Способ электротермического крепления ствола скважины и устройство для его осуществления

 

Использование: при креплении стволов скважин различного назначения. Сущность изобретения: по способу готовят композиционный тампонажный материал с температурой плавления 50 - 1000^oС. Опускают в предварительно пробуренную скважину тампонирующий пенетратор, затем заполняют скважину тампонажным материалом на необходимую высоту. Затем поднимают нагретый тампонирующий пенетратор к устью скважины. Устройство включает тампонирующий тепловой пенетратор, источник электроэнергии, лебедку, и кабель-трос. Оно имеет кристаллизатор-формователь, который помещен в нижней части корпуса. Между корпусом пенетратора и кабель-тросом помещена штанга с центраторами. Корпус пенетратора в верхней части имеет коническую форму с возможностью обеспечения им со стенками скважины угла 5 - 10^o. Наружный диаметр корпуса пенетратора меньше диаметра скважины на 20 - 30%. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для закрепления стволов скважин в горных породах, при сооружении геологоразведочных, эксплуатационных, гидрогеологических, инженерных скважин различного назначения с применением относительно легкоплавких экологически чистых композиционных тампонажных материалов.

Известен способ электротермического крепления ствола скважины, основанный на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов [1] При данном способе используется эффект перехода механической работы в теплоту. Требующиеся для реализации способа термопластичные материалы с низкой температурой плавления могут быть составлены только на органической основе, что не обеспечивает экологической чистоты крепления скважин, так как любые органические соединения (смолы, пластики) с течением времени разлагаются с непредсказуемыми последствиями для окружающей природной среды.

Данный способ не обеспечивает долговечного закрепления ствола скважины на всю его глубину от забоя до устья без установки стальных или иных обсадных труб, а также крепления отдельных участков тектонических нарушений, трещиноватости, изоляции зон поглощений и флюидопроявлений на любом интервале глубокой скважины.

Известно устройство электротермического бурения скважины, включающее тампонирующий тепловой пенетратор, источник электроэнергии, лебедку, кабель-трос для подвешивания пенетратора и канализации энергии [2] Данное устройство предназначено для бурения плавлением скважин с одновременным закреплением ствола скважины прочным расплавом горной породы.

Задачей изобретения является повышение производительности и снижение затрат при сооружении скважин различного назначения с надежным беструбным креплением ствола скважины слоем термически преобразованного относительно легкоплавкого экологически чистого тампонажного материала (например, песок со стеклообразующими добавками).

Согласно предложенному способу готовят композиционный тампонажный материал с температурой плавления 50-1000^оС, опускают в предварительно пробуренную скважину тампонирующий пенетратор, после чего скважину заполняют тампонажным материалом на нужную высоту и затем поднимают нагретый тампонирующий пенетратор к устью скважины. При этом тампонажный материал, расплавляясь, заполняет трещины, дренажные каналы и каверны, и ствол скважины футеруется изнутри прочным водонепроницаемым слоем термически преобразованного тампонажного материала.

Устройство для реализации способа включает в себя: тампонирующий тепловой пенетратор, источник электроэнергии, лебедку, блок-баланс, кабель-трос для подвешивания пенетратора и канализации энергии 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 им со стенками скважины угла 5-10^о, при этом наружный диаметр корпуса пенетратора меньше диаметра скважины на 10-30% На фиг.1 показана общая схема устройства; на фиг.2 устройство предложенного тампонирующего пенетратора.

Устройство для электротермического крепления ствола скважины состоит из лебедки 1, источника электроэнергии 2, блок-баланса 3, кабель-троса 4 для канализации электроэнергии к потребителю энергии тампонирующему пенетратору 5, штанги 6, оснащенной центраторами 7 и кабельным замком 8.

Тампонирующий пенетратор состоит из корпуса тампонирующего пенетратора-генератора теплоты 9 конической формы, который нижним торцом жестко соединен с кристаллизатором-формователем 10 цилиндрической формы, а верхним узким торцом жестко соединен через теплоизолирующий переходник 11, переходник 12 со штангой 6 (при этом верхняя торцевая часть штанги 6 с центраторами 7 жестко соединена через кабельный замок 8 с кабель-тросом 4), электронагревательного элемента 13, соединенного нижним торцом с корпусом генератора теплоты 9 и верхним торцом с токоведущими жилками кабель-троса 4 через электрод 14, при этом электрод 14 электроизолирован электроизоляционными втулками 15, 16.

Узлы пенетратора выполнены из жаропрочного материала, например: кристаллизатор-формирователь, корпус пенетратора и переходники из графита, электроизоляционные втулки из керамики.

Устройство работает следующим образом.

После сборки устройства, в состав которого входят: тампонирующий пенетратор 5 со штангой 6, оснащенной центраторами 7 и кабель-тросом 4, и постановки его на забой скважины, по силовым жилам кабель-троса 4 от источника электроэнергии 2 к тампонирующему пенетратору подается электроэнергия, и скважину заполняют относительно легкоплавким композиционным тампонажным материалом 17 (фиг.1) на нужную высоту. Нагретый тампонирующий пенетратор поднимают вверх к устью скважины. При этом тампонажный материал плавится, и при помощи кристаллизатора-формователя 10 ствол скважины футеруется изнутри прочным слоем застывшего расплава.

Выполненные исследования показали, что уже на современном этапе предложенный способ и устройство могут найти экономически целесообразное практическое применение для беструбного экологически чистого крепления на всю глубину стволов скважин различного назначения в трещиноватых, неустойчивых породах, а также для крепления отдельных зон тектонических нарушений и изоляции поглощающих горизонтов на любых интервалах глубоких разведочных и эксплуатационных скважин с помощью относительно легкоплавких (50-1000^оС) тампонажных материалов, причем без установки временных мостов или применения пакеров.

Высокая скорость и надежность крепления стенок скважины прочным слоем термически преобразованных относительно легкоплавких тампонажных материалов существенно снижает материальные затраты и затраты времени на сооружение скважин, исключая при этом применение стальных и прочих обсадных труб. Беструбное крепление отдельных интервалов глубоких скважин позволяет упростить их конструкцию, а значит снизить грузоподъемность и мощность буровых установок, затраты на транспортирование и энергоносители.

Предложенный способ позволяет использовать не только электрическую энергию, канализируемую по кабель-тросу, но и другие ее виды, например, химическую. В этом случае химические реагенты могут быть размещены в корпусе пенетратора, а вместо кабель-троса может быть использован грузонесущий трос.

Формула изобретения

1. Способ электротермического крепления ствола скважины, основанный на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов, отличающийся тем, что готовят композиционный тампонажный материал с температурой плавления 50 1000^oС, 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.

2. Устройство электротермического крепления ствола скважины, включающее тампонирующий тепловой пенетратор, источник электроэнергии, лебедку, кабель-трос для подвешивания пенетратора и канализации энергии, отличающееся тем, что оно снабжено кристаллизатором-формователем цилиндрической формы, помещенным в нижней части корпуса пенетратора, штангой и центраторами, помещенной между корпусом пенетратора и кабель-тросом, а корпус пенетратора в верхней части имеет коническую форму с возможностью обеспечения им со стенками скважины угла 5 10, при этом наружный диаметр корпуса пенетратора меньше диаметра скважины на 20 30%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2