Способ проходки скважин с отбором проб горных пород

 

Изобретение относится к технологии проходки скважин различного назначения: нефтяных, газовых, на газоконденсат и т.п. и предусматривает одновременный отбор проб проходимых горных пород. Проходку горных пород осуществляют воздействием на забой энергией сжатого рабочего агента, направляемого на забой и призабойные стенки проходимой скважины. В полости скважины создают постоянное избыточное давление за счет истекающего сжатого рабочего агента. Образуют восходящий поток бурового шлама с разрушенной и измельченной породой. Эту породу отводят от устья скважины и укладывают в удлиненном полом цилиндре, начиная от его конца. Цилиндр имитирует своей длиной и сечением проходимую скважину. Длина цилиндра превышает длину проходимой скважины на 10-25%, сечение - на 5-15%. Из породы формируют зеркальное (обратное направлению проходки), сечение и длину пройденной скважины. Проводят изучение пород. Повышается производительность за счет непрерывности процесса проходки скважины и отбора проб. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии проходки скважин в геологических структурах с процессом одновременного отбора проб проходимых горных пород для исследования их характеристик.

В настоящее время известны комбинированные процессы проходки скважин в горных породах, наиболее представительным из которых можно считать способ проходки скважин с отбором проб горных пород, включающий разрушение пород на забое с помощью рабочего инструмента, формирование керна и подъема его на поверхность для исследования характеристик горной породы /1/.

Существенными и очевидными недостатками этого способа являются низкая эффективность процесса проходки и незначительная эффективность использования бурового оборудования и бурильного инструмента ввиду цикличности всего процесса, при котором с формированием керна на забое прекращают процесс проходки пород, поднимают на поверхность всю колонну бурильных труб и рабочий бурильный инструмент, затем процесс возобновляют, на что расходуется нерационально производственное рабочее время и энергия.

Наиболее близким по техническим признакам является способ проходки скважин с отбором проб горных пород, включающий разрушение горных пород на забое струями рабочего агента под давлением, подъем разбуренных пород на дневную поверхность для исследования характеристик геологических структур /2/.

Обладая более эффективной схемой технологии проходки скважин по сравнению с аналогами, этот способ имеет и принципиальные существенные недостатки, заключенные в его же принципиальном наборе и последовательности операций, при которых первоначально проходят определенную глубину в структурах горных пород, формируя скважину, затем поднимают бурильный инструмент и заменяют его на кернообразующий инструмент, которым формируют керн; поднимают керн, в скважину снова опускают бурильный инструмент. Последовательная смена этих основных операций ведет к затратам времени, энергии и трудоресурсов при низкой эффективности использования этих технологических показателей, что не отвечает современным требованиям технологической культуры, оперативности и рентабельности.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном повышении показателей эффективности способа и производительности используемого оборудования за счет сокращения времени на процесс формирования и отбора проб при сохранении непрерывности процесса проходки скважины и процесса отбора проб проходимых горных пород и в повышении тем самым общей технологической культуры всего процесса.

Указанный технический результат в изобретении достигается за счет того, что способ проходки скважин с отбором проб горных пород, включающий разрушение горных пород на забое струями рабочего агента под давлением, подъем разбуренных пород на дневную поверхность для исследования характеристик геологических структур, предусматривает разрушение горных пород по горизонтам геологических структур энергией струй сжатого газа, при этой проходке скважины создают избыточное давление в ее полости за счет этого же истекающего сжатого газа, с помощью которого образуют восходящий поток бурового шлама по сечению скважины, начиная от забоя до устья, поток разрушенной и измельченной указанными струями газа и восходящим газовым потоком горной породы отводят на дневную поверхность и укладывают эту породу в удлиненном полом цилиндре, начиная от его конца, имитирующем своей длиной и сечением проходимую скважину, причем длину и сечение этого полого цилиндра выбирают превышающими эти же параметры проходимой скважины соответственно по длине на 10-25%, по сечению на 5-15%, формируют из разрушенной горной породы зеркальное обратное направлению проходки сечение и длину пройденной скважины.

При этом исследование характеристик разрушенных горных пород, сформированных в удлиненном полом цилиндре, осуществляют от указанного конца этого цилиндра с учетом фактического разрыхления и пористости уложенных в нем разрушенных горных пород и восстанавливают пройденные горизонты геологических структур, имитируя скважину.

Описываемый способ проходки скважин с отбором проб горных пород осуществляют следующим образом. Начиная от устья скважины, производят разрушение горных пород за счет воздействия на них энергией сжатого рабочего агента, преимущественно газа или парогазовой смеси, истекающего на забой в виде струй; давление формируемых потоков струй рабочего агента на разрушаемую породу выбирают в зависимости от крупности и прочности проходимых пород по горизонтам геологических структур (от 15 до 1500 кгс/см² и выше - при необходимости). При таком процессе проходки скважины в ее полости создают избыточное давление - постоянно во время всего процесса проходки скважины и за счет того же истекающего сжатого рабочего агента, в данном случае газа, которым образуют восходящий поток бурового шлама: смесь разрушенных на забое частиц породы и дополнительно измельченных и измельчаемых указанным восходящим потоком газа, которым и выносят по сечению скважины частицы горных пород, отводят этот буровой шлам от устья скважины на дневную поверхность. Скорость восходящего к устью скважины потока бурового шлама задают из расчета превышения скорости витания в этом потоке отдельных частиц горной породы (эта скорость находится в пределах 10-65 м/с).

Поднимаемую таким образом разрушенную горную породу формируют последовательно по горизонтали проходимых геологических структур за счет укладки пород в полости удлиненного (полого) цилиндра, начиная от его конца, и имитируют пройденную скважину по всей ее длине. Причем длину цилиндра выбирают превышающей на 10-25% глубину скважины, а сечение цилиндра выбирают превышающим на 5-15% сечение скважины, что соответствует коэффициенту разрыхления пород и увеличению их объемного насыпного размера; формируют таким образом из разрушенных горных пород зеркальное - обратное направлению проходки скважины длину этой скважины и ее сечение.

Такая симитированная скважина удобна для исследования характеристик пород, горизонтов геологических структур, пройденных образованной скважиной, при этом исследование характеристик разрушенных горных пород, сформированных в удлиненном полом цилиндре в имитацию скважины, начинают, естественно, от указанного конца этого цилиндра, который является в данном случае устьем пройденной скважины по содержанию в нем горной породы. Исследование ведут с учетом указанного фактического разрыхления и пористости уложенных в цилиндре разрушенных горных пород и, последовательно приближаясь к началу (входной горловине цилиндра) полого цилиндра, восстанавливают пройденные горизонты геологических структур, получая полную геофизическую картину по наличию (или отсутствию) полезных ископаемых в пройденных горизонтах геологических структур. Для большего удобства визуального изучения пород стенки указанного полого цилиндра могут быть выполнены из светопрозрачного материала.

Таким образом, изобретение позволяет вести одновременно безостановочно и процесс проходки скважины, и оперативное одновременное изучение состава и структуры проходимых (и пройденных) пород, что отвечает современной более высокой технологической культуре этого комплексного процесса проходки скважин с отбором проб горных пород.

При необходимости заявитель может привести более подробные и детальные приемы и операции данного способа.

Источники информации: 1. FR, 2324858 A1, 15.04.1977.

2. SU, 1559084, A1 23.04.1990.

Формула изобретения

1. Способ проходки скважин с отбором проб горных пород, включающий разрушение горных пород на забое энергией сжатого рабочего агента, подъем разбуренных пород к устью скважины, отличающийся тем, что при разрушении горных пород и проходке скважины в ее полости создают постоянное избыточное давление за счет истекающего сжатого рабочего агента, с помощью которого образуют восходящий поток бурового шлама с разрушенной и измельченной горной породой, которую отводят от устья скважины и укладывают в удлиненном полом цилиндре, начиная от его конца, имитирующем своей длиной и сечением проходимую скважину, причем длину и сечение этого полого цилиндра выбирают превышающим эти же параметры проходимой скважины: по длине - на 10 - 25%, по сечению - на 5 - 15%, формируют из разрушенной горной породы зеркальное, - обратное направлению проходки, сечение и длину пройденной скважины и изучают их.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изучение разрушенных горных пород, уложенных в удлиненном полом цилиндре, осуществляют от указанного конца этого цилиндра с учетом фактического разрыхления и пористости уложенных в нем разрушенных горных пород.