Способ бурения и заканчивания скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области бурения и заканчивания скважин при промышленной добыче углеводородов. Способ бурения включает нанесение под давлением на стенки скважины одновременно с процессом бурения затвердевающего цементирующего материала, который образует на стенке покрытие, на забой через буровую коронку подают буровой раствор для выноса разрушенной породы, при этом покрытую затвердевающим, цементирующим материалом боковую стенку скважины зачищают скребком заданного профиля, придавая ей необходимую в поперечном сечении форму, отработанный буровой раствор вместе с обломками породы из зоны бурения удаляют посредством центральной возвратной трубы, расположенной в буре между трубами для подачи затвердевающего, цементирующего материала, по которой отработанный буровой раствор из бура попадает внутрь пробуренной и законченной скважины с последующей его транспортировкой на поверхность, причем буровой раствор подают к буровой коронке посредством образующей канал кольцевой полости, расположенной между внутренними стенками бура, центральной возвратной трубой и трубами для подачи затвердевающего, цементирующего материала, а уносимые буровым раствором из зоны бурения обломки породы измельчают в центральной возвратной трубе. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности бурения и заканчивания скважины, качественное покрытие стенок скважины цементирующим материалом. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к способу бурения и заканчивания скважины и к устройству для его осуществления, в частности к способу и устройству для одновременного бурения и заканчивания скважин, которые позволяют упростить бурение скважины и облегчить процесс сбора и передачи данных.

При промышленной добыче углеводородов, в частности нефти и газа, из подземных пластов используют различные буровые скважины, которые проходят от поверхности земли до расположенного под землей несущего углеводороды пласта.

При обычном бурении скважин в различных подземных пластах используют различное буровое оборудование (буры) и буровой раствор, который проходит по имеющейся в буре трубе к буровой коронке (головке бура) и вместе с обломками выбуренной породы возвращается по пробуренной скважине обратно на поверхность. Подаваемый с поверхности в бур буровой раствор облегчает процесс бурения нефтяного или газоносного пласта и используется для выноса из разрабатываемого пласта на поверхность земли различный буровой шлам, состоящий из обломков выбуренной породы.

Буровой раствор должен обладать строго определенным весом, при котором в процессе бурения вес столба жидкости в скважине мог бы уравновесить пластовое давление. При сравнительно небольшом весе бурового раствора и высоком пластовом давлении в нормальном процессе бурения могут возникнуть различного рода нарушения. С другой стороны, при слишком большом весе буровой раствор может проникнуть в разрабатываемые и потенциально содержащие углеводороды пласты и оказать на них определенное отрицательное воздействие.

Обычно скважины бурят отдельными участками. После бурения имеющего определенную длину первого участка скважины бур поднимают на поверхность и в пробуренную часть скважины опускают первый участок трубы или обсадной колонны. Опущенный в скважину первый участок обсадной колонны цементируют и дальнейшее бурение скважины производят, пропуская бур через залитый цементом первый участок обсадной колонны. Очевидно, однако, что использование обсадных колонн, которое безусловно решает всякого рода проблемы, связанные с возможным попаданием в скважину из пласта находящейся в нем под высоким давлением нефти (газа), требует постепенного уменьшения диаметра скважины и использования для бурения следующего участка скважины бура с меньшей по размерам буровой коронкой (головкой бура). Иными словами, при использовании обсадных колонн неминуемо происходит нежелательное уменьшение проходного сечения скважины. Кроме того, необходимость цементирования отдельных участков обсадной колонны непосредственно в скважине снижает производительность процесса бурения и требует дополнительных затрат, связанных со стоимостью скважной колонны труб и использованием соответствующего оборудования, необходимого для ее монтажа внутри скважины.

В настоящее время для добычи нефти и газа из определенных участков месторождения часто используют горизонтальное бурение, при котором скважины оказываются расположенными под соответствующим углом к вертикали, обеспечивающим максимально возможную площадь сечения потока в продуктивном пласте. При горизонтальном бурении, однако, существенно возрастают проблемы, связанные с размещением и цементированием в скважине обсадной колонны.

Еще один недостаток известных в настоящее время способов бурения связан с возможной коррозией опущенной в скважину обсадной колонны и ее повреждением из-за эрозии самой скважины. Обсадная колонна, кроме того, образует своего рода экран, препятствующий прохождению сигналов, посылаемых в пласт из расположенных в скважине электронных устройств, например при проведении каротажа (геофизических исследований в скважине) и выполнении других работ, связанных с получением информации о состоянии скважины и пластов, через которые она проходит.

Наиболее близкие по техническому решению к предлагаемым способу и устройству для бурения и заканчивании скважин описаны в US № 3935910.

При осуществлении известного способа бурения и заканчивания скважины в подземном пласте с помощью буровой коронки бурят скважину, имеющую боковую стенку, на которую наносят под давлением проникающий в нее и образующий на ней покрытие затвердевающий, цементирующий материал, при этом в буровую коронку во время бурения, по существу отдельно от затвердевающего, цементирующего материала подают буровой раствор, который возвращают на поверхность для удаления из зоны бурения пласта обломков выбуренной породы.

Бур для реализации этого способа имеет расположенную на его переднем конце буровую коронку, предназначенную для бурения отверстия в подземном пласте, трубу для прохода бурового раствора, подаваемого с поверхности к расположенной на переднем конце бура буровой коронке, центральную возвратную трубу, по которой через бур проходит поднимающаяся на поверхность смесь отработанного бурового раствора и обломков выбуренной породы, образующейся в процессе бурения у расположенной на переднем конце бура буровой коронки, расположенные за буровой коронкой отверстия для выхода затвердевающего, цементирующего материала, который наносится на стенки отверстия скважины, пробуренного в породе расположенной на переднем конце бура буровой коронкой, трубу для прохода подаваемого в бур с поверхности затвердевающего, цементирующего материала к этим выходным отверстиям.

Однако известные способ и устройство для бурения и завершения скважины не свободны от указанных ранее недостатков.

Приведенные выше соображения определяют необходимость в разработке более совершенного способа и создания более совершенного устройства для бурения и заканчивания скважин.

В этой связи основной задачей настоящего изобретения является разработка более совершенных способа и устройства для бурения и заканчивания скважин.

Еще одной задачей изобретения является разработка такого способа и такого устройства, которые позволили бы отказаться от использования при добыче нефти и газа обычных обсадных колонн.

Задачей изобретения является также разработка способа и устройства для бурения и заканчивания скважин с постоянным, не уменьшающимся постепенно по длине скважины диаметром.

Еще одной задачей изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих возможность заканчивания скважины по существу одновременно с ее бурением и исключающих тем самым необходимость в уравновешивании пластового давления.

Остальные задачи и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже.

Настоящее изобретение позволяет решить следующие задачи и добиться при этом следующих преимуществ.

В изобретении предлагается способ бурения и заканчивания скважины, при осуществлении которого в подземном пласте с помощью буровой коронки бурят скважину, имеющую боковую стенку, на которую наносят под давлением проникающий в нее и образующий на ней покрытие затвердевающий, цементирующий материал, при этом в буровую коронку во время бурения, по существу отдельно от затвердевающего, цементирующего материала подают буровой раствор, который возвращают на поверхность для удаления из зоны бурения пласта обломков выбуренной породы. Согласно изобретению покрытую затвердевающим, цементирующим материалом боковую стенку скважины зачищают скребком заданного профиля, придавая ей необходимую в поперечном сечении форму, при этом отработанный буровой раствор вместе с обломками породы из зоны бурения удаляют посредством центральной возвратной трубы, расположенной в буре между трубами для подачи затвердевающего, цементирующего материала, по которой отработанный буровой раствор из бура попадает внутрь пробуренной и законченной скважины с последующей его транспортировкой на поверхность, причем буровой раствор подают к буровой коронке посредством образующей канал кольцевой полости, расположенной между внутренними стенками бура, центральной возвратной трубой и трубами для подачи затвердевающего, цементирующего материала, а уносимые буровым раствором из зоны бурения обломки породы измельчают в центральной возвратной трубе.

В изобретении предлагается также бур для бурения и заканчивания скважины, имеющий расположенную на его переднем конце буровую коронку, предназначенную для бурения отверстия в подземном пласте, трубу для прохода бурового раствора, подаваемого с поверхности к расположенной на переднем конце бура буровой коронке, центральную возвратную трубу, по которой через бур проходит поднимающаяся на поверхность смесь отработанного бурового раствора и обломков выбуренной породы, образующейся в процессе бурения у расположенной на переднем конце бура буровой коронки, расположенные за буровой коронкой отверстия для выхода затвердевающего, цементирующего материала, который наносится на стенки отверстия скважины, пробуренного в породе расположенной на переднем конце бура буровой коронкой, трубу для прохода подаваемого в бур с поверхности затвердевающего, цементирующего материала к этим выходным отверстиям. Согласно изобретению бур имеет заданного профиля скребок для зачистки затвердевающего, цементирующего материала, который расположен за отверстием для его выхода и предназначен для придания нанесенному на стенки отверстия скважины покрытию из этого материала необходимой в поперечном сечении формы, а также внутреннюю стенку, ограничивающую внутреннее пространство бура, при этом труба для прохода подаваемого в бур затвердевающего, цементирующего материала содержит по крайней мере одну трубу для прохода затвердевающего, цементирующего материала к выходному отверстию, которая проходит внутри бура на некотором расстоянии от его переднего конца, центральная возвратная труба представляет собой трубу, соединенную с передним концом бура и проходящую внутри бура на некотором расстоянии от его переднего конца, а труба для прохода бурового раствора представляет собой идущую вверх от переднего конца бура кольцевую полость, расположенную между внутренней стенкой бура и по крайней мере одной трубой для прохода затвердевающего, цементирующего материала и центральной возвратной трубой для прохода через бур смеси отработанного бурового раствора с обломками выбуренной породы.

В предпочтительном варианте выполнения труба для подачи в него бурового раствора, центральная возвратная труба для отработанного бурового раствора и труба для прохода подаваемого в бур затвердевающего, цементирующего материала проходят внутри бура по всей его длине независимо друг от друга.

Бур в соответствии с изобретением снабжен измельчающим устройством, расположенным в центральной возвратной трубе и предназначенным для измельчения обломков выбуренной породы, уносимых из зоны бурения пласта буровым раствором.

В соответствии с изобретением диаметр переднего конца бура определяет диаметр бурения, а скребок имеет скругленный профиль с наружным диаметром, равным диаметру законченной скважины, который меньше диаметра бурения на толщину наносимого на стенку пробуренного в пласте отверстия скважины слоя затвердевающего, цементирующего материала, который используется для заканчивания скважины.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны

на фиг.1 - схема общего вида предлагаемого в изобретении бура;

на фиг.2 - схема, иллюстрирующая в поперечном сечении предлагаемый в изобретении способ бурения и заканчивания скважины с использованием бура, показанного на фиг.1;

на фиг.3а-3в - схемы, служащие дальнейшей иллюстрацией предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройству для бурения скважин и способу бурения скважин, преимуществом которых является возможность по существу одновременного бурения и заканчивания скважины.

На фиг.1, в виде сбоку, схематично показан предлагаемый в настоящем изобретении бур 10. Бур 10 имеет предпочтительно удлиненную форму и расположенную на одном из его концов (переднем) буровую коронку или головку 12. Бур 10 имеет входное отверстие 14, через которое в него подается обычным способом буровой раствор, как правило, по трубе 16, часть которой показана на фиг.1. Буровой раствор, поступающий через отверстие 14 внутрь бура 10, попадает в расположенную на конце бура буровую коронку или головку 12, в которой выполнены отверстия 18, через которые буровой раствор выходит из головки наружу в зону бурения породы пласта, в котором бурится отверстие скважины. Бур 10 имеет также входное отверстие 20, через которое внутрь него попадает отработанный буровой раствор, который, пройдя через коронку бура, вновь возвращается на поверхность. Отработанный буровой раствор уносит на поверхность обломки выбуренной из пласта породы и другую осыпь, образующуюся в процессе бурения, непрерывно удаляя ее из зоны бурения. Входное отверстие 20 бура сообщается с центральной возвратной трубой 22, по которой проходят уносимые из зоны бурения отработанным буровым раствором обломки породы и которая сообщается с расположенным вокруг бура 10 пространством скважины, показанными на чертеже выходными трубами 24.

Бур 10 согласно изобретению предназначен также для подачи внутрь пробуренного участка скважины затвердевающего, цементирующего материала, который используется в процессе бурения для заканчивания стенки скважины и заменяет собой обычную обсадную колонну или другие подобные элементы скважины, исключая тем самым необходимость в установке в пробуренное отверстие скважины обсадной колонны и ее цементирования внутри скважины.

Бур 10 имеет трубу 26 для подачи в него затвердевающего, цементирующего материала, который выходит из бура через одно или несколько отверстий 28 и попадает внутрь пробуренного участка скважины. Как показано на чертеже, отверстия 28, через которые затвердевающий, цементирующий материал выходит из бура наружу, расположены за коронкой 12 бура, и поэтому этот материал наносится на стенки отверстия скважины сразу же после бурения. В соответствии с изобретением затвердевающий, цементирующий материал подается по трубе 26 в отверстия 28 под "повышенным давлением" или давлением, которое незначительно превышает пластовое давление и обеспечивает проникновение затвердевающего, цементирующего материала в окружающую породу и ее пропитку на глубину, достаточную для надежного крепления отвердевшего слоя цементирующего материала в пробуренной скважине.

Бур 10 имеет также расположенный за отверстиями 28 (выше буровой коронки) скребок 30 с заданным, предпочтительно скругленным, профилем, который в итоге определяет форму поперечного сечения пробуренной в пласте и законченной скважины. Скребок 30, расположенный за отверстиями 28, удаляет часть слоя затвердевающего, цементирующего материала, попадающего на стенки пробуренной скважины через отверстия 28, и после такой зачистки внутренняя поверхность оставшегося в отверстии скважины слоя затвердевающего, цементирующего материала приобретает необходимую форму, соответствующую профилю скребка 30. Скребок 30 можно выполнить в виде имеющего соответствующую форму элемента, образующего часть наружной поверхности бура 10, или же в виде отдельного съемного элемента типа обоймы или воротника, который с помощью обычных крепежных средств крепится к буру 10.

На фиг.1 схематично показаны отдельные магистрали, одна из которых в этом варианте изобретения используется для подачи в бур бурового раствора, другая - для прохода через бур отработанного бурового раствора вместе с обломками выбуренной породы, а третья - для подачи в бур цементирующего стенки скважины затвердевающего материала. Цементирующий стенки пробуренной скважины затвердевающий материал подается в бур по трубе 26, которая предпочтительно разветвляется на две трубы 26а и 26b, идущие к выходным отверстиям 28. Отработанный буровой раствор вместе с обломками выбуренной породы попадает через входное отверстие 20 бура в центральную возвратную трубу 22, которая в данном варианте проходит насквозь через бур 10 между трубами 26а и 26b и разделяется на несколько выходных труб 24.

Предлагаемый в этом варианте изобретения бур 10 имеет стенку 32, внутренняя поверхность которой ограничивает внутреннее пространство бура, в котором расположены все перечисленные выше трубы. Между внутренней поверхностью стенки 32 и трубами 22 и 26 расположена кольцевая полость, образующая канал, по которому проходит подаваемый в бур буровой раствор. Как показано на чертеже, подаваемый в бур буровой раствор проходит между внутренней стенкой трубы 16 и наружной стенкой трубы 26 и, обтекая снаружи трубы 22 и 26, попадает внутрь расположенной на конце бура буровой коронки 12 и выходит наружу через выполненные на ней отверстия 18.

Следует отметить, что в предлагаемом в изобретении буре можно использовать любую из многочисленных, отличающихся друг от друга по типу, расположенных на конце бура буровых коронок 12. Так, в частности, в качестве коронки 12 бура можно использовать обычную механическую головку. Кроме того, настоящее изобретение относится и к другим способам бурения, основанным, например на использовании лазерных или ультразвуковых буровых коронок, и с успехом может быть распространено и на любые другие способы бурения с применением буровых коронок любого другого типа.

В предпочтительном варианте изобретения в центральной возвратной трубе 22, по которой протекает отработанный буровой раствор, установлено схематично показанное на фиг.1 измельчающее устройство 34. Это измельчающее устройство 34 разбивает все уносимые из зоны бурения буровым раствором крупные куски выбуренной породы, различную осыпь и другой материал на более мелкие частицы, которые могут свободно пройти через бур 10 вверх вместе с уносящим их из зоны бурения буровым раствором. В качестве измельчающего устройства 34 можно использовать любое обычное хорошо известное специалистам и предназначенное для этих целей устройство.

В центральной возвратной трубе 22, по которой протекает отработанный буровой раствор, уносящий из зоны бурения обломки выбуренной породы, целесообразно установить также схематично показанный на фиг.1 насос 36, создающий во входном отверстии 20 буровой коронки разрежение, под действием которого в это отверстие из зоны бурения всасывается буровой раствор вместе с обломками выбуренной породы и различного рода осыпью.

В отверстиях 28, через которые проходит затвердевающий, цементирующий материал, образующий прочную стенку пробуренной в пласте скважины, можно установить соответствующее сопло или другое аналогичное устройство, которое при осуществлении предлагаемого в настоящем изобретении способа можно использовать для распределения выходящего из сопла под определенным избыточным давлением затвердевающего, цементирующего материала и его нанесения на поверхность стенки пробуренной скважины.

На фиг.2 проиллюстрирован предлагаемый в изобретении способ бурения с использованием имеющего описанную выше конструкцию бура 10 для бурения скважины в пласте 38. Во время бурения расположенная на переднем конце бура буровая коронка 12 образует в пласте отверстие 40 скважины с боковой стенкой 42. Во время бурения скважины в бур 10 подается буровой раствор 44, который выходит из бура наружу через имеющиеся в буровой коронке 12 отверстия 18 и способствует процессу бурения. В результате перемешивания бурового раствора с обломками выбуренной породы и осыпью образуется смесь 46, которая всасывается во входное отверстие 20 буровой коронки и по центральной возвратной трубе 22 перекачивается обратно на поверхность. Всасываемая в центральную возвратную трубу 22 смесь 46 проходит (при необходимости) через (показанные на фиг.1) измельчающее устройство 34 для измельчения твердых кусков породы и насос 36 и по выходным трубам 24 попадает из бура 10 внутрь пробуренной и законченной (зацементированной) скважины, по которой она перекачивается из зоны бурения на поверхность.

Во время бурения в бур по трубе 26 непрерывно подается затвердевающий, цементирующий материал 48, который по трубам 26а и 26Ь попадает в выходные отверстия 28 и в виде покрытия наносится на стенку 42 скважины. Затвердевающий, цементирующий материал 48 выходит из отверстий бура под определенным давлением и частично проникает в стенку пробуренной в пласте скважины, образуя внутри скважины показанную на фиг. 2 пропитанную указанным материалом зону 50. Наличие в скважине такой пропитанной затвердевающим, цементирующим материалом зоны 50 способствует более прочному креплению в скважине трубы, образовавшейся в ней из цементирующего материала после его затвердевания (схватывания). После нанесения на стенку скважины слой цементирующего материала зачищается опускающимся вместе с буром вниз скребком 30, который придает нанесенному на стенку 42 покрытию из цементирующего материала заданный одинаковый по всей длине скважины профиль.

При определенных свойствах выбранного цементирующего материала и условиях в нисходящей скважине зачистку материала целесообразно производить после его затвердевания (схватывания). Для затвердевания материала можно использовать различные хорошо известные специалистам методы, основанные на использовании различных внешних источников энергии (энергии ультрафиолетового излучения, тепловой энергии, лазерной энергии, электромагнитной и/или микроволновой энергии и т.п.).

Из всего сказанного выше следует, что предлагаемый в настоящем изобретении бур 10, который обеспечивает возможность одновременного бурения и заканчивания скважины практически любой глубины, исключает необходимость в использовании при сооружении скважин обсадных колонн и позволяет вести процесс бурения скважины непрерывно без остановок, необходимых для их монтажа.

Кроме того, предлагаемые в изобретении способ и устройство для бурения и заканчивания скважин облегчают процесс сбора и передачи данных и позволяют получить более полную информацию о состоянии скважины.

Предлагаемые в изобретении способ и устройство для бурения и заканчивания скважины, которое проводится по существу непосредственно в процессе бурения, позволяют практически полностью решить проблемы, связанные с высоким пластовым давлением, и отказаться (в значительной степени или полностью) от тщательного мониторинга за давлением находящихся в пластах нефти, газов и выполнения других подобных работ.

В качестве цементирующего материала, используемого при осуществлении предлагаемого в изобретении способа бурения и заканчивания скважин, можно использовать любой пригодный для этой цели материал. Предпочтительно в качестве такого материала применять схватывающийся или затвердевающий материал, который не оказывает вредного воздействия на окружающую среду и который можно использовать и нагнетать в скважину в жидком состоянии.

Предпочтительно также включать в состав затвердевающего, цементирующего материала соответствующий вяжущий агент, обладающий контролируемым и небольшим временем затвердевания, которое предпочтительно можно регулировать путем изменения величины рН и/или концентрацией воды и которое при необходимости можно сократить за счет воздействия на него внешней энергией, например от источников ультрафиолетового излучения, источников тепла, лазерных источников энергии, источников электромагнитного излучения и т.д. Целесообразно, чтобы цементирующий материал обладал определенными упругими свойствами, которые можно контролировать или поддерживать на определенном уровне с помощью специальных компонентов, а также имел структуру проводника электрического тока, т.е. структуру, не создающую помех при передаче сигналов между различными расположенными в скважине электронными устройствами. К такого рода структурам, обладающим свойствами проводников электрического тока, относятся структуры, включающие цементирующие агенты, структуры на основе каменных пород и керамические покрытия.

Затвердевающий, цементирующий материал предпочтительно должен обладать определенными механическими свойствами, в частности его сопротивление смятию не должно быть меньше приблизительно 1 МПа, внутреннее сопротивление податливости не должно быть меньше 60 МПа, он должен иметь низкую пористость и проницаемость (предпочтительно близкие к нулевой), а его время затвердевания не должно превышать 1 ч.

При бурении скважины в проницаемых породах (пластах) используемое избыточное давление, при котором цементирующий материал наносится на стенку пробуренной скважины, должно быть достаточным для того, чтобы он мог частично проникать в окружающую породу и надежно удерживаться в стволе скважины после затвердевания. При бурении скважины в породах с низкой проницаемостью или в непроницаемых породах затвердевающий, цементирующий материал должен обладать определенными адгезионными качествами, обеспечивающими его прочную связь с пробуренной породой.

Как показано на фиг.2, пробуренное в породе пласта отверстие 40 скважины имеет диаметр, совпадающий с диаметром буровой коронки 12, а законченная скважина имеет одинаковый по всей длине диаметр, который меньше диаметра отверстия 40 на толщину слоя, используемого для заканчивания скважины (затвердевающего, цементирующего) материала, нанесенного в соответствии с предлагаемым в изобретении способом на стенку 42 скважины.

После окончания бурения скважины бур с буровой коронкой необходимо поднять на поверхность через отверстие, диаметр которого меньше диаметра пробуренного им в пласте отверстия. В альтернативе бур можно и оставить в готовой скважине.

В одном из вариантов изобретения предлагается бур, наружный диаметр буровой коронки которого можно менять и у которого режущие элементы, устройства, через которые внутрь коронки попадает осыпь, уплотняющие устройства, которые предназначены для уплотнения в процессе бурения щели между коронкой и стенкой пробуренного в породе отверстия, и другие элементы коронки можно выполнить в продольном направлении более короткими или более длинными, уменьшив при этом наружный диаметр буровой коронки 12, которую в таком положении можно поднять из законченной скважины на поверхность.

Один из вариантов выполнения такой буровой коронки 12 показан на фиг.3а, б и в.

Предлагаемая по этому варианту изобретения буровая коронка 12 имеет уплотнительные элементы 60, уплотняющие в процессе бурения щель между коронкой и стенкой пробуренной в породе скважины и выполненные в виде отдельных сегментов, которые могут перемещаться и сжиматься в радиальном направлении относительно центральной оси коронки. На внешней поверхности буровой коронки расположены также вытянутые в продольном направлении уплотняющие клинья 62, которые могут находиться относительно уплотнительных элементов 60 в двух положениях, в частности в положении, показанном на фиг.3в, и в положении, показанном на фиг.3а и 3б, причем в первом из этих положений, в котором буровая коронка имеет больший диаметр, они оказываются расположенными между уплотнительными элементами 60, а во втором, когда буровая коронка имеет меньший диаметр, они выходят из промежутков между выполненными в виде секторов уплотнительными элементами и располагаются над ними. Изменение диаметра буровой коронки осуществляется с помощью рычагов 64, которые связаны с соответствующими элементами 66 буровой колонны. В варианте, показанном на фиг.3а-3в, буровая колонна 66 соединена с растягивающимся или упругим элементом 68, который в свою очередь соединен с уплотнительными элементами 60, уплотняющими в процессе бурения щель между коронкой и стенкой, пробуренной в породе скважины. При подъеме буровой колонны 66 растягивающийся элемент 68 деформируется в продольном направлении, и рычаги 64 вытягивают уплотняющие клинья 62 из промежутков между соседними уплотнительными элементами 60. После того, как уплотняющие клинья 62 выйдут из промежутков между соседними уплотнительными элементами 60, как показано на фиг.3б, эти уплотнительные элементы по мере дальнейшего подъема буровой колонны перемещаются, как это показано на фиг.3а, внутрь к оси буровой коронки, наружный диаметр которой при этом уменьшается настолько, что бур можно свободно поднять на поверхность через отверстие законченной скважины. Такая конструкция предлагаемого в изобретении бура позволяет, изменив наружный диаметр буровой коронки 12 от относительно большого (фиг.3в), при котором происходит процесс бурения, до относительно небольшого (фиг.3а), при котором она может пройти через отверстие законченной скважины, легко поднять бур на поверхность через готовую скважину.

В другом варианте буровую колонну можно соединить с буром (буровой коронкой) специальным разъединительным устройством, позволяющим при необходимости отсоединить буровую коронку от остальной части бура (буровой колонны) и оставить ее в нижней части пробуренной и законченной скважины. Зная стоимость буровой коронки и сравнивая ее с затратами на сооружение обычной обсадной колонны, включая ее цементацию и выполнение других связанных с этим работ, такое решение в целом ряде случаев может оказаться экономически оправданным. В качестве разъединительного устройства в этих случаях можно использовать любое разъединительное устройство, отвечающее соответствующим требованиям.

Очевидно, что приведенное выше описание и приложенные к нему чертежи, на которых показан наиболее предпочтительный вариант возможного осуществления изобретения, лишь иллюстрируют, но ни в коей мере не ограничивают объем изобретения, которое предполагает возможность внесения в рассмотренную выше конструкцию устройства и в описанный выше способ различных изменений и усовершенствований, касающихся формы, размеров и конструктивного решения отдельных деталей бура и некоторых особенностей его использования. Более того, возможность таких изменений и усовершенствований в полном объеме предусмотрена самой идеей изобретения и его объемом в соответствии с приведенной ниже формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ бурения и заканчивания скважины, при осуществлении которого в подземном пласте с помощью буровой коронки бурят скважину, имеющую боковую стенку, на которую наносят под давлением проникающий в нее и образующий на ней покрытие затвердевающий цементирующий материал, при этом в буровую коронку во время бурения, по существу, отдельно от затвердевающего цементирующего материала подают буровой раствор, который возвращают на поверхность для удаления из зоны бурения пласта обломков выбуренной породы, отличающийся тем, что покрытую затвердевающим цементирующим материалом боковую стенку скважины зачищают скребком заданного профиля, придавая ей необходимую в поперечном сечении форму, при этом отработанный буровой раствор вместе с обломками породы из зоны бурения удаляют посредством центральной возвратной трубы, расположенной в буре между трубами для подачи затвердевающего цементирующего материала, по которой отработанный буровой раствор из бура попадает внутрь пробуренной и законченной скважины с последующей его транспортировкой на поверхность, причем буровой раствор подают к буровой коронке посредством образующей канал кольцевой полости, расположенной между внутренними стенками бура, центральной возвратной трубой и трубами для подачи затвердевающего цементирующего материала, а уносимые буровым раствором из зоны бурения обломки породы измельчают в центральной возвратной трубе.

2. Бур для бурения и заканчивания скважины, имеющий расположенную на его переднем конце буровую коронку, предназначенную для бурения отверстия в подземном пласте, трубу для прохода бурового раствора, подаваемого с поверхности к расположенной на переднем конце бура буровой коронке, центральную возвратную трубу, по которой через бур проходит поднимающаяся на поверхность смесь отработанного бурового раствора и обломков выбуренной породы, образующейся в процессе бурения у расположенной на переднем конце бура буровой коронки, расположенные за буровой коронкой отверстия для выхода затвердевающего цементирующего материала, который наносится на стенки отверстия скважины, пробуренного в породе расположенной на переднем конце бура буровой коронкой, трубу для прохода подаваемого в бур с поверхности затвердевающего цементирующего материала к этим выходным отверстиям, отличающийся тем, что имеет заданного профиля скребок для зачистки затвердевающего цементирующего материала, который расположен за отверстием для его выхода и предназначен для придания нанесенному на стенки отверстия скважины покрытию из этого материала необходимой в поперечном сечении формы, а также внутреннюю стенку, ограничивающую внутреннее пространство бура, при этом труба для прохода подаваемого в бур затвердевающего цементирующего материала содержит по крайней мере одну трубу для прохода затвердевающего цементирующего материала к выходному отверстию, которая проходит внутри бура на некотором расстоянии от его переднего конца, центральная возвратная труба представляет собой трубу, соединенную с передним концом бура и проходящую внутри бура на некотором расстоянии от его переднего конца, а труба для прохода бурового раствора представляет собой идущую вверх от переднего конца бура кольцевую полость, расположенную между внутренней стенкой бура и по крайней мере одной трубой для прохода затвердевающего цементирующего материала и центральной возвратной трубой для прохода через бур смеси отработанного бурового раствора с обломками выбуренной породы.

3. Бур по п.2, отличающийся тем, что труба для подачи в него бурового раствора, центральная возвратная труба для отработанного бурового раствора и труба для прохода подаваемого в бур затвердевающего цементирующего материала проходят внутри бура по всей его длине независимо друг от друга.

4. Бур по п.3, отличающийся тем, что имеет измельчающее устройство, расположенное в центральной возвратной трубе и предназначенное для измельчения обломков выбуренной породы, уносимых из зоны бурения пласта буровым раствором.

5. Бур по п.2, отличающийся тем, что диаметр переднего конца бура определяет диаметр бурения, а скребок имеет скругленный профиль с наружным диаметром, равным диаметру законченной скважины, который меньше диаметра бурения на толщину наносимого на стенку пробуренного в пласте отверстия скважины слоя затвердевающего цементирующего материала, который используется для заканчивания скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5