Установка для исследования процессов бурения скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B21/00 

1

(21)4658123/03

(22)02.03.89

(46) 23.02.91. .Вкш. № 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костикова (72.) В.М.Беляков, Г.М.Краснощекое и В.И.Битюцкий (53) 622.243.14 (088.8) ,(56) Штур В.Б. и др. Регулирование перепада давления в зоне разрушения породы при бурении нефтяных и газовых скважин. - Обзорная информация. Сер. Бурение, вып. № 20, М.: ВНИИОЭНГ, 1982, с. 9.

Там же, с. 7,8, рис. 4, 5.

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к технике бурения скважин и предназначено для моделирования процессов бурения Цель - повышение достоверности исследований объемной фильтрации промывочных растворов в процессе бурения горных пород. Буровая камера (БК) 1 установки выполнена с поддоном 2 и крышкой.3 с отверстием для пропуска в БК бурового снаряда (БС) 4, Посредством трубопровода 10 БК 1 сообщена с уравнительным баком 8, выполненным в виде напорной герметичной емкости, и насосом 12. Всасывающая линия 11 о

СО

щ

Фиг.1

насоса 12 связана с приемным баком 9, а нагнетательная - с трубопроводом 13 для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд 4, причем баки 8 и 9 установлены последовательно и сообщены между собой. Внутри БК 1 размещены цилиндрические кольцевые разборные секции 14 с наружными жесткими фильтрующими стенками 15 и цилиндрическими кольцевыми надувными элементами (НЭ) 16. Последние устанавливаются выше долота друг над другом на БС 4. Количество и высота секций 14 соответствует количеству

Изобретение относится к технике бурения скважин, в частности к стендам для моделирования процессов бурения, и может быть использовано при определении объемной фильтрации промывочной жидкости.

Целью изобретения является повышение достоверности исследований объемной фильтрации промывочных растворов в процессе бурения горных пород.

На фиг.1 показана схема установки для исследований процессов бурения скважин ; на фиг.2 - разборные цилиндрические кольцевые секции, установленные в них надувные элементы и их соединения между собой.

Установка содержит буровую камеру 1 с поддоном 2 и крышкой 3 с отверстием для пропуска бурового снаряда 4 в буровую камеру 1. Имеются средства измерения давления промывочной жидко- сти в буровой камере 1. выполненные в виде пьезометров 5, соединенных с манометрами 6. Крышка 3 оборудована сальниковым уплотнителем 7. Последовательно установлены и сообщены между собой уравнительный бак 8 в виде напорной герметичной емкости и приемный бак 9. Буровая камера 1 сообщена трубопроводом 10 с уравнительным баком 8. Всасывающая линия 11 насоса 12 связана с приемным баком 9, а нагнетательная - с трубопроводом 13 для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд 4. В буровой камере 1 размещены цилиндрические кольцевые разборные секции 14 с наружными жесткими фильтрующими стенками 15 к цилиндрические кольцевые надувные -элементы 16, устанавливаемые выпи, ц глота друг над дру

и высоте НЭ 16. Для упрощения демонтажа стенки 15 внутренние поверхности НЭ 16 имеют пазы. Полости НЭ 16

сообщены между собой трубками с обратными клапанами. После пробурива-- ния породы до дна БК 1 прекращают циркуляцию промывочной жидкости отключением насоса 12. По мере сбрасывания давления в БК 1 воздух через трубки, отжимая обратные клапаны, попадает внутрь НЭ 16. Расширяясь, НЭ 16 прижимается к стенкам разбуренного песка в секциях 14, удерживая его от обрушения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

r

о 5

0

5

гом на буровом снаряде 4, Количество и высота разборных секций 14 соответствует количеству и высоте надувных элементов 1б, Кроме того, установка включает компрессор 17 с воздуховодом 18 и сливной трубопровод 19. В поддоне 2 имеется сливной вентиль 20.

Разборные секции 14 имеют неразборные части 21 с проволочной латунной сеткой 22 и горизонтальные кольца 23, соединенные между собой. Эластичные надувные элементы 16 соединяются между собой посредством трубок 24 с нагнетательными отверстиями 25, вставленных в резиновые манжеты 26 (ниппели) и имеющих обратные клапаны 27 в виде шарика с пружиной. Кроме того, на внутренней (жесткой) поверхности надувных элементов имеются пазы 28, а на наружных жестких стенках 15 секций 14 - пазы 29.

В воздуховод 18 встроен редуктор 30.

В качестве бурового снаряда 4 используется двойная бурильная труба с сальником-вертлюгом и долотом, оборудованная ниппелями (не показаны) для присоединения к трубкам 24 верхнего надувного элемента 16 и подачи по одному из ее каналов воздуха.

Установка работает следующим образом.

Например, предлагается исследовать процесс бурения обводненного пласта, залегающего на глубине 100 м, сложенного, например, из среднезернистого кварцевого песка г 0,25-0,5 мм, с использованием в качестве промывочного агента - 5%-ного раствора моди- фициро7)анного крахмала .

Внутрь боковой камеры 1 установки представляющей собой металлическую цилиндрическую емкость, диаметр и высота которой одинаковы и равны 1000 мм, при снятой крышке 3 устанавливают поочередно по всей высоте камры друг на друга металлические разборные разделительные цилиндрические кольцевые секции 14 с фильтрующими боковыми перфорированными стенками (внутренние стороны которых покрыты мелкоячеистой проволочной латунной сеткой 22 гладкого плетения № 24) высотой 200 мм каждая, а наружным диаметром 900 мм и внутренним диаметром горизонтальных колец 23-100 мм, установленных и закрепленных болтами к неразборным частям 21 секций 14 после заполнения их песком. Диаметр секций 14 зависит от толщины исследуемого слоя породы.

Песок после установки всех секций 14 в буровую камеру 1 насыщают водой с помощью сливного вентиля 20 до установления уровня воды у верха буровой камеры.

После этого на буровой снаряд 4, пропущенный через сальниковое уплотнение 7 и крышку 3 камеры 1, при снятом буровом долоте снизу вверх поочередно надевают пять сдутых надувных элементов 16 высотой 200 мм, которые соединяют между собой посредством трубок 24, вставленных в резиновые манжеты 26 (ниппели). Трубки 24 имеют внутри обратные клапаны 27 в виде шариков с пружинами, перекрывающие внутренние нагнетательные отверстия 25.

Верхние трубки 24 надувных элементов вставляются в ниппели, установленные на буровом снаряде 4.

Включают насос 12, с помощью которого по нагнетательной линии - трубопроводу 13 через буровой снаряд 4 подают в буровую камеру 1 промывочную жидкость - 5%-ный раствор модифицированного крахмала, которым предварительно полностью заполняют уравнительный бак 8 объемом 2 м3 , а также наполовину - приемный металлический бак 9 объемом 1 м3. С помощью вентилей, встроенных в нагнетательную линию 13 и линию, соединяющую уравнительный и приемный баки 8 и 9, устанавливают в буровой камере 1 давление 10 атм, соответствующее глубине залегания обводненного пласта, равно0

5

0

5

го 100 м, при этом скорость восходящего потока промывочной жидкости 0,2 м/с. После этого начинают разбу- ривание песка буровым снарядом, который представляет собой двойную бурильную трубу длиной 3000 мм, в нижней части которой находится долото диаметром 98,4 мм. Выбуриваемая порода (шлам) выносится по трубопроводу 10 (отводящей линии) промывочной жидкостью в уравнительный бак 8, где она оседает на дно, а промывочная жидкость продолжает свою циркуляцию.

В процессе разбуривания производят замеры давления, фиксируя показания пьезометров 5, фильтровые части которых установлены в песчаной породе вертикально на различном расстоянии от центра образуемой скважины (5- 10 см), а также через каждые 5 мин с помощью сливного трубопровода 19 и мерной емкости замеряют количество отфильтровавшейся промывочной жидкости через слой песчаной породы.

Когда буровой снаряд пробурит породу до дна буровой камеры 1, процесс бурения прекращают и включают компрессор 17. С помощью редуктора 0 30, встроенного в воздуховод 18,

устанавливают давление в нем, равное 0,3 атм (ориентируясь на известное давление, необходимое для удержания стенок обводненного песка при бурении с водой). Отключают насос 12, в результате чего прекращается циркуляция промывочной жидкости и происходит сбрасывание давления в буровой камере 1. Но мере сбрасывания давления в буровой камере 1 воздух по воздуховоду 18, двойной бурильной трубе, через трубки 24, отжимая обратные клапаны 27, попадает внутрь эластичных надувных элементов 16, которые, расширяясь, прижимаются своими наружными поверхностями к стенкам разбуренного песка, находящегося в кольцевых секциях 14,удерживая его от обрушения. Затем, отключив компрессор 17, прекращают подачу воздуха и сливают остатки промывочной жидкости через вентиль 20 в поддоне 2.

При этом обратные клапаны 27 не позволяют воздуху выйти из эластичных надувных элементов 16,

После этого удаляют поддон 2 буровой камеры 1 и снимают буровое долото . Откручивают и приподнимают крышку 3 буровой камеры 1 и извлекают из

5

0

5

0

5

нее буровой снаряд, придерживая сверху эластичные надувные элементы 16, чтобы предотвратить их смещение и освободить от ниппелей 26, расположенных на поверхности бурового снаряда.

Через отверстие внизу буровой камеры 1 вставляют в пазы 28 второго по счету сверху надувного элемента 1Ь зажим-держатель, а в пазы 28 первого элемента 1b и пазы 29 цилиндрической кольцевой разборной секции 14 через верх буровой камеры 1 устанавливают зажим-извлекатель и, удержива второй элемент 1b зажимом, извлекают без смещения верхнюю цилиндрическую секцию 14, внутри которой находится первый надувной элемент 16.

Извлеченная цилиндрическая секция 14 с надувным элементом 1b устанавливается на лабораторном столе и разбирается. Подробно исследовав произошедшие в процессе бурения изменения

в песчаной породе, заключенной в этой 25 снаряде выше долота, причем количестсекции, подобным же образом извлекают, разбирают вторую сверху секцию, и изучают изменения, произошедшие в заключенном в ней грунте. Таким же образом поступают и с остальными сек- циями.

Формула изобретения

,-

0

го снаряда в буровую камеру, средства измерения давления промывочной жидкости в буровой камере, последовательно установленные и сообщенные между собой уравнительный бак в виде напорной герметичной емкости и приемный бак, трубопровод, сообщающий буровую камеру с уравнительным баком и насос, всасывающая линия которого связана с приемным баком, а нагнетательная - с трубопроводом для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности исследований объемной фильтрации промывочной жидкости в процессе бурения горных пород, она снабжена размещенными в буровой камере цилиндрическими кольцевыми разборными секциями с наружными жесткими фильтрующими стенками и цилиндрическими кольцевыми надувными элементами для установки последних друг над другом на буровом

во и высота разборных секций соответствует количеству и высоте надувньга элементов.

3.Установка по п.1, отличающая с я тем, что, с целью упрощения демонтажа, наружные стенки разборных секций и внутренние поверхности надувных элементов имеют пазы.