Способ сооружения подземных резервуаров в каменной соли и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к созданию подземных резервуаров в отложениях каменной соли и может использоваться при создании подземных хранилищ для газонефтепродуктов и захоронения промышленных отходов. Способ заключается в создании подготовительной выработки за счет расширения необсаженного ствола скважины на всем интервале заложения подземного резервуара механическим разрушением породы при одновременной подаче растворителя в зону ее разрушения и отводом рассола на дневную поверхность. Затем осуществляется размыв подготовительной выработки с подачей растворителя и отбором рассола по подвесным рабочим колоннам труб до достижения проектного объема подземного резервуара. Для осуществления способа предложено устройство, содержащее армированные резцами режущие элементы, перемещающиеся вдоль направляющей, взаимодействующей с бурильным органом и снабженной гидроцилиндром. Режущие элементы выполнены в виде попарно соединенных между собой штанг, снабженных системой каналов, гидравлически связанной с внутренними полостями направляющей и бурильного органа. Устройство легко складывается и транспортируется внутрь скважины и на поверхность. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс сооружения подземных резервуаров и сократить эксплуатационные затраты. 2 с. п.ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к области создания подземных резервуаров в каменной соли геотехнологическим методом через буровые скважины и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической, химической и газовой промышленности.

Известен способ создания подземных резервуаров в каменной соли, предусматривающий бурение скважины, цементирование промежуточных и обсадной колонн, спуск подвесных рабочих колонн труб, размыв подземной выработки путем подачи воды в скважину с одновременным отбором образующегося рассола, закачку в верхнюю часть создаваемой выработки жидкого или газообразного нерастворителя для управления процессом ее формообразования (Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. М.: Изд. МГГУ, 2001, с.642).

Недостатками известного способа являются длительный срок размыва подземного резервуара, получение на начальных этапах его строительства рассолов низкой концентрации (10-50 г/л), необходимость создания гидровруба в нижней части ствола скважины.

Известно устройство для расширения оснований скважин (а.с. СССР 512266, МПК Е 02 D 17/148, опубл. 1976), включающее режущий орган, шарнирно соединенный с приводом, выполненным в виде вибратора, и грунтосборник.

Известно устройство, предназначенное для расширения скважин (а.с. СССР 325301, МПК В 02 D 5/44, опубл. 1972), включающее бурильный орган, армированные резцами режущие элементы, выполненные в виде рычагов, шарнирно закрепленных на каретке с возможностью перемещения ее вдоль направляющих, смонтированных во внутренней полости бурильного органа, каретка шарнирно соединена со штоком силового цилиндра.

К недостаткам этого устройства относятся механическое разрушение горной породы при отсутствии возможности подачи воды для размыва каменной соли в реактивную зону, сравнительно небольшой диаметр расширения ствола скважины.

Указанные устройства предназначены в основном для расширения необсаженного ствола скважин и не приспособлены для подачи жидкости в рабочую зону.

Наиболее близким к заявляемому является способ создания подземных резервуаров в формациях каменной соли (патент РФ 2068805, МПК В 65 G 5/00, опубл. 1996), предусматривающий бурение скважины, спуск обсадной и подвесных рабочих колонн, управление формообразованием подземной выработки посредством нерастворителя, подачу воды осуществляют тремя потоками в виде сходящихся дальнобойных струй и закручивающей струи, формируемой между дальнобойными. При этом производят круговое перемещение дальнобойных струй в пространстве закручивающими струями. Потоки дальнобойных и закручивающих струй перемещают вдоль вертикальной оси относительно неподвижной водоподающей колонны, тем самым создавая подземную выработку в необсаженной части скважины.

К недостаткам этого способа относятся создание подземных выработок относительно небольшого диаметра, необходимость перемещения струй вдоль оси скважины, перестановка центральной колонны труб. Кроме того, наличие нерастворимых пропластков в соляной породе затрудняет осуществление данного способа.

Наиболее близким устройством для реализации предлагаемого способа является устройство для создания подземных резервуаров заданной конфигурации в каменной соли (а.с. СССР 1792893, МПК В 65 G 5/00, опубл. 1993), включающее внешнюю колонну труб для подачи растворителя, выполненную составной с переходом на меньший диаметр в нижней ее части, которая снабжена камерой, установленной с возможностью перемещения вдоль внешней колонны, при этом камера выполнена в виде полой цилиндрической обоймы с направляющими поверхностями, установленными по скользящей посадке верхней и нижней части и гидравлически связанными посредством шарнирного соединения и штуцера в дне камеры с полыми штангами, причем конические насадки установлены на штангах и имеют дополнительные отверстия в боковой поверхности, а штанги снабжены поплавками.

К недостаткам указанного устройства относятся необходимость дополнительного механического привода для перемещения камеры, а также сложность управления процессом размыва подземной выработки.

Решаемая техническая задача заключается в создании подготовительной выработки в проектном интервале заложения подземного резервуара в процессе бурения скважины с образованием выработки заданной конфигурации и большой реактивной поверхностью путем совмещения процессов механического разрушения горной породы с размывом каменной соли.

При этом на начальном этапе строительства образуется более насыщенный рассол (100-180 г/л), сокращаются эксплуатационные затраты, снижаются сроки сооружения подземного резервуара. При этом значительно интенсифицируются массообменные процессы на начальном этапе создания подземного резервуара, облегчается управление его формообразованием, а также легко удаляются нерастворимые включения.

Решение указанной задачи достигается при использовании известного способа, предусматривающего бурение технологической скважины, спуск обсадной и подвесных рабочих колонн, подачу растворителя струями и отбор образующегося рассола, управление формообразованием подземной выработки посредством закачки жидкого или газообразного нерастворителя.

Согласно предлагаемому техническому решению предварительно в процессе бурения скважины создают подготовительную выработку механическим разрушением породы путем расширения необсаженного ствола скважины на всем интервале заложения подземного резервуара с одновременной подачей растворителя в зону разрушения и выносом рассола, содержащего нерастворимые включения, на дневную поверхность. По завершении создания подготовительной выработки дальнейшую подачу растворителя и отбор рассола осуществляют по подвесным рабочим колоннам труб.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое, как и наиболее близкое к нему известное устройство по а.с. СССР 1792893, содержит связанную с колонной труб направляющую, шарнирно закрепленные на направляющей и установленные с возможностью перемещения вдоль нее штанги, имеющие систему каналов, гидравлически связанную с внутренними полостями направляющей и колонны бурильных труб. В отличие от известного в предлагаемом устройстве штанги выполнены в виде армированных резцами режущих элементов с выходными отверстиями и попарно соединенными между собой телескопическими распорками. При этом устройство снабжено гидроцилиндром, соединенным с колонной бурильных труб. В нижней части гидроцилиндра смонтирован обратный клапан для подачи промывочной жидкости под поршень. Поршень гидроцилиндра соединен с перемещающимися вдоль направляющей толкателем для перемещения и раскрытия режущих элементов. Толкатель снабжен замком возврата. В нижнем конце направляющей установлен упор с боковыми и центральным соплами.

Конструкции предлагаемого устройства позволяют легко складываться, что создает удобство при спуске устройства в скважину через обсадную колонну в необсаженную часть, где под действием избыточного давления промывочной жидкости на поршень гидроцилиндра происходит раскрытие режущих элементов, а само устройство переходит в рабочее положение. При этом в процессе работы устройства с частичным раскрытием режущих элементов создается коническая поверхность, а при полном их раскрытии - цилиндрическая. Наличие обратного клапана позволяет по завершении работы устройства снова сложить режущие органы вдоль оси направляющей в транспортное положение для подъема устройства на поверхность.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: - на фиг.1 - общая схема осуществления способа сооружения подземного резервуара в каменной соли; - на фиг.2 - схема устройства для сооружения подготовительной выработки в рабочем состоянии; - на фиг.3 - схема устройства в сложенном виде.

На схеме фиг.1 изображены технологическая скважина 1, в которую спущены обсадная 2, внешняя подвесная 3 и центральная 4 колонны труб. Подача воды и отбор рассола осуществляются по трубам 3 и 4 соответственно. Закачка нерастворителя в верхнюю часть создаваемой выработки производится по межтрубью обсадной 2 и внешней подвесной 3 колонн. Для увеличения поверхности размыва в необсаженной части 5 ствола скважины создают подготовительную выработку 6 на всем интервале заложения подземного резервуара 7.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. Для создания подземного резервуара 7 бурят скважину 1, обсаживают ее обсадной колонной 2 и цементируют до устья. Из-под обсадной колонны 2 в каменной соли продолжают бурение скважины 1 до проектной отметки дна заложения подземного резервуара 7. В верхнюю часть необсаженного ствола 5 скважины 1 спускают указанное на фиг. 2, 3 устройство для создания подготовительной выработки 6. Приводят устройство в рабочее состояние и осуществляют механическое воздействие его на породу. При этом расширяют необсаженную 5 часть ствола скважины 1 и одновременно с помощью устройства в зону разрушения породы подают струями растворитель (воду), что повышает скорость растворения.

Образующийся рассол и измельченную нерастворимую породу отводят на дневную поверхность. Таким образом проходят весь проектный интервал заложения подземного резервуара. После создания подготовительной выработки 6 бурение скважины прекращают, устройство для расширения необсаженной части ствола 5 скважины 1 извлекают на поверхность. В технологическую скважину 1 спускают подвесные рабочие колонны 3 и 4, после чего приступают к размыву подготовительной выработки 6 путем подачи растворителя по внешней подвесной колонне 3 труб и отбором рассола по центральной колонне 4 до достижения проектного объема подземного резервуара 7, управление формообразованием которого осуществляют посредством нерастворителя, который подают по межтрубью колонн 2 и 3.

Пример реализации способа Предлагаемый способ реализован при строительстве подземного резервуара на Ереванском СПХГ. Технологическая скважина пробурена на глубину 980 м. Конструктивно технологическая скважина состоит из кондуктора диаметром 530 мм (180 м), технической колонны диаметром 426 мм (720 м), обсадной колонны диаметром 299 мм (890 м). В скважину на бурильной колонне труб диаметром 127 мм спущено расширяющее устройство на отметку 891 м. Буровым насосом в скважину закачана вода под давлением 16-20 МПа, при этом расширяющее устройство было приведено в рабочее состояние. При помощи ротора буровой установки осуществлялось вращение колонны бурильных труб вместе с расширяющим устройством. При этом механическое разрушение породы осуществлялось с подачи растворителя струями в зону разрушения. В процессе проведения работ создана подготовительная выработка диаметром более 2,5 м на весь интервал заложения подземного резервуара (90 м). После окончания бурения и процесса создания подготовительной выработки в межтрубное пространство обсадной и бурильной колонн труб закачана вода под избыточным давлением 22 МПа, что позволило перевести расширяющее устройство в сложенное состояние для подъема его на поверхность. Затем в скважину были спущены подвесные рабочие колонны труб диаметром 219 и 146 мм. Последующее создание подземного резервуара до получения проектного объема (100 тыс.м³) осуществлялось по схеме "снизу-вверх" с подачей газообразного нерастворителя в верхнюю часть подземной выработки.

Предлагаемое устройство для создания подземных резервуаров в каменной соли (фиг.2, 3) содержит режущие элементы, выполненные в виде попарно соединенных между собой верхних 8 и нижних 9 штанг, снабженных системой каналов 10 с выходными отверстиями 11. Штанги 8 и 9, армированные резцами 12, соединены между собой телескопическими распорками 13 и закреплены на направляющей 14 подвижным 15 и неподвижным 16 шарнирными узлами, между которыми установлена распорная втулка 17. Система каналов 10 гидравлически связана с внутренними полостями направляющей 14 и колонны бурильных труб 18. Перемещение подвижного шарнирного узла 15 вдоль направляющей 14 и раскрытие режущих элементов 8, 9 осуществляется путем подачи воды в гидроцилиндр 19, соединенный с колонной бурильных труб 18 посредством переходника 20, снабженного отверстием 21 для подачи воды в гидроцилиндр 19. В нижней части гидроцилиндра 19 установлен обратный клапан 22. Поршень 23 гидроцилиндра 19 соединен с перемещающимся вдоль направляющей 14 толкателем 24, снабженным замком возврата 25. В нижнем конце направляющей 9 установлен упор 26 с размещенными на нем боковыми 27 и центральным 28 соплами.

Устройство работает следующим образом.

Для расширения необсаженной части 5 скважины 1 (фиг.1) устройство закрепляется на колонне бурильных труб 18 и в сложенном виде (фиг.3) через обсадную колонну 3 спускается в необсаженную часть 5 скважины 1.

Разбуривание каменной соли осуществляется путем вращения расширяющего устройства ротором буровой установки (не показана) с одновременным перемещением его вниз вдоль оси направляющей 14.

Растворитель подается по бурильным трубам 18 через отверстие 21 в гидроцилиндр 19, создавая избыточное давление на поршень 23, соединенный с толкателем 24. Толкатель 24, передавая усилие на подвижный шарнирный узел 15, раскрывает штанги 8 и 9, армированные резцами 12, прижимая их с требуемым усилием к стенкам необсаженной части 5 скважины 1. Для раскрытия расширяющего устройства штанги 8 и 9 первоначально располагаются под углом 5-10^o относительно вертикальной оси направляющей 14. Одновременно с подачей растворителя в зону разрушения горной породы и постепенным раскрытием штанг 8 и 9 производится их вращение, передаваемое колонной бурильных труб 18 и направляющей 14.

Ход поршня 23 и толкателя 24 обеспечивают полное раскрытие штанг 8 и 9, которые резцами 12 разрушают каменную соль, создавая вначале подготовительную выработку 6 с коническими поверхностями (фиг.2).

По окончании рабочего хода поршня 23 подвижный шарнирный узел 15 доходит до верхнего торца распорной втулки 17, при этом нижние штанги 9 занимают свое рабочее горизонтальное положение. Под воздействием осевой нагрузки, вращающего момента и растворителя нижние штанги 9 продолжают разрушение каменной соли, образуя подготовительную выработку 6 (фиг.1) цилиндрической формы. Процесс создания подготовительной выработки ускоряется тем, что в зону механического разрушения породы одновременно подается вода в виде струй, создаваемых отверстиями 11, боковыми 27 и центральным 28 соплами. При этом частицы размельченной каменной соли более интенсивно растворяются водой, а нерастворимые включения потоком образовавшегося рассола частично выносятся по межтрубью обсадной 2 и бурильной колоны 18 на поверхность земли.

После окончания создания подготовительной выработки подача растворителя в колонну бурильных труб 18 прекращается, затем растворитель под избыточным давлением закачивается в межтрубье обсадной 2 и бурильной 18 колонн для открытия обратного клапана 22. Рабочая жидкость поступает под поршень 23, перемещая его вверх вместе с толкателем 24 и замком возврата 25, при этом подвижный шарнирный узел 15 поднимается и перемещает штанги 8 и 9 в свое исходное положение (фиг.3). После этого колонну бурильных труб 18 вместе с расширяющим устройством поднимают на поверхность.

В технологическую скважину 1 спускаются подвесные рабочие колонны труб 3 и 4 для дальнейшего строительства подземного резервуара 7.

Формула изобретения

1. Способ сооружения подземных резервуаров в каменной соли, включающий бурение технологической скважины, спуск обсадной и подвесных рабочих колонн, подачу растворителя в необсаженную часть ствола скважины струями, отбор строительного рассола, управление формообразованием подземных резервуаров посредством нерастворителя, отличающийся тем, что предварительно в процессе бурения скважины создают подготовительную выработку механическим разрушением породы путем расширения необсаженного ствола скважины в интервале заложения подземного резервуара с одновременной подачей растворителя в зону разрушения и отводом рассола, содержащего нерастворимые включения породы, на дневную поверхность, после создания подготовительной выработки подачу растворителя и отбор рассола осуществляют по подвесным рабочим колоннам труб.

2. Устройство для сооружения подземных резервуаров в каменной соли, содержащее связанную с колонной бурильных труб направляющую, шарнирно закрепленные на направляющей и установленные с возможностью перемещения вдоль нее штанги, имеющие систему каналов, гидравлически связанную с внутренними полостями направляющей и колонны бурильных труб, отличающееся тем, что штанги выполнены в виде армированных резцами режущих элементов с выходными отверстиями и попарно соединенными между собой телескопическими распорками, при этом устройство снабжено соединенным с колонной бурильных труб гидроцилиндром, в нижней части которого установлен обратный клапан, а поршень гидроцилиндра соединен с толкателем для перемещения и раскрытия режущих элементов, установленным с возможностью перемещения вдоль направляющей и снабженным замком возврата, причем в нижнем конце направляющей установлен упор с боковыми и центральным соплами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3