СПОСОБ И СИСТЕМА ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В СИСТЕМЕ СКВАЖИН Российский патент 2008 года по МПК E21B43/30 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится в целом к системам и способам освоения подземных ресурсов и, в частности, к способу и системе циркуляции текучей среды в системе скважин.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подземные залежи угля, также называемые угольными пластами, содержат значительное количество связанного породой газа метана. Добыча и использование метана из угольных месторождений продолжаются много лет. Однако существенные затруднения препятствовали более обширной разработке и использованию залежей газа метана в угольных пластах.

Например, одна из возможных проблем добычи газа из угольных пластов - осложнения при режиме бурения с положительным перепадом давления, когда из-за низкого давления в месторождении происходит ухудшение пористости угольного пласта и увеличение пористости угольного пласта.

При проведении буровых операций с поверхности земли как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях используются буровые растворы для удаления продуктов разрушения породы (шламов) из скважины на поверхность. Буровые растворы увеличивают гидростатическое давление на пласт, которое при превышении величины давления в пласте может привести к поглощению бурового раствора пластом. Это вызывает внос в пласт шлама, который способен закупорить поры, трещины и разломы, необходимые для добычи газа.

Для бурения в режиме с отрицательным препадом давления используются известные способы. Использование газа, например азота, в буровом растворе уменьшает гидростатическое давление, но могут происходить иные осложнения, например затруднения при поддержании заданного режима давления в системе скважин при соединении и разъединении бурильных труб.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается способ и система циркуляции текучей среды в системе скважин, которые существенно уменьшают или исключают, по меньшей мере, некоторые из недостатков и проблем, связанных с предыдущими способами и системами циркуляции текучей среды.

В соответствии с частным примером осуществления настоящего изобретения способ циркуляции буровой текучей среды в системе скважин включает бурение существенно вертикальной скважины от поверхности к подземной зоне и бурение сочлененной скважины от поверхности к подземной зоне с использованием бурильных труб. Сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности и пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны. Способ включает бурение дренажной полости от места скважин в подземную зону и подачу бурового раствора через бурильные трубы при проходке дренажной полости.

Буровой раствор выходит в скважину вблизи наконечника бурильных труб. Способ также включает подачу текучей среды в существенно вертикальную скважину через трубопровод. Трубопровод имеет отверстие, расположенное в месте соединения скважин таким образом, что текучая среда выходит из трубопровода в месте соединения с подземной зоной. Текучая смесь возвращается вверх по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода. Текучая смесь включает буровой раствор, вышедший из бурильных труб.

Текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, может включать газ, например сжатый воздух. Текучая смесь, возвращающаяся по существенно вертикальной скважине, может включать газ, закаченный в существенно вертикальную скважину через трубопровод и вышедший из трубопровода, текучую среду из подземной зоны или шлам из подземной зоны.

Способ может также включать изменение режима подачи текучей среды, закачиваемой в существенно вертикальную скважину, для обеспечения управления давлением на забой скважины с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта

В соответствии с другим примером осуществления способ для циркуляции буровой текучей среды в системе скважин включает бурение существенно вертикальной скважины от поверхности к подземной зоне и бурение сочлененной скважины от поверхности к подземной зоне с использованием бурильных труб. Сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности и пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, наиболее приближенном к подземной зоне.

Способ включает бурение дренажной полости от места соединения в подземную зону и подачу бурового раствора через бурильные трубы при проходке дренажной полости. Буровой раствор выходит из бурильных труб вблизи наконечника бурильных труб. Способ также включает установку насосных труб в существенно вертикальную скважину. Водоподъемные трубы включают приемное отверстие насоса, расположенное в месте соединения, наиболее приближенном к пересечению с подземной зоной.

Способ включает откачку текучей смеси из существенно вертикальной скважины через водоподъемные трубы, текучая смесь входит в водоподъемные трубы через приемное отверстие насоса. Способ может включать изменение скорости откачки текучей смеси из существенно вертикальной скважины через водоподъемные трубы насоса для контроля величины гидростатического давления на забое скважины с целью обеспечения желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта

Технические преимущества частных примеров осуществления настоящего изобретения включают способ и систему для циркуляции буровой текучей среды в системе скважин, которые включают закачивание газа в существенно вертикальную скважину.

Величина подачи газа, закачиваемого в существенно вертикальную скважину, может изменяться для достижения желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта

Очевидно, что режимы бурения и закачки могут регулироваться.

Другое техническое преимущество частных примеров осуществления настоящего изобретения включает контроль уровня залегания текучей среды в сочлененной скважине, которая действует как гидравлический затвор для противодействия поступлению текучей среды из пласта, которая может выйти через буровое оборудование во время процесса бурения. «Задавливаемая» пластовая текучая среда может содержать ядовитый газ, например сероводород. Соответственно, при этом буровое оборудование и персонал могут быть защищены от выхода ядовитого газа на поверхность, что увеличивает безопасность системы бурения.

Еще одно техническое преимущество частных примеров осуществления настоящего изобретения - это способ и система для циркуляции буровой текучей среды в системе скважин, которая включает подачу текучей смеси в существенно вертикальную скважину через водоподъемные трубы насоса. Текучая смесь может включать буровой раствор, использованный при бурении, и шлам подземной зоны. Газ, выходящий из подземной зоны, может миновать водоподъемные трубы насоса, в таком случае он, отделенный от текучей среды в буровой системе, может быть использован или сожжен. Кроме того, скорость откачивания текучей смеси из существенно вертикальной скважины может изменяться для достижения желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.

Иные технические преимущества будут легко очевидны любому квалифицированному специалисту в данной области из прилагаемых чертежей, описания и формулы изобретения. Кроме частных преимуществ, перечисленных выше, различные примеры осуществления настоящего изобретения могут включать все, некоторые или ни одно из перечисленных преимуществ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания конкретных примеров осуществления настоящего изобретения и их преимуществ ниже приводятся ссылки к последующему описанию, сопровождаемые чертежами, на которых

Фиг.1 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин, в которой текучая среда подается в существенно вертикальную скважину через трубопровод в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения; фиг.2 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин, в которой текучая среда подается в существенно вертикальную скважину, а текучая смесь возвращается в скважину через трубопровод в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения; фиг.3 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин, в которой текучая смесь откачивается из существенно вертикальной скважины через водоподъемные трубы насоса в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая пример способа циркуляции текучей среды в системе скважин, в которой текучая среда подается в существенно вертикальную скважину через трубопровод в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения; фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая пример способа для циркуляции текучей среды в системе скважин, в которой текучая смесь откачивается из существенно вертикальной скважины через водоподъемные трубы насоса в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин 10. Система скважин включает подземную зону, которая может включать угольный пласт. Очевидно, что с использованием двойной скважинной системы настоящего изобретения также может быть обеспечен доступ к другим подземным зонам для того, чтобы перемещать и/или добыть воду, углеводороды, газ и другие текучие среды из подземной зоны и обогащать минералы в подземной зоне до начала горных работ.

В соответствии с фиг.1 существенно вертикальная скважина 12 простирается от поверхности 14 к целевому слою подземной зоны 15. Существенно вертикальная скважина 12 достигает подземной зоны 15 и проходит через нее.

Существенно вертикальная скважина 12 может проходить с соответствующими обсадными трубами 16, которые заканчиваются в угольном пласте или выше его уровня, или в иной подземной зоне 15.

Расширенная полость 20 может быть сформирована в существенно вертикальной скважине 12 в месте подземной зоны 15. Расширенная полость 20 может иметь различную форму в различных примерах осуществления настоящего изобретения. Расширенная полость 20 обеспечивает соединение в месте соединения существенно вертикальной скважины 12 с сочлененной скважиной, которая используется для формирования дренажной полости в подземной зоне 15. Расширенная полость 20 также является местом сбора для подвижных сред, отводимых из подземной зоны 15 в период проведения работ. Вертикальная часть существенно вертикальной скважины 12 продолжается ниже расширенной полости 20, чтобы сформировать отстойник-зумпф 22 для расширенной полости 20.

Сочлененная скважина 30 простирается от поверхности 14 к расширенной полости 20 существенно вертикальной скважины 12. Сочлененная скважина 30 включает существенно вертикальную часть 32, существенно горизонтальную часть 34 и изогнутую или криволинейную часть 36, связывающую вертикальную и горизонтальную части 32 и 34. Горизонтальная часть 34 расположена в существенно горизонтальной плоскости подземной зоны 15 и пересекает расширенную полость 20 существенно вертикальной скважины 12. В конкретных вариантах осуществления изобретения сочлененная скважина 30 может не включать горизонтальную часть, например, если подземная зона 15 не горизонтальна. В таких случаях сочлененная скважина 30 может включать часть, расположенную существенно в той же плоскости, что и подземная зона 15.

Сочлененная скважина 30 может проходить с использованием сочлененной бурильной трубы 40, которая включает приемлемые призабойный двигатель и буровой наконечник 42. Буровая вышка 67 находится на поверхности земли. Устройство измерения параметров в процессе бурения 44 может быть включено в сочлененную бурильную трубу 40 для контроля ориентации и направления скважины, пройденной буровым снарядом 42. Существенно вертикальная часть 32 сочлененной скважины 30 может быть пройдена с соответствующими обсадными трубами 38.

После того как расширенная полость 20 пересечется сочлененной скважиной 30, бурение продолжается через расширенную полость 20 с использованием сочлененной бурильной трубы 40 и соответствующего оборудования для горизонтального бурения, чтобы пройти дренажную полость 50 в подземной зоне 15. Дренажная полость 50 и другие скважины такого типа включают проходку в наклонных, волнистых или других типах залегания угольного пласта или подземной зоны 15.

Во время бурения дренажной полости 50 буровая текучая среда (например, буровой раствор) закачивается вниз по сочлененным бурильным трубам 40 насосом 64 и выходит из бурильных труб 40 в окрестностях бурового наконечника 42, где используется для очистки пласта и удаления шлама. Буровая текучая среда также используется для усиления действия бурового наконечника 42 при разрушении пласта. Общее направление течения буровой текучей среды через бурильные трубы и снаружи их 40 указано стрелками 60.

Система 10 включает клапан 66 и клапан 68 в трубопроводе между сочлененной скважиной 30 и насосом 64.

Когда буровой раствор закачивается по сочлененным бурильным трубам 40 во время бурения, клапан 66 открыт. Во время соединения или разъединения бурильных труб 40 или в других необходимых случаях клапан 68 открыт, чтобы позволить текучей среде (т.е. буровому раствору или сжатому воздуху) поступать в сочлененную скважину 30 снаружи сочлененной бурильной трубы 40, в пространстве между сочлененной бурильной трубой 40 и поверхностью сочлененной скважины 30.

Подача текучей среды в сочлененную скважину 30 осуществляется снаружи сочлененной бурильной трубы 40, пока не происходит активного бурения, например, при соединении или разъединении бурильных труб, что дает возможность оператору поддерживать необходимое давление на забое скважины сочлененной скважины 30.

Кроме того, текучие среды в случае необходимости могут пропускаться как через клапан 66, так и через клапан 68 одновременно. В иллюстрированном примере осуществления клапан 68 частично открыт, чтобы позволить текучей среде свободно опускаться по сочлененной скважине 30.

Когда давление в сочлененной скважине 30 больше, чем давление подземной зоны 15 («давления пласта»), скважинная система находится в режиме положительного перепада давления.

Когда давление в сочлененной скважине 30 меньше, чем в пласте, скважинная система имеет режим отрицательного перепада давления.

При бурении с повышенным давлением буровая текучая среда и перемещаемые в ней продукты разрушения породы (шлам) могут быть потеряны в подземной зоне 15. Потеря бурового раствора и шлама убыточна не только из-за потери бурового раствора, который должен быть заново приготовлен; кроме того, смесь стремится закупорить поры подземной зоны, которые необходимы для отведения газа и воды.

Текучая среда, например сжатый воздух или другой приемлемый газ, может быть закачен в существенно вертикальную скважину 12 через трубопровод 80. В иллюстрированном примере осуществления газ закачивается через трубопровод 80; однако, следует понимать, что другие текучие среды могут закачиваться через трубопровод 80 в других примерах осуществления. Газ может закачиваться через трубопровод воздушным компрессором 65, насосом или другими средствами. Направление движение газа в общем изображено стрелками 76. Трубопровод имеет открытый конец 82 в расширенной полости 20 такой, что газ выходит из трубопровода в расширенной полости 20.

Количество газа или другой текучей среды, закачиваемое в существенно вертикальную скважину 12, может быть изменено для того, чтобы регулировать давление на забое сочлененной скважины 30. Кроме того, соотношение газа или другой текучей среды в смеси, подаваемой в существенно вертикальную скважину 12, может также быть изменено для корректировки давления на забое скважины. Путем изменения давления на забое сочлененной скважины 30 может достигаться желаемый режим бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта

Буровой раствор, подаваемый через сочлененную бурильную трубу 40, смешивается с газом или другой текучей средой, подаваемой через трубопровод 80, образуя текучую смесь. Текучая смесь вытекает из существенно вертикальной скважины 12 снаружи трубопровода 80. Такое течение текучей смеси изображено стрелками 74 на фиг.1. Текучая смесь может также содержать отходы бурения подземной зоны 15 и текучую среду из подземной зоны 15, например воду или газ метан.

Буровой раствор, закачиваемый через сочлененную скважину 30 снаружи сочлененной бурильной трубы 40, может быть также смешан с газом, чтобы образовать жидкую смесь, поднимающуюся к поверхности по существенно вертикальной скважине 12 снаружи трубопровода 80.

Сочлененная скважина 30 также включает уровень текучей среды 39.

Уровень текучей среды 39 может регулироваться объемом подачи текучей среды насосом 64 и/или режимом закачки компрессора 65. Уровень текучей среды действует как гидростатический затвор для создания сопротивления выходу текучей среды из пласта, например ядовитого газа (например, сероводорода), по сочлененной скважине 30. Такое сопротивление создается благодаря гидростатическому давлению уровня текучей среды в сочлененной скважине 30. Таким образом, буровая вышка 67 и персонал могут быть защищены от текучей среды пласта, которая может включать ядовитый газ и поступать по сочлененной скважине 30 на поверхность. К тому же, больший промежуток между трубами в существенно вертикальной скважине 12 позволит доставить выбуренную породу к поверхности при более низком давлении в случае, если бы шлам выносился по сочлененной скважине 30 снаружи сочлененной бурильной трубы 40.

Заданное давление на забое скважины может поддерживаться во время бурения, даже если необходимо установить дополнительные штанги сочлененной колонны бурильных труб 40, поскольку количество газа, нагнетаемого в существенно вертикальную скважину 12, может изменяться для компенсации изменения давления из-за использования дополнительных штанг бурильных труб.

Фиг.2 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин 410 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Система 410 во многих отношениях подобна системе 10, приведенной на фиг.1, однако циркуляция текучей среды в системе 410 отличается от циркуляции текучей среды в системе 10. Система 410 включает существенно вертикальную скважину 412 и сочлененную скважину 430. Сочлененная скважина 430 пересекает существенно вертикальную скважину 412 в расширенной полости 420. Сочлененная скважина 430 включает существенно вертикальную часть 432, изогнутую часть 436 и существенно горизонтальную часть 434. Сочлененная скважина пересекает расширенную полость 420 существенно вертикальной скважины 412. Существенно горизонтальная часть 434 сочлененной скважины 430 проходит по подземной зоне 415. Сочлененная скважина 430 проходит с использованием сочлененной бурильной трубы 440, которая включает призабойный двигатель и буровой наконечник 442. Дренажная полость 450 проходит с использованием сочлененной бурильной трубы 440.

Буровой раствор закачивается через сочлененную бурильную трубу 440, как описано выше при рассмотрении фиг.1.

Общее направление движения бурового раствора иллюстрируется стрелками 460. Буровой раствор может смешиваться с текучей средой и/или шламом из подземной зоны 450 после выхода бурового раствора из сочлененной бурильной трубы 440. Используя клапан 468, текучие среды могут быть направлены в совмещенную скважину 430 снаружи сочлененной бурильной трубы 440 при наращивании или разъединении труб или других необходимых операций, например свободном спуске текучей среды, иллюстрированном на фиг.1.

Текучая среда, например сжатый воздух, может закачиваться в существенно вертикальную скважину 412 в кольцевой промежуток между трубопроводом 480 и поверхностью существенно вертикальной скважины 412. В иллюстрированном примере осуществления газ закачивается в существенно вертикальную скважину 412 снаружи трубопровода 480; однако следует понимать, что в других примерах осуществления могут закачиваться иные текучие среды.

Газ или другая текучая среда может закачиваться с использованием воздушного компрессора 465, насоса или других средств. Общее направление течения газа изображено стрелками 476.

Объем газа или другой текучей среды, подаваемой в существенно вертикальную скважину 412, может изменяться для регулирования давления на забое сочлененной скважины 430. К тому же, состав смеси газа или другой текучей среды, подаваемой в существенно вертикальную скважину 412, может также изменяться для управления давлением на забое скважины. Путем изменения призабойного давления сочлененной скважины 430 может достигаться желаемый режим бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.

Буровой раствор, подаваемый через сочлененную бурильную трубу 440, смешивают с газом или другой текучей средой, подаваемой в существенно вертикальную скважину 412 снаружи трубопровода 480, чтобы сформировать текучую смесь. Текучая смесь входит в открытый конец 482 трубопровода 480 и проходит по существенно вертикальной скважине 412 через трубопровод 480.

Описанное движение текучей смеси изображено стрелками 474. Текучая смесь может также включать шлам бурения подземной зоны 415 и текучие среды из подземной зоны 415, например воду или газ метан. Текучая среда, нагнетаемая через сочлененную скважину 430 снаружи сочлененной бурильной трубы 440, может также смешиваться с газом, чтобы сформировать текучую смесь, поступающую в существенно вертикальную скважину 412 снаружи трубопровода 480.

Фиг.3 иллюстрирует циркуляцию текучей среды в системе скважин 110 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Система 110 включает существенно вертикальную скважину 112 и сочлененную скважину 130. Сочлененная скважина 130 пересекает существенно вертикальную скважину 112 в расширенной полости 120.

Сочлененная скважина 130 включает существенно вертикальную часть 132, изогнутую часть 136 и существенно горизонтальную часть 134. Сочлененная скважина пересекает расширенную полость 120 существенно вертикальной скважины 112. Существенно горизонтальная часть 134 сочлененной скважины 130 проходит по подземной зоне 115. Сочлененная скважина 130 проходит с использованием сочлененной бурильной трубы 140, которая включает призабойный двигатель и буровой наконечник 142. Дренажная полость 150 проходит с использованием сочлененной бурильной трубы 140.

Существенно вертикальная скважина 112 включает водоподъемные трубы 180, которые включают приемное отверстие насоса 182, размещенное в расширенной полости 120. Буровой раствор закачивается через сочлененную бурильную трубу 140, как изложено выше при рассмотрении фиг.1. Направление течения бурового раствора иллюстрируется стрелками 160. Буровой раствор может смешиваться с текучей средой и/или шламом из подземной зоны 150 и формировать текучую смесь после выхода бурового раствора из сочлененной бурильной трубы 140.

Текучая смесь откачивается через существенно вертикальную скважину 112 через приемное отверстие насоса 182 и водоподъемные трубы 180 с использованием насоса 165, как изображено стрелками 172. Пластовый газ 171 из подземной зоны 115 поступает по существенно вертикальной скважине 112 к области более низкого давления, минуя приемное отверстие насоса 182. Таким образом, частные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ для откачивания текучей среды из двойной скважинной системы через водоподъемные трубы насоса и ограничение количества пластового газа, откачиваемого через водоподъемные трубы. Пластовый газ 171 может быть сожжен, как изображено на фиг.3, или использован.

Скорость откачивания текучей смеси из существенно вертикальной скважины 112 через водоподъемные трубы насоса 180 может изменяться для регулирования глубины залегания уровня жидкой среды и давления на забое системы скважин 110. Путем изменения уровня текучей среды и призабойного давления можно достигать желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.

Существенно вертикальная скважина 112 включает датчик давления 168 для регистрации давления в существенно вертикальной скважине 112. Датчик давления 168 может быть электрически связан с двигателем 167 насоса 165 для автоматического изменения скорости вращения насоса 165 на основе заданного давления в системе 110. В других примерах осуществления скорость вращения насоса 165 может изменяться вручную для обеспечения желаемого режима бурения.

Во время соединения или разъединения бурильных труб 140 или в других случаях по необходимости буровой раствор может подаваться через сочлененную скважину 130 снаружи сочлененной бурильной трубы 140. Этот буровой раствор можно смешивать с подвижными средами и/или шламом подземной зоны 150, чтобы сформировать текучую смесь, откачиваемую из существенно вертикальной скважины 112 через водоподъемные трубы 180.

Фиг.4 - блок-схема процесса, иллюстрирующая пример способа для циркуляции текучей среды в системе скважин в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Способ начинается с шага 200, в котором существенно вертикальная скважина проходит от поверхности к подземной зоне. В частном варианте осуществления подземная зона может включать угольный пласт или месторождение углеводородов. В шаге 202 проходит сочлененная скважина от поверхности к подземной зоне. Сочлененная скважина проходит с использованием бурильных труб. Сочлененная скважина удалена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности и пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения вблизи от подземной зоны. Место соединения скважин может находиться в расширенной полости.

Шаг 204 включает бурение дренажной полости от места соединения скважин в подземную зону. В шаге 206 при проходке дренажной полости буровой раствор закачивается через бурильные трубы. Буровой раствор может выходить из бурильных труб вблизи бурового наконечника.

В шаге 208 газ, например сжатый воздух, закачивается в существенно вертикальную скважину через трубопровод. В других примерах осуществления иные текучие среды могут закачиваться в существенно вертикальную скважину через трубопровод. Трубопровод включает отверстие в месте соединения с подземной зоной такое, что газ выходит из трубопровода в месте соединения с подземной зоной. В частном варианте осуществления газ смешивается с буровым раствором, чтобы сформировать текучую смесь, которая выходит на поверхность по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода. Текучая смесь может также включать текучую среду подземной зоны и/или шлам. Объем подачи или сочетание газа или другой текучей среды, подаваемые в существенно вертикальную скважину, могут изменяться, чтобы регулировать давление системы на забое скважины для достижения желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.

Фиг.5 - блок-схема процесса, иллюстрирующая пример способа для циркуляции текучей среды в системе скважин в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

Способ начинается на шаге 300, в котором существенно вертикальная скважина проходит от поверхности к подземной зоне. В частном варианте осуществления подземная зона может включать угольный пласт или месторождение углеводородов. В шаге 302 проходит сочлененная скважина от поверхности к подземной зоне. Сочлененная скважина проходит с использованием бурильных труб. Сочлененная скважина удалена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности и пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения вблизи от подземной зоны. Соединение может находиться в расширенной полости.

Шаг 304 включает бурение дренажной полости от места соединения скважин в подземную зону. В шаге 306 при проходке дренажной полости буровой раствор закачивается через бурильные трубы. Буровой раствор может выходить из бурильных труб вблизи бурового наконечника. В шаге 308 водоподъемные трубы устанавливаются в существенно вертикальной скважине. Водоподъемные трубы включают приемное отверстие насоса, расположенное как можно ближе к месту соединения скважин. В шаге 310 текучая смесь откачивается по существенно вертикальной скважине через водоподъемные трубы насоса. Текучая смесь входит в водоподъемные трубы насоса через приемное отверстие насоса. Текучая смесь может включать буровой раствор после того, как буровой раствор вышел из бурильных труб, текучую среду из подземной зоны и/или шлам из подземной зоны. Скорость откачивания текучей смеси из существенно вертикальной скважины через водоподъемные трубы насоса может изменяться, чтобы регулировать давление на забое скважины для достижения желаемого режима бурения, например, при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.

Хотя настоящее изобретение описано детально, специалистами в данной области техники могут быть предложены различные изменения и модификации. Следует понимать, что такие изменения и модификации, определяемые объемом прилагаемой формулы изобретения, находятся в пределах настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к системам и способам освоения подземных ресурсов, а в частности, к способу и системе циркуляции текучей среды в системе скважин. Способ циркуляции буровой текучей среды в системе скважин включает бурение существенно вертикальной скважины (12) от поверхности (14) в подземную зону (15) и бурение сочлененной скважины (30) от поверхности в подземную зону. Сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности и пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения вблизи от подземной зоны. Способ включает бурение дренажной полости (50) от места соединения скважин в подземную зону и подачу буровой жидкости через бурильную трубу при проходке дренажной полости. Способ также включает жидкость, подаваемую в существенно вертикальную скважину через трубопровод. Текучая смесь поднимается к поверхности по существенно вертикальной скважине за пределами трубопровода. Текучая смесь включает буровой раствор после его выхода из бурильной трубы. Обеспечивает более обширную разработку и использование залежей газа метана в угольных пластах. 6 н. и 43 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ циркуляции буровой текучей среды в системе скважин, включающий бурение существенно вертикальной скважины от поверхности в подземную зону, бурение сочлененной скважины от поверхности в подземную зону с использованием колонны бурильных труб, причем сочлененная скважина пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи подземной зоны, бурение дренажной полости от места соединения скважин в подземную зону, подачу бурового раствора через бурильную трубу при бурении дренажной полости, при этом буровой раствор выходит из бурильной трубы, по меньшей мере, вблизи от бурового наконечника бурильной трубы, закачивание второй текучей среды по существенно вертикальной скважине через трубопровод, имеющий отверстие, по меньшей мере, вблизи от места соединения так, что текучая среда выходит из трубопровода в месте соединения, возвратную подачу текучей смеси к поверхности по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода, причем текучая смесь включает буровой раствор, вышедший из бурильной трубы, и регулирование, по меньшей мере, одного из параметров: скорости потока или состава второй текучей среды, подаваемой в существенно вертикальную скважину с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.2. Способ по п.1, в котором подача второй текучей среды по существенно вертикальной скважине включает закачку газа в существенно вертикальную скважину.3. Способ по п.2, в котором возвратная подача текучей смеси включает возвратную подачу текучей смеси, дополнительно включающей, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину после того, как газ выходит из трубопровода, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения из подземной зоны.4. Способ по п.1, дополнительно включающий регулирование подачи буровой текучей среды через бурильную трубу для создания противодавления гидравлического затвора, причем гидрозатвор выполнен в виде уровня текучей среды, который препятствует поступлению газа из подземной зоны через сочлененную скважину.5. Способ по п.1, в котором подземная зона включает угольный пласт.6. Способ по п.1, в котором подземная зона включает месторождение углеводородов.7. Способ по п.1, в котором вторая текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает сжатый воздух.8. Способ по п.1, в котором сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.9. Система циркуляции буровой текучей среды через скважины, включающая существенно вертикальную скважину, простирающуюся от поверхности в подземную зону, сочлененную скважину, простирающуюся от поверхности в подземную зону, причем сочлененная скважина пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны, дренажную полость, простирающуюся от места соединения скважин в подземную зону, бурильную трубу, расположенную внутри сочлененной скважины и используемую для бурения дренажной полости, буровой раствор, подаваемый через бурильную трубу и выходящий из бурильной трубы, по меньшей мере, вблизи от бурового наконечника бурильной трубы, трубопровод, расположенный внутри существенно вертикальной скважины, причем выход трубопровода расположен, по меньшей мере, вблизи от места соединения, вторую текучую среду, подаваемую в существенно вертикальную скважину и выходящую из трубопровода в месте соединения, текучую смесь, возвращающуюся по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода, причем текучая смесь включает буровой раствор после его выхода из бурильной трубы, и в которой, по меньшей мере, один из параметров: скорость потока или состав текучей смеси, закачиваемой в существенно вертикальную скважину, регулируют для установления нижнего давления системы с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.10. Система по п.9, в которой текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину.11. Система по п.9, в которой текучая смесь включает, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину, после того, как газ выходит из трубопровода, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения подземной зоны.12. Система по п.9, дополнительно включающая гидравлический затвор в сочлененной скважине, гидравлический затвор, выполненный в виде уровня текучей среды, которая препятствует поступлению газа из подземной зоны через сочлененную скважину.13. Система по п.9, в которой подземная зона включает угольный пласт.14. Система по п.9, в которой подземная зона включает месторождение углеводородов.15. Система по п.9, в которой вторая текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает сжатый воздух.16. Система по п.9, в которой сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.17. Способ циркуляции буровой текучей среды в системе скважин, включающий бурение существенно вертикальной скважины от поверхности в подземную зону, бурение сочлененной скважины от поверхности в подземную зону с использованием бурильной трубы, причем сочлененная скважина пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны, бурение дренажной полости от места соединения скважин в подземную зону, подачу бурового раствора через бурильную трубу при бурении дренажной полости, причем буровой раствор выходит из бурильной трубы, по меньшей мере, вблизи от бурового наконечника бурильной трубы, подачу второй текучей среды по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода, расположенного в существенно вертикальной скважине, причем выход трубопровода расположен, по меньшей мере, вблизи от места соединения, в котором текучая смесь поступает в отверстие трубопровода в месте соединения и подается на поверхность по существенно вертикальной скважине через трубопровод, причем текучая смесь включает буровой раствор после его выхода из бурильной трубы, и регулирование, по меньшей мере, одного из параметров: скорости потока или состава второй текучей среды, подаваемой по существенно вертикальной скважине с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.18. Способ по п.17, в котором подача текучей среды по существенно вертикальной скважине включает закачку газа в существенно вертикальную скважину.19. Способ по п.18, в котором текучая смесь дополнительно включает, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения подземной зоны.20. Способ по п.17, в котором подземная зона включает угольный пласт.21. Способ по п.17, в котором подземная зона включает месторождение углеводородов.22. Способ по п.17, в котором вторая текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает сжатый воздух.23. Способ по п.17, в котором сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.24. Система циркуляции буровой текучей среды через скважины, включающая существенно вертикальную скважину, простирающуюся от поверхности в подземную зону, сочлененную скважину, простирающуюся от поверхности в подземную зону, причем сочлененная скважина пересекает существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны, дренажную полость, простирающуюся от места соединения скважин в подземную зону, бурильную трубу, расположенную внутри сочлененной скважины и используемую для бурения дренажной полости, буровой раствор, подаваемый через бурильную трубу и выходящий из бурильной трубы, по меньшей мере, вблизи от бурового наконечника бурильной трубы, трубопровод, расположенный внутри существенно вертикальной скважины, причем отверстие трубопровода расположено, по меньшей мере, вблизи от места соединения скважин, вторую текучую среду, подаваемую в существенно вертикальную скважину снаружи трубопровода, текучую смесь, входящую в отверстие трубопровода в месте соединения и возвращающуюся по существенно вертикальной скважине через трубопровод, при этом текучая смесь включает буровой раствор после выхода его из бурильной трубы, и в которой, по меньшей мере, один из параметров: скорость потока или состав второй текучей среды, закачиваемой в существенно вертикальную скважину, варьируют для регулирования нижнего давления системы с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.25. Система по п.24, в которой вторая текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину.26. Система по п.24, в которой текучая смесь включает, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения подземной зоны.27. Система по п.24, в которой подземная зона включает угольный пласт.28. Система по п.24, в которой подземная зона включает месторождение углеводородов.29. Система по п.24, в которой вторая текучая среда, подаваемая в существенно вертикальную скважину, включает сжатый воздух.30. Система по п.24, в которой сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.31. Способ циркуляции текучей среды в системе скважин, включающий подачу первой текучей среды через сочлененную скважину, пересекающую существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны, подачу второй текучей среды по существенно вертикальной скважине через трубопровод, в котором отверстие расположено, по меньшей мере, вблизи от места соединения так, что текучая среда выходит из трубопровода, по меньшей мере, вблизи от места соединения, в котором текучая смесь выходит на поверхность по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода, причем текучая смесь включает первую текучую среду, регулирование, по меньшей мере, одного из параметров: скорости потока или состава второй текучей среды, подаваемой по существенно вертикальной скважине, с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.32. Способ по п.31, в котором первая текучая среда подается через сочлененную скважину при наращивании бурильной трубы в сочлененной скважине.33. Способ по п.31, в котором первая текучая среда подается через сочлененную скважину при разъединении бурильной трубы в сочлененной скважине.34. Способ по п.31, в котором подача второй текучей среды по существенно вертикальной скважине включает закачку газа в существенно вертикальную скважину.35. Способ по п.34, в котором возвратная подача текучей смеси включает возвратную подачу текучей смеси, включающей, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину, после того, как газ выходит из трубопровода, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения подземной зоны.36. Способ по п.31, дополнительно включающий регулирование подачи первой текучей среды через сочлененную скважину для создания гидравлического затвора, причем гидрозатвор выполнен в виде уровня текучей среды, который препятствует поступлению газа из подземной зоны через сочлененную скважину.37. Способ по п.31, в котором подземная зона включает угольный пласт.38. Способ по п.31, в котором подземная зона включает месторождение углеводородов.39. Способ по п.31, в котором вторая текучая среда включает сжатый воздух.40. Способ по п.31, в котором сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.41. Способ циркуляции текучей среды в системе скважин, включающий подачу первой текучей среды через сочлененную скважину, пересекающую существенно вертикальную скважину в месте соединения, по меньшей мере, вблизи от подземной зоны, подачу второй текучей среды по существенно вертикальной скважине снаружи трубопровода, расположенного в существенно вертикальной скважине, причем выход трубопровода расположен, по меньшей мере, вблизи от места соединения, в котором текучая смесь поступает в отверстие трубопровода в месте соединения и подается на поверхность по существенно вертикальной скважине через трубопровод, причем текучая смесь включает буровой раствор после его выхода из бурильной трубы, и регулирование, по меньшей мере, одного из параметров: скорости потока или состава второй текучей среды, подаваемой по существенно вертикальной скважине с целью достижения режимов бурения при отрицательном перепаде давления, при нулевом перепаде давления и при положительном перепаде давления относительно давления пласта.42. Способ по п.41, в котором первая текучая среда подается через сочлененную скважину при наращивании бурильной трубы в сочлененной скважине.43. Способ по п.41, в котором первая текучая среда подается через сочлененную скважину при разъединении бурильной трубы в сочлененной скважине.44. Способ по п.41, в котором подача второй текучей среды по существенно вертикальной скважине включает закачку газа в существенно вертикальную скважину.45. Способ по п.44, в котором возвратная подача текучей смеси включает возвратную подачу текучей смеси, включающей, по меньшей мере, один из следующих параметров: газ, закачиваемый в существенно вертикальную скважину, текучую среду из подземной зоны, шлам после бурения подземной зоны.46. Способ по п.41, в котором подземная зона включает угольный пласт.47. Способ по п.41, в котором подземная зона включает месторождение углеводородов.48. Способ по п.41, в котором вторая текучая среда включает сжатый воздух.49. Способ по п.41, в котором сочлененная скважина смещена по горизонтали от существенно вертикальной скважины на поверхности.