Способ неметаллического крепления скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B33/00 E21B33/13 

Изобретение откосится к горному, геолого-разведочному и строительному делу, в частности к неметаллическому креплению скважин в значительно обводненных горных породах.

Известны способы неметаллического крепления глубинных нефтегазовых и геолого-разведочных скважин, заключающиеся в нагнетании в них растворов синтетических смол (смолизация), образующих под действием отвердителей прочные водонепроницаемые соединения, связывающие породы

в стенках скважин в сплошной массив, или в нагнетании битумной смеси в расплавленном состоянии (горячая битумизация) через буровой став в зону поглощения, или в подаче нагретых битумных цилиндров (холодная битумизация) в скважины, вдавливании их в стенки при помощи деревянного клина и последующем разбуривании клина и оставшейся части укрепляющих смесей.

Недостатками известных способов является то, что они не могут обеспечить быстрого крепления скважин и неприемлемы

для их гидроизоляции из-за сложности, громоздкости и высокой стоимости всего комплекса операций.

Наиболее близким к изобретению является способ неметаллического крепления взрывных скважин, заключающийся в подаче вяжущего, например асфальтобетона, через устье скважины и последующем задавливании его в стенки скважины буровым инструментом, при этом вяжущее подают в затрубное пространство в процессе бурения, причем в момент подачи вяжущего осевое усилие на рабочий орган и скорость вращения бурового става снижают в 1,5-3,5 раза по отношению к номинальным, а после заполнения затрубного пространства вяжущим увеличивают скорость вращения бурового става до номинальной и поддерживают ее в течение 1-2 мин.

Наиболее близким к устройству - рабочему наконечнику бурового инструмента для неметаллического крепления скважин - является шарошечное долото - рабочий наконечник бурового инструмента для бурения скважин, включающее соединительный (с нижней штангой бурового става) ниппель, содержащий в центральном канале сопло для подвода сжатого воздуха.

Недостаток известного способа и устройства (рабочего наконечника) заключается в том, что они не предотвращают водоприток в пробуренные скважины. Это объясняется тем, что указанный способ предназначен для надежного и быстрого крепления значительно разбуренных, неустойчивых, склонных к обрушению устья и верхней (обычно до 3 м, реже 3-5 м) части скважин, а шарошечное долото - для вдавливания вяжущего в стенки в этой (верхней) части скважин поверхностью своих лап при кратковременной расходке (вверх-вниз) бурового инструмента и для разрушения забоя вооружением своих шарошек при углубке скважин. Указанные способ и устройство крепления скважин не предохраняют их от обводнения приточными (пластовыми) водами через трещиноватые, но устойчивые стенки скважин ниже верхней их части и через забой.

Целью изобретения является повышение эффективности крепления скважин путем закрытия трещин на их забое и в стенках по всему стволу скважин вяжущим.

Использование предлагаемого способа неметаллического крепления скважин и конструкции устройства для его осуществления позволяет применять, например, для отбойки значительно обводненных горных пород водонеустойчивые относительно дешевые взрывчатые вещества- (ВВ) вместо

обычно применяемых в этих условиях водоустойчивых дорогих В В, что предопределяетполучениесущественногоэкономического эффекта. Кроме того, при

замене водоустойчивых ВВ, имеющих отрицательный кислородный баланс, водоне- устойчивыми ВВ с положительным кислородным балансом будет иметь место значительное снижение выделения вредных

газов при массовых взрывах, что предопределяет существенный социальный эффект по экологической защите окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что

согласно способу неметаллического крепле- ния скважин, включающему спуск калибрующего устройства в скважину на буровом ставе, подачу вяжущего, например асфальтобетона, в затрубное пространство и последующее задавливание вяжущего в стенки скважины вращением калибрующего устройства, перед спуском калибрующего устройства, на забой скважины подают первую порцию вяжущего, а калибрующее устройство вращают со скоростью поддерживающей пластичное состояние вяжущего на забое, и с осевым усилием, обеспечивающим полное насыщение трещин забоя пластичным вяжущим. Подачу и врзщение калибрующего устройства прекращают, а воду из скважины удаляют продувкой сжатым воздухом. В затрубное пространство скважины подают вторую порцию вяжущего, одновременно поднимают

калибрующее устройство и вращают его со скоростью, поддерживающей пластичное состояние вяжущего по стволу скважины до устья. На вяжущее в затрубном пространстве скважины при подъеме вращающегося

калибрующего устройства воздействуют воздушной струей под углом вверх от забоя. При этом подачу сжатого воздуха снижают до величины, обеспечивающей отдув и закрепление вяжущего на стенках скважины.

Устройство для неметаллического крепления скважин, включающее буровой став, со- единительный ниппель, калибр и центральное сопло, снабжено радиальными соплами, коллектором и рабочим конусом,

при этом калибр выполнен в виде полого цилиндра с глухим днищем, коллектор жестко соединен с центральным соплом и размещен внутри калибра, а радиальные сопла установлены на боковой поверхности рабочего конуса, меньшим основанием, соединенным с соединительным ниппелем, а большим основанием - с калибром.

Коллектор с радиальными соплами, рабочий конус с калибром и днищем обеспечивают крепление забоя и стенок по всему стволу скважин до устьев.

На фиг. 1-3 представлена схема реализации способа неметаллического крепления скважин; на фиг.4 - схема устройства для осуществления способа, разрез.

Устье 1 (фиг.1) пробуренной скважины 2 связано через ее створ с забоем 3. на который подают вяжущее 4. Буровой инструмент

5на конце имеет калибрующее устройство

6для крепления вяжущим в первую очередь забоя. Инструмент с калибрующим устройством используют при продувке скважины (фиг.2) от приточной воды 7. Через затруб- ное пространство 8 (фиг.З) вяжущее подают к калибрующему устройству. Для отдува вяжущего к стенкам скважины используют струю 9 сжатого воздуха, подаваемого через калибрующее устройство. Гильзу из вяжущего 10 по всему стволу скважины образуют калибрующим устройством при его быстром вращении и подъеме доверху. Калибрующее устройство (фиг.4) состоит из соединительного (резьбового) ниппеля 11, центрального сопла 12 и коллектора 13, жестко связанных между собой. Коллектор выполнен с патрубками 14 и радиальными соплами 15, закрепленными в боковой поверхности рабочего конуса 16, жестко соединенным с калибром 17, снабженным днищем 18 Наконечник при помощи ниппеля соединяют с нижней штангой 19 бурового става.

Пример Предлагаемый способ неметаллического крепления скважин и устройство для его осуществления могут быть реализованы в условиях, например, ра зра- ботки месторождений открытым способом На карьере буровым станком, например СБШ-250МН-32 в значительно обводненных, но устойчивых горных породах крепостью, например 14-16 баллов по шкале проф. М.М. Протодьяконова пробурена взрывная скважина диаметром 260 мм и глубиной 18,5 м. После интенсивной ее продувки сжатым воздухом от компрессорной установки (на буровом станке) в течение 6-8 мин и, следовательно, удаления шлама и воды, буровой инструмент из скважины поднимают, с нижней штанги долото снимают и накручивают калибрующее устройство. Затем через устье 1 (фиг.1) пробуренной скважины 2 на ее забой 3 подают первую порцию вяжущего4 массой 10,6-15,9 кг(при диаметре скважины 260 мм, необходимой толщине слоя вяжущего на забое 10-15 см и его плотности 2000 кг/м3) в размягченном, пластичном состоянии. И сразу же (после подачи вяжущего) в скважину опускают (без вращения и подачи воздуха) буровой став 5 с калибрующим устройством 6 В моменте

контакта последнего с вяжущим на забое, буровому ставу задают вращение, например 140-150 об/мин, поддерживающее пластичное состояние вяжущего на забое, и осевоеусилие, например 104-2 104Н,обеспечивающего полное насыщение трещин забоя пластичным вяжущим. После этого (фиг.2) подачу и вращение калибрующего устройства прекращают, а воду 7 из скважины

0 удаляют интенсивной (57-64 м3/мин) продувкой сжатым воздухом. После продувки в затрубное пространство 8 скважины подают вторую порцию вяжущего (фиг.З), одно- временно поднимают калибрующее

5 устройство и вращают его со скоростью, например 140-150 об/мин, поддерживающий пластичное состояние вяжущего по стволу скважины до устья. На вяжущее в затрубном пространстве скважины при подъеме вра0 дающегося калибрующего устройства воздействуют воздушной струей 9 под углом вверх от забоя. При этом подачу сжатого воздуха снижают до величины, например 6-8 м3/мин, обеспечивающей отдув и за5 крепление вяжущего на стенках скважины. В процессе подъема калибрующего устройства формируют гильзу 10 из вяжущего по всему стволу скважины массой, например 334-490 кг, при толщине стенки гильзы 100 15 мм в зависимости от степени разбурива- емости скважин.

Устройство (фиг.4) для неметаллического крепления скважин диаметром, например 260 мм, работает следующим образом.

5 При помощи соединительного ниппеля 11 комбинирующее устройство ввинчивают в нижнюю штангу 19 бурового става, который опускают до забоя, куда предварительно подают вяжущее в пластичном

0 состоянии. Сразу же буровому ставу задают максимальные обороты и при минимальной подаче днищем 18 диаметром, например 230-240 мм, вдавливают размягченное вяжущее в трещины забоя, закрепляя его. При

5 этом сжатый воздух к забою не подают, что бы не оторвать вяжущее от забоя. После

крепления забоя скважину через канал в

штангах бурового става, а также через

центральное сопло 12 диаметром, напри0 мер 36 мм, коллектор 13. четыре патрубка 14 каждый диаметром, например 20 мм, и четыре радиальных сопла Т5 каждый диаметром, например 18 мм, калибрующего устройства интенсивно (максимальным количеством

5 сжатого воздуха) в течение 3-5 мин продувают от приточной воды в случае ее поступления за время крепления забоя. При непоступлении приточной воды эту операцию, естественно, не производят. Сразу же после интенсивной продувки скважины (еели в том есть надобность) подачу сжатого воздуха снижают, например в 7-10 раз, и одновременно в затрубное пространство скважины подают вяжущее. Воздействие воздушной струи на вяжущее через сопла 15 под углом, например 25°, от забоя предупреждает образование сальников (налипание вяжущего) на рабочем конусе 16 и штанге 19 и одновременно способствует закреплению вяжущего на стенках скважины. При этом задают максимальные обороты калибрующему устройству и в процессе медленного подъема его доверху скважины формируют гильзу из вяжущего, вдавливая его в стенки быстро вращающимися рабо- чим конусом 16 и калибром 17.

Формула изобретения 1.Способ неметаллического крепления скважин, включающий спуск алибрующего устройства в скважину на буровом ставе. подачу вяжущего, например асфальтобетона в затрубное пространство и последующее задавливание вяжущего в стенки скважины вращением калибрующего устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности крепления, перед спуском калибрующего устройства на забой скважины подают первую порцию вяжущего, а калибрующее устройство вращают со скоростью, поддерживаю- щей пластичное состояние вяжущего, и с осевым усилием, обеспечивающим полное

Фиг.1

насыщение трещин забоя пластичным вяжущим, после этого подачу и вращение калибрующего устройства прекращают, а воду из скважины удаляют продувкой сжатым воздухом, после чего в затрубное пространство скважины подают вторую порцию вяжущего, одновременно поднимают калибрующее устройство и вращают его со скоростью, поддерживающей пластичное состояние вяжущего по стволу скважины до устья.

2.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на вяжущее в затрубном пространстве скважины при подъеме вращающегося калибрующего устройства воздействуют воздушной струей под углом вверх от забоя, при этом подачу сжатого воздуха снижают до величины, обеспечивающей отдув и закрепление вяжущего на стенках скважины.

3,Устройство для неметаллического крепления скважин, включающее буровой став, соединительный ниппель, калибр и центральное сопло, отличающееся тем, что оно снабжено радиальными соплами, коллектором и рабочим конусом, при этом калибр выполнен в виде полого цилиндра с глухим днищем, коллектор жестко соединен с центральным соплом и размещен внутри калибра, а радиальные сопла установлены на бокбвой поверхности рабочего конуса меньшим основанием, соединенным с соединительным ниппелем, а большим основанием - с калибром.

ГНч

mm

max

Фиг. 2

Фиг.З

12

16

15

Фиг 4

Использование: для беструбного крепления скважин, что повышает эффективность крепления. Сущность изобретения заключается в том, что в скважину на буровом ставе опускают калибрующее устройство, через которое в затрубное пространство подают вяжущее, например асфальтобетон. Калибрующее устройство вращают со скоростью, поддерживающей пластичное состояние вяжущего, и с осевым усилием, обеспечивающим полное насыщение трещин забоя пластичным вяжущим. После этого подачу и вращение калибрующего устройства прекращают, а воду из скважины удаляют продувкой сжатым воздухом Далее в затрубное пространство скважины подают вторую порцию вяжущего и одновременно поднимают калибрующее устройство и вращают его со скоростью, поддерживающей пластичное состояние вяжущего по стволу скважины до устья. При подъеме вращающегося калибрующего устройства воздействуют воздушной струей под углом вверх от забоя, обеспечивающей отдув и закрепление вяжущего на стенках скважины. Способ реализуется устройством, включающим буровой став, соединен- ный ниппелем с калибром Калибр выполнен в виде полого цилиндра с глухим днищем. Внутри калибра размещен коллектор, который жестко соединен с центральным соплом. С калибром соединен одним концом рабочий конус, а другим концом - с ниппелем. На боковой поверхности рабочего конуса установлены радиальные сопла. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 4 ил. .(/ С с/ ч с