способ крепления ствола скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ крепления ствола скважины, включающий спуск и установку в зоне осложнения профильной трубы, снабженной двумя втулками, соединенными с ее торцами, создание внутреннего давления на стенки трубы, увеличение диаметра трубы до контакта со стенками скважины и закрепление ее в скважине, отличающийся тем, что в зону осложнения устанавливают трубу, выполненную из легкоплавкого материала и заполненную водой, последнюю нагревают генератором теплоты до температуры размягчения материала трубы и увеличения диаметра трубы до контакта со стенками скважины, после чего отключают генератор теплоты и электронагревателем расплавляют контактную с ним втулку и извлекают из трубы генератор теплоты и электронагреватель.

2. Устройство для крепления ствола скважины, содержащее профильную трубу, снабженную двумя утолщенными втулками, жестко соединенными с ее торцами и установленную на спускоподъемном приспособлении, отличающееся тем, что устройство снабжено утяжелителем, соединенным с кабельным замком и установленным под ним электронагревателем, расположенным в верхней торцевой втулке, и генератором теплоты, размещенным в полости трубы и соединенным с электронагревателем с возможностью их извлечения из трубы, которая выполнена из легкоплавкого материала и заполнена жидкостью, а втулки выполнены из того же материала, что и труба.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для закрепления неустойчивых и изоляции поглощающих интервалов горных пород при сооружении геологоразведочных, эксплуатационных, гидрогеологических, инженерных скважин различного назначения с применением относительно легкоплавких экологически чистых материалов.

Известен способ изоляции водопритоков (см. А.с. РФ №697690, М.кл. Е 21 В 33/138, 79), который заключается в подаче на забой скважины в изолированную зону легкоплавкого термопластичного материала и в последующем распределении его путем разбуривания всухую. При данном способе используется эффект перехода механической работы в тепловую энергию. Для реализации способа требуются термопластические материалы с низкой температурой плавления (смолы, битум, пластики). Данный способ предназначен для закрепления ствола скважины только в призабойной зоне и не обеспечивает крепление отдельных участков тектонических нарушений, трещиноватости, изоляции зон поглощений и флюидопроявлений на любом интервале предварительно пробуренной глубокой скважины.

Известен способ электротермического крепления ствола скважины и устройство для его осуществления (см. Патент РФ №2057901, М.кл. 6 Е 21 В 33/138. Способ электротермического крепления ствола скважины основан на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов, готовят композиционный тампонажный материал с температурой плавления 50-1000°С, опускают в предварительно пробуренную скважину тампонирующий пенетратор, после чего заполняют скважину тампонажным материалом на нужную высоту, а затем поднимают нагретый тампонирующий пенетратор к устью скважины.

Устройство для реализации способа включает в себя: тампонирующий тепловой пенетратор, источник электроэнергии, лебедку, блок-баланс, кабель-трос для подвешивания пенетратора и канализации электроэнергии к тампонирующему пенетратору, штангу с центраторами и кабельный замок. При этом кристаллизатор - формователь цилиндрической формы помещен в нижней части корпуса пенетратора, штанга с центраторами помещена между корпусом пенетратора и кабель-тросом, а корпус пенетратора в верхней части имеет коническую форму с возможностью обеспечения со стенками скважины угла 5-10°, при этом наружный диаметр корпуса пенетратора меньше диаметра скважины на 10-30%.

Данный способ и устройство обеспечивают крепление стволов только сухих и неглубоких скважин, доставка же легкоплавких тампонажных материалов к месту крепления отдельных участков тектонических нарушений, трещиноватостей, изоляции зон поглощений на любой интервал глубокой скважины, заполненной глинистым раствором, невозможна.

Известен способ электротермического крепления ствола скважины и устройство для его осуществления (см. Патент РФ №2158347, М.кл. 7 Е 21 В 33/13), который также основан на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов, зону крепления скважины дополнительно заполняют инертным наполнителем, например гранитной крошкой, причем при подъеме нагретого генератора теплоты к устью скважины одновременно засыпают центральную часть зоны скважины легкоплавким связующим материалом, околоствольную - инертным наполнителем, при этом устройство электротермического крепления ствола скважины снабжено двумя емкостями, жестко установленными одна над другой на штанге, подвешенной на грузонесущем кабеле, и теплоизолятором конусной формы, закрепленным между нижней емкостью и генератором теплоты, причем нижняя емкость заполнена легкоплавким гранулированным связующим материалом, а верхняя - инертным наполнителем - гранитной крошкой, при этом в днищах обеих емкостей установлены съемные легкоплавкие пластины и кольцевые электронагреватели, а на конце генератора теплоты закреплен уплотнитель.

Данный способ и устройство обеспечивают крепление стволов скважин, но требуют значительные затраты времени на подготовку электротермического снаряда, связанных с загрузкой емкостей инертным и легкоплавкими материалами. Известно устройство для перекрытия зоны осложнения в скважине, патент РФ №1712581, М.Кл. Е 21 В 29/10, 33/13. Способ крепления ствола скважины заключается в спуске на колонне буровых труб в скважину профильной трубы, нагнетании в нее под давлением жидкости, вдавливанием трубы в стенки скважины и развольцовывание резьбовых соединений профильной трубы. Устройство включает профильную трубу с цилиндрическими участками по концам, на нижнем из которых размещен башмак с обратным клапаном, а в верхнем - расширитель с якорным элементом, жестко связанные с дорнирующей головкой, размещенной над профильной трубой и имеющий узел соединения под бурильные трубы, при этом на цилиндрических участках профильной трубы выполнены наружные кольцевые проточки под уплотнительные элементы и соответствующие проточкам внутренние кольцевые выступы, при этом якорный элемент в виде наружного выступа на расширителе, а цилиндрический участок профильной трубы под внутренним кольцевым выступом имеет кольцевую канавку для размещения выступа расширителя в исходном положении. Устройство опускают в скважину на колонне бурильных труб и устанавливают в зоне осложнения. Профильные трубы выправляют внутренним давлением путем нагнетания в них жидкости и тем самым закрепляют их к стенкам скважины, а затем расширителем развальцовывают резьбовые соединения профильных труб.

Данный способ и устройство сложное по операциям и по конструкции, содержащее большое количество сборочных узлов и дорогостоящее при его изготовлении и требует значительных трудовых затрат на спускоподъемные операции при использовании бурильных труб. Известен способ крепления ствола скважины патент №2006569, принятый за прототип, включающий корпус, выполненный в виде гофрированного перекрывателя из отрезка тонкостенной металлической трубы, оснащенной снаружи шипами-костылями, подвеску корпуса, выполненную в виде каротажного кабеля, при этом концы корпуса заглушены колпаками. Внутри корпуса размещен заряд с воспламенителем. При постановке устройства в зону крепления скважины производят взрыв. В результате взрыва нижний колпак перекрывателя разрушается, а верхний колпак с воспламенителем отстреливается и на каротажном кабеле извлекается из скважины, а корпус (гофрированный перекрыватель) деформируется и его гофрированная стенка разглаживается, плотно прижимается к поверхности скважины и перекрывает имеющиеся каверны и трещины.

Данный способ может быть использован только при незначительных кавернах и трещинах, при креплении же зон осложнений значительных объемов при взрыве заряда могут наблюдаться разрушения каротажного кабеля, разрушение тонкостенной профильной трубы со значительным дополнительным разрушением зоны осложнения и засорения забоя скважины деталями устройства.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - закрепление отдельных участков тектонических нарушений, изоляции зон поглощений и флюидопроявлений на любых интервалах скважин различного назначения за счет использования более простой и дешевой технологии устройства.

Технический результат в части способа достигается тем, что в способе крепления ствола скважины, включающем спуск и установку в зоне осложнения профильной трубы, снабженной двумя втулками, соединенными с ее торцами, создание внутреннего давления на стенки трубы, увеличение диаметра трубы до контакта со стенками скважины и закрепление ее в скважине, согласно изобретению в зону осложнения устанавливают трубу, выполненную из легкоплавкого материала и заполненную водой, последнюю нагревают генератором теплоты до температуры размягчения материала трубы и увеличения диаметра трубы до контакта со стенками скважины, после чего отключают генератор теплоты и электронагревателем расплавляют контактную с ним втулку и извлекают из трубы генератор теплоты и электронагреватель.

Технический результат в части устройства обеспечивается тем, что устройство для крепления ствола скважины, содержит профильную трубу снабженную двумя утолщенными втулками, жестко соединенными с ее торцами и установленную на спускоподъемном приспособлении, согласно изобретению устройство снабжено утяжелителем, соединенным с кабельным замком и установленным под ним электронагревателем, расположенным в верхней торцевой втулке, и генератором теплоты, размещенным в полости трубы и соединенным с электронагревателем с возможностью их извлечения из трубы, которая выполнена из легкоплавкого материала и заполнена жидкостью, а втулки выполнены из того же материала, что и труба.

Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 показано устройство для крепления ствола скважины, на фиг.2. показана общая схема устройства, на фиг.3 показан разрез трубы.

Устройство содержит легкоплавкую профильную экологически чистую трубу 1, выполненную, например, из полипропилена, торцевые части которой жестко соединены с утолщенными цилиндрическими втулками нижней 2 и верхней 3. Генератор теплоты 4, размещенный в полости трубы 1, заполненной водой 5, соединен с экологически чистой верхней частью профильной трубы 1 через электронагреватель 6 и втулку 3. Устройство содержит также кабельный замок 7, утяжелитель 8, грузонесущий кабель 9 для канализации электроэнергии, лебедку 10, источник электроэнергии 11 и самоходную буровую установку 12.

Устройство работает следующим образом. После сборки устройства, в состав которого входят генератор теплоты 4, профильная легкоплавкая экологически чистая труба 1 с втулками 2 и 3, выпоненными из того же материала, что и труба 1, заполненная водой 5. Электронагреватель 6 закреплен в верхней торцевой втулке 3. Кабельный замок 7 и утяжелитель 8 расположен над электронагревателем 6. Устройство подвешивают на грузонесущем кабеле 9 и устанавливают в скважине с помощью лебедки 10 в зону осложнения. Утолщенность втулок 2 и 3 служит для увеличения механической прочности при нагреве и создании давления жидкости в полости трубы 1. После установки устройства в зону осложнения интервала скважины генератором теплоты 4 нагревают воду 5 до температуры размягчения стенок трубы 1 и за счет образовавшегося давления в полости трубы при фазовом переходе воды в пар увеличивают диаметр трубы 1 до контакта со стенками скважины, после чего отключают генератор теплоты 4 и включают электронагреватель 6, закрепленный во втулке 3 трубы 1, который при нагреве плавит контактную с ним втулку 3 и освобождается от трубы 1. После чего генератор теплоты 4 с нагревателем 6, кабельным замком 7 и утяжелителем 8, закрепленными на грузонесущем кабеле 9 при помощи лебедки 10, поднимают на поверхность, а труба 1, изменившая свою форму, остается в зоне осложнения интервала скважины. При последующем бурении скважины разбуриваются втулки 2 и 3.

Выполненные исследования показали, что на современном этапе предложенный способ и устройство могут найти экономически целесообразное практическое применение для экологически чистого крепления отдельных зон тектонических нарушений и изоляции поглощающих и проявляющих горизонтов и ремонта обсадных колон на любых интервалах глубоких скважин, заполненных буровым раствором.

Высокая скорость и надежность крепления стенок скважины относительно легкоплавкими профильными трубами существенно снижает материальные затраты и затраты на сооружение скважин, исключая при этом применение стальных обсадных труб. Крепление отдельных интервалов скважин позволит снизить грузоподъемность и мощность буровых установок, затраты на производство обсадки и цементированных работ, на транспорт и энергоносители.