Устройство для термического бурения скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B7/15 E21B33/13 E21B43/10 

связанными через редуктор с электродвигателем, питаемым от электрокабеля.i 5.Устройство по ппЛ-А, о т л и - ; чающееся тем, что, с целью обеспечения проведения каротажа сква.;(:;К,Л

I iv--;, - . .-, г

I - , : , ,

1 ;: . , ,

ErabtfpeTesHe отнрскцгся к области бурения сверхглубоких геотермальных , и исследовательских скважин, Известна установка для. роторного . способа бурения и его модификаций, где предусматривается создание уравновёшивающего давления и вынос разбуренной породы с помощью бурового раствора; передача моЬ,ности породоразрушающему инструменту и подача раствора на забой скважины с помощью колонны бурильных труб; поддержание стенок скважины при различных давлениях с , помощью колонны обсадных труб и прове дение каротажа и цементирования.

Недостатки этой установки и способа бурения - значительное снижение с глубиной скорости бурения сверхглубоких скважин, возможность обрьша от собственного веса колонны бурильных и обсадных труб.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для тер14ического бурения скважин, содержащее породоплавильный узел с нагревательным элементом и электрическим кабелем, средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины и средство для спуска породоплавильного узла в скважину.

Однако данное устройство не позволяет бурить сверхглубокие скважины, так как невозможно точно регулировать осевое усилие на породоплавильный узел, что снижает скорость бурения. Кроме того, при высоких температурах, большом поровом давлении и пластичности пород в сверхглубоких скважинах происходит сдавливание стенок скважины, и дальнейшее бурение ста- нет невозможным, т.е отсутствие обсадки скважины приводит к обрушеНИН)стенок. Производство последова- teahHoro закрепления скважин обсадными колоннами (т.е. после окончания бурения) снижает надежность установжины во врем-я бурения, оно снабжено трубами для размещения -автономных . , исследовательских средств, подвешенными на цепь элеватора.

ки обсадной колонны и скорость проходки сверхглубоких скважнн.

Целью изобретения является увеличение скорости проходки и.обеспечение одновременной с бурением обсадки сверхглубоких скважин, а также обес печение проведения каротажа скважины во время бурения,/

Цель достигается тем, что в устрой-; стве для термического бурения .Г; жин, содержащем породоплавильный узел с нагревательным элементом и электрическим кабелем, средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины и средство для спуска порог доплавильного узла в скважину, последнее выполнено в виде обсадной ко.лонны с узлами удержания и движения .. ее в скважине, расположенными в межтрубном пространстве между обсадной колонной и вывернутой наружу ее частью на расстояний друг от друга вдоль оси обсадной колонны, не

узлом выворачивания обсадной колонны, выполненным в виде дополнительного

.нагревательного элемента, вмонтированного в породоплавильньп1 узел, корпус

которого выполнен с направляющей верхней частью, обжатой обсадной колон- . ной, а средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины выполнегно в виде вертикального цепного трубного элеватора, смонтированного жестко на породоплавильном узле и имеющего узлы удержания и движения его, расположенные внутри обсадной колонны на расстоянии друг от друга вдоль оси - обсадной колонны

.Узел удержания и движения обсадной колонны в скважине выполнен в виг де полого цилиндра, в стенки которого в два ряда по окружности.вмонтиро ваны колеса, прижатые пружинами по; очередно.к обсадной колонне и к вывернутой наружу ее части и посаженные на карданные валы, соединенные .через понижающий редуктор с электродвига талями, питаемыми от электрокабеля.

Вертикальный цепной трубный элеватор выполнен в виде опорной трубы, закрепленной нижней частью на породоплавильном узле, а верхней частью . скрепленной с Х-образной фермой, в центре которой смонтирован желоб с цепью, соединенной через редукторы с электродвигателями, закрепленными на ферме на расстоянии друг от друга по ее длине, причем на цепи подвешены трубы с кернорвателем в нижней части для извлечения нерасплав-с ленной породы и трубы, заглушенные в нижней части и имеющие окна в верхней части для заполнения расплавленной породой,

Узел удержания и движения элеватора выполнен в виде закрепленного на Х-образной ферме блока с двумя рядаМи колес, прижатых пружинами к внутренней стенке обсадной колонны-и последовательно соединенных карданными валами, связанными через редуктор с электродвигателем, питаемым от электрокабеляо

Устройство снабжено также трубами для размещения автономных исследовательских средств, подвешенными на цепь элеватора.

На фиг. изображено описываемое устройство; на фиг,2 - укрупненный вид верхней части устройства с узлами удержания и движения обсадной колОнны и элеватора; на фиг,Э - укрупненный вид средней части устройства; на фиг о4 -. укрупненный вид нижней части устройства в момент забора нерасплавленной породы; на сечение А-А на фиг,2,

Устройство состоит из породоплавильного узла, вьшолненного из тугоплавкого металла в виде полого цилиндра 1, в стенке которого в нижней части :вмонтирован: электронагревательный элемент 2 для плавления породы, а в верхней части - электронагревательный элемент 3 для регулируемого нагрева торца обсадной колонны 4, Верхняя направляющая часть 5 породоплавильного узла имеет меньший наружный диаметр и служит направляющей для обсадной колонны 4, для ввода эпектро кабеля (не показано) и для соедине-; ния.породоплавильного узла через опорную трубу 6 с Х-образными фермами 7 вертикального цепного трубного элеватора 8,, Узел 9 удержания и движения обсадной колонны 4 состоит из корпуса

10 в виде полого цилиндра, в стенки которого по всей окружности в два ряда вмонтированы колеса 11, последовательно соединенные карданными валами 2 через понижающий обороты редуктор 13 с регулируемым электродвигателем 14, Четные колеса с необходимой си- лой прижаты пружинами 15 к внутренней поверхности вьшернутой наружу части 16 обсадной колонны 4, а нечетные колеса прижаты пружинами к наружной поверхности обсадной колонны 4, Узлы 9 удержания и движения обсадной колонны 4 размещены на определенном

5 расстоянии друг от друга вдоль оси обсадной колонны (т.е, по всей глубине скважины) и соединены между собой кабелями (не показаны).

Вертикальный цепной трубный элева0тор 8 состоит из установленной внутри обсадной колонны 4 опорной трубы 6, соединенной с породоплавильным узлом. На трубу 6 устанавливаются и крепятся Х-образные металличес5кие фермы 7 элеватора, в центре с той и другой стороны имеется направляющий для цепи 17 желоб 18, К цепи 17 на определенном расстоянии одна от другой последовательно подве0шены породоприемные длинные (для исключения работы вращающихся частей - элеватора в зоне повышенных.температур) трубы: труба 19 для удаления нерасплавленной породы в нижней час5ти имеет кернорватель 20 и труба 2 : для расплавленной породы заглушена снизу, а сбоку имеет окна .22 для заполнения,

Кроме этого, к цепи 17 подвешены

0 в нео бходимом количестве короткие ; трубы 23 для размещения в них автономных исследовательских устройств, Привод элеватора 8 осуществляется электродвигателем 24 через понижаю. щий обороты редуктор 25. С целью равномернога распределения нагрузки на | цепь 17 элеватора 8, силовые агрега-: ты, закреплены на определенном рас- стоянии дрз от друга на фермах 7

0 элеватора 8 по всей длине элеватора ; и соединены электрокабелем (не показан).

Узел 26 удержания к движения элеватора 8 изготовлен в В1ще силовых

5 блоков, которые закреплены параллель но на опр еделенном расстоян1ш друг от друга по всей длине элеватора 8 на фермах 7 и соединены между со-,; бой электрокабелем (не показан). В корпусе каждого блока вмонтированы в два ряда колеса 27, последовательно соединенные карданными валами 28 через понижающий обороты редуктор 29 с электродвигателем 30. Каждое колес 27 прижато пружиной 31 к.внутренней поверхности обсадной колонны 4. Установка работает следующим образом. На породоплавильный узел, находящийся на поверхности земли, устанав ливается и закрепляется опорная труба 6, фермы 7 вертикального элеватора, элеватор 8 с приводом и электрокабелем, затем на породоплавильный узел торцом устанавливается разрезна вдоль обсадная колонна, 4 (разрез необходим для пропуска внутрь, нее элек трокабелей). После этого разрез зава ривается электросваркой (при помощи электросварки происходит и наращивание обсадной колонны 4), При включении электротока и разогрева породо плавильного уз:ла от элемента 2 до I200-1бОО С порода под ним плавится и устройство погружается в образующуюся скважину Одновременно торец обсадной колонны 4 при разогреве элемента 3 в породоплавильном узле нагревается до размягчения и под усилием сначала собственного веса, а потом (при достаточном углублении устройства в скважину) и регулируемого веса (регулирование осуществляется узлом 9 удержания и движения обсадной колонны 4) станет деформироваться в стороны наименьшего сопро тивления (от центра к периферии), т.е, вьшорачиваться наизнанку. Затем разогретая часть обсадной колонны 4, соприкасаясь с расплавленными стенками скважины, вместе с ними oc тывает и прекращает деформироваться, остёкловьтается и прочно соединяется с породой, В образовавшееся между колонной 4 и вывернутой ее частью 16 пространство на определенном расстоя НИИ друг от друга устанавливаются узлы 9 удержания и движения колонны 4, которые ограничивают вес колонны 4 и регулируют скорость обсадки. 06. ра зовавшийся внутри породоплавильногр узла с оплавленными краями керн поступает внутрь опускаемого на него йо время работы вертикального элеват :ра 8, в точнее в трубу 19, где кернорватель 20 заклинивает его и при движении трубы вверх отрывает от за.. боя, после чего вместес трубой 19 KepHi вьиосится на поверхность. Оставшуюся расплавленную породу принимает труба 21, в которую она поступает черен боковое окно 22, На поверхности земли трубы отсоединяются, содержимое из них удаляется, а цепь 17 элеватора 8, поступающая в скважину по мере ее углубления, наращивается, К ней подвешиваются трубы 19,21, 23, и цикл повторяется. Для исследования скважины к цепи 17 подвешиваются короткие трубы 23, в которые помещаются автономные исследовательские устройства, извлекаемые на поверхность ( после исследования .скважины. Узел 26 . удержания и движения элеватора 8 передает часть веса элеватора через колеса 27 на колонну 4 и позволяет регулировать оборотными двигателями давление, осевое усилие, приходящееся от веса элеватора на породоплавильный узел, Весь процесс бурения контролируется и происходит при помощи ЭВМ, Скважина должна быть заполнена буровым раствором соответствующей плотности. В случае завершения бурения извлечение оборудования из скважины пронсходит следующим образом. Включаются узел 9 удержания и движения колонны , 4, вертикальный элеватор 8, узел 26 удержания и движения элеватора 8 и электронагревательный элемент ; 2, Электронагревательный элемент 3 : перегревает торец обсадной колонны 4, после чего узел 9 включается на подъем, перегретая часть колонны 4 разрывается и все оборудование вместе с породоплавильным узлом поднима поверхность Использование данного устройства : , для бзфения с одновременной обсадкой , скважины обеспечивает по сравнению с существующими устройствами бурение скважин в любых геологических условиях диаметром до трех метров и более на глубину до 30 км и более; сокращение сроков и снижение стоимости бурения сверхглубоких скважин;: а также; бурение сверхглубоких скважин в городах и энергоемки :, промышленных

районах с целью подученкя вечной дешевой незагрязненной и не нарушаю /// ///. Ф

п-

Фид.1

щей окружающую среду геотермальной энергиис

Фиг. г

19

Фиг.Ь

,4 А-А Ш.5 /г