Способ крепления ствола скважины и установка для его осуществления

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для закрепления неустойчивых и изоляции поглощающих интервалов горных пород. Обеспечивает упрощение технологии и повышение эффективности крепления стенок скважины. Сущность изобретения по способу: спускают и устанавливают в зоне осложнения обсадной трубы генератор теплоты, в качестве которого при условии крепления ствола скважины в породах, содержащих карбонаты, используют закрепленный на насосно-компрессорных трубах контейнер с перемычками, образующими две изолированные полости. Верхняя полость заполнена 5%-ным раствором марганца, а нижняя - 50%-ной перекисью водорода. Для генерации тепла повышают давление во внутренней полости насосно-компрессорной трубы, разрушают перемычки, обеспечивают взаимодействие перекиси водорода и раствора марганца и вытесняют их в зазор между контейнером и обсадной трубой. Установка содержит генератор теплоты. Генератор теплоты выполнен в виде контейнера, имеющего форму воронки на нижнем конце, с установленным в его верхней части обратным клапаном. Контейнер снабжен тремя герметизирующими перемычками, установленными в его верхней, нижней и средней частях. Средняя перемычка выполнена в виде воронки с возможностью входа в воронку контейнера и образует в нем две изолированные друг от друга полости. Верхняя полость заполнена 5%-ным раствором марганца, нижняя - 50%-ной перекисью водорода. 2 н. и 2 з.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 и ремонте скважин различного назначения. Обеспечивает использование более простой и дешевой технологии для закрепления отдельных участков тектонических нарушений, изоляции зон поглощений и флюидопроявлений.

Известен способ бурения и крепления ствола скважины и устройство для его осуществления (патент РФ №2030555, МПК 6 Е 21 В 33/13, Е 21 В 10/64, опубл. 1995.03.10). Сущность изобретения: по способу доставляют бурильный инструмент на забой, осуществляют бурение скважины, подают тампонажный материал по колонне бурильных труб и формируют крепь. Сам процесс создания скважины чередуют с бурением и осуществляют с применением складывающегося породоразрушающего инструмента. После бурения инструмент транспортируют на устье по колонне бурильных труб. Предварительно колонну бурильных труб заполняют флюидом. Затем подают буровой раствор в заколонное пространство. Плотность раствора превышает плотность флюида. В качестве тампонажного материала применяют термопластичный материал. Его расплавляют на забое. Крепь скважины формируют с одинаковым проходным сечением по глубине скважины. Устройство по способу включает бурильную колонну, извлекаемый узел крепления и породоразрушающий инструмент. Он выполнен в виде цилиндра с пазами на внутренней боковой поверхности и осевым каналом. Он перекрыт подпружиненным шаровым клапаном. Устройство имеет долото-расширитель, выполненное в виде не менее трех складывающихся шарошек, одна из которых жестко связана со штоком, размещенным под шаровым клапаном, две других установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра по его пазам. Узел крепления выполнен с камерой нагрева и помещенных в ней электронагревательных элементов. Узел крепления имеет также ограничитель верхнего перемещения, выполненный в виде штока с электромагнитным приводом. На наружной поверхности бурильных труб помещены кабели. Недостатками данного способа и устройства являются сложность и недостаточная эффективность крепления стенок скважины.

Известно устройство для электротермического бурения скважин (патент РФ №2021465, Е 21 В 7/15, Е 21 С 37/18, опубл. 1994.10.15). Сущность изобретения: с целью повышения эффективности бурения в рыхлых четвертичных отложениях и техногенных грунтах нижняя рабочая торцевая призабойная часть пенетратора выполнена в виде удлиненного породоразрушающего конуса, термоизолированного от основной части пенетратора. Это устройство исключает образование прочной прослойки расплава в зоне забоя, и тем самым обеспечивается достаточно высокая скорость бурения с одновременным формированием стенок скважины прочным слоем термически преобразованной породы, выполняющей роль обсадных труб, что существенно снижает материальные затраты и затраты времени на сооружение скважины. Недостатком данного устройства является сложность, а также высокий расход электроэнергии.

Известно устройство для ремонта нефтяных и газовых скважин (патент РФ №2134769, МПК Е 21 В 29/10, Е 21 В 27/02, Е 21 В 43/116, опубл. 1999.08.20). Устройство содержит контейнер для доставки цементного раствора на заданную глубину. Сверху контейнер закрыт стандартной головкой для подсоединения через кабельный наконечник к многожильному каротажному кабелю, а снизу - заглушкой. В верхней части контейнера установлен насос для заполнения контейнера цементным раствором через загрузочные окна в его стенке, а также для подачи промывочной жидкости через те же окна внутрь контейнера и создания необходимого давления на цементный раствор. В верхней части контейнера размещен прибор для измерения естественной радиоактивности окружающей среды, а в нижней его части - перфоратор. Стенка контейнера напротив перфоратора имеет разгрузочные окна, закрытые эластичной оболочкой. Точность установки контейнера на заданной глубине, а также положение границ интервала цементирования контролируют путем регистрации диаграммы естественной радиоактивности. Недостатком данного устройства является сложность, а также недостаточная эффективность крепления стенок скважины.

Известен способ крепления ствола скважины и устройство для его осуществления, принятый за прототип (патент РФ №2237796, МПК 7 Е 21 В 33/13, опубл. 2004.10.10). Сущность изобретения: по способу спускают и устанавливают в зоне осложнения профильную трубу (контейнер), снабженную двумя втулками, соединенными с ее торцами. Создают внутреннее давление на стенки трубы. Увеличивают диаметр трубы до контакта со стенками скважины. Закрепляют ее в скважине. Согласно изобретению в зону осложнения устанавливают трубу, выполненную из легкоплавкого материала и заполненную водой. Последнюю нагревают генератором теплоты до температуры размягчения материала трубы и увеличения диаметра трубы до контакта со стенками скважины. После чего отключают генератор теплоты и электронагревателем расплавляют контактную с ним втулку и извлекают из трубы генератор теплоты с электронагревателем. Устройство содержит профильную трубу, снабженную двумя утолщенными втулками, жестко соединенными с ее торцами, и установленную на спускоподъемном приспособлении. Согласно изобретению устройство снабжено утяжелителем, соединенным с кабельным замком и установленным под ним электронагревателем, расположенным в верхней части торцевой втулке, и генератором теплоты, размещенным в полости трубы и соединенным с электронагревателем с возможностью их извлечения из трубы. Последняя выполнена из легкоплавкого материала и заполнена жидкостью. Недостатками данного способа и устройства являются сложность и недостаточная эффективность крепления стенок скважины.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии и повышение эффективности крепления стенок скважины.

Технический результат достигается тем, что в способе крепления ствола скважины, заключающемся в спуске и установке в зоне осложнения обсадной трубы спускового устройства с генератором теплоты и тепловой обработке зоны осложнения, согласно изобретению тепло генерируют путем создания и повышения давления через внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы на генератор теплоты с 50%-ной перекисью водорода и 5%-ным раствором марганца при вытеснении их в зазор между генератором теплоты и обсадной трубой, причем давление повышают до фиксируемого манометром скачка, после чего создают противодавление на внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы.

Технический результат в части способа достигается также, тем, что в зону осложнения перед спуском генератора теплоты подают глинистый раствор.

Технический результат в части установки достигается тем, что установка для крепления ствола скважины, содержащая генератор теплоты, закрепленный на спусковом устройстве, согласно изобретению генератор теплоты выполнен в виде закрепленного на насосно-компрессорной трубе контейнера, имеющего форму воронки на нижнем конце, с установленным в его верхней части обратным клапаном, причем контейнер снабжен тремя герметизирующими перемычками, установленными в его верхней, нижней и средней частях, при этом средняя перемычка выполнена в виде воронки с возможностью входа в воронку контейнера и образует в нем две изолированные друг от друга полости: верхнюю, заполненную 5%-ным раствором марганца, и нижнюю, заполненную 50%-ной перекисью водорода, установка также снабжена наземными манометром и насосной станцией, связанными с полостью насосно-компрессорной трубы.

Установка характеризуется также тем, что контейнер по внешнему периметру обмотан чередующимися полосами фольги и полиэтилена.

Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет упростить технологию и повысить эффективность крепления стенок скважины.

Способ крепления ствола скважины и установка для его осуществления поясняется схемами, где на фиг.1 показана схема размещения установки в скважине, на фиг.2 показан общий вид генератора теплоты (контейнера с тепловыделяющим веществом):

1 - зона осложнения;

2 - насосно-компрессорная труба;

3 - контейнер с тепловыделяющим веществом (генератор теплоты), имеющий форму воронки на нижнем конце;

4 - обсадная труба;

5 - манометр;

6 - насосная станция;

7 - обратный клапан в верхней части контейнера 3;

8 - герметизирующая перемычка, установленная в средней части контейнера 3, выполненная с возможностью входа в воронку контейнера 3;

9 - герметизирующая перемычка, установленная в нижней части контейнера 3;

10 - герметизирующая перемычка, установленная в верхней части контейнера 3;

11 - полосы алюминиевой фольги;

12 - полосы полиэтилена;

13 - 50%-ная перекись водорода;

14 - 5%-ный раствор марганца;

15 - продавочный раствор.

Способ осуществляют следующим образом. Спускают и устанавливают в зоне осложнения 1 обсадной трубы 4 насосно-компрессорную трубу 2 (спусковое устройство) с закрепленным на ней генератором теплоты, выполненном виде контейнера 3. Создают давление продавочным раствором 15 с помощью насосной станции 6 через внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы 2 на контейнер 3 с 50%-ной перекисью водорода и 5%-ным раствором марганца и вытесняют их в зазор между контейнером 3 (генератором теплоты) и обсадной трубой 4. После скачка давления, вызванного разрушением перемычек 8, 9, 10, фиксируемого манометром 5, давление прекращают повышать и создают противодавление на внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы 2. Для повышения эффективности способа возможна подача в зону осложнения глинистого раствора, образующего при тепловом воздействии дополнительную прочную корку, помимо корки, образованной из термически преобразованной породы. 50%-ная перекись водорода разлагается с выделением тепла, нагревающего окружающую замкнутую среду до температуры 1094°С. Уже при температуре 535°С обеспечивается усадка глин и ряда других пород за счет разрушения карбонатов. Разложение перекиси водорода приводит к формированию в горячем флюиде пены из пузырьков кислорода. За счет использования полос из алюминиевой фольги 11 и полос полиэтилена 12 температура реакции увеличивается более чем в 2,5 раза.

Установка для крепления ствола скважины состоит из генератора теплоты, выполненного в виде контейнера 3, заполненного тепловыделяющим веществом в виде 50%-ной перекиси водорода, закрепленного на насосно-компрессорной трубе 2. В верхней части контейнера 3 расположен обратный клапан 7, необходимый для предотвращения смятия насосно-компрессорной трубы 2 в зону осложнения 1 из-за действия гидростатического давления скважинной жидкости. Контейнер 3 имеет форму воронки на нижнем конце для облегчения самоцентровки контейнера 3 при спуске по скважине. Внутри контейнера 3 помещены три герметизирующие перемычки 8, 9, 10, расположенные в средней, нижней и верхней его частях, разделяющие 50%-ную перекись водорода и 5%-ный раствор марганца. Герметизирующая перемычка 8 выполнена в виде воронки с возможностью входа в воронку контейнера 3 для обеспечения наиболее полного вытеснения 50%-ной перекиси водорода в зазор между контейнером 3 и обсадной трубой 4. Перемычка 8 образует в контейнере 3 две изолированные друг от друга полости: верхнюю, заполненную 5%-ным раствором марганца, и нижнюю, заполненную 50%-ной перекисью водорода. Установка снабжена наземным манометром 5 и насосной станцией 6, связанными с полостью насосно-компрессорной трубы 2. Насосная станция 6 необходима для создания и повышения давления на контейнер 3 с помощью продавочного раствора 15. Манометр 5 необходим для фиксации момента разрушения перемычек 8, 9, 10. Контейнер 3 для повышения теплоты и скорости химической реакции по внешнему периметру может обматываться полосами 11 и 12 соответственно алюминиевой фольги и полиэтилена.

Установка для крепления ствола скважины работает следующим образом. После спуска в зону осложнения создают давление на контейнер 3 с помощью продавочного раствора 15 и насосной станции 6. Продавочный раствор 15 разрушает перемычки 8, 9 и 10 и вытесняет 50%-ную перекись водорода и 5%-ный раствор марганца в зазор между обсадной трубой 4 и контейнером 3. Взаимодействие 50%-ной перекиси водорода, 5%-ного раствора марганца и скважинного флюида вызывает химическую реакцию, сопровождающуюся большим выделением теплоты, приводящей к образованию прочного слоя термически преобразованной породы.

Применение данного способа крепления ствола скважины и установки для его осуществления обеспечивает следующие преимущества:

- упрощение технологии крепления и ремонта скважин;

- повышение эффективности крепления стенок скважины;

- снижение энергозатрат на крепление скважин.

1. Способ крепления ствола скважины, заключающийся в спуске и установке в зоне осложнения обсадной трубы, спускового устройства с генератором теплоты и тепловой обработке зоны осложнения, отличающийся тем, что при условии крепления ствола скважины в породах, содержащих карбонаты, в качестве генератора теплоты используют закрепленный на насосно-компрессорных трубах контейнер с перемычками, образующими две изолированные полости, верхняя из которых заполнена 5%-ным раствором марганца, а нижняя - 50%-ной перекисью водорода, для генерации тепла повышают давление во внутренней полости насосно-компрессорной трубы, разрушают перемычки, обеспечивают взаимодействие перекиси водорода и раствора марганца и вытесняют их в зазор между контейнером и обсадной трубой, причем давление разрушения перемычек фиксируют манометром по скачку давления, после чего давление прекращают повышать.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зону осложнения перед спуском генератора теплоты подают глинистый раствор.

3. Установка для крепления ствола скважины, содержащая генератор теплоты, закрепленный на спусковом устройстве, отличающаяся тем, что генератор теплоты выполнен в виде закрепленного на насосно-компрессорной трубе контейнера, имеющего форму воронки на нижнем конце, с установленным в его верхней части обратным клапаном, причем контейнер снабжен тремя герметизирующими перемычками, установленными в его верхней, нижней и средней частях, при этом средняя перемычка выполнена в виде воронки с возможностью входа в воронку контейнера и образует в нем две изолированные друг от друга полости: верхнюю, заполненную 5%-ным раствором марганца и нижнюю, заполненную 50%-ной перекисью водорода, установка также снабжена наземными манометром и насосной станцией, связанными с полостью насосно-компрессорной трубы.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что контейнер по внешнему периметру обмотан чередующимися полосами фольги и полиэтилена.