СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ВОССТАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ НАПОРНЫХ РЫХЛЫХ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК E21B7/00 E21F16/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для осушения и водозабора путем вскрытия восстающими или наклонно-восстающими дренажными скважинами одного или двух водоносных горизонтов, сложенных неустойчивыми породами, в частности песками.

Из мирового технического уровня известен способ для вскрытия высоконапорного водоносного пласта восстающей или наклонно-восстающей скважиной, реализуемый устройством для вскрытия водоносного пласта. Согласно этому способу вскрытие напорного горизонта восстающей дренажной скважиной осуществляют буровой установкой, включающей буровой агрегат, маслостанцию, пульт управления и буровой насос. Буровой агрегат имеет нижнее основание, на котором установлена поворотная рама, с помощью которой устанавливается заданный зенитный угол и подкос, удерживающий поворотную раму в заданном положении. Вращатель бурильной (или фильтровой) колонны перемещается по направляющим поворотной рамы и развивает частоту вращения до 150 об/мин и крутящий момент до 150 кг·м, достаточные для вращения бурильной колонны и эффективного разрушения породы долотом. Для передачи осевого усилия на буровой инструмент на задней плите поворотной рамы жестко закреплен шток цилиндра подачи, а гидроцилиндр также жестко связан с вращателем бурильной колонны. Устанавливают буровую установку в горной выработке, забуривают скважину под кондуктор, закрепляют его в скважине. Кондуктор служит основанием устья скважины, в состав которого входит корпус с задвижкой, герметизатор бурильной колонной и отводной патрубок с задвижкой. После установки устья скважины снимают герметизатор, устанавливают его на бурильной колонне, после чего на бурильную колонну устанавливают переходник с шарошечным долотом и собранную компоновку вводят в корпус устья скважины, предварительно открыв задвижку. Подают буровой инструмент на забой и бурят по крепким породам до расчетной глубины скважины с оставлением перемычки из твердых пород. Бурильную колонну извлекают, а вскрытие оставшейся перемычки над водоносным горизонтом осуществляют колонной, состоящей из секции глухих труб, имеющих одинаковую толщину стенок, верхняя часть которых выполнена в виде фильтра. Длина фильтровой части составляет 5-6 м. На головном фильтре устанавливают переходник с обратным клапаном и породоразрушающим инструментом. Для подачи промывочной жидкости к буровому долоту в переходник на левой резьбе вворачивают водоподводящие (пакерные) трубки. Их длины превышают длину фильтровой части на 0,5-1,0 м. На нижний конец пакерных трубок в глухой части фильтровой колонны устанавливают пакер с переходником. После вскрытия водоносного горизонта на заданную глубину специальной колонной, диаметр которой меньше внутреннего диаметра фильтровой колонны, извлекают пакер и по фильтровой колонне начинают поступать дренажные воды с расходом, равным максимальной производительности скважины [Отчет по НИР «Проведение приемочных испытаний и внедрение буровой установки УДБ-8» Шифр 1.5-5 (73)-А-10-83 № Гос. регистрации 01830012022, Белгород, с.7-11].

Недостатком известной буровой установки является низкая надежность соединительных элементов фильтровой колонны, неуправляемый выпуск песка из пласта, обжатие фильтровой колонны и ограниченная глубина бурения по водоносному горизонту.

Известен способ и устройство для вскрытия двух водоносных горизонтов, в которых вскрытие первого водоносного горизонта осуществляют сначала колонной большого диаметра, а второго водоносного горизонта - фильтровой колонной меньшего диаметра [А.С. № 1461874, дата публ. 28.02.89].

Известен способ посадки фильтра в восстающую дренажную скважину, в которой предусмотрено частичное извлечение неперфорированной части фильтровой колонны, находящейся в зоне устойчивой части восстающей скважины, благодаря чему сокращается расход металла [А.С. №998733, дата публ. 23.02.83].

Основными недостатками вышеприведенных способов и устройств являются низкая надежность соединительных элементов фильтровой колонны, которые не выдерживают высоких осевых нагрузок и крутящих моментов при бурении крепких пород и при преодолении сил трения, возникающих на фильтровой колонне в условиях ее обжатия при бурении по неустойчивым рыхлым отложениям водоносного горизонта, которые вызывают обрывы и прихваты колонн, низкая надежность работы пакерных трубок, левые резьбы которых при высоких оборотах и вибрациях колонны разворачиваются. Отсутствие механизма управления выносом песка, находящегося под высоким гидростатическим давлением, ведет к большим выносам и создает угрозу затопления выработки. При наращивании фильтровой колонны во время отключения бурового насоса и закрытия задвижки на сбросной линии устья скважины происходит оседание песка в кольцевом пространстве, образованном стеной скважины и внешней поверхностью фильтровой колонны. Это оседание ведет к обжатию фильтровой колонны и прихватам и является основной причиной прекращения бурения по водоносному горизонту, который не превышает 4-5 м.

Указанные недостатки делают процесс вскрытия водоносного горизонта очень сложным, с большими элементами риска возникновения аварий и осложнений в скважине (низкая надежность), а самое главное неуправляемым в связи с отсутствием способа управления процессом выноса поступающего из пласта песка.

Известны способ вскрытия песчаных водоносных горизонтов горизонтальной скважиной и установка для его реализации, включающая маслостанцию, пульт управления, буровой агрегат, который содержит вращатель внутренней бурильной колонны, вращатель внешней бурильной колонны, коаксиальные внутренние и внешние колонны труб, причем внешняя может быть фильтровой, каждая из колон имеет породоразрушающие инструменты, которые в паре образуют устройство, способное во время бурения перекрывать кольцевое пространство, образованное внутренней поверхностью защитной трубы и внешней поверхностью бурильной колонны, а на период эксплуатации и остановок при бурении перекрывать торец защитной колонны. Для перемещения в осевом направлении вращатели и передачи осевого усилия на колонны вращателей смонтированы на одной подвижной раме, которая перемещается по направляющим нижней неподвижной рамы. Перемещение подвижной рамы относительно неподвижной осуществляется гидроцилиндром подачи, один конец которого жестко закреплен на неподвижной раме, а другой - на подвижной.

Механизацию операций по свинчиванию-развинчиванию защитной колонны осуществляют путем введения в конструкцию неподвижной рамы гидроключа, удерживающего колонну от проворота. Патрон вращателя внешней колонны обеспечивает вращение колонны вправо или влево. Для удобства операций по наращиванию колонны вращатель бурильной колонны отдельным гидроцилиндром по направляющим отводят перпендикулярно оси скважины на расстояние, позволяющее свободно произвести наращивание. Подача промывочной жидкости к забою скважины ведется буровым насосом через сальник-вертлюг, установленный на шпинделе вращателя бурильной колонны [П RU № 2233373, дата публ. 2004.07.27].

Устройство предназначено только для бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин в породах неустойчивых с категорией буримости от 1 до 4-й и неприменимо для бурения восстающих скважин в крепких породах.

Таким образом, в известном техническом уровне отсутствует ближайший аналог как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемым техническим результатам.

Задачей изобретения является создание надежного способа вскрытия одной восстающей скважиной одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов с управляемым выносом песка из пласта без прихвата фильтровой колонны, а также расширение арсенала устройств сооружения восходящей вертикальной или наклонной дренажной скважины.

Техническими результатами, которые могут быть достигнуты при использовании изобретения, являются:

для способа:

- обеспечение технологичности;

- снижение нагрузок на внешнюю поверхность фильтровой колонны;

- достижение управляемого выноса песка из пласта;

- увеличение длины сооружаемой восстающей скважины;

для устройства:

- обеспечение возможности вскрытия напорного рыхлого водоносного горизонта;

- расширение функциональных возможностей.

Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стало возможным благодаря тому, что способ сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризуется бурением по устойчивым породам до водоносного горизонта одной бурильной колонной, а вскрытием и бурением напорного рыхлого водоносного горизонта - под защитой дополнительной соосной с ней внешней колонны, верхнюю часть которой в зоне водоносного пласта выполняют фильтровой, при этом внешняя и бурильная колонны имеют одну общую подачу и вращаются с разными оборотами, обе колонны на верхнем торце формируют между собой регулируемый зазор с эффектом дросселирования для выпуска бурового шлама и пластового песка путем смещения по вертикальной оси одной или обеих колонн, перед вскрытием напорного рыхлого водоносного горизонта в кольцевое пространство между сплошным участком внешней колонны и стенками скважины нагнетают жидкость до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от герметизатора внешней колонны до начала ее фильтровой части, и поддерживают его в течение всего периода вскрытия и бурения этого пласта, предотвращение прорыва пластового песка через внутреннюю полость бурильной колонны труб осуществляют обратным клапаном, который устанавливают под буровым инструментом, сброс столба жидкости при наращивании бурильной колонны осуществляют через обратный клапан, который устанавливают в нагнетательной линии бурового насоса, бурильную колонну при наращивании удерживают подвешиванием на внешней колонне путем закрытия регулируемого зазора, после завершения бурения внешнюю колонну фиксируют, герметизируют в кондукторе и извлекают ее, а устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризируется наличием бурового агрегата, маслостанции, пульта управления, одного или нескольких буровых насосов, бурового инструмента, внешней колонны, бурильной колонны, герметизаторов внешней и бурильной колонн и кондуктора, при этом буровой агрегат включает нижнюю раму, снабженную шарниром с осью, вокруг которой поворачивается от 0 до 90 градусов вверх нижнее основание бурового агрегата, устройство, фиксирующее зенитный угол поворота, направляющие, по которым гидроцилиндром подачи перемещается подвижная рама, на подвижной раме закреплены вращатель бурильной колонны, снабженный сальником-вертлюгом для подачи промывочной жидкости к буровому инструменту, и вращатель внешней колонны, снабженный проходным шпинделем, на котором установлено устройство захвата внешней колонны с возможностью передачи больших крутящих моментов на малых частотах вращения, обеспечивающих преодоление сил трения о горную породу при ее поступательном движении, буровой агрегат также снабжен захватным устройством, для обеспечения возможности свинчивания-развинчивания бурильной и фильтровых колонн, подача вращателей вперед-назад осуществляется гидроцилиндром подачи, неподвижный конец которого закреплен на нижнем основании бурового агрегата, а шток - на подвижной раме, вращатель бурильной колонны снабжен устройством с возможностью его отвода перпендикулярно оси скважины по направляющим, установленным на подвижной раме, головная секция внешней колонны снабжена закрепленной в ней вверху опорной пятой с возможностью формирования запорного устройства с переходником бурового инструмента бурильной колонны для удержания бурильной колонны на весу и управления выносом бурового шлама и песка, в нагнетательной линии бурового насоса установлен сбросной клапан, а под буровым инструментом установлен обратный клапан. Для расширения диапазона применения способа в сложных гидрогеологических условиях путем обеспечения эксплуатации двух горизонтов в состав внешней колонны включены секции фильтров, параметры которых отвечают характеристикам водоносного горизонта, в котором они устанавливаются.

Применение при вскрытии рыхлых водоносных горизонтов восстающей скважиной внешней колонны с фильтровой частью, соосной с бурильной колонной и являющейся по отношению к ней защитной, которая за счет малых частот вращения и высоких крутящих моментов способна преодолевать силы трения, вызванного горным давлением, создание в кольцевом пространстве между стенками скважины и внешней поверхностью сплошной части внешней колонны столба жидкости, равного высоте столба от ее герметизатора до фильтровой части, который гасит гидростатический напор пластовых вод, а также введение регулируемого зазора между внешней и бурильной колоннами, создающего эффект дросселирования выпуска водопесчаной смеси из пласта, обеспечивает снижение нагрузок на бурильную и внешнюю колонны, позволяет управлять глубиной бурения и объемом выносимого из пласта песка.

Заявленное изобретение иллюстрируют следующие чертежи.

Фиг.1. Устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более горизонтов: буровой агрегат, маслостанция, пульт управления, буровой насос, буровой инструмент, внешняя колонна, бурильная колонна, герметизатор внешней колонны, кондуктор, нижняя рама, ось, поворотная рама, устройство, фиксирующее зенитный угол поворота, направляющие, гидроцилиндр подачи, подвижная рама, вращатель бурильной колонны, сальник-вертлюг, вращатель внешней колонны, проходной шпиндель, устройство захвата внешней колонны, устройство захвата бурильной колонны, опорная пята, переходник, зажимное устройство, подводной патрубок, запорная арматура, манометр, нагнетательная линия, сбросной клапан. Общий вид.

Фиг.2. Показаны буровой инструмент, внешняя колонна, бурильная колонна, опорная пята, переходник, обратный клапан, диск, отрывные элементы.

Устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов включает буровой агрегат 1 (фиг.1), маслостанцию 2, пульт управления 3, буровой насос 4, буровой инструмент 5, внешнюю 6 колонну с верхней фильтровой частью, бурильную 7 колонну и герметизатор 8 внешней 6 колонны, кондуктор 9 и герметизатор (не показан) бурильной 7 колонны. Буровой агрегат 1 включает нижнюю раму 10, снабженную шарниром (не показан) с осью 11, вокруг которой поворачивается от 0 до 90 градусов вверх поворотная рама 12 бурового агрегата 1. На нижней раме 10 также расположены устройство 13, фиксирующее зенитный угол поворота поворотной рамы 12, направляющие 14, по которым гидроцилиндром подачи 15 перемещается подвижная рама 16. На подвижной раме 16 закреплены вращатель 17 бурильной 7 колонны, снабженный сальником-вертлюгом 18 для подачи промывочной жидкости к буровому инструменту 5, и вращатель 19 внешней 6 колонны. Вращатели 17 и 19 снабжены независимыми приводами (не показаны). Вращатель 19 внешней 6 колонны снабжен проходным шпинделем 20, на котором установлено устройство захвата 21 этой колонны с возможностью передачи больших крутящих моментов на малых частотах вращения, обеспечивающих преодоление сил трения о горную породу при ее поступательном движении. Для механизации операции свинчивания и развинчивания буровой агрегат 1 также снабжен устройством захвата 22 в виде гидроключа для обеспечения возможности свинчивания-развинчивания внешней 6 колонны. Подача вращателей вперед-назад осуществляется гидроцилиндром подачи 15, неподвижный конец которого закреплен на поворотной раме 12 бурового агрегата 1, а шток (не показан) - на подвижной раме 16. Вращатель 17 бурильной колонны 7 снабжен устройством (не показаны) с возможностью его отвода перпендикулярно оси скважины (не показан) по направляющим 23, установленным на подвижной раме 16, головная секция внешней 6 колонны снабжена закрепленной в ней вверху конусной опорной пятой 24 с возможностью формирования запорного устройства (не показан) с переходником 25 бурового инструмента 5 бурильной 7 колонны, для удержания бурильной 7 колонны на весу, а также управления выносом бурового шлама и песка. Для герметизации кольцевого пространства (не показано) между внешней поверхностью внешней 6 колонны, стенками скважины и кондуктором 9 на нем установлен герметизатор 8 и зажимное устройство 26, обеспечивающее при необходимости удержание внешней 6 колонны в подвешенном состоянии. Для подвода жидкости в кольцевое пространство кондуктор 9 снабжен подводным патрубком 27 с запорной арматурой 28. Для измерения давления жидкости в кольцевом пространстве в нагнетательной линии (не показана) установлен манометр 29. Учитывая небольшой прирост кольцевого пространства, связанный с углублением скважины и возможными технологическими утечками жидкости через герметизатор 8 необходимо восполнять ее потери. Для этого используют буровой насос 4. Поддержание в кольцевом пространстве (не показано) между стенками скважины и внешней 6 колонной расчетного гидростатического уровня позволяет управлять процессом погашения гидростатического давления пластовых вод.

После проходки скважины на расчетную глубину торец внешней 6 колонны перекрывается буровым инструментом 5, и бурильная 7 колонна отсоединяется от бурового инструмента 5. Для выполнения этих операций устройство снабжено (фиг.1) конусной опорной пятой 24, которая установлена на головной секции внешней 6 колонны. При движении вниз бурильной 7 колонны в конусную опорную пяту 24 входит ответная конусная поверхность переходника 25, имеющего обратный клапан 30 (фиг. 2) для исключения поступления пластового песка через внутреннюю полость бурильной 7 колонны. На обратной стороне переходника 25 установлен диск 31, который посредством отрывных элементов 32 связан с бурильной 7 колонной. При ее подаче с расчетным усилием вниз отрывные элементы 32 разрушаются. Бурильная 7 колонна надежно перекрывает торец внешней 6 колонны.

Для снятия гидростатического давления внутри бурильной 7 колонны при ее извлечении в нагнетательной линии 33 бурового насоса 4 установлен сбросной клапан 34. Для отвода жидкости из кольцевого пространства между внешней 6 колонной и бурильной 7 колонной при извлечении последней на герметизаторе 8 внешней 6 колонны устанавливается аналогичный по конструкции герметизатор бурильной 7 колонны (не показан). После извлечения бурильной 7 колонны устанавливается эксплутационная задвижка с отводным патрубком (не показаны).

Способ сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более рыхлых водоносных горизонтов осуществляют следующим образом. Восстающую скважину в устойчивых породах сооружают путем вращения бурильной 7 колонны вращателем 17 с оставлением перед подошвой рыхлого водоносного горизонта защитной перемычки (не показана) из крепких пород мощностью 3-5 м. При этом вращатель 19 используют как направляющее для бурильной 7 колонны. Вскрытие защитной перемычки и бурение напорного рыхлого водоносного горизонта осуществляют под защитой внешней 6 колонны, верхнюю часть которой выполняют фильтровой. Внешняя 6 колонна имеет общую ось вращения с бурильной 7 колонной и одну общую подачу. При бурении внешнюю 6 колонну вращателем 19 вращают с малой частотой, а бурильную 7 колонну вращают с большой частотой. Обе колонны на верхнем торце формируют между собой регулируемый зазор (не показан) с эффектом дросселирования для выпуска бурового шлама и пластового песка. Для достижения такого результата смещают по вертикальной оси одну или обе колонны относительно друг друга. Перед вскрытием напорного рыхлого водоносного горизонта в кольцевое пространство между внешней поверхностью сплошного участка внешней 6 колонны и стенками скважины буровым насосом 4 (не показан) через подводящий патрубок 27 нагнетают жидкость до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от герметизатора 8 внешней колонны 6 до начала ее фильтровой части, и поддерживают его в течение всего периода вскрытия и бурения этого пласта. Устранение прорыва пластового песка через внутреннюю полость (не показана) бурильной 7 колонны осуществляют с помощью обратного клапана 30, установленного под буровым инструментом 5.

Сброс столба промывочной жидкости, находящейся в бурильной 7 колонне, при ее наращивании осуществляют через сбросной клапан 34, который устанавливают в нагнетательной линии 33 бурового насоса 4.

Удержание бурильной 7 колонны при наращивании от падения вниз осуществляют путем установки переходника 25 бурильной 7 колонны на конусную поверхность опорной пяты 24 на торце внешней колонны, т.е. подвешивая ее на весу. При этом зазор (не показан), через который с забоя скважины поступает водопесчаная смесь, полностью перекрывают смешением по вертикали одной или двух колонн.

После завершения бурения внешнюю 6 колонну фиксируют зажимным устройством 26 в кондукторе 9, отсоединяют ее у герметизатора 8, устанавливают герметизатор (не показан) бурильной 7 колонны, отсоединяют ее от бурового инстумента 5. После извлечения бурильной 7 колонны вместо ее герметизатора устанавливают задвижку с отводным патрубком (не показан).

Практическое применение заявляемых способа и устройства показаны на следующем примере.

Пример.

Характеристика осушаемых грунтов.

В обводнении рудного тела участвуют два водоносных горизонта: сеноман-альбский и батский, сложенные песками разнозернистого состава. Расстояние от кровли до первого водоносного горизонта составляет 80 м. Породы представлены кварцитами, частично затронутыми выветриванием с категорией прочности по буримости, равной IX-X. Водоносный горизонт представлен песками. Между первым и вторым водоносными горизонтами залегает водоупор, представленный преимущественно глинами.

В подземной горной выработке сооружена камера размерами 6×6×3.5. В камеру доставлено и смонтировано оборудование, подведена электроэнергия и водовод. Нижняя рама бурового агрегата закреплена в камере с помощью анкера, предварительно установленного на монтажной площадке.

Конструкция скважины.

Интервал 0-5 м:

- бурение одной бурильной колонной - диаметр бурильной колонны, мм 89 - диаметр бурового инструмента, мм 215 - диаметр кондуктора, мм 168×7 - цементация кольцевого пространства предусмотрена водоцементным раствором   в соотношении В/Ц=0,5

Интервал 5-76 м:

- бурение одной бурильной колонной - диаметр бурильной колонны, мм 89 - диаметр бурового инструмента, мм 146

Интервал 76-125 м:

- бурение скважины бурильной колонной и внешней колонной - диаметр бурильной колонны, мм 89 - диаметр бурового инструмента   (шарошечное долото) на бурильной колонне, мм 132 - диаметр внешней колонны, мм 127

Торец внешней колонны армирован твердым сплавом и опорной пятой с конусной поверхностью. Интервал фильтровых частей внешней колонны: 80-85; 115-123 м. Материал фильтра - труба из нержавеющей стали с щелевой перфорацией лазером с шириной щели 0,5-1,5 мм.

Бурильная колонна включает в качестве бурового инструмента шарошечное долото, переходник с обратным клапаном, отрывным диском и конусной поверхностью с углом, равным углу конусной поверхности опорной пяты, и отрывными элементами.

После подготовительных работ, связанных с монтажом устройства, подъема бурового агрегата на заданный зенитный угол, его фиксации, сборки нагнетательной линии буровых насосов, подключения электропитания, обвязки гидравлических агрегатов начинают забуривание скважины.

Забуривание под кондуктор осуществляют алмазной коронкой диаметром 200 мм с периодическим извлечением керна через каждые 0,5 м или шарошечным долотом диаметром 215 мм. После проходки 5 м устанавливают в скважину кондуктор и цементируют кольцевое пространство между стенками скважины и внешней поверхностью кондуктора.

После ОЗЦ проверяют надежность крепления кондуктора, на бурильной колонне устанавливают шарошечное долото диаметром 146 мм типа ОК и продолжают бурение до 76 м, оставляя перемычку из крепких пород, равную 4 м.

Для бурения по водоносному горизонту собирают компоновку для бурильной и внешней колонн. Производят установку герметизатора, имеющего диаметр, равный диаметру внешней колонны на кондукторе и осуществляют подачу обеих колонн на глубину 76 м. После этого линию бурового насоса (подкачивающего) подсоединяют к подводящему патрубку кондуктора, создавая тем самым условия для заполнения кольцевого пространства между стенками скважины и внешней поверхностью внешней колонны и производят заполнение этого пространства жидкостью до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от ее герметизатора до начала фильтровой части этой колонны. Далее бурение ведут двумя колоннами. До водоносного горизонта внешнюю колонну не вращают, а только подают вперед за буровым инструментом (шарошечным долотом) бурильной колонны.

При бурении по водоносному горизонту внешняя колонна периодически вращается.

Управление выносом песка осуществляют путем подачи или бурильной, или внешней колонн вперед или назад. Оба приема одинаково эффективны и позволяют регулировать вынос песка в объеме скважины.

Таким образом, пробурена скважина длиной 125 м на два водоносных горизонта. После завершения бурения торец внешней колонны перекрывают, отрывной фланец отсоединяют подачей бурильной колонны вниз с усилием 7 т, после чего бурильную колонну извлекают. На внешнюю колонну устанавливают фланец и задвижку с отводным патрубком. Основной проблемой при бурении являются поступающие через фильтровую часть внешней колонны дренажные воды. Они осложняют работы при наращиваниях обеих колонн и извлечении бурильной колонны.

За один технологический процесс пройдено два водоносных горизонта. Процесс выноса песка из пласта при данном способе бурения является управляемым параметром, а впервые использованное противодавление жидкости в кольцевом пространстве между сплошной частью внешней колонны и стенкой скважины позволило снизить нагрузки на эту колонну и осуществлять контроль глубины бурения скважины.

Группа изобретений относится к горной промышленности и может быть использована для осушения и водозабора путем вскрытия восстающими или наклонно-восстающими дренажными скважинами одного или двух водоносных горизонтов, сложенных неустойчивыми породами, в частности песками. Применение при вскрытии рыхлых водоносных горизонтов восстающей скважиной внешней колонны с фильтровой частью, соосной с бурильной колонной и являющейся по отношению к ней защитной, которая за счет малых частот вращения и высоких крутящих моментов способна преодолевать силы трения, вызванного горным давлением, создание в кольцевом пространстве между стенками скважины и внешней поверхностью сплошной части внешней колонны столба жидкости, равного высоте столба от ее герметизатора до фильтровой части, который гасит гидростатический напор пластовых вод, а также введение регулируемого зазора между внешней и бурильной колоннами, создающего эффект дросселирования выпуска водопесчаной смеси из пласта, обеспечивает снижение нагрузок на бурильную и внешнюю колонны, позволяет управлять глубиной бурения и объемом выносимого из пласта песка, устраняет прихваты бурильной колонны, а также позволяет вскрывать более чем один напорный рыхлый водоносный горизонт. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сооружения восстающей скважины для вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризуется бурением по устойчивым породам до водоносного горизонта одной бурильной колонной труб, а вскрытием и бурением напорного рыхлого водоносного горизонта - под защитой дополнительной соосной с ней внешней колонны, верхнюю часть которой в зоне водоносного пласта выполняют фильтровой, при этом внешняя и бурильная колонны имеют одну общую подачу и вращаются с разными оборотами, обе колонны на верхнем торце формируют между собой регулируемый зазор с эффектом дросселирования для выпуска бурового шлама и пластового песка путем смещения по вертикальной оси одной или обеих колонн, при этом перед вскрытием напорного рыхлого водоносного горизонта в кольцевое пространство между сплошным участком внешней колонны и стенками скважины нагнетают жидкость до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от устья скважины до начала фильтровой части этой колонны, и поддерживают его в течение всего периода вскрытия и бурения этого пласта, предотвращение прорыва пластового песка через внутреннюю полость бурильной колонны труб осуществляют обратным клапаном, который устанавливают под буровым инструментом, сброс столба жидкости при наращивании бурильной колонны осуществляют через обратный клапан, который устанавливают в нагнетательной линии бурового насоса, бурильную колонну при наращивании удерживают подвешиванием на внешней колонне путем закрытия регулируемого зазора, после завершения бурения внешнюю колонну фиксируют и герметизируют в кондукторе устья скважины, устанавливают герметизатор бурильной колонны и извлекают ее.

2. Устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризуется наличием бурового агрегата, маслостанции, пульта управления, одного или нескольких буровых насосов, бурового инструмента, внешней колонны, бурильной колонны, герметизаторов внешней и внутренней колонн и кондуктора, при этом буровой агрегат включает нижнюю раму, снабженную шарниром с осью, вокруг которой поворачивается от 0 до 90° вверх нижнее основание бурового агрегата, устройство, фиксирующее угол поворота, направляющие, по которым гидроцилиндром подачи перемещается подвижная рама, на подвижной раме закреплены вращатель бурильной колонны, снабженный сальником-вертлюгом для подачи промывочной жидкости к буровому инструменту, и вращатель внешней колонны, снабженный проходным шпинделем, на котором установлено устройство захвата внешней колонны с возможностью передачи больших крутящих моментов на малых частотах вращения, обеспечивающих преодоление сил трения о горную породу при ее поступательном движении, буровой агрегат также снабжен захватным устройством для обеспечения возможности свинчивания-развинчивания бурильной и внешней колонн, подача вращателей вперед-назад осуществляется гидроцилиндром подачи, неподвижный конец которого закреплен на нижнем основании бурового агрегата, а шток - на подвижной раме, вращатель бурильной колонны снабжен устройством с возможностью его отвода перпендикулярно оси скважины по направляющим, установленным на подвижной раме, головная секция внешней колонны снабжена закрепленной в ней вверху опорной пятой с возможностью формирования запорного устройства с переходником бурового инструмента бурильной колонны для удержания бурильной колонны на весу и управления выносом бурового шлама и песка, в нагнетательной линии бурового насоса установлен сбросной клапан, а под буровым инструментом установлен обратный клапан.