Устройство для термического бурения скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3287189/03 (22) 30.04.81 (46) 23.02.91 . Бюл. У 7 (72) Е.В.Соколов и А.Е.Соколов (53) 622.24,051:622.245.3(088.8) (56) Берман Э. Геотермальная энергия. М,: Мир, 1978, с.90, 124 °

Авторское свидетельство СССР

Н 439601, кл. E 21 В 7/k5, 1972. (54)(57) 1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, содержащее породоплавильный.узел! . с нагревательным

I элементом и электрическим кабелем, средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины и средство

:, для спуска породоплавильного узла в скважину, отличающееся:, тем, что, с целью увеличения скорости проходки и обеспечения одновременной с бурением обсадки сверхглубо- ° ких скважин, средство для спуска по-, родоплавильного узла ъ скважину выполнено в виде обсадной колонны с узлами удержания и движения ее в скважине, расположенными в межтрубном пространстве между обсадной колонной и вывернутой нареку ее частью. на расстоянии друг от..друга вдоль оси обсадной колонны, и с узлом выворачивания обсадной колонны, выполненным в виде дополнительного, на. гревательного элемента, вмонтированного в породоплавильный узел, корпус; которого выполнен с направляющей .верхней частью, обжатой обсадной колонной, а средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины выполнено в виде вертикального цепного, трубного элеватора, смонтированного жестко на породоплавильном узле и имеющего узлы удержания и движения

„„SU„„1061539 А 1 (51)5 E 21 В 7/15; Е 21 В 33/13

его, расположенные внутри обсадной колонны на расстоянии друг от друга вдоль оси обсадной колонны.

2.устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е.е с я тем, что узел удержания и движения обсадной колонны в скважине выполнен в виде полого цилиндра, в стенки которого в два-ряда по окружности вмонтированы колеса, прижатые пружинами поочередно к обсадной колонйе и к вывернутой наружу ее части и посаженные на карданные валы, соединенные через понижающий редуктор с электродвигателями, питаемыми от электрокабеля.

3.Устройство по п.l, о т л и — a ч а ю щ е е с я тем, что вертикаль-. ный цепной трубный элеватор выполнен в виде опорной трубы, закрепленной нижней частью на породоплавнльном узле, а верхней частью скрепленной с Х-образной фермой, в центре которой смонтирован желоб с цепью,.соедннеххнойчерез редукторы с электродвигате-, лями, закрепленными на ферме на расстоянии друг от друх а по всей длине .Т причем на цепи подвешены трубы с кернорвателем в нижней части для Ql извлечения нерасплавленной породы М и трубы, заглушенные в нижней части С© и имеющие окна в верхней части для заполнения расплавленной породой.

4.Устройство по п.i о т л и— ч а ю щ е е с я тем,что узел удержа- ния и движения элеватора выполнен в виде закрепленного на Х-образной ферме блока с двумя рядами колес, прижатых пружинами к внутренней стенке обсадной колонны и последовательно соединенных карданными валами, 3 1061 539 связанными через редуктор с электродвигателем, питаемым от электрокабеля., 5 . Устройство по пп ° 1 -4, ч ающе е с я тем, что, с целью обеспечения проведения каротажа сква1 г

ti1 1Ф, f

Изобретение относирся к области бурения сверхглубоких геотермальных и исследовательских скважин.

Известна установка для роторного способа бурения и era модиФикаций, где предусматривается создание уравновешив ающего давления и вынос разбуренной породы с помощью бурового раство-ра; передача мощности породоразрушаю- g0 щему инструменту и подача раствора на забой скважины с помощью колонны бурильных труб; поддержание стенок скважины при различных давлениях с помощью колонны обсадных труб и прове- дение каротажа и цементирования.

Недостатки этой установки и способа бурения — значительное снижение с глубиной скорости бурения сверхглубоких скважин, возможность обрыва Зр от собственного веса колонны бурильных и обсадных труб.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для терМического бурения скважин, содержащее породоплавильный узел с нагревательным элементом и электрическим кабелем, средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины и

40 средство для спуска породоплавильного. узла в скважину.

Однако данное устройство не позволяет бурить сверхглубокие скважины,,4g так как невозможно точно регулировать осевое усилие на породоплавилъный узел, что снижает скорость бурения, Кроме того, при высоких температурах,, большом поровом давлении и пластичности пород в сверхглубоких скважи нах происходит сдавливание стенок скважины, и дальнейшее бурение станет невозможным, т.е. отсутствие обсадки скважины приводит к обрушению стенок. Производство последователь.ного закрепления скважин обсадны- ми колоннами (т.е. после окончания бурения) снижает надежность установжины во время бурения, оно снабжено трубами для размещения автономных . исследовательских средств, подвешен- ными на цепь элеватора. ки обсадной колонны и скорость проходки сверхглубоких скважин.

Целью изобретения является увеличение скорости проходки и обеспечение одновременной с бурением обсадки сверхглубоких скважин, а также обеспечение проведения каротажа скважины во время бурения.

Цель достигается тем, что в устрой- стве для термического бурения сква-.:; жин, содержащем породоплавильный узел с нагревательным элементом и электрическим кабелем, средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины и средство для спуска поро-. доплавильного узла в скважину, последнее выполнено в виде обсадной ко лонны с узлами удержания и движения,. ее в скважине, расположенными в межтрубном пространстве между обсадной колонной и вывернутой наружу ее частью на расстоянии друг GT друга вдоль оси обсадной колонны, и с, узлом выворачивания обсадной колонны, выполненным в виде дополнительного .нагревательного элемента, вмонтирован-; ного в породоплавильный узел, корпус которого выполнен с направляющей верх- ней частью, обжатой обсадной колон-.ной, а средство для извлечения разбуриваемой породы из скважины выполнено в виде вертикального цепного трубного элеватора, смонтированного жестко на породоплавильном узле и имеющего узлы удержания и движения его расположенные внутри обсадной колонны на, расстоянии друг от друга вдоль оси -, обсадной колонны. г ,Узел удержания и движения обсадной колонны в скважине выполнен в ви= де полого цилиндра, в стенки которого в два ряда по окружности вмонтированы колеса, прижатые пружинами поочередно,к обсадной колонне и.к вывернутой наружу ее части и посаженные на карданные валы, соединенные .через ! понижающий редуктор с электродвига.телями, питаемыми от электрокабеля, 10615

5

Вертикальный цепной трубный элеватор выполнен в виде опорной трубы, закрепленной нижней частью на породоплавильном узле, а верхней частью скрепленной с Х-образной фермой, в центре которой .смонтирован желоб с цепью, соединенной через редукторы с электродвигателями, закрепленными на ферме на расстоянии друг от друга по ее длине, причем на цепи подвешены трубы с кернорвателем в нижней части для извлечения нерасплав-<: ленной породы и трубы, заглушенные в нижней части и имеющие окна в верхней части для заполнения расплавленной породой.

Узел удержания и движения элеватора выполнен в виде закрепленного на

Х-образной ферме блока с двумя ряда- 20

Ми колес, прижатых пружинами к внутренней стенке обсадной колонны и последовательно соединенных карданными валами, связанными через редуктор с электродвигателей, питаемым от электрокабеля.

Устройство снабжено также трубами для размещения автономных исследовательских средств, подвешенными на цепь элеватора.

На фиг.1 изображено описываемое устройство; на фиг,2 — укрупненный вид верхней части устройства с узлами удержания и движения обсадной колонны и элеватора; на фиг,3 — укруп35 ненный вид средней части устройства; на фиг.4 †. укрупненный вид нижней части устройства в момент забора нерасплавленной породы, на фиг.5— сечение А-А на фиг.2.

Устройство состоит из породоплавильного узла, выполненного из тугоплавкого металла в виде полого цилиндра 1, в стенке котброго в нижней

I части: вмонтирован: электронагреватель- „ ный элемент 2 для плавления породы, а в верхней части — электронагревательный элемент 3 для регулируемого нагрева торца обсадной колонны 4.

Верхняя направляющая часть 5 породоплавильного узла имеет меньший наружный диаметр и служит направляющей для обсадной колонны 4, для ввода электрокабеля (не показано) и для соедине-:: ния.породоплавильного узла через опорную трубу 6 с Х-образными фермами

7 вертикального цепного трубного элеватора 8. Узел 9 удержания и движения обсадной колонны 4 состоит из корпуса

39 6

l0 в виде полого цилиндра, в стенки. которого по всей окружности в два ряда вмонтированы колеса ll, последовательно соединенные карданными валами

}2 через понижающий обороты редуктор

13 с регулируемым электродвигателем

14, Четные колеса с необходимой силой прижаты пружинами 15 к внутренней поверхности вывернутой наружу части 16 обсадной колонны 4, а нечетные колеса прижаты пружинами к наружной поверхности обсадной колонны 4 ° Узлы б

9 удержания и движения обсадной колонны 4 размещены на определенном расстоянии друг от друга вдоль оси обсадной колонны (т.е. по всей глубине скважины) и соединены между собой кабелями (не показаны).

Вертикальный цепной трубный элеватор 8 состоит из установленной внутри обсадной колонны 4 опорной трубы 6, соединенной с породоплавильным узлом. На трубу 6 устанавливаются и крепятся Х-образные металлические фермы 7 элеватора, в центре кото рых с той и другой стороны имеется направляющий для цепи 17 желоб 18, К цепи 17 на определенном расстоянии одна от другой последовательно подвешены породоприемные длинные {для исключения работы вращающихся частей .элеватора в зоне повышенных температур) трубы: труба 19 для удаления нерасплавленной породы в нижней части имеет кернорватель 20 и труба 21 для расплавленной породы заглушена снизу, а сбоку имеет окна 22 для заполнения.

Кроме этого, к цепи 17 подвешены в необходимом количестве короткие трубы 23 для размещения в них авто-, номных исследовательских устройств.

Привод элеватора 8 осуществляется электродвигателем 24 через понижаю- щий обороты редуктор 25. С целью равномерного распределения нагрузки на цепь 17 элеватора 8, силовые агрега-, ты, закреплены на определенном рас- . стоянии друг от друга на фермах 7 элеватора 8 по всей длине элеватора,, н соединены электрокабелем (не показан).

Узел 26 удержания и. движения элеватора 8 изготонлен в виде силовых блоков, которые закреплены параллель но на "определенном расстоянии друг от друга по всей длине элеватора

8 на фермах 7 и соединены между со-., 106) 539 бой электрокабелем (не показан) .

В корпусе каждого блока вмонтированы

I в два ряда колеса 27, последовательно соединенные карданными валами 28

5 через понижающий обороты редуктор 29 с электродвигателем 30. Каждое колесо

27 прижато пружиной 31 к внутренней поверхности обсадной колонны 4.

Установка работает следующим об- 10 разом.

На породоплавильный узел, находящийся на поверхности земли, устанавливается и закрепляется опорная труа ба 6, фермы 7 вертикального элеватора, элеватор 8 с приводом и электрокабелем, затем на породоплавильный узел торцом устанавливается разрезная вдоль обсадная колонна, 4 (разрез необходим для пропуска внутрь.нее элек-.20 трокабелей). После этого разрез зава- ривается электросваркой (при помощи электросварки происходит и наращивание обсадной колонны 4). При вклю чении электротока и разогрева породо- 25 плавильного узла от элемента 2 до

1200-1600 С порода под ним плавится и устройство погружается в образующуюся скважину. Одновременно торец обсадной колонны 4 при разогреве 30 элемента 3 в породоплавильном узле нагревается до размягчения и под усилием сначала собственного веса, а потом (при достаточном углублении устройства в скважину) и регулируемого веса (регулирование осуществляется узлом 9 удержания и движения обсадной колонны 4) станет деформироваться в стороны наименьшего сопротивления (от центра к периферии), g0 т.е. выворачиваться наизнанку, Затем разогретая часть обсадной колонны

4, соприкасаясь с расплавленными .. стенками скважины, вместе с ними ос-! тывает и прекращает деформироваться,; 45 остекловывается и прочно соединяется . с породой. В образовавшееся между колонной 4 и вывернутой ее частью 16: пространство на определенном расстоя нии друг от друга устанавливаются 50 узлы 9 удержания и движения колонны .

4, которые ограничивают вес колонны

4 и регулируют скорость обсадки. Образовавшийся внутри породоплавильно-, го узла с оплавленными краями керн

1 поступает внутрь опускаемого на него,, во время работы вертикального элевато-, .ра 8, в точнее в трубу 1 9, где кернорватель 20 заклинивает его и при движении трубы вверх отрывает от за;. боя, после чего вместе с трубой 19 керн. выносится на поверхность.

Оставшуюся расплавленную породу принимает труба 21, в которую она поступает через боковое окно 22. На поверхности земли трубы отсоединяются, содержимое из них удаляется, а цепь

17 элеватора 8, поступающая в скважину по мере ее углубления, наращивается. К ней подвешиваются трубы 19, 21, 23, и цикл повторяется. Для исследования скважины к цепи 17 подвешиваются короткие трубы 23, в которые помещаются автономные исследовательские ! устройства, извлекаемые на поверхность ( после исследования, скважины. Узел 26 удержания и движения элеватора 8 передает часть веса элеватора черезколеса 27 на колонну 4 и позволяет регулировать оборотными двигателями давление, осевое усилие, приходящееся, от веса элеватора на породоплавнльный узел.

Весь процесс бурения контролируется и происходит при помощи ЭВМ.

Скважина должна быть заполнена буровым раствором соответствующей плотности, В случае завершения бурения извлечение оборудования из скважины происходит следующим образом. Включаются узел 9 удержания и движения колонны, 4, вертикальный элеватор 8, узел

26 удержания и движения элеватора

8 и электронагревательный элемент

2. Электронагревательный элемент 3: . перегревает торец обсадной колонны

4, после чего узел 9 включается на подъем, перегретая часть колонны 4 разрывается и все оборудование вместе с породоплавильным узлом поднимается на поверхность.

Использование данного устройства;, для бурения с одновременной обсадкой скважины обеспечивает по сравнению с существующими устройствами бурение скважин в любых геологических условиях диаметром до трех метров и более на глубину до 30 км и более; сокращение сроков и снижение стоимости бурения сверхглубоких скважин;, а также бурение сверхглубоких скважин в городах и энергоемких. промышленных районах с целью получения вечной дешевой незагрязненной н не нарушаю

10б1539 10 щей окружаюцую ср ду геотермальной энергии.

1061539

106! 539

1 Редактор О.Юркова

Техред Л.герд|окова Корректор, Л.Пилипенко

; Заказ,.873, Тираж 373, Подписное

ВНИИА -государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101