Устройство для крепления скважин в неустойчивых породах

 

Использование: в горной промышленности при бурении скважин в неустойчивых породах. Сущность изобретения: устройство включает обсадную колонну и размещенную внутри нее с возможностью совместного вращения и рассоединения бурильную колонну. Обсадная колонна выполнена в виде концентрично расположенных внутренней и наружной колонн. Внутренняя колонна выполнена с возможностью выдвижения по направлению к забою скважины и фиксации в нижнем положении относительно наружной колонны и с посадочным местом в нижней части полости. Устройство снабжено обратными клапанами, размещенными в верхней части внутренней колонны, и разбуриваемым узлом, размещенным на посадочном месте внутренней колонны. Разбуриваемый узел выполнен в виде башмака с осевым каналом, в котором установлены обратный клапан и пружинное кольцо для фиксации клапана относительно башмака, и элемента фиксации башмака на посадочном месте внутренней колонны. Разбуриваемый узел закреплен на бурильной колонне посредством срезного элемента. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для крепления интервалов скважин с неустойчивыми породами.

Известно устройство для крепления скважин в неустойчивых породах (авт. св. СССР 1143825, кл. E 21 B 7/20, опублик. 07.03.85), содержащее бурильную колонну, размещенную внутри обсадной. Обсадная колонна имеет внутренний направляющий выступ для радиального смещения буровой коронки. Устройство снабжено радиально-упорным подшипником скольжения с верхней и нижней концевыми обоймами, имеющими конические рабочие поверхности, и хвостовиком, соединенным с нижней частью обсадной колонны с возможностью вращения вокруг ее оси, при этом верхняя кольцевая обойма скреплена с бурильной колонной и имеет пазы для прохода выходящего потока бурового шлама. Нижняя кольцевая обойма скреплена с обсадной колонной и имеет пазы для прохода буровой коронки при транспортировании бурильной колонны внутри обсадной колонны.

Данный метод слабо эффективен из-за невозможности проведения изоляционных работ, т.е. цементирования скважин. Кроме этого, конструкция не надежна в эксплуатации, поскольку при транспортировке обсадной колонны возможно ее заклинивание, что приводит к отсутствию перекрытия необходимого интервала неустойчивых пород и повышает аварийность работ. Спускаемая обсадная колонна способствует значительной потере диаметра скважины, что затрудняет дальнейшую ее эксплуатацию.

Известно также устройство для крепления скважин (авт. св. СССР 1250637, кл. E 21 B 7/20, опублик. 29.12.84), содержащее буровую колонну с закрепленным в ее нижней части породоразрушающим инструментом и размещенную концентрично ей обсадную колонну.

Устройство снабжено стаканом, размещенным концентрично с внешней стороны обсадной колонны, кареткой с разжимными элементами, а обсадная колонна выполнена с прорезью вдоль ее образующей.

Основным недостатком этой конструкции является ее низкая надежность эксплуатации из-за возможного заклинивания обсадной колонны, а также слабая эффективность крепления из-за невозможности проведения изоляционных работ. Кроме этого, данная конструкция также способствует значительной потере внутреннего диаметра скважины.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для крепления скважин в неустойчивых породах (авт. св. СССР 1461851, кл. E 21 B 7/00, опублик. 28.02.89), содержащее обсадную колонну и размещенную внутри нее бурильную колонну.

К бурильной колонне ниже башмака обсадной колонны прикреплен породоразрушающий инструмент. Устройство снабжено уплотнительным элементом, размещенным в пространстве между обсадной и бурильной колоннами.

Устройство позволяет производить крепление интервалов скважин в неустойчивых породах.

Однако эффективность и надежность эксплуатации также, как и у предыдущих аналогов, невелика.

Низкая надежность обусловлена возможным заклиниванием обсадной колонны и, как следствие, отсутствием перекрытия необходимого интервала неустойчивых пород, а также потерей внутреннего диаметра скважины.

Цель изобретения повышение эффективности и надежности крепления скважин в неустойчивых породах при сохранении максимально возможного внутреннего диаметра.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для крепления скважин в неустойчивых породах, включающее обсадную колонну и размещенную внутри нее с возможностью совместного вращения и рассоединения бурильную колонну, обсадная колонна выполнена в виде концентрично расположенных внутренней и наружной колонн, при этом внутренняя колонна выполнена с возможностью выдвижения по направлению к забою скважины и фиксации в нижнем положении относительно наружной колонны и с посадочным местом в нижней части полости, а устройство снабжено обратными клапанами, размещенными в стенке верхней части внутренней колонны и разбуриваемым узлом, размещенным на посадочном месте внутренней колонны и выполненными в виде башмака с осевым каналом, в котором установлены обратный клапан и пружинное кольцо для фиксации клапана относительно башмака и элемента фиксации башмака на посадочном месте внутренней колонны, при этом разбуриваемый узел закреплен на бурильной колонне посредством срезного элемента.

Обычно в процессе бурения скважины для изоляции осложненных интервалов и несовместимыми условиями бурения или неустойчивыми горными породами в напряженно-деформированном состоянии массива (особенно пластичных отложений) используются конструкции дополнительных промежуточных обсадных колонн с различными механизмами их фиксации, приводящие к потере внутреннего диаметра скважины из-за необходимости спуска обсадных колонн до кровли осложненных интервалов и спуска дополнительной промежуточной (потайной, хвостовика и т. п.) обсадной колонны для их перекрытия и крепления.

Заявляемое устройство позволяет после спуска колонн до кровли неустойчивых отложений осуществлять перекрытие интервала неустойчивых пород выдвижением внутренней колонны труб и проведением изоляционных работ.

При этом использование конструкции сварных безмуфтовых колонн труб в компоновке спускаемой муфтовой обсадной колонны обеспечит максимальную сохранность внутреннего диаметра конструкции скважины при выполнении необходимых требований для изоляции (перекрытия и крепления) неустойчивых отложений и расширит эксплуатационные возможности скважины.

Кроме этого, закрепление разбуриваемого узла на внутренней колонне труб позволяет повысить эффективность крепления скважины в неустойчивых породах при сохранении возможного внутреннего диаметра.

Перечисленное позволяет сделать вывод о наличии в заявляемом техническом решении "изобретательского уровня".

На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого устройства.

Устройство состоит из двух концентрично расположенных наружной 1 и внутренней 2 колонн труб и размещенной внутри них бурильной колонны 3 с возможностью совместного вращения и рассоединения. Внутренняя колонна труб 2 выполнена с возможностью выдвижения по направлению к забою скважины и фиксации на наружной колонне труб 1, для чего наружная колонна 1 имеет в нижней и верхней частях патрубки 4 и 5 с резьбовыми соединениями.

Внутренняя колонна 2 имеет в нижней части патрубок 6 с посадочным местом для компоновки низа бурильной колонны 3, а верхней обратные клапаны 7 для перетока цементного раствора и патрубок с фиксируемым резьбовым соединением 8, в котором выполнены пазы для захвата бурильной колонны 3. Кулачки узла захвата 10 связаны нелицовым соединением с бурильной колонной 3.

Разбуриваемый узел 9, размещенный на посадочном месте внутренней колонны, имеет башмак 11 с осевым каналом, в котором установлен обратный клапан 16 и пружинное колесо 15, для фиксации клапана относительно башмака, винты элементы фиксации 12 башмака на посадочном месте внутренней колонны, при этом разбуриваемый узел закреплен на бурильной колонне посредством среднего элемента, состоящего из башмачного патрубка 13 со срезными штифтами 14, и упорного кольца 17.

Устройство работает следующим образом.

В скважину спускают смонтированные элементы обсадных колонн 1 и 2, затем производят крепление обсадной колонны 1.

Нижние резьбовые соединения наружной обсадной колонны 1 фиксируются сваркой или штифтами, а кроме того, обсадная колонна 1 цементируется.

Резьбовые соединения патрубков 5 и 8 фиксируются штифтами, что удерживает обсадную колонну 2 от проворота до спуска и начала вращения бурильной колонны 3.

Компоновку низа бурильной колонны 3 опускают после углубления скважины на длину больше выдвигаемой внутренней колонны труб 2.

Производят фиксацию бурильной колонны 3 с внутренней колонной труб 2, при этом узел захват 10 кулачкового механизма бурильной колонны 3 соединяют с пазами патрубка 8 внутренней колонны 2. После ввода кулачков узла захвата 10 в пазы патрубка 8 внутренней колонны 2, вращением вправо производят фиксацию бурильной колонны 3 с внутренней колонной 2.

Вращением бурильной колонны 3 выводят внутреннюю колонну 2 из резьбового соединения 5, после чего производят спуск внутренней колонны труб 2 с промывкой через обратные клапаны 7 до места соединения патрубка 8 колонны труб 2 с нижним патрубком 4 наружной колонны 1.

В процессе осевого перемещения бурильной колонны вниз с вращением колонна 2 удерживается на компоновке низа бурильной колонны 3 кулачками узла захвата 10, введенными в пазы патрубка 8. При соединении патрубка 8 по резьбе с патрубком 4 происходит наворот до упора, причем длина выдвигаемой внутренней колонны труб 2 контролируется по контрольным замерам на поверхности.

Осуществив таким образом процесс перекрытия, проводят крепление осложненного интервала пород. Для этого через бурильную колонну 3 закачивают изоляционный материал (тампонажный раствор и т.д.) с выходом заколонного бурового раствора через обратные клапаны 7.

После закачки требуемого объема изоляционного материала и посадки продавочной пробки на упорное кольцо 17 происходят срез штифтов 14 и отсоединение разбуриваемого узла 9 от бурильной колонны 3. При этом разбуриваемый узел 9 фиксируется пружинным кольцом 15 и винтами фиксации 12 в посадочном месте патрубка 6 и остается в скважине на внутренней колонне 2.

После отсоединения разбуриваемого узла 9 от бурильной колонны 3 вращением влево бурильной колонны выводят кулачки узла захвата 10 из пазов патрубка 8 внутренней колонны 2 и осуществляются подъем бурильной колонны 3. Дальнейшее углубление скважины производят после затвердевания изоляционного материала посредством бурения разбуриваемого узла 9.

Для доказательства преимуществ заявляемой конструкции приведены проектные и измененные в процессе бурения конструкции скважин с различными решениями перекрытия интервалов неустойчивых отложений горных пород, мм: проектная конструкция скважины 508-340-245-178/168; измененная с применением дополнительных промежуточных обсадных колонн 508-340·273-194-140/127 или 508-340-245·178-127/114; с применением конструкции сварных безмуфтовых труб 508-340(377·324)-245-178/168 или 508-340-245(273·219)-168/146.

Таким образом, включение в компоновку муфтовых 340 или 245 мм обсадных колонн соответственно конструкции из сварных безмуфтовых труб диаметрами 377·324 и 273·219 мм приводит к сохранению максимально возможного внутреннего диаметра скважины.

Формула изобретения

Устройство для крепления скважин в неустойчивых породах, включающее обсадную колонну и размещенную внутри нее с возможностью совместного вращения и рассоединения бурильную колонну, отличающееся тем, что обсадная колонна выполнена в виде концентрично расположенных внутренней и наружной колонн, при этом внутренняя колонна выполнена с возможностью выдвижения по направлению к забою скважины и фиксации в нижнем положении относительно наружной колонны и с посадочным местом в нижней части полости, а устройство снабжено обратными клапанами, размещенными в верхней части внутренней колонны, и разбуриваемым узлом, размещенным на посадочном месте внутренней колонны и выполненным в виде башмака с осевым каналом, в котором установлены обратный клапан и пружинное кольцо для фиксации клапана относительно башмака, и элементы фиксации башмака на посадочном месте внутренней колонны, причем разбуриваемый узел закреплен на бурильной колонне посредством срезного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1