Установка для исследования процессов бурения скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (У1) Е 21 В 21/00

" :.:Ъ» -" " " .,:" ::Г," 9Ф » 1

; ф., -., . :",ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4658123/03 (22) 02,03,89 (46) 3.02.91. Бюл. II - 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. A.Н,Костякова (72) В,М,Беляков, Г.M,Краснощеков и В,И.Битюцкий (53) 622.243. 14 (088.8) .(56) Штур В.Б. и др. Регулирование перепада давления в зоне разрушения породы при бурении нефтяных и газовых скважин. — Обзорная информация . Сер.

Бурение, вып. М - 20, М, ВНИИОЭНГ, 1982, с, 9.

Там же, с ° 7,8, рис. 4, 5.

2 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к технике бурения скважин и предназначено для моделирования процессов бурения, Цель — повышение достоверности исследований объемной фильтрации промывочных растворов в процессе бурения горных пород. Буровая камера (БК) 1 установки выполнена с поддоном 2 и крышкой..3 с отверстием для пропуска в БК бурового снаряда (БС) 4, Посредством трубопровода 10 bK 1 сообщена с уравнительным баком 8, выполненным в виде напорной герметичной емкости, и насосом 12. Всасывающая линия 1!

1629467

1 насоса 12 связана с приемным баком 9, а нагнетательная — с трубопроводом

13 для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд 4, причем баки 8 и 9 установлены последовательно и сообщены между собой. Внутри БК 1 размещены цилиндрические кольцевые разборные секции 14 с наружными жесткими фильтрующими стенками 15 и цилиндрическими кольцевыми надувными элементами (НЭ) 16, Последние устанавливаются выше долота друг над другом на bC 4, Количество и высота секций 14 соответствует количеству

Из обретение относится к технике бурения скважин, в частности к стендам для моделирования процессов бурения, и может быть использовано при определении обьемной фильтрации промывочной жидкости. 25

Целью изобретения является повышение достоверности исследований .объемной фильтрации промывочных растворов в процессе бурения горных пород.

На фиг.1 показана схема установки для исследований процессов бурения скважин; на фиг.2 — разборные цилиндрические кольцевые секции, установленные в них надувные элементы и их соединения между собой.

Установка содержит буровую камеру

1 с поддоном 2 и крышкой 3 с отверс1 тием для пропуска бурового снаряда 4 в буровую камеру 1. Имеются средства измерения давления промывочной жидко- 40 сти в буровой камере 1, выполненные в виде пьезометров 5, соединенных с манометрами 6. Крышка 3 оборудована сальниковым уллотнителем 7. Последовательно установлены и сообщены между 45 собой уравнительный бак 8 в виде напорной герметичной емкости и приемный бак 9, Буровая камера 1 сообщена трубопроводом 10 с уравнительным баком

8. Всасывающая линия 11 насоса 12 связана с приемным баком 9, а нагнетательная — с трубопроводом 13 для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд 4. В буровой камере 1 размещены цилиндрические кольцевые разборные

55 секции 14 с. наружными жесткими фильтрующими стенками 15 н цилиндрические кольцевые надувные племен ты 1 6, устанавливаемы - Bbllll :: долота друг над друи высоте НЭ 16. Для упрощения демонтажа стенки 15 внутренние поверхности НЭ 16 имеют пазы, Полости НЭ 16 сообщены между собой трубками с обратными клапанами, После пробуривания породы до дна bK 1 прекращают циркуляцию промывочной жидкости отключением насоса 12. По мере сбрасывания давления в bK 1 воздух через трубки, отжимая обратные клапаны, попадает внутрь НЭ 16, Расширяясь, НЭ 16 прижимается к стенкам разбуренного песка в секциях 14, удерживая его от обрушения. 2 з,п. ф-лы, 2 ил, гом на буровом снаряде 4. Количество и высота разборных секций 14 соответствует количеству и высоте надувных элементов 16,. Кроме тоro, установка включает компрессор 17 с воздуховодом

18 и сливной трубопровод 19. В поддоне 2 имеется сливной вентиль 20, Разборные секции 14 имеют неразборные части 21 с проволочной латунной сеткой 22 и горизонтальные кольца 23, соединенные между собой. Эластичные надувные элементы 16 соединяются между собой посредством трубок

24 с нагнетательными отверстиями

25, вставленных в резиновые манжеты

26 (ниппели) и имеющих обратные клапаны 27 в виде шарика с пружиной.

Кроме того, на внутренней (жесткои) поверхности надувных элементов имеются пазы 28, а на наружных жестких стенках 15 секций 14 - пазы 29.

В воздуховод 18 встроен редуктор 30, В качестве. бурового снаряда 4 используется двойная бурильная труба с сальником-вертлюгом и долотом, оборудованная ниппелями (не показаны) для присоединения к трубкам 24 верхнего надувного элемента 16 и подачи по одному из ее каналов воздуХа.

Установка работает следующим образом.

Например, предлагается исследовать процесс бурения обводненного пласта, залегающего на глубине 100 м, сложенного, например, из среднезернистого кварцевого песка г 0,25-0,5 мм, с использованием в качестве промывочного агента — 51-ного раствора модифицированного крахмала.

9467

5 162

Внутрь боковой камеры 1 установки, представляющей собой металлическую цилиндрическую емкость, диаметр и высота которой одинаковы и равны

1000 мм, при снятой крышке 3 устанавливают поочередно по всей высоте каме ры друг на друга металлические разборные разделительные цилиндрические кольцевые секции 14 с фильтрующими боковыми перфорированными стенками (внутренние стороны которых покрыты мелкоячеистой проволочной латунной сеткой 22 гладкого плетения и 24) высотой 200 мм каждая, а наружным диаметром 900 мм и внутренним диаметром горизонтальных колец 23- 100 мм, установленных и закрепленных болтами к неразборным частям 21 секций 14 после заполнения их песком. Диаметр секций 14 зависит от толщины исследуемого слоя породы, Песок после установки всех секций

14 в буровую камеру 1 насыщают водой с помощью сливного вентиля 20 до установления уровня воды у верха буровой камеры.

После этого на буровой снаряд 4, пропущенный через сальниковое уплотнение 7 и крышку 3 камеры 1, при снятом буровом долоте снизу вверх поочередно надевают пять сдутых надувных элементов 16 высотой 200 мм, которые соединяют между собой посредством .трубок 24, вставленных в резиновые манжеты 26 (ниппели), Трубки 24 имеют внутри обратные клапаны 27 в виде шариков с пружинами, перекрывающие внутренние нагнетательные отверстия

25.

Верхние трубки 24 надувных элементов вставляются в ниппели, установленные на буровом снаряде 4.

Включают насос 12, с помощью которого по нагнетательной линии — трубопроводу 13 через буровой снаряд 4 подают в буровую камеру 1 промывочную жидкость — 5/-ный раствор модифицированного крахмала, которым предварительно полностью заполняют уравнительный бак 8 объемом 2 мз, а также наполовину — приемный металлический бак 9 объемом 1 м . С помощью вентилей, встроенных в нагнетательную линию 13 и линию, соединяющую уравнительный и приемный баки 8 и 9, устанавливают в буровой камере 1 давление 10 атм, соответствующее глубине залегания обводненного пласта, равно5

55 го 100 м, при этом скорость восходящего потока промывочной жидкости

0,2 м/с. После этого начинают разбуривание песка буровым снарядом, который представляет собой двойную бурильную трубу длиной 3000 мм, в нижней части которой находится долото диаметром 98,4 мм. Выбуриваемая порода (шлам) выносится по трубопроводу 10 (отводящей линии) промывочной жидкостью в уравнительный бак 8, где она оседает на дно, а промывочная жидкость продолжает свою циркуляцию.

В процессе разбуривания производят замеры давления, фиксируя показания пьезометров 5, фильтровые части которых установлены в песчаной породе вертикально на различном расстоянии от центра образуемой скважины (510 см), а также через каждые 5 мин с помощью сливного трубопровода 19 и мерной емкости замеряют количество отфильтровавшейся промывочной жидкости через слой песчаной породы.

Когда буровой снаряд пробурит породу до дна буровой камеры 1, процесс бурения прекращают и включают компрессор 17. С помощью редуктора

30, встроенного в воздуховод 18 устанавливают давление в нем, равное

0,3 атм (ориентируясь на известное давление, необходимое для удержания стенок обводненного песка при бурении с водой). Отключают насос 12, в результате чего прекращается циркуляция промывочной жидкости и происходит сбрасывание давления в буровой камере 1. По мере сбрасывания давления в буровой камере 1 воздух по воздуховоду 18, двойной бурильной трубе, через трубки 24, отжимая обратные клапаны 27, попадает внутрь эластичных надувных элементов 16, которые, расширяясь, прижимаются своими наружными поверхностями к стенкам разбуренного песка, находящегося в кольцевых секциях 14, удерживая,его от обрушения. Затем, отключив компрессор 17, прекращают подачу воздуха и сливают остатки промывочной жидкости через вентиль 20 в поддоне 2.

При этом обратные клапаны 27 не позволяют воздуху выйти из эластичных надувных элементов 16.

После этого удаляют поддон 2 буровой камеры 1 и снимают буровое долото . Откручивают и приподнимают крышку

3 буровой камеры 1 и извлекают из

7 1629467 8 нее буровой снаряд, придерживая сверху эластичные надувные элементы 16, чтобы предотвратить их смещение и освободить от ниппелей 26 располоЭ

5 женных на поверхности бурового снаряда.

Через отверстие внизу буровой камеры 1 вставляют в пазы 28 второго по счету сверху надувного элемента

" 16 зажим-держатель, а в пазы 28 первого элемента 16 и пазы 29 цилиндрической кольцевой разборной секции 14 через верх буровой камеры 1 устанавливают зажим-извлекатель и, удерживая 15 второй элемент 16 зажимом, извлекают без смещения верхнюю цилиндрическую секцию 14, внутри которой находится первый надувной элемент 16.

Извлеченная цилиндрическая секция.

14 с надувным элементом 16 устанавливается на лабораторном.:столе и разбирается. Подробно исследовав произошедшие в процессе бурения изменения в песчаной породе, заключенной в .этой 25 секции, подобным же образом извлекают, разбирают вторую сверху секцию, и изучают изменения, произошедшие в заключенном в ней грунте. Таким же образом поступают и с остальными сек- Зо циями.

Формула изобретения

1. Установка для исследования процессов бурения скважин, включаю35 щая буровую камеру с поддоном и крышкой с отверстием для пропуска буровоro снаряда в буровую камеру, средства измерения давления промывочной жидкости в буровой камере, последовательно установленные и сообщенные между собой уравнительный бак в виде напорной герметичной емкости и приемный бак, трубопровод, сообщающий буровую камеру с уравнительным баком, и насос, всасывающая линия которого связана с приемным баком, а нагнетательная - с трубопроводом для подачи промывочной жидкости в буровой снаряд, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности исследований объемной фильтрации промывочной жццкости в процессе бурения горных пород, она снабжена размещенными в буровой камере цилиндрическими кольцевыми разборными секциями с наружными жесткими фильтрующими стенками и цилиндрическими кольцевыми надувными элементами для установки последних друг над другом на буровом снаряде выше долота, причем количество и высота разборных секций соответствует количеству и высоте надувных элементов.

2. Установка по п.1, о т л и ч а.ю щ а я с я тем, что полости надувных элементов сообщены между собой трубками с обратными клапанами.

3. Установка по п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения демонтажа, наружные стенки. разборных секций и внутренние поверхности надувных элементов имеют пазы, 1

Составитель А.Меньшиков

Редактор Н,Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Бескид

Заказ 417 Тираж 359 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101