Способ охлаждения долота при бурении скважин и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к бурению скважин в процессе сооружения горной выработки, в частности к охлаждению долота. При осуществлении способа в дезинтеграторе обрабатывают пластовую воду с содержанием в ней растворенных солей 30-60 г/л, измельчают минералы в порошок до размеров частиц 10^-5-10^-7 м, смешивают в первой емкости обработанные в дезинтеграторе воду и порошок в пропорции 5-30 об.%, получают дисперсионную смесь (ДС). Во вторую емкость вставляют третью емкость таким образом, что они имеют одинаковые объемы и одну общую боковую поверхность, являющуюся электропроводной диафрагмой, заземляют диафрагму, во вторую емкость вводят катод, в третью емкость вводят анод. На катод и анод подают напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 1000-20000 В/м, прокачивают в течение 5-30 минут ДС по контуру, включающему первую и вторую емкости; прокачивают воду, по контуру, включающему третью емкость и приспособление для охлаждения воды; закачивают ДС в скважину. Уменьшается стоимость, повышается эффективность проходки за рейс долота. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к способам охлаждения долота при бурении скважин и устройствам для их осуществления в процессе сооружения горной выработки.

Известны способы охлаждения долота при бурении скважин для увеличения проходки скважин на рейс долота (полное время работы долота в скважине до его подъема на поверхность и его замены на новый) путем закачки в скважину при бурении охлаждающей жидкости - воды, других промывочных растворов, дисперсионных смесей с водой, предварительно обработанных различными химическими способами для увеличения показателя их рН, увеличения их теплопроводности, теплоемкости, уменьшения их внутреннего трения с целью понизить температуру трущихся поверхностей долота, продлить их ресурс работы, дать возможность увеличить скорость бурения [см. Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2008. - 160 стр.].

Недостатком способов-аналогов является недостаточное увеличение проходки скважины на рейс долота.

Известны устройства для осуществления способов охлаждения долота при бурении скважин, включающие приспособления для подготовки охлаждающей жидкости, приспособление для закачки в скважину при бурении охлаждающей жидкости [см. Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2008. - 160 стр.].

Недостатком устройств-аналогов является недостаточное с их помощью увеличение проходки скважины на рейс долота.

Известен способ охлаждения долота при бурении скважин, по совокупности существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту являющийся наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемому техническому решению и потому выбранным в качестве прототипа. Способ включает смешивание в первой емкости воды и порошка глины, получение дисперсионной смеси (ДС); закачку (ДС) в скважину в качестве промывочной жидкости для охлаждения долота [см. Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2008. - 160 стр.].

Недостатком известного способа-прототипа является недостаточное увеличение проходки скважины на рейс долота, высокая стоимость и низкая скорость проходки за рейс долота.

Известно устройство для осуществления способа охлаждения долота при бурении скважин, по совокупности существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту являющееся наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемому техническому решению и потому выбранным в качестве прототипа. Устройство-прототип включает в себя первую емкость для получения дисперсионной смеси (ДС) глины с водой, приспособление для закачки ДС в скважину в процессе работы долота [см. Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2008. - 160 стр.].

Недостатком известного устройства-прототипа является недостаточное увеличение проходки скважины на рейс долота, получаемое с помощью данного устройства, высокая стоимость и низкая скорость проходки за рейс долота.

Единым техническим результатом группы изобретений является уменьшение стоимости, увеличение скорости проходки скважин за рейс долота.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу состоит в том, что в дезинтеграторе обрабатывают пластовую воду с содержанием в ней растворенных солей 30-60 г/л, измельчают минералы в порошок до размеров частиц 10^-5-10^-7 м; смешивают в первой емкости обработанные в дезинтеграторе воду и порошок в пропорции 5-30 об.%, получают дисперсионную смесь (ДС); во вторую емкость вставляют третью емкость таким образом, что они имеют одинаковые объемы и одну общую боковую поверхность, являющуюся электропроводной диафрагмой; заземляют диафрагму; во вторую емкость вводят катод, в третью емкость вводят анод; на катод и анод подают напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 1000-20000 В/м; прокачивают в течение 5-30 минут ДС по контуру, включающему первую и вторую емкости; прокачивают воду по контуру, включающему третью емкость и приспособление для охлаждения воды; закачивают ДС в скважину в качестве промывочной жидкости для охлаждения долота.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается тем, что включает дезинтегратор; первую емкость для получения дисперсной смеси (ДС) порошка минералов с пластовой водой, прошедших обработку в дезинтеграторе; вторую емкость и третью емкость равных объемов, причем третья емкость находится внутри второй емкости, а часть их общей поверхности является электропроводящей заземленной диафрагмой; катод во второй емкости и анод в третьей емкости; контур, включающий первую и вторую емкости, электромотор; контур, включающий третью емкость и приспособление для охлаждения воды; приспособление для закачивания ДС в скважину в процессе работы долота.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг.1.

Устройство для осуществления способа охлаждения долота при бурении скважин включает дезинтегратор 1 для механической обработки пластовой воды и перемалывания минералов в порошок до размеров частиц величиной 10^-5-10^-7 м (т.е. до размеров в нанометры); первую емкость 2 для приготовления дисперсной смеси (ДС) порошка минералов с пластовой водой, прошедших обработку в дезинтеграторе; вторую емкость 3 и третью емкость 4 равных объемов, причем третья емкость 4 находится внутри второй емкости 3, а часть их общей поверхности является электропроводящей заземленной диафрагмой 5; катод 6 во второй емкости и анод 7 в третьей емкости; контур, включающий первую емкость 2 и вторую емкость 3, электромотор 8; контур, включающий третью емкость 4 и приспособление для охлаждения воды 9; приспособление 10 для закачивания ДС в скважину в процессе работы долота.

Указанные в формуле пределы величин параметров обработки выбраны из следующих соображений. При максимальном напряжении на катоде и аноде, создающим напряженность электрического поля величиной 20000 В/м, положительный эффект действия технического решения достигается при минимальном содержании в пластовой воде растворенных солей 30 г/л, смешивании в первой емкости обработанных в дезинтеграторе воды и порошка в пропорции 5 об.%, минимальном времени прокачки ДС по контуру в течение 5 минут; при минимальном напряжении на катоде и аноде, создающем напряженность электрического поля величиной 1000 В/м, положительный эффект действия технического решения достигается при максимальном содержании в пластовой воде растворенных солей 60 г/л, смешивании в первой емкости обработанных в дезинтеграторе воды и порошка в пропорции 30 об.%, максимальном времени прокачки ДС по контуру в течение 30 минут.

Пример 1. Способ охлаждения долота при бурении скважин включает обработку в дезинтеграторе 1 мощностью 10 кВт пластовой воды с содержанием 45 г/л растворенных в ней солей, измельчение в данном дезинтеграторе минерала - глины монтмориллонит - в порошок до размеров частиц величиной 10^-5-10^-7 м (т.е. до размеров в нанометры), обработанную воду и полученный порошок минерала вводят в пропорции 15 об.% в первую емкость 2, в стиральную машину «Вятка»; перемешивают введенный порошок с водой, получают тем самым дисперсную смесь (ДС); во вторую цилиндрическую емкость 3, выполненную из полиэтилена толщиной стенок 0,003 м, имеющую внутренний диаметр 0,051 м, высоту 0,344 м, с фланцами диаметром по 0,870 м, толщиной 0,003 м, с патрубками диаметром 0,010 м длиной 0,030 м для ввода жидкости снизу и вывода жидкости сверху, вставляют по центру ее осевой симметрии цилиндр внешним диаметром 0,016 м, высотой 0,258 м, выполненный из полиэтилена толщиной стенок 0,001 м, вставляют цилиндр диаметром 0,036 м, высотой 0,258 м, выполненный из сетки нержавеющей стали с ячейками размером 0,005 м, толщиной проволок 0,001 м, закрытой с двух сторон графитовой тканью, создают таким образом электропроводящую диафрагму 5, имеющую свойства фильтра тонкой очистки воды; диафрагму 5 заземляют, тем самым создают третью емкость 4, ограниченную цилиндром диаметром 0,016 м и диафрагмой 5; вводят цилиндрический катод 6 вплотную к внутренней стенке второй емкости, выполненный из сетки нержавеющей стали с ячейками размером 0,005 м, толщиной проволок 0,001 м, закрытой с двух сторон графитовой тканью; вводят вплотную к внешней стенке цилиндра диаметром 0,016 м анод 7, выполненный из сетки нержавеющей стали с ячейками размером 0,005 м, толщиной проволок 0,001 м, закрытой с двух сторон графитовой тканью, при этом объемы частей второй емкости 3 и третьей емкости 4 в области действия катода и анода одинаковы и равны ~0,0002 м³; таким образом, эту общую часть второй емкости 3 и третьей емкости 4 выполняют в виде диафрагменного электролизера; заполняют ДС во вторую емкость 3; на катод 6 и анод 7 подают напряжение постоянного тока величиной 130 В, достаточное для создания напряженности электрического поля величиной ~10000 В/м; прокачивают ДС по контуру, включающему емкость 2 - стиральную машину «Вятка», электромотор которой 8 предназначен для циркуляции по контуру ДС, соединительные трубопроводы из металлокерамики диаметром 0,010 м и вторую емкость 3, в которой получают активированную ДС; при этом вода самотеком проходит по контуру, состоящему из третьей емкости 4, где вода нагревается, поднимается вверх, приспособления 9 для охлаждения воды, нагревающейся в третьей емкости 4, представляющее собой бочку из полиэтилена толщиной стенок 0,020 м объемом 1 м³ с водой, змеевик в данной емкости, выполненный из меди диаметром 0,01 м, по которому проходит по контуру и охлаждается вода из третьей емкости 4 по трубопроводам из металлокерамики диаметром 0,010 м, соединяющие третью емкость 4 с змеевиком приспособления 9 для охлаждения воды, где вода, охлаждаясь, вновь из придонной части змеевика поступает в нижнюю часть второй емкости 4; сливают активированную ДС в приспособление 10 для закачки в скважину ДС, которое представляет собой емкость объемом 5 м³, насос для закачки ДС в скважину в процессе работы долота.

Использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет активировать дисперсионную смесь глины с водой, повышать ее теплопроводность, теплоемкость, что позволяет эффективнее охлаждать режущие кромки долот, продлять их рейс на 20%.

Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной группы изобретений следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленные способ и устройство при их осуществлении, предназначено для использования в области нефтедобычи;

- для заявленного способа и устройства для его осуществления в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ охлаждения долота при бурении скважин, включающий приготовление дисперсионной смеси минералов с водой, закачку дисперсионной смеси минералов с водой в скважину в качестве промывочной жидкости для охлаждения долота, отличающийся тем, что в дезинтеграторе обрабатывают пластовую воду с содержанием в ней растворенных солей 30-60 г/л, измельчают минералы в порошок до размеров частиц 10^-5-10^-7 м; смешивают в первой емкости обработанные в дезинтеграторе воду и порошок в пропорции 5-30 об.%, получая дисперсионную смесь (ДС); во вторую емкость вставляют третью емкость таким образом, что они имеют одинаковый объем и одну общую боковую поверхность, являющуюся электропроводной диафрагмой; заземляют диафрагму; во вторую емкость вводят катод, в третью емкость вводят анод; на катод и анод подают напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 1000-20000 В/м; прокачивают в течение 5-30 мин ДС по контуру, включающему первую и вторую емкости; прокачивают воду по контуру, включающему третью емкость и приспособление для охлаждения воды.

2. Устройство для осуществления способа охлаждения долота при бурении скважин состоит из первой емкости для получения дисперсной смеси (ДС) порошка минералов с водой; приспособления для закачивания ДС в скважину в процессе работы долота, отличающееся тем, что включает дезинтегратор; вторую емкость и третью емкость равных объемов, причем третья емкость находится внутри второй емкости, а часть их общей поверхности является электропроводящей заземленной диафрагмой; катод во второй емкости и анод в третьей емкости; контур, включающий первую емкость, вторую емкость, электромотор; контур, включающий третью емкость и приспособление для охлаждения воды.