Способ и инструмент для сооружения фильтровой скважины

Изобретения относятся к области горного дела и могут быть использованы при заканчивании скважин для добычи воды и другой текучей среды в процессе бурения или проведения ремонта скважин для борьбы с выносом песка из слабо сцементированных и несцементированных продуктивных пластов. Техническим результатом является обеспечение оптимального распределения гравия по всей прифильтровой зоне, надежная полная очистка от бурового шлама и формирование естественного фильтра за счет улучшения распределения фракций гравия внутри кольцевой полости. Способ сооружения фильтровой скважины заключается в установке в ствол скважины фильтровой колонны, засыпке и промывке больших формаций гравийной набивки, причем промывку осуществляют через, по меньшей мере, два струйных устройства. Направления струй нижнего струйного устройства соответствуют углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости, а верхнего - радиусным кривым с перекрытием сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины и фильтровой колонны путем изменения величины радиуса кривизны струй. Инструмент для сооружения фильтровой скважины включает фильтровую колонну с гравийной набивкой, промывочную трубу с блокирующими средствами и обратным клапаном и снабжен, по меньшей мере, двумя струйными устройствами, установленными между блокирующими средствами, установленными на корпусе, закрепленном к промывочной трубе и выполненном с радиальными каналами, перекрытыми подпружиненным радиальным клапаном, а обратный клапан соединен шарнирно к верхней части радиального клапана. 2 н. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела, в частности, к способам и устройствам для сооружения скважин для добычи воды и другой текучей среды и может быть использовано при заканчивании скважин в процессе бурения или проведения ремонта скважин для борьбы с выносом песка из слабосцементированных и несцементированных продуктивных пластов и больших формациях гравийной набивки.

Известен способ сооружения фильтровой скважины с гравийной набивкой [1], заключающийся в установке фильтровой колонны, засыпке и промывке гравийной набивки. Известный способ обеспечивает оборудование скважин гравийно-обсыпными фильтрами в восходящем потоке промывочной жидкости в условиях с низким пластовым давлением продуктивных горизонтов и поглощением промывочной жидкости, мало эффективен в связи с невозможностью полной очистки скважины от бурового шлама, выноса пластового песка и формирования гравийного фильтра.

Известен также способ для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины, включающий операции по спуску трубопровода с основной секцией фильтра и верхним обходным фильтром [2]. Наличие обходного фильтра несколько выравнивает скорости намыва гравия и обеспечения фракционирования частиц.

Однако проблема недостаточной очистки от бурового шлама и пластового песка также не решается, особенно при превышении давлений промывочной жидкости над пластовым.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ сооружения фильтровой скважины по изобретению [3], включающий операции установки инструмента с основным и дополнительными фильтрами, промывочной трубой со средствами блокирования потока промывочной жидкости, засыпку и промывку гравийной набивки.

Недостатком способа является его недостаточная эффективность при больших формациях гравийной набивки.

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено создание способа сооружения фильтровой скважины, который обеспечивает оптимальное распределение гравия по всей прифильтровой зоне и надежную полную очистку от бурового шлама и пластового песка и обеспечивает формирование естественного фильтра при больших формациях гравийной набивки.

Указанная задача решается тем, что способ сооружения фильтровой скважины, заключающийся в установке фильтровой колонны в стволе скважины, засыпке и промывке больших формаций гравийной набивки, согласно изобретению промывку осуществляют через, по меньшей мере, два струйных устройства, причем направления струй нижнего соответствуют углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости, а верхнего - радиусным кривым с перекрытием сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины и фильтровой колонны путем изменения величины радиуса кривизны.

Известен инструмент для сооружения фильтровой скважины с гравийной набивкой [1], включающий трубопровод с фильтром и герметизирующим оголовком, опускаемый на бурильных трубах, съемно соединенных с обратным клапаном, закрепленным в отстойнике фильтра.

Известный инструмент обеспечивает оборудование скважин гравийно-обсыпными фильтрами в восходящем потоке промывочной жидкости в условиях с низким пластовым давлением продуктивных горизонтов и поглощением промывочной жидкости мало эффективен в связи с невозможностью полной очистки скважины от бурового шлама, выноса пластового песка и формирования гравийного фильтра.

Известен также скважинный инструмент для гравийной набивки интервала внутри ствола скважины, включающий трубопровод с основной секцией фильтра и верхним обходным фильтром [2]. Наличие обходного фильтра несколько выравнивает скорости намыва гравия и обеспечения фракционирования частиц.

Однако проблема недостаточной очистки от бурового шлама и пластового песка также не решается, особенно при превышении давлений промывочной жидкости над пластовым.

Наиболее близким аналогом изобретения является инструмент для сооружения фильтровой скважины [3], включающий трубопровод с основным и дополнительными фильтрами, промывочную трубу со средствами блокирования потока промывочной жидкости.

Недостатком инструмента является его малая эффективность, особенно при использовании в продуктивных пластах с низким пластовым давлением и поглощением промывочной жидкости.

В связи с тем, что снабжение инструмента промывочной трубой с блокирующими средствами и наличие обходного фильтра дают возможность управления потоком промывочной жидкости для хорошей набивки кольцевой полости фильтра, но не обеспечивают полную очистку фильтра от выбуренного шлама, пластового песка.

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрено создание инструмента для сооружения фильтровой скважины, который обеспечивает оптимальное распределение гравия по всей прифильтровой зоне и надежную полную очистку от бурового шлама и пластового песка и обеспечивает формирование естественного фильтра больших формаций гравийной набивки.

Указанная задача решается тем, что инструмент для сооружения фильтровой скважины, включающий фильтровую колонну с гравийной набивкой, промывочную трубу с блокирующими средствами и обратным клапаном, согласно настоящему изобретению, инструмент снабжен, по меньшей мере, двумя струйными устройствами, установленными между блокирующими средствами, установленными на корпусе, закрепленном к промывочной трубе и выполненном с радиальными каналами, перекрытыми подпружиненным радиальным клапаном, связанным шарнирно верхней частью с обратным клапаном.

Кроме того, струйные устройства выполнены в виде комплектов кольцевых сопел, образованных коническими кольцами с углом конусности, соответствующим углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости для нижнего струйного устройства и сферическими кольцами, величины радиусов кривизны которых взяты из расчета перекрытия струями сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины и фильтровой колонны, а центры - на оси фильтровой колонны, причем конические и сферические кольца снабжены цилиндрическими опорными участками, верхние из которых выполнены с радиальными каналами.

Сущность изобретения пояснена чертежом.

В скважину 1 с фильтровой колонной 2 опускают промывочную трубу 3 с блокирующими средствами 4, 5, установленными на корпусе 6, выполненном с радиальными каналами, перекрытыми подпружиненным радиальным клапаном 7, к которому в верхней части шарнирно соединен обратный клапан 8.

Между блокирующими средствами 4, 5 установлены нижнее и верхнее струйные устройства 9, 10.

Нижнее струйное устройство выполнено в виде комплекта кольцевых сопел, образованных коническими кольцами 11 с углом конусности, соответствующим углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости.

Верхнее струйное устройство выполнено в виде комплекта кольцевых сопел, образованных сферическими кольцами 12.

Центры радиусов кривизны сферических колец 12 взяты на оси фильтровой колонны 2, а величины из расчета перекрытия сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины 1 и фильтровой колонны 2.

Конические и сферические кольца снабжены цилиндрическими опорными участками, верхние из которых снабжены радиальными каналами 13, 14.

Сооружение фильтровой скважины в соответствии с настоящим изобретением заключается в следующем.

После проведения операций по очистке или расширению ствола скважины спускают инструмент в ствол скважины и включают подачу промывочной жидкости через промывочную трубу 3 к струйным устройствам.

При этом, под действием давления промывочной жидкости радиальный клапан вместе с обратным клапаном 8 перемещается в нижнее рабочее положение с открытыми радиальными каналами корпуса 6, через которые промывочная жидкость подается к струйным устройствам, а через радиальные каналы 13, 14 к стенке фильтровой колонны 2.

В результате подачи промывочной жидкости через верхнее струйное устройство производится предварительная промывка гравийной набивки по короткому пути - по радиусным кривым через кольцевую полость между стенками ствола скважины и фильтровой колонны внутрь фильтровой колонны.

Окончательная промывка и естественная укладка гравийной набивки осуществляется подачей промывочной жидкости через нижнее струйное устройство.

Части бурового шлама и песок с мелкими фракциями гравийной набивки транспортируются через фильтровую колонну на поверхность.

Дальнейшие операции по засыпке и промывке гравийной набивки производятся аналогично.

После промывки производится откачка скважины с обратной промывкой, при этом подпружиненный радиальный канал 7 перемещается в верхнее положение и перекрывает радиальные каналы корпуса 6.

Технический результат

1. Сооружение фильтровой скважины с оптимальным распространением гравия по всей прифильтровой зоне.

2. Надежная и полная очистка скважины от бурового шлама и пластового песка.

3. Обеспечение формирования естественного фильтра.

Пример осуществления способа

Ремонту и реконструкции подлежит вышедшая из строя в связи с длительной эксплуатацией скважина №1-0 Окского водоносного горизонта водозабора “Окский”, г.Рязань.

Скважина бесфильтровая, глубина 215 м, обсажена на глубину 140 м от устья обсадной колонной 426 мм, до выхода из строя эксплуатировалась с применением насосов типа ЭЦВ 8-16-140.

Конкретные причины прекращения эксплуатации скважины: повышенная мутность откачиваемой воды.

Для ремонта скважины производят следующие операции:

1. Очистка ствола скважины и расширение прифильтровой зоны 140-215 м до 450 мм.

2. Спуск обсадной колонны ⊘273 мм с фильтром в нижней части длиной 40 м.

3. Спуск инструмента для сооружения фильтровой скважины.

4. Промывка скважины с одновременной засыпкой гравия с крупностью фракций от 0,5 до 10 мм до уровня 145 м от устья скважины и подсыпка по мере выноса мелких фракций и песка и образования естественного фильтра.

5. Замер динамического уровня, для данной скважины он составляет 79 м от устья скважины.

6. Окончательная промывка скважины с обратной промывкой.

7. Проведение строительной откачки скважины.

8. Отбор проб откачиваемой воды и химический анализ.

Источники информации

1. Оноприенко М.Г. Бурение и оборудование гидрогеологических скважин, М.: Недра, 1978. - с.90.

2. Патент РФ №2169254, МПК 7 Е 21 В 43/04, 20.06.2001.

3. Патент РФ №2209943, МПК 7 Е 21 В 43/04, 10.08.2003.

1. Способ сооружения фильтровой скважины, заключающийся в установке в ствол скважины фильтровой колонны, засыпке и промывке больших формаций гравийной набивки, отличающийся тем, что промывку осуществляют через, по меньшей мере, два струйных устройства, причем направления струй нижнего струйного устройства соответствуют углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости, а верхнего - радиусным кривым с перекрытием сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины и фильтровой колонны путем изменения величины радиуса кривизны струй.

2. Инструмент для сооружения фильтровой скважины, включающий фильтровую колонну с гравийной набивкой, промывочную трубу с блокирующими средствами и обратным клапаном, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, двумя струйными устройствами, установленными между блокирующими средствами, установленными на корпусе, прикрепленном к промывочной трубе и выполненном с радиальными каналами, перекрытыми подпружиненным радиальным клапаном, а обратный клапан соединен шарнирно с верхней частью радиального клапана.

3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что струйные устройства выполнены в виде комплектов кольцевых сопел, образованных коническими кольцами с углом конусности, соответствующим углу естественного откоса гравийной набивки в пластовой жидкости, для нижнего струйного устройства и сферическими кольцами, величины радиусов кривизны которых взяты из расчета перекрытия струями сечения кольцевой полости между стенками ствола скважины и фильтровой колонны, с центром на оси фильтровой колонны для верхнего струйного устройства, причем конические и сферические кольца снабжены цилиндрическими опорными участками, верхние из которых выполнены с радиальными каналами.