Криогенный способ бурения скважин
Использование: изобретение позволяет проводить бурение глубоких скважин и скважин в безводной местности с помощью буровых криогенных жидкостей, обеспечивающих абразивное разрушение породы, за счет подачи криожидкостей с утяжелителями из металлов, керамики, металлокерамики и их отходов производства и наполнителями в качестве смазки из кристаллов графита, сульфида молибдена, парафина и полимерных материалов. Сущность изобретения: разрушение породы при криогенном бурении носит нарастающий лавинообразный характер за счет вовлечения в процесс бурения сначала абразива утяжелителей и наполнителей, а затем и частиц разрушенной породы. За счет низких температур происходит стабилизация стенки скважины, а значит, ликвидируется и ее самопроизвольное искривление. При угрозах выброса способ позволяет заморозить нефть или пластовую воду. Продукты разрушения выносятся газовой составляющей криогенного очистного агента. В условиях жаркого климата охлаждение зоны работы персонала производят за счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой. В качестве криожидкости, жидких газов и их смесей возможно использование ракетного топлива при разведочном бурении других планет. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. Ё
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ V К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4862154/03 (22) .04 06.90 (46) 23.10,92. Бюл. hb 39 (75) А.С.Лещенко (56) С,M.Êóëèåâ и др. Бурение нефтяных и газовых скважин — М.: ГОСТОПИЗдат, 1958, с.127, Патент США М 3612192. кл. Е 21 В 21/04, 1971. (54) КРИОГЕННЫЙ СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Использование: изобретение позволяет проводить бурение глубоких скважин и скважин в безводной местности с помощью буровых криогенных жидкостей, обеспечивающих абразивное разрушение породы, за счет, подачи криожидкостей с утяжелителями из металлов, керамики, металлокерамики и их отходов производства и наполнителями в качестве смазки из кристаллов графита, сульфида молибдена, паПредлагаемое техническое решение относится к области горного дела, в частности, при бурении добывающих и разведочных скважин различных полезных ископаемых, а также при бурении пород различных планет. Известен безпромывочный способ бурения, сущность которого заключается- в бурении скважин без промывки ее какимилибо жидкостями. (1) Недостатком этого способа бурения, явля-, ется всевозможные осложнения при бурении за счет обвалов стенок скважин, использование дорогостоя цих стальных обсадных труб. применение более мощных буровых „„5U 1770545 А1 рафина и полимерных материалов. Сущность изобретения разрушение породы при криогенном бурении носит нарастающий лавинообразный характер за счет вовлечения в процесс бурения сначала абразива утяжелителей и наполнителей, а затем и частиц разрушенной породы. За счет низких температур происходит стабилизация стен ки скважины, а значит. ликвидируется и ее самопроизвольное искривление. При угро. зах выброса способ позволяет заморозить нефть или пластовую воду. Продукты разрушения выносятся газовой составляющей криогенного . очистного агента.. В условиях жаркого климата охлаждение зоны работы персонала производят за счет теплообмена, криогенного очистного агента и его газовой ) составляющей с окружающей средой. В качестве криожидкости, жидких газов и их смесей возможно использование ракетного топлива при разведочном бурении других планет. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. установок и как следствие этих причин замедляется процесс бурения скважин и воэ- ц1 растает стоимость буровых работ, Наиболее близким техническим решением к данному способу, является криогенный способ бурения по (2), при котором бурения скеаиин осущестеляют с ломощыю ) » буровой колонны с подачей через нее крио- в генного очистного агента, который охлаждает стенки скважин и забой, выносит продукт разрушения на поверхность, обеспечивая устойчивость сгенок скважин и повышая тем самым производительность бурения. Недостатком этого способа бурения является малый «ес бурового промь вочного 1770545 10 На фиг.1 показана принципиальная схе- 45 ма осуществления криогенного способа бурения скважин. Сущность изобретения заключается в том, что при подаче на забой криожидкости, она не только обеспечивает устойчивость 50 стенок скважины, делает его монолитным (что помогает избежать прихватов и самоискривления скважины при проходке пластов с резной прочностью), равнопрочным, но и охрупчивает эту породу, облегчает про- 55 цесс скалывания, создает криогенную температуру для абразивного разрушения породы, т.е. абразивного бурения, когда все материалы раэбуриваемых пород и утяжелителей бурового раствора работают как абагента при малой плотности (что увеличивает опасность выброса) и сложность первичного этапа бурения при низких температурах. вследствие отсутствия абразива в растворе и бурения в условиях возросшей прочности замороженных разбуриваемых пород. Все вместе взятое заставляет вести бурение с большой осторожностью, что сказывается на скорости проходки скважин, т.е. снижает яроизводительность бурения скважин. Целью изобретения является повышение производительности бурения скважин. 1. Поставленная цель достигается тем, что в качестве криогенного очистного агента, подаваемого в бурильную колонну, используют криожидкость или жидкие газы, или их смеси, вводят в криогенный очистной агент утяжелитель и твердые смазки, причем в качестве. утяжелителя используют порошки металлов или металлокерамики и их сплавов, а в качестве твердых смазок — порошки твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, при этом в качестве истирающих материалов на забое используют утяжелитель и продукты разрушения. Кроме того в качестве твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах используют графит или сульфид молибдена, или фторопласт. Дополнительно, с целью улучшения условий работы обслуживающего персонала в условиях жаркого климата, охлаждение эоны работы обслуживающего персонала производят эа счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой. Кроме того, с целью унификации, в качестве криогенного агента используют ракетное топливо. 40 разив или коронка с твердосплавными пластинами. В данном случае процесс бурения носит лавинообразный характер, т.к. сначала бурение ведется эа счет абразивного резания с помощью исключительно утяжелителей и наполнителей, но затем в результате воздействия на забой, в и роцессе буре н ия. и оявляются частицы разрушенной породы (которой становится в процессе бурения все больше и больше), а излишки выносятся на поверхность, остальная часть участвует в процессе бурения. Буровой раствор на забое, закачиваемый в скважину, отличается по составу и плотности. Раствор на забое, участвующий в резании и разрушении породы (в силу указанных причин) по вязкости и плотности (а значит и весу) будет выше, чем буровой раствор, закачиваемый в скважину. поэтому он меньше изнашивает оборудование, по которому его подают на забой вследствие абразивного износа. Кроме того криожидкость и жидкие газы используются как промывочная жидкость, а ее газы как очистной агент и выносят продукты разрушения на поверхность. Для обеспечения условий бурения в криожидкости вводят твердые смазки подобные графиту, сульфиду молибдена, крошки фторопласта, стружку парафина, оэокирит и др. мягкие минералы. 8 качестве бурового раствора используют самую дешевую криогенную пожаробезопасную жидкость — жидкий азот, хотя можно использовать аргон, неон, гелий, жидкий метан, пропанобутановую смесь, криогенное ракетное топливо, жидкий водород и т.д. Кроме того легко осуществляется ликвидация аварии по выбросу, во-первых, с помощью утяжелителей и. наполнителей добиваются необходимой, плотности и веса раствора, увеличивая подачу в скважину криожидкости и путем замораживания ледяной пробкой большой длины прямо в скважине пластовой воды и нефти, аварийную скважину замораживают так же как пломбируют бетонной пробкой, Отсутствие потребности в воде при бурении и низкая температура криожидкостей и ее газов на поверхности, используется для охлаждения зоны обслуживания в странах с .жарким климатом, При бурении других планет вместо жидких газов и криожидкостей используют ракетное топливо, представляющее собой жидкие газы или криогенное топливо в жидком виде. Данный способ бурения весьма эффективен при бурении глубинных скважин,т.к. 1770545 30 50 на больших глубинах температура возрастает и вязкость пласта, а применение бурового раствора с низкими минусовыми температурами ликвидирует зти недостатки и в зоне бурения породы всегда одни и те же постоянные условия {равнопрочность породы от охлаждения). При бурении скважин с помощью криогенных жидкостей, жидких газов и их смесей ликвидируется самопроизвольное искривление скважин, снижается взрыво и пожароопасность буровых работ. Кроме бурения скважин способ позволяет получать буровые растворы на основе криогенных жидкостей, жидких газов и их смесей с высокой текучестью, малым поверхностным натяжением, но практически любой плотности и веса, а также управлять плотностью этих растворов за счет веса материалов используемых и вводимых утяжелителей и наполнителей различной дисперсностью от порошковых до песка и гранул, которые и осуществляют абразивное бурение, увеличивающего производительность бурения, На фиг,1 показана принципиальная схема способа бурения скважин и обвяэка оборудования для бурения скважин состоящее иэ; 1 — питающей линии криогенной жидкости, 2 — манометра, 3 — редуцирующего клапана, 4 — задвижки. 5 — сепаратора, 6— сбросовой линии, 7 — газоподогревающего устоойства, 8 — нагнетательного трубопровода, 9 — газового счетчика, 10 — расходомера, 11 — обратного клапана, 12 — обводной линли, 13 — задвижки, 14 — редуцирующего вентиля, 15 — манометра, 16 — стояка, 17— задвижки, 18 — нагнетательной линии криопродукта от буровых крионасосов, 19 — ведущей трубы, 20 — линии для глушения скважины, 21 — задвижки, 22 — бурильной трубы, 23 — обратного клапана для бурильных труб, 24 — задвижки, 25 - линии из межтрубного пространства, 26 — превентора, 27 — задвижки, 28 — обратного клапана, 29 — термометра, 30 — манометра, 31 — выкидной линии, 32 — газопровода, 33 — горелки, 34 — амбара, 35 — задвижки, 36— вращающегося привентера, 37 — пульта управления привенторами, 38 — сепаратора смеси, 39 — пылегасящего устройства, 40— буровых крионасосов, 41 — цистерна (емкости) с криожидкостью (криопродуктом), 42 — автоцистерна (желеэнодорожная цистерна) для подвоза криожидкости. Способ бурения скважин осуществляется следующим образом: Для реализации предлагаемого способа бурения пригодна обычная серийная буровая техника, только вместо трубопроводов подачи водяных глинистых растворов и устройств их приготовления. используют систему трубопроводов при подаче криогенных жидкостей. Криогенная жидкость, жидкие газы и их смеси подают непосредственно из емкости (цистерны) 41 с помощью буровых крионасосоа 40. Подвоз и заполнение емкости 41 осуществляют с помощью автоцистерны 42 для перевозки жидких газов различной емкости. Подачу в скважину криогенной жидкости производят по линии 18, затем по стояку 16, по ведущей бурильной трубе 19 через привенторы 26 и 36, управление которыми осуществляется с пульта 37, и далее подают буровой раствор по бурильным трубам 22 и разбуриваемую скважину, При промывке скважины или ее продувке, раствор подают через обратный клапан 28 и задвижку 27, за счет сил эжекции создаваемых криожидкостью иэ трубы 1 попадающей в трубу 12 и через сепаратор 38, продукты промывки или продувки из скважины в виде пыли и частиц могут сгорать, или эа счет тяги дополнительного зжектора попадать в пылегасящее устройство 39. Бурение скважины ведется трубами из алюминиевых сплавов (обсадка скважин тоже производится трубами из алюминиемых сплавов), поскольку от охлаждения (до низких минусовых криогенных температур) они снижают свою вязкость, а их прочность увеличивается до прочности стали в нормальных условиях, Низ буровой колонны изготавливается иэ вязких нержавеющих сталей, мягких углеродистых сталей, алюминиевых сплавов или титана, которые при охлаждении до низких минусовых температур снижают свою вязкость, но повышают свою прочность и ударную вязкость — а эти качества материала необходимы при бурении различных пород, Формула изобретения 1. Криогенный способ бурения скважин, включающий подачу в бурильную колонну криогенного очистного агента, разрушение забоя скважины вращением породораэрушающего наконечника с использованием истирающих материалов и вынос продуктов разрушения с забоя скважины по затрубному пространству газообразной составляющей криогенного очистного агента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности бурения. в качестве криогенного очистного г ента. подаваемого в бурильную колонну. используют криожидкостные или жидкие газы или их смеси, вводят в криогенный очистной агент утяжелитель и твердые смазки, причем в качестве утяжелителя используют порошки 1770545 Составитель А.Лещенко Редактор E,Ïîëèîíîââ Техред М.Моргентал Корректор И.Муска Заказ 3722 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1{)1 металлов, или металлокерамики, или сплавов, а в качестве твердых смазок — порошки твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, при атом в качестве истирающих материалов на забое используют утяжелитель и продукты разрушения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем,. что в качестве твердых материалов, способных сохранять смазочные свойства при криогенных температурах, используют графит, или сульфид молибдена, или фторопласт. 3, Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий работы обслуживающего персонала в условиях жаркого климата, охлаждение зоны работы 5 обслуживающего персонала производят за счет теплообмена криогенного очистного агента и его газовой составляющей с окружающей средой. 10 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью унификации, в качестве криогенного очистного агента используют криогенное ракетнсе топливо.
