достигают за счет того, что в технологии образования скважин в геологических структурах, включающей подготовку рабочей площадки, обустройство устья скважины путем установки превентора с направляющей, проходку горных пород, закрепление стенок скважины, вскрытие продуктивного пласта и отвод поступающих углеводородов, проходку горных пород ведут с помощью автономного бурового аппарата, из рабочего органа которого ведут воздействие рабочим телом, истекающим под давлением на забой в виде двухкомпонентных струй, состоящих из струи газа и струи жидкости, где струю жидкости направляют по центру струи газа в импульсном режиме выброса, при этом осуществляют разрушение и вынос разрушенной породы в потоке отработанного рабочего тела, восходящего к устью скважины, при проходке которой часть разрушаемой породы уплотняют в стенки скважины для их укрепления, после завершения процесса проходки автономный буровой аппарат удаляют из полости скважины за счет создания под ним избыточного давления рабочего тела, после перевода скважины в разряд промысловых ведут контроль дебита скважины, при снижении которого проходят боковую скважину из полости ранее пройденной, а при истощении прискважинной зоны продуктивного пласта процесс повторяют проходкой еще одной боковой скважины, причем одновременно с проходкой ведут возбуждение структуры пласта акустическими колебаниями истекающего тела при выборе режима воздействия на забой рабочим органом бурового аппарата.

При этом при проходке скважин в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье.

В процессе проходки скважины закрепление ее стенок в верхних горизонтах ведут установкой обсадных труб, затрубное пространство заполняют пластифицированным цементным раствором, содержащим полиэлектролитный гидрогель, дальнейшее закрепление стенок ведут за счет воздействия на них давлением отходящего бурового шлама и напылением полимеризующегося вещества, из которого совместно с частицами разрушенной породы формируют стенки проходимой скважины.

А при проходке нескольких скважин с одной рабочей площадки используют превентор с несколькими направляющими и с возможностью их наклона относительно вертикали, например, с помощью оснащения направляющих шарнирами и силовыми цилиндрами.

Описываемая технология образования скважин реализуется с помощью установки, изображенной на чертежах, где:
на фиг. 1 показан общий вид этой установки;
на фиг. 2 - вид сверху по фиг. 1;
на фиг. 3 показан буровой аппарат для проходки скважин;
на фиг. 4 - узел А на фиг. 3 - деталь рабочего органа.

Установка для реализации технологии содержит превентор 1, размещаемый на рабочей площадке, и имеет направляющую 2 в виде полого цилиндра или несколько таких направляющих (фиг. 1,2), формирующих собой устье скважины 3 посредством уплотняющего сильфона 4. В полых направляющих установлен буровые аппараты 5 или, по меньшей мере, один аппарат. Аппарат 5 является автономным буровым аппаратом (не нуждается в оснащении его колонной бурильных труб), и удерживается в направляющей 2 с помощью подпружиненных захватов 6 и 7, которые при работе аппарата не препятствуют его продвижению к забою. Верхнее сечение направляющей 2 оборудовано раструбом 8 с трубой, отводящей буровой шлам при бурении.

Для установки каждой последующей направляющей 2 на устье 3 превентор размещен на круговом направляющем пути 9 и имеет привод 10 для поворота превентора.

Автономный буровой аппарат 5 в своем корпусе имеет генератор 11 рабочего тела, камеру 12 подачи рабочего тела в рабочий орган аппарата; камеру 13 с веществом для нанесения на стенки скважины и их закрепления посредством выброса этого вещества через кольцевое сопло 14; программированный блок 15 управления работой. Аппарат 5 также содержит рабочий орган 16, имеющий сопла 17, ориентированные по нормали и под углами к поверхности забоя, и сопла 18, ориентированные в обратном направлении от забоя и предназначенные для выполнения работы по расширению сечения скважины, калибровки диаметра скважины, а также выноса бурового шлама.

Сопла 17, предназначенные для разрушения пород на забое, по своему сечению 19 пропускают две струи: струю газа (19) и струю жидкости 20, причем струю жидкости пропускают по центру струи газа (фиг. 4) в импульсном режиме; формируют струю жидкости 20 в генераторе 11 путем перегрева воды (или воды с добавкой поверхностно-активного вещества - не более 0,01% по массе) до температуры 200-350^oC под давлением 100-500 кгс/см². Такая двухкомпонентная струя позволяет резко интенсифицировать процесс разрушения пород на забое за счет создания струей газа 19 постоянного термодинамического напряжения в породе, а импульсный выброс струи жидкости при указанных параметрах позволяет таким воздействием мгновенно переводить материал породы в квазижидкое состояние, при котором порода разрушается с максимальной эффективностью.

Если в технологии требуется организовать одновременную проходку нескольких скважин с одной рабочей площадки, то в этом случае направляющие в превенторе оснащают поворотным шарниром и силовым цилиндром 21; с помощью цилиндра и шарнира 22 направляющую наклоняют относительно вертикали (фиг. 1), что дает возможность для проходки вертикальных и наклонных скважин.

Технологию образования скважин осуществляют следующим образом. Осуществляют подготовку рабочей площадки: расчистку, планировку, водоотвод, размещение оборудования. После этого обустраивают устье 3 скважины путем установки превентора 1, в направляющих превентора размещают аппараты 5.

Один из аппаратов размещают над устьем 3 скважины (фиг. 1) и монтируют над ним раструб 8; включают в работу, за счет подачи управляющего сигнала от блока 15 на генератор рабочего тела 11 (генератор 11 детально не раскрыт, т. к. его конструкция известна, как автономный буровой аппарат конструктора А. Плугина, и как не имеющего прямого отношения к предмету притязаний заявителя в рамках данной заявки), от генератора в рабочий орган 16 подают двухкомпонентное рабочее тело и формируют двухкомпонентные рабочие струи: газовую струю 19 и струю жидкости 20, причем струю жидкости 20 подают в импульсном режиме. Такими рабочими струями осуществляют разрушение пород на забое и вынос разрушенных частиц из зоны забоя, а струями рабочего тела, истекающего из сопел 18, производят расширение сечения проходной скважины, калибровку ее диаметра и вынос бурового шлама из полости скважины к ее устью.

Выбранный при этом процесс воздействия на породу двухкомпонентными струями рабочего тела позволяет высокоэффективно вести разработку забоя и проходку скважины за счет того, что струя газового рабочего тела создает постоянные термодинамические нагрузки в породе, приводящие к растрескиванию, сдвигам и шелушению, а импульсно подаваемая струя жидкости, проходящая по центру струи газа (фиг. 4), производит разрушение, дробление и выброс из зоны забоя частиц породы. При этом наиболее эффективными (выбранными заявителем экспериментально) показателями импульсной струи жидкости являются время истечения - 0,1-1,0 с; перерывы между истечениями - от 1 до 10 с; скорость истечения - от 5 до 10 тысяч м/с за счет указанных выше параметров давления и температуры.

В процессе образования скважины ведут закрепление ее стенок: в верхних горизонтах - установкой обсадных труб; затрубное пространство заполняют пластифицированным цементным раствором, содержащим в своем составе полиэлектролитный гидрогель (имеющим коэффициентом набухания в цементном растворе более 10³ (! ), что позволяет надежно заполнять все микропоры затрубного пространства.

По ходу образования скважины также ведут закрепление стенок за счет их упрочнения путем уплотнения в стенки скважины части разрушаемой породы за счет поддержания избыточного давления в полости проходной скважины, и дальнейшее закрепление стенок скважины ведут за счет воздействия на них давлением отходящего бурового шлама и напылением из кольцевого сопла 14 полимеризующегося вещества, из которого совместно с частицами разрушенной породы формируют стенки проходимой скважины.

После завершения процесса проходки скважины ее полость освобождают от автономного бурового аппарата 5 за счет создания под ним избыточного давления при выключении из работы сопел 18 и 14.

После перевода скважины в разряд промысловых ведут контроль ее дебита и при снижении дебита или прекращении повторно используют аппарат 5, с помощью которого проходят боковую скважину из полости ранее пройденной скважины, при этом в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье, забор которого можно вести непосредственно из продуктивного пласта. При истощении прискважинной зоны продуктивного пласта, что приводит к практическому прекращению дебита скважины, проходят еще одну боковую скважину (или несколько таких боковых скважин) из полости ранее пройденной скважины, одновременно с такой проходкой ведут возбуждение структуры продуктивного пласта воздействием на эту структуру акустическими колебаниями истекающего рабочего тела при выборе режимов воздействия на забой рабочим агентом и рабочим органом бурового аппарата, при этом так же, как и в первой боковой проходке, в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье.

Таким образом, технология образования скважин в геологических структурах по данному изобретению позволяет получить новый технический и технологический результат за счет того, что все основные операции: подготовка рабочей площадки, обустройство устья, проходка верхних горизонтов, последующая непрерывная проходка всех горизонтов до продуктивного пласта, закрепление стенок скважины по всей глубине, организация добычи, восстановление дебита скважины выполняются в едином неразрывном технологическом процессе - это позволяет существенно сократить время образования скважины, соответственно снизить трудо- и машинозатраты; так, по экспериментальным данным заявителя, производительность проходки осадочных пород составляет более 100 м/ч, производительность проходки сквальных пород составляет 50-80 м/ч, что превышает традиционные технологии по производительности, где она соответственно составляет не более 10 м/ч; не более 2 м/ч.

Данная технология позволяет значительно ускорить процесс образования скважины и, кроме того, повышает общую технологическую культуру этого трудо-, энергоемкого процесса.

Источники информации:
1. Горная энциклопедия, Москва, Советская энциклопедия, 1984, т. 1 с. 309-310р

Изобретение относится к технологии проходки геологических структур при образовании скважин для различных целей с использованием для этого процесса автономных в энергетическом оснащении и принципе использования буровых агрегатов и аппаратов. Технология предусматривает подготовку рабочей площадки, выбор конструкции превентора для реализации процесса, обустройство устья и верхней части скважины, проходку осадочных и других горных пород до продуктивного пласта (нефтяного, газоносного, водного горизонта и т.п.), организацию добычи полезного сырья. Разрушаемую на забое породу выносят к устью скважины потоком отходящего рабочего агента (газа, парогазовой смеси и т. п.), а закрепление стенок скважины ведут использованием этого же бурового агрегата, при помощи которого ведут нанесение на стенки и прижатие давлением восходящего потока бурового шлама и газов материала, формирующего защитную оболочку стенки скважины. При проходке слабых горизонтов ведут усиление давления рабочим агентом на стенки скважины в этом слабоустойчивом горизонте. Периодически поднимают буровой агрегат вверх по сечению скважины для очистки ее полости от бурового шлама - этот процесс ведут изменением режима воздействия на забой и на стенки скважины за счет перераспределения усилий, направляемых на забой, на стенки и к устью скважины от работающего агрегата. Такая технология позволяет существенно ускорить процесс проходки скважины при неоднородных и сложных условиях в геологических структурах. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Технология образования скважин в геологических структурах, включающая подготовку рабочей площадки, обустройство устья скважины путем установки превентора с направляющей, проходку горных пород, закрепление стенок скважины, вскрытие продуктивного пласта и отвод поступающих углеводородов, отличающаяся тем, что проходку горных пород ведут с помощью автономного бурового аппарата, из рабочего органа которого ведут воздействие рабочим телом, истекающим под давлением на забой в виде двухкомпонентных струй, состоящих из струи газа и струи жидкости, где струю жидкости направляют по центру струи газа в импульсном режиме выброса, при этом осуществляют разрушение и вынос разрушенной породы в потоке отработанного рабочего тела, восходящего к устью скважины, при проходке которой часть разрушаемой породы уплотняют в стенки скважины для их укрепления, после завершения процесса проходки автономный буровой аппарат удаляют из полости скважины за счет создания под ним избыточного давления рабочего тела, после перевода скважины в разряд промысловых ведут контроль дебита скважины, при снижении которого проходят боковую скважину из полости ранее пройденной, и при истощении прискважинной зоны продуктивного пласта процесс повторяют проходкой еще одной боковой скважины, причем одновременно с проходкой ведут возбуждение структуры пласта акустическими колебаниями истекающего тела при выборе режима воздействия на забой рабочим органом автономного бурового аппарата. 2. Технология по п.1, отличающаяся тем, что в качестве энергетического вещества при проходке скважин используют ранее добытое углеводородное сырье. 3. Технология по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в процессе проходки скважины закрепление ее стенок в верхних горизонтах ведут установкой обсадных труб, затрубное пространство заполняют пластифицированным цементным раствором, содержащим полиэлектролитный гидрогель, дальнейшее закрепление стенок ведут за счет воздействия на них давлением отходящего бурового шлама и напылением полимеризующегося вещества, из которого совместно с частицами разрушенной породы формируют стенки проходимой скважины. 4. Технология по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что при проходке нескольких скважин с одной рабочей площадки используют превентор с несколькими направляющими и с возможностью их наклона относительно вертикали.