Способ ударного бурения с одновременной обсадкой трубами Советский патент 1989 года по МПК E21B7/20 E21B1/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам ударного бурения с одновременной обсадкой трубами в породах, требующих закрепления, и предназначается для бурения скважин диаметром более 150 мм и глубиной до 50 м.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем увеличения предела глубины погружения обсадной колонны за счет снижения сил сопротивления движению колонны при одновременном частичном закреплении стенок скважины.

На фиг, 1 показан пример сборки обсадной колонны для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2-5 - последовательно наращиваемые трубы, сечение; на фиг, 6 - номограмма для определения параметров бурения.

Способ осуществляют следующим образом.

Сбрасывая подвешенное на канате долото (не показано), диаметр которого меньше внутреннего диаметра обсадной трубы 1} производят бурение на определенную глубину Извлекают долото из скважины и устанавливают первую обсадную трубу 1,связанную через соединительный элемент 2 с коротким переходником, оканчивающимся башмаком 3, Установленная обсадная труба будет иметь частичный контакт с поверхностью ствола скважины. По верхнему торцу установленной трубы наносят удары свободно падающим забивным снарядом (не показан), в результате чего происходит срезание выступа в породе, образующегося за счет разницы в диаметрах долота и башмака, и погружение обсадной трубы 1, По мере продвижения внутренняя полость трубы заполняется разрыхленным грунтом, который извлекают с помощью буровой желонки (не показана).

При наращивании обсадной трубы 1 ось второй трубы 4 смещают в поперечном направлении относительно оси предыдущей трубы и поворачивают вокруг оси скважины. Для определения длины труб, составляющих обсадную колонну, и последовательности их наращивания используется метод расчета, основанный на предпосылке о возможности пэоходки без закрепления определенного интервала ствола скважины при условии частичного закрепления вышележащих участков. Длина устанавливаемой на данном интервале обсадной трубы должна быть меньше или равна предельной высоте Незакрепленного интервала и определяется в соответствии с соотношением

Lo

2,41С - 0,5ffHtg(Ј - |)

)

ч

LO - расчетная длина наращиваемой обсадной трубы, см; С - сцепление грунта, кг/см2; Ц - угол внутреннего трения грунта, град;

0

5

0

jj4 - удельный вес грунта, кг/см3 ;

Н - расстояние от устья скважины до нижней границы рассчитываемого интервала, см.

После установки второй обсадной трубы 4 снова продолжают операции разрушения забоя долотом, принудительного погружения второй обсадной трубы, извлечения желонированием разрушенной породы и т.д.

Пример. Проектная глубина скважины Н пр составляет 2200 см, а физико-механические свойства пород характеризуются следующими показателями: С 0,5 кг/см2; Ц 30°; $ 0,0018 кг/см3. Тогда длина самой нижней трубы обсадной колонны на проектной глубине равна: L 117 см «; 1,2 М.

Предельная высота вышележащего интервала скважины определяется так:

5

0

5

0

5

0

5

Н Н

пр

- L:

2083 см.

Тогда L0 234 см « 2,3 м.

Продолжив расчет, получим следующие длины секций: 4,7 м на глубине 18,5 м и 9,4 м на глубине 13,8 м от поверхности земли.

Общая глубина скважины 22 м разбивается, считая от забоя л на интервалы длиной 1,2; 2,3; 4,7; 9,4 ми оставшийся до устья скважины интервал длиной 4,4 м. Эти оставшиеся 4,4 м ствола скважины могут поддерживаться секцией трубы, укороченной по сравнению с расчетной длиной до 4,4 м.

На основе полученных данных общая длина обсадной колонны составляет 22 м.

В соответствии с расчетным рядом длин обсадных труб после погружения первой трубы на всю длину (1,2 м) к ней присоединяют с помощью соединительного элемента вторую обсадную трубу (2,3 м).

Если первая труба занимала, например, позицию, как показано на фиг. 2, то вторая труба должна быть установлена в позиции, как показано на фиг. 3. Дальнейший процесс бурения с последовательным наращиванием и поворотом (фиг. 4 и 5) обсадных труб расчетной длины проходит аналогично.

Так как значения длин труб зависят от физико-механических свойств разбуриваемых пород, то для их определения может быть использован график, представленный на фиг. 6. С помощью графика могут быть также определены предельные глубины погружения обсадной колонны, соответствующие заданным параметрам грунта.

При наращивании обсадной колонны поперечное смещение каждой последующей трубы относительно оси предыдущей на величину эксцентриситета е и поворот вокруг оси скважины по отношению к оси предыдущей трубы с учетом допустимой длины трубы, определяемой из условий устойчивости стенок скважины при частичном поддержании их трубой, обеспечивают увеличение предела глубины погружения обсадной колонны за счет снижения сопротивления продвижению колонны при устойчивости состоянии свободной от закрепления поверхности ствола скважины.

скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем увеличения предела глубины погружения обсадной колонны за счет снижения сил сопротивления движению колонны при одновременном частичном закреплении стег- нок скважины, при наращивании обсадной колонны ось каждой последующей трубы смещают в поперечном направлении относительно оси предыдущей трубы и поворачивают вокруг оси скважины, причем длину каждой последую5 Щей трубы определяют в соответствии с соотношением

Lo 20

2,41С - Of5JHtg(|-) O.SftgCf -)

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ,В ЧАСТНОСТИ, К СПОСОБАМ УДАРНОГО БУРЕНИЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ОБСАДКОЙ ТРУБАМИ /Т/ В ПОРОДАХ, ТРЕБУЮЩИХ ЗАКРЕПЛЕНИЯ, И ПРЕДНАЗНАЧЕНО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН ДИАМЕТРОМ БОЛЕЕ 150 ММ И ГЛУБИНОЙ ДО 50 М. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ПУТЕМ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРЕДЕЛА ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ КОЛОННЫ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ЧАСТИЧНОМ ЗАКРЕПЛЕНИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ. СПОСОБ ВКЛЮЧАЕТ РАЗРУШЕНИЕ ЗАБОЯ УДАРНЫМ ДОЛОТОМ, ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ПОГРУЖЕНИЕ ОБСАДНЫХ Т, ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПОРОДЫ ИЗ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ Т И НАРАЩИВАНИЕ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ПО МЕРЕ УГЛУБЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ. ПРИ НАРАЩИВАНИИ ОСЬ КАЖДОЙ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ Т СМЕЩАЮТ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ПРЕДЫДУЩЕЙ Т НА ВЕЛИЧИНУ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТА И ПОВОРАЧИВАЮТ ВОКРУГ ОСИ СКВАЖИНЫ. ДЛИНУ КАЖДОЙ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ Т ОПРЕДЕЛЯЮТ В СООТВЕТСТВИИ С СООТНОШЕНИЕМ L₀=2,41C-0,5*98ГНТG(*98П/4-Ψ/2)/0,5*98ГТG(*98П/4-Ψ/2), ГДЕ L₀ - РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА НАРАЩИВАЕМОЙ Т, СМ

С - СЦЕПЛЕНИЕ ГРУНТА, КГ/СМ²

Ψ - УГОЛ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ГРУНТА, ГРАД

*98Г - УДЕЛЬНАЯ МАССА ГРУНТА, КГ/СМ³

Н - РАССТОЯНИЕ ОТ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ ДО НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ РАССЧИТЫВАЕМОГО ИНТЕРВАЛА, СМ., ПРИ ЧАСТИЧНОМ ПОДДЕРЖАНИИ ИХ ТРУБОЙ. СМЕЩЕНИЕ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ КАЖДОЙ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ СЕКЦИИ ОБЕСПЕЧИВАЕТ НЕПОЛНЫЙ КОНТАКТ КОЛОННЫ СО СТЕНКАМИ СКВАЖИНЫ, ЧТО ПОВЫШАЕТ УСТОЙЧИВОСТЬ НЕЗАКРЕПЛЕННОГО УЧАСТКА СТВОЛА И СНИЖАЕТ СИЛУ ТРЕНИЯ, ПРЕПЯТСТВУЮЩУЮ ПОГРУЖЕНИЮ КОЛОННЫ. 6 ИЛ.

Формула изобретения

Способ ударного 0урения с одновременной обсадкой трубами, включающий разрушение забоя ударным долотом, принудительное погружение обсадных труб, извлечение породы из внутренней полости трубы и наращивание обсадной колонны по мере углубления

V.vt

Фиг.

где L0 - расчетная длина наращиваемой трубы, см;

С - сцепление грунта, кг/см ;

Ч - угол внутреннего трения грунта, град;

У - удельный вес грунта, кг/см3 ,

Н - расстояние от устья скважины до нижней границы рассчитываемого интерзала, см.

ФхгМ

О

to

1520

Фиг.6

i5

W Н,н