Криогенный способ бурения скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B21/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области горного дела, в частности, при бурении добывающих и разведочных скважин различных полезных ископаемых, а также при бурении пород различных планет.

Известен безпромывочный способ бурения, сущность которого заключается- в бурении скважин без промывки ее какими- либо жидкостями. 1

Недостатком этого способа бурения |Явля-. ется всевозможные осложнения при бурении за счет обвалов стенок скважин, использование дорогостоящих стальных обсадных труб, применение более мощных буровых

установок и как следствие этих причин замедляется процесс бурения скважин и возрастает стоимость буровых работ.

Наиболее близким техническим решением к данному способу, является криогенный способ бурения по 2. при котором бурения скважин осуществляют с помощью буровой колонны с подачей через нее криогенного очистного агента, который охлаждает стенки скважин и забой, выносит продукт разрушения на поверхность, обеспечивая устойчивость сгенок скважин и повышая тем самым производительность бурения.

Недостатком этого способа бурения является малый ьес бурового промывочного

VI

3

сл

сл

агента при малой плотности (что увелмчи вает опасность выброса) и сложность первичного этапа бурения при низких температурах, вследствие отсутствия абразива в растворе и бурения в условиях возросшей прочности замороженных разбуриваемых пород.

Все вместе взятое заставляет вести бурение с большой осторожностью, что сказывается на скорости проходки скважин, т.е. снижает производительность бурения скважин.

Целью изобретения является повышение производительности бурения скважин. 1. Поставленная цель достигается тем, что в качестве криогенного очистного агента, подаваемого в бурильную колонну, используют криожидкость или жидкие газы, или их смеси, вводят в криогенный очистной агент утяжелитель и твердые смазки, причем в качестве утяжелителя используют порошки металлов или металлокерамики и их сплавов, а в качестве твердых смазок - порошки твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, при этом в качестве истирающих материалов на забое используют утяжелитель и продукты разрушения.

Кроме того в качестве твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах используют графит или сульфид молибдена, или фторопласт.

Дополнительно, с целью улучшения условий работы обслуживающего персонала в условиях жаркого климата, охлаждение зоны работы обслуживающего персонала производят за счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой.

Кроме того, с целью унификации, в качестве криогенного агента используют ракетное топливо.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления криогенного способа бурения скважин.

Сущность изобретения заключается в том, что при подаче на забой криожидкости, она не только обеспечивает устойчивость стенок скважины, делает его монолитным (что помогает избежать прихватов и самоискривления скважины при проходке пластов с разной прочностью), равнопрочным, но и охрупчивает эту породу, облегчает процесс скалывания, создает криогенную температуру для абразивного разрушения породы, т.е. абразиа.ного бурения, когда все материалы разбуриваемых пород и утяжелителей бурового раствора работают как абразив коронка с твердосплавными пластинами.

В данном случае процесс бурения носит лавинообразный характер, т.к. сначала бурение ведется за счет абразивного резания с помощью исключительно утяжелителей и наполнителей, но затем в результате воздействия на забой, в процессе бурения, появляются частицы разрушенной породы

0 (которой становится в процессе бурения все больше и больше), а излишки выносятся на поверхность, остальная часть участвует в процессе бурения. Буровой раствор на забое, закачиваемый в скважину, отличается

5 по составу и плотности. Раствор на забое, участвующий в резании и разрушении породы (в силу указанных причин) по вязкости и плотности (а значит и весу) будет выше, чем буровой раствор, закачиваемый в скважину

0 поэтому он меньше изнашивает оборудование, по которому его подают на забой вследствие абразивного износа.

Кроме того криожидкость и жидкие газы используются как промывочная жидкость, а

5 ее газы как очистной агент и выносят продукты разрушения на поверхность.

Для обеспечения условий бурения в криожидкости вводят твердые смазки подобные графиту, сульфиду молибдена, крошки

0 фторопласта, стружку парафина, озокирит и др. мягкие минералы.

В качестве бурового раствора используют самую дешевую криогенную пожаробезопасную жидкость - жидкий азот, хотя

5 можно использовать аргон, неон, гелий, жидкий метан, пропанобутаиовую смесь, криогенное ракетное топливо, жидкий водород и т.д.

Кроме того легко осуществляется ликви0 дзция аварии по выбросу, во-первых, с помощью утяжелителей и наполнителей добиваются необходимой плотности и веса раствора, увеличивая подачу в скважину криожидкости и путем замораживания ле5 дяной пробкой большой длины прямо в скважине пластовой воды и нефти, аварийную скважину замораживают так же как пломбируют бетонной пробкой.

Отсутствие потребности в воде при бу0 рении и низкая температура криожидкостей и ее газов на поверхности, используется для охлаждения зоны обслуживания в странах с жарким климатом.

При бурении других планет вместо жид5 ких газов и криожидкостей используют ракетное топливо, представляющее собой жидкие газы или криогенное топливо в жидком виде.

Данный способ бурения весьма зффективен при бурении глубинных скважин, т к

на больших глубинах температура возрастает и вязкость пласта, а применение бурового раствора с низкими минусовыми температурами ликвидирует эти недостатки и в зоне бурения породы всегда одни и те же постоянные условия (равнопрочность породы от охлаждения).

При бурении скважин с помощью криогенных жидкостей, жидких газов и их смесей ликвидируется самопроизвольное искривление скважин, снижается взрыво и пожароопасность буровых работ.

Кроме буоения скважин способ позволяет получать буоозые растворы на основе криогенных жидкостей, жидких газов и их смесей с высокой текучестью, малым поверхностным натяжением, но практически любой плотности и веса, а также управлять плотностью этих растворов за счет веса материалов используемых и вводимых утяжелителей и наполнителей различной дисперсностью от порошковых до песка и гранул, которые и осуществляют абразивное бурение, увеличивающего производительность бурения.

На фиг, 1 показана принципиальная схема способа бурения скважин и обвязка оборудования для бурения скважин состоящее из: 1 - питающем линии криогенной жидкости, 2 - манометра, 3 - редуцирующего клапана, 4 - задвижки. 5 - сепаратора, б - сбросовой линии, 7 - газоподогревающего устройства, 8 - нагнетательного трубопровода, 9 - газового счетчика, 10 - расходомера, 11 - обратного клапана, 12 - обводной линии, 13 - задвижки, 14 - редуцирующего вентиля, 15 - манометра, 16 - стояка, 17 - задвижки, 18 - нагнетательной линии кри- опродукта от буровых крионасосов, 19 - ведущей трубы, 20 - линии для глушения скважины, 21 - задвижки, 22 - бурильной трубы, 23 - обратного клапана для бурильных труб, 24 - задвижки, 25 - линии из межтрубного пространства, 26 - превенто- ра, 27 - задвижки, 28 - обратного клапана, 29 - термометра, 30 - манометра, 31 - выкидной линии, 32 - газопровода, 33 - горелки, 34 - амбара, 35 - задвижки, 36 - вращающегося привентера, 37 - пульта управления привенторами, 38 - сепаратора смеси, 39 - пылегасящего устройства, 40 - буровых крионасосов, 41 - цистерна (емкости) с криожидкостью (криопродуктом), 42 - автоцистерна (железнодорожная цистерна) для подвоза криожидкости.

Способ бурения скважин осуществляется следующим образом:

Для реализации предлагаемого способа бурения пригодна обычная серийная буровая техника, только вместо трубопроводов подачи водяных глинистых растворов и устройств их приготовления, используют систему трубопроводов при подаче криогенных жидкостей.

5Криогенная жидкость, жидкие газы и их

смеси подают непосредственно из емкости (цистерны) 41 с помощью буровых крионасосов 40. Подвоз и заполнение емкости 41 осуществляют с помощью автоцистерны 42 10 для перевозки жидких газов различной емкости. Подачу в скважину криогенной жидкости производят по линии 18, затем по стояку 16, по ведущей бурильной трубе 19 через привечторы 26 и 36, управление кото- 15 рыми осуществляется с пульта 37, и далее подают буровой раствор по бурильным трубам 22 и разбуриваемую скважину,

При промывке скважины или ее продувке, раствор подают через обратный клапан 0 28 и задвижку 27, за счет сил эжекции создаваемых криожидкостью из трубы 1 попадающей в трубу 12 и через сепаратор 38, продукты промывки или продувки из скважины в виде пыли и частиц могут сгорать, 5 или за счет тяги дополнительного эжектора попадать в пылегасящее устройство 39.

Бурение скважины ведется трубами из алюминиевых сплавов (обсадка скважин тоже производится трубами из алюминиемых 0 сплавов), поскольку от охлаждения (до низких минусовых криогенных температур) они снижают свою вязкость, а их прочность увеличивается до прочности стали в нормальных условиях,

5Низ буровой колонны изготавливается из вязких нержавеющих сталей, мягких углеродистых сталей, алюминиевых сплавов или титана, которые при охлаждении до низких минусовых температур снижают свою 0 вязкость, но повышают свою прочность и ударную вязкость - а эти качества материала необходимы при бурении различных пород, Формула изобретения 1. Криогенный способ бурения скважин, 5 включающий подачу в бурильную колонну криогенного очистного агента, разрушение забоя скважины вращением породоразру- шающего наконечника с использованием истирающих материалов и вынос продуктов 0 разрушения с забоя скважины по затрубно- му пространству газообразной составляющей криогенного очистного агента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности бурения, в качестве 5 криогенного очистного ггента. подаваемого в бурильную колонну, используют криожид- костные или жидкие газы или их смеси, вводят в криогенный очистной агент утяжелитель и твердые смазки, причем в качестве утяжелителя используют порошки

металлов, или металлокерамики, или сплавов, а в качестве твердых смазок - порошки твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, при этом в качестве истирающих материалов на забое используют утяжелитель и продукты разрушения.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, используют графит, или сульфид молибдена, или фторопласт.

3, Способ по п.1 .отличающийся тем, что, с целью улучшения условий работы обслуживающего персонала в условиях жаркого климата, охлаждение зоны работы обслуживающего персонала производят за счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью унификации, в качестве криогенного очистного агента используют криогенное ракетнсе топливо.

Использование: изобретение позволяет проводить бурение глубоких скважин и скважин в безводной местности с помощью буровых криогенных жидкостей, обеспечивающих абразивное разрушение породы, за счет подачи криожидкостей с утяжелителями из металлов, керамики, металлокерамики и их отходов производства и наполнителями в качестве смазки из кристаллов графита, сульфида молибдена, парафина и полимерных материалов. Сущность изобретения: разрушение породы при криогенном бурении носит нарастающий лавинообразный характер за счет вовлечения в процесс бурения сначала абразива утяжелителей и наполнителей, а затем и частиц разрушенной породы. За счет низких температур происходит стабилизация стенки скважины, а значит, ликвидируется и ее самопроизвольное искривление. При угрозах выброса способ позволяет заморозить нефть или пластовую воду. Продукты разрушения выносятся газовой составляющей криогенного очистного агента. В условиях жаркого климата охлаждение зоны работы персонала производят за счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой. В качестве криожидкости, жидких газов и их смесей возможно использование ракетного топлива при разведочном бурении других планет. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. Ё