Способ электротермического крепления ствола скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для закрепления неустойчивых и изоляции поглощающих интервалов горных пород при сооружении геологоразведочных, эксплуатационных, гидрогеологических, инженерных скважин различного назначения с применением относительно легкоплавких экологически чистых связующих материалов. Обеспечивает закрепление зон тектонических нарушений, изоляцию зон поглощений и флюидопроявлений. Сущность изобретения: по существу опускают в предварительно пробуренную скважину в зону ее крепления генератор теплоты и легкоплавкий связующий материал. Заполняют им скважину на необходимую высоту, после чего поднимают нагретый генератор теплоты к устью скважины. Зону крепления скважины дополнительно заполняют инертным наполнителем, например гранитной крошкой, причем при подъеме нагретого генератора теплоты к устью скважины одновременно засыпают центральную часть зоны легкоплавким материалом, околоствольную - инертным наполнителем. Ствол скважины закрепляют термически преобразованным легкоплавким и застывающим тампонажным материалом. Устройство содержит тампонирующий генератор теплоты, источник электроэнергии, лебедку, грузонесущий кабель для подвешивания генератора теплоты и канализации электроэнергии. Устройство снабжено двумя емкостями, жестко установленными одна над другой на штанге. Она подвешена на грузонесущем кабеле. Теплоизолятор конусной формы закреплен между емкостями и генератором теплоты. Нижняя емкость заполнена легкоплавким гранулированным связующим материалом. Верхняя - инертным наполнителем, например гранитной крошкой. В днищах обеих емкостей установлены съемные легкоплавкие пластины и кольцевые электронагреватели. На конце генератора теплоты закреплен уплотнитель. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

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

Известен способ изоляции водопритоков (см. А.с. РФ N 697690, М., кл. E 21 B 33/138, 79), который заключается в подаче на забой скважины в изолированную зону легкоплавкого термопластичного материала и в последующем распределении его путем разбуривания всухую (1). При данном способе используется эффект перехода механической работы в тепловую энергию. Для реализации способа требуются термопластические материалы с низкой температурой плавления (смолы, битум, пластики). Данный способ предназначен для закрепления ствола скважины только в призабойной зоне и не обеспечивает крепление отдельных участков тектонических нарушений, трещиноватости, изоляции зон поглощений и флюидопроявлений на любом интервале предварительно пробуренной глубокой скважины.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ электротермического крепления ствола скважины, основанный на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов (1).

По способу готовят композиционный тампонажный материал с температурой плавления 50-1000^oC, 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.

Устройство для реализации способа содержит: тампонирующий генератор теплоты, источник электроэнергии, лебедку, грузонесущий кабель для подвешивания генератора теплоты и канализации энергии (2).

Данный способ и устройство обеспечивают крепление стволов только сухих и неглубоких скважин, доставка же легкоплавких тампонажных материалов к месту крепления отдельных участков тектонических нарушений, трещиноватостей, изоляции зон поглощений на любой интервал глубокой скважины, заполненной глинистым раствором, невозможна.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. расширение возможностей известного решения, а именно закрепление отдельных участков тектонических нарушений, изоляции зон поглощений и флюидопоглощений на любых интервалах предварительно пробуренных глубоких скважин различного назначения, заполненных глинистыми или другими буровыми растворами.

Необходимый технический результат в части способа достигается тем, что по способу электротермического крепления ствола скважины, основанному на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов, согласно изобретению при креплении участков тектонических нарушений и зон поглощений околостенную зону крепления скважины с пустотами и трещинами неустойчивых пород дополнительно заполняют инертным наполнителем, например, гранитной крошкой, а легкоплавким тампонажным материалом заполняют центральную часть зоны скважины при одновременном подъеме нагретого генератора теплоты с уплотнителем к устью скважины, при этом ствол скважины закрепляют при помощи уплотнителя термически преобразованным легкоплавким и застывающим тампонажным материалом.

Технический результат в части устройства обеспечивается тем, что в устройстве электротермического крепления ствола скважины, содержащем тампонирующий генератор теплоты, источник электроэнергии, лебедку, грузонесущий кабель для подвешивания генератора теплоты и канализации энергии, согласно изобретению это устройство снабжено двумя емкостями, жестко установленными одна над другой на штанге, подвешенной на грузонесущем кабеле, и теплоизолятором конусной формы, закрепленным между емкостями и генератором теплоты, причем нижняя емкость заполнена легкоплавким гранулированным связующим материалом, а верхняя - инертным наполнителем, например гранитной крошкой, при этом в днищах обеих емкостей установлены съемные легкоплавкие пластины и кварцевые электронагреватели, а на конце генератора теплоты закреплен уплотнитель.

Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг. 1, показана общая схема устройства, на фиг. 2 показан электротепловой тампонирующий снаряд.

Устройство содержит тампонирующий генератор теплоты 1 с закрепленным на нем уплотнителем 2, две емкости 3 и 4, жестко установленные на штанге 5. При этом емкость 3 заполнена легкоплавким гранулированным связующим материалом 6, а вторая емкость - инертным наполнителем 7, например гранитной крошкой. Емкость 3 с легкоплавким связующим материалом установлена над генератором теплоты 1, а емкость 4 с инертным наполнителем установлена над емкостью 3. Днища емкостей выполнены с кольцевыми электронагревателями 8 и 9 и легкоплавкими пластинами 10 и 11. Между генератором теплоты 1 и емкостью 3 на нижней части штанги 5 установлен теплоизолятор 12 конической формы. Устройство имеет также источник электроэнергии 13, лебедку 14, грузонесущий кабель 15 для подвешивания генератора теплоты и канализации энергии, которые установлены на самоходной установке 15.

Устройство работает следующим образом.

После сборки устройства, в состав которого входят тампонирующий генератор теплоты 1, емкость 3 с легкоплавким гранулированным связующим материалом, емкость 4 с инертным наполнителем, например гранитной крошкой, его подвешивают на грузонесущем кабеле 15 и устанавливают в скважине с помощью лебедки 14 на нужную глубину. По грузонесущему кабелю 5 от источника электроэнергии 3 к тампонирующему генератору теплоты 1 и электронагревателям 8 и 9 подают электроэнергию. При этом электронагреватели 8 и 9 расплавляют установленные в емкостях 3 и 4 легкоплавкие пластины 10 и 11. Из емкости 3 высыпается легкоплавкий связующий материал, минуя теплоизолятор 12, который исключает плавку легкоплавкого материала в верхней части генератора теплоты, то есть исключает образование пробки, одновременно из емкости 4 высыпается инертный наполнитель, которым заполняют пустоты в трещиноватых, неустойчивых породах, и поднимают устройство с нагретым тампонирующим генератором теплоты вверх к устью скважины. При этом легкоплавкий связующий материал плавится и при помощи уплотнителя 2 ствол скважины закрепляют термически преобразованным легкоплавким материалом.

Выполненные исследования показали, что на современном этапе предложенный способ и устройство могут найти экономически целесообразное практическое применение для беструбного экологически чистого крепления отдельных зон тектонических нарушений и изоляции поглощающих и проявляющих горизонтов на любых интервалах глубоких скважин, заполненных буровым раствором.

Высокая скорость и надежность крепления стенок скважины застывшим относительно легкоплавким связующим материалом существенно снижает материальные затраты и затраты на сооружение скважин, исключая при этом применение стальных обсадных труб. Беструбное крепление отдельных интервалов глубоких скважин позволяет упростить их конструкцию, а значит снизить грузоподъемность и мощность буровых установок, затраты на производство обсадки и цементированных работ, на транспорт и энергоносители.

Источники информации SU 697690 A, 15.11.1979 RU 2057901 C1, 10.04.1996м

Формула изобретения

1. Способ электротермического крепления ствола скважины, основанный на плавлении легкоплавких экологически чистых тампонажных материалов, заключающийся в том, что при креплении участков тектонических нарушений и зон поглощений околостенную зону крепления скважины, с пустотами и трещинами неустойчивых пород, дополнительно заполняют инертным наполнителем, например гранитной крошкой, а легкоплавким тампонажным материалом заполняют центральную часть зоны скважины при одновременном подъеме нагретого генератора теплоты с уплотнителем к устью скважины, при этом ствол скважины закрепляют при помощи уплотнителя термически преобразованным легкоплавким и застывающим тампонажным материалом.

2. Устройство электротермического крепления ствола скважины, содержащее тампонирующий генератор теплоты, источник электроэнергии, лебедку, грузонесущий кабель для подвешивания генератора теплоты и канализации энергии, отличающееся тем, что оно снабжено двумя емкостями, жестко установленными одна над другой на штанге, подвешенной на грузонесущем кабеле, и теплоизолятором конусной формы, закрепленным между емкостями и генератором теплоты, причем нижняя емкость заполнена легкоплавким гранулированным связующим материалом, а верхняя - инертным наполнителем, например гранитной крошкой, при этом в днищах обеих емкостей установлены съемные легкоплавкие пластины и кольцевые электронагреватели, а на конце генератора теплоты закреплен уплотнитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2