СПОСОБ ПРОХОДКИ БУРОВЫХ СКВАЖИН ВО ЛЬДУ Советский патент 1973 года по МПК E21B7/14 E21B7/00 

1

Настояпдее изобретение касается способа проходки буровых скважин во льду, который может быть использован при изысканиях па северном полюсе и па южном полюсе, а также для эксплуатации нефтяных полей, находящихся под ледовыми покрытиями.

Известен способ проходки скважин во льду, согласно которому лед на дне скважины оттаивают путем подвода тепла так, что в нижней части скваж акы образуется водяной котел, при этом талую воду частично отводят.

Однако при известных способах проходки скважин в области головки и бура выделяется значительное количество теплоты, которая вызывает неконтролируемое образование котловин, в результате чего бурение скважины осуществляется без соответствующего контроля.

Поэтому целью настоящего изобретения является разработка способа проходки скважин во льду, с помощью которого можно получать бездефектные скважины заданной глубигы.

В соответствии с предлагаемым изобретением стенки скважины на заданном расстоянии от дна охлаждают настолько, что из части талой воды образуют ледяную оболочку, ограничивающую буровую скважииу и замыкающую сверху водяной котел, при это.м в процессе проходки скважины в ней замеряют температуру.

Охлаждение стенок скважины поверх образующегося водяного котла обеспечивает то, что этот водяной котел не расширяется бесконтрольно, в результате чего достигается контролируемая проходка скважпны. ОдновреЛ1енно вследствие охлал дения стенок скван ины и примерзания к ней части талой воды обеспечивается получение гладкой стенки скважины определенного диаметра.

Для охлаждения стенок скважины прибегают к подаче охлажда ощего агента.

Возможно также в виде варианта реализации способа для одновременного охлаждения и подвода тепла использовать токопроводящие элементы Пельтье, из которых отдающие теплоту Джоуля элементы располагают в области нагревательной головки, а создающие охлаждение - выще водяного котла.

Далее изобретение поясняется описанием примера реализации и прилол енным чертежом, доказывающим схематически продольный разрез нижнего конца бурового устройства, находящегося в ледяном масснве.

Изобрал енное на чертеже буровое устройство имеет буровую щтангу / с двойными стенка.ми, которая находится в скважине 2 ледяного массива 3. На нижнем конце щтанги прикреплена полая нагревательная головка 4, которая по направлению вниз переходит в режущую кромку 5, опирающуюся на дно

скважины 2. Вблизи кромок 5 внутри головки 4 размещен электрический нагревательный прибор 6, соединенный проводом 7 с источником тока (не ноказан), находящимся на земной поверхности. Указанный провод проходит между двойными стенами щтанги.

Нагревательная головка 4 соединена с нижним концом щтанги посредством промежуточного кольца 8 из теплоизолирующего материала. Сверху этого .кольца 8 в промежутке 9 между стенками щтанги находится охлаждающая рубащка JO, которая выполнена предпочтительно кольцеобразной и прилегает непосредственно к внутренней стороне внещней стенки 11 щтанги. Эта охлаждающая рубащка разделена перегородкой 12 на две камеры 13 и 14, которые расположены концентрично и соединены между собой в нижней части.

В камеру 13 через трубопровод /5 подают охлаждающий агент, который после протекаПИЯ через камеру 13 поступает в камеру 14 и отводится из нее через трубопровод 16. Трубо-проводы 15 и 16 расположены в промежутке между стенками штанги / и соединены с холодильной мащиной (не показана), которая может быть расположена на земной поверхности или выстроена в штангу.

Буровая щтанга заполнена внутри теплоизоляцией 17, а концентрично щтанге 1 и друг другу в ней размещены трубы 18 и 19, которые доходят приблизительно до нагревательной головки 4.

Как показано на чертеже, вследствие подвода тепла к головке 4 посредством нагревательного прибора 6 в нижней части скважины образуется водяной котел 20, который окружает в некоторой области головку 4 и нижний конец щтанги /. Избыточная талая вода поднимается по трубам 18 Е 19 отводится в верхнем конце этих труб.

Возможно также посредством подачи сжатого воздуха, например во внещнюю трубу 19, выдавливать воду из щтанги через внутреннюю трубу 18, при этом вода из котла 20 поступает внутрь щтанги через отверстия 21, выполненные в нагревательной головке 4. Расщирение водяного котла 20 предотвращается тем, что сверху котла вода вновь замерзает в области щтанги благодаря наличию охлаждающей рубащки 10 в той мере, насколько головка 4 опускается в ледяпой массив 3. Таким образом, поверх котла 20 опять образуется ледяная оболочка, которая плотно прилегает к внещней стенке // щтан-ги /.

В результате получается, что посредством управляемого таяния и нового намерзания льда скважину можно проходить без существенных отклонений от вертикали, а диаметр ее можно выбирать в требуемых пределах. Собирающиеся в водяном котле 20 плотные

включения можно легко удалять методом промывки, как это делается при вращательном бурении. В дальнейщем можно в случае надобности щтангу / оставлять как облицовку в скважине 2, хотя замерзщий ледяной слой и создает гладкую облицовку.

Бывает также целесообразно электрические провода и трубопроводы для подвода охлаждающего агента, а также трубу/ устанавливать внутри щтанги и отказаться от выполнения ее с двумя стенками. Вместо охлаждающей рубащки 10 возможна установка холодильных змеевиков, которые могут с уменьщающейся плотностью проходить по всей длине щтанги /.

Как показано на правой стороне чертежа, имеется возможность применять вместо разобщенных нагревательных и холодильных элементов или дополнительно к ним токопроводящие элементы 22, 23 Пельтье, из которых холодильные эле1менты 22 располагаются на конце щтанги, а нагревательные элементы 23 - в области головки 4.

Тепловые чувствительные элементы 24 служат для контроля температуры в зоне водяного котла 2(9 и в зоне таяния и для управления подводимой к забою скважины нагревательной в холодильной мощности.

Предмет изобретения

1.Способ проходки буровых скважин во льду, согласно которому лед на дне скважины растапливают посредством подвода тепла так, что в нижней части скважины образуется водяной, котел, а талую воду частично отводят, отличающийся тем, что, с целью получения бездефектной скважины определенной глубины, стенки ее на заданном расстоянии от дна охлаждают настолько, что из части талой воды образуют ледяную оболочку, ограничивающую буровую скважину и замыкающую сверху водяной котел, при этом в процессе проходки скважины в ней замеряют температуру.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение стенок буровой скважины осуществляют подачей охлаждающего агента.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для одновременного охлаждения и подвода тепла применяют токопроводящие элементы Пельтье, из которых отдающие теплоту Джоуля элементы располагают в области нагревательной головки, а создающие охлаждение- выще водяного котла.

4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что процессом таяния и охлаждения в нижней части скважины управляют в зависимости от измерений температуры и расщирения водяного котла.

23