Устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения

 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для регулирования забойного давления. В устройстве, содержащем корпус с пакерующим элементом, внутри корпуса установлена труба, гидравлически соединяющая под- и надпакерное затрубное пространство. Пакерующий элемент выполнен в виде манжеты с армированным кольцом, внутренняя полость которого через обратный клапан с тарированным отверстием соединена с внутритрубным пространством бурильной колонны. Изобретение направлено на динамическое местное разобщение затрубного пространства бурильного инструмента, для регулирования забойного давления в процессе бурения скважины при сохранении круговой циркуляции через бурильный инструмент. 3 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для горной отрасли промышленности.

Известны различные конструкции противовыбросового оборудования [1].

Их недостатком являются большая высота подъема основания вышки от поверхности Земли при строительстве скважины, трудоемкость монтажа и эксплуатации всех видов противовыбросового оборудования, в особенности в зимний период.

Известен пакер-превентор для разобщения пластов при бурении скважины [2] , принятый за ближайший аналог.

Этот пакер-превентор предназначен для запакеровки скважины на заданной глубине для предотвращения нефтегазопроявлений и последующего утяжеления бурового раствора над проявляющим пластом.

Недостатком пакер-превентора для разобщения пластов являются конструктивные и технологические сложности изготовления, а также применения.

Пакер-превентор не может быть использован для регулирования забойного давления на вскрываемые пласты в процессе бурения, т.е. при углублении скважины, Предлагаемое техническое решение направлено на динамическое местное разобщение затрубного пространства бурильного инструмента, для регулирования забойного давления в процессе бурения скважины при сохранении круговой циркуляции через бурильный инструмент.

Эта задача решается тем, что в устройстве, содержащем корпус с пакерующим элементом, внутри корпуса установлена труба гидравлически соединяющая под- и надпакерное затрубное пространство, а пакерующий элемент выполнен в виде манжеты с армированным каркасом и рубашки с армированным кольцом, внутренняя полость которого через обратный клапан с тарированным отверстием соединена с внутритрубным пространством колонны.

Сравнение заявляемого технического решения с ближайшим аналогом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

Известны различные устройства [1, 2], используемые для разобщения пластов и предотвращения нефтегазопроявлений в процессе бурения скважины.

Однако, их применение для разобщения пластов возможно только без движения бурильного инструмента.

В предлагаемом техническом решении выполнения в корпусе устройства внутренняя труба позволит сохранить круговую циркуляцию и не потребует остановки процесса углубления скважины для предотвращения нефтегазопроявления.

Наличие в обратном клапане тарированного отверстия, выполняющего роль регулятора давления, позволяет сохранить местную герметизацию затрубного пространства бурильной колонны за время наращивания инструмента. Выполнение пакерующего элемента в виде манжеты с армированным каркасом и рубашки с армированным кольцом делается с целью получения цельного герметичного узла и увеличения прочности пакерующего элемента, а также упрощения его изготовления.

Кроме того, в результате разности между забойным и пластовым давлениями (положительное дифференциальное давление) происходит проникновение твердых частиц бурового раствора в поры коллектора или при проникновении бурового раствора в коллектор и контакта его с пластовым флюидом происходит осаждение нерастворимого твердого осадка в порах коллектора. Все выше сказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлено устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения; на фиг. 2 показан укрупненно узел пакерующего элемента (узел Б); на фиг. 3 показан обратный клапан.

Устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения состоит из корпуса 1 с отверстиями 2 для установки обратных клапанов 3 в сборе, пакерующего элемента 4, полумуфт верхней 5 и нижней 6, внутренней трубы 7, служащей циркуляционным каналом, гидравлически связанным с верхней и нижней частями пакерующего элемента 4, и через них с затрубным пространством бурильного инструмента, муфты 8 и ниппеля 9 для соединения с бурильными трубами, центратора 10. Пакерующий элемент 4 установленный на корпусе, выполнен в виде манжет 11 с армированным каркасом 12 и рубашки 13 с армированным кольцом 14.

Обратный клапан с регулятором давления состоит из седла 15, крышки 16 с отверстиями 17, пружины 18, клапана 19 с тарированным центральным отверстием 20.

Бурение скважины с применением устройства для регулирования забойного давления в процессе бурения осуществляется следующим образом.

Устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения спускается в скважину в компоновке с бурильным инструментом. Наворачивается ведущая труба (квадрат) и восстанавливается циркуляция через бурильный инструмент. После восстановления циркуляции поднимается давление, что обеспечивает срабатывание клапанов 3 (фиг. 1) при давлении 2 - 3 МПа (20 - 30 кгс/см²).

При наполнении буровым раствором внутренней полости пакерующего элемента 4, манжеты 11, пакерующего элемента 4 перемещаются в осевом направлении, а рубашка 13 - в радиальном, до упора со стенкой скважины или обсадной колонны.

Для обеспечения надежной гарантированной герметизации затрубного пространства пакерующим элементом давления в бурильной колонне поддерживается не менее 6 МПа (60 кгс/см²), что технологически реализуется при бурении скважин с применением забойных двигателей.

При достижении давления в бурильной колонне более 6 МПа происходит местное разобщение затрубного пространства бурильного инструмента в процессе углубления скважины, а буровой раствор в скважине циркулирует через вход нижней части пакерующего элемента, канал внутренней трубы и выход верхней части пакерующего элемента в затрубное пространство.

С целью сохранения местной герметизации затрубного пространства бурильной колонны за время наращивания инструмента или другое расчетное время, чтобы давление сразу не снизилось до гидростатического столба бурового раствора, за счет вытеснения жидкости из пакерующего элемента 4, в обратном клапане просверлено тарированное отверстие 20, рассчитанное на определенное время опорожнения от рабочей жидкости пакерующего элемента 4.

Перед подъемом бурильного инструмента из скважины после окончания долбления делается технологическая остановка для снятия давления в пакерующем элементе 4, а так же для набора прочности структуры бурового раствора в поровом пространстве коллектора вскрытой скважины.

При необходимости поднятия давления в стволе скважины в процессе спуско-подъемных операций достаточно восстановить циркуляцию через бурильный инструмент с забойным двигателем.

В зависимости от технологических требований устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения устанавливается в колонне бурильного инструмента выше кровли нефтегазоводопроявляющих пластов или в колонне обсадных труб. Эффективность применения устройства увеличивается, когда пакерующий элемент устройства находится выше кровли нефтегазоводопроявляющего пласта при вскрытии его на полную толщину.

Предлагаемое устройство для регулирования забойного давления на вскрываемые пласты в процессе бурения обеспечивают: - упрощение монтажа бурового оборудования и технологию строительства скважины, что снижает общую стоимость скважины; - надежную охрану окружающей среды при простоте технологического процесса предупреждения нефтегазоводопроявлений в процессе их вскрытия.

Формула изобретения

Устройство для регулирования забойного давления в процессе бурения, содержащее корпус с пакерующим элементом, внутренняя полость которого через клапан соединена с внутритрубным пространством бурильной колонны, отличающееся тем, что внутри корпуса установлена труба, гидравлически соединяющая под- и надпакерное затрубное пространство, пакерующий элемент выполнен в виде манжеты с армированным каркасом и рубашки с армированным кольцом, а клапан выполнен обратным и имеет тарированное отверстие.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3