Способ и устройство для сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песках
Способ и устройство для сооружения горизонтальной и дренажной скважины в обводненных песках относятся к горной промышленности и строительству, в частности - к способам и устройствам для сооружения горизонтальных скважин с помощью вращательного бурения в обводненных неустойчивых песках, и могут быть использованы при осушении месторождений полезных ископаемых, промышленных площадок, для снятия напоров грунтовых вод при проведении тоннелей, строительстве зданий с предварительным водопонижением, при сооружении горизонтальных скважин разного технического назначения в рыхлых обводненных грунтах, в том числе в условиях плотной городской застройки. Достижение таких технических результатов как обеспечение устойчивости стенок горизонтальной дренажной скважины в процессе бурения и установки фильтров, увеличение глубины бурения и диаметра сооружаемой скважины, обеспечение регулируемого выноса песка из пласта, сохранение в прифильтровой зоне естественных свойств грунтов; повышение безопасности технологического процесса, повышение производительности бурения, обеспечение устойчивости стенок горизонтальной дренажной скважины в процессе бурения и установки фильтров, увеличение глубины бурения и диаметра сооружаемой скважины, обеспечение регулируемого выноса песка из пласта, сохранение в прифильтровой зоне естественных свойств грунтов, повышение безопасности технологического процесса, повышение производительности бурения и снижение нагрузок на исполнительные органы буровой установки стало возможным за счет ведения технологического процесса при постоянно поддерживаемом давлении структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод на 0,3-0,5 атм под защитой устойчивого слоя, формируемого структурированной промывочной жидкостью на стенках скважины, благодаря чему устраняется влияние горного давления на бурильную колонну. Реализация способа осуществляется комплексным устройством, характеризующимся наличием механической части, включающей буровую установку, кондуктор, герметизатор, или бурильной колонны, или фильтровой колонны и крепь вертикальной выработки, а также гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения горизонтальной дренажной скважины и установки в ней фильтров, составленной из трех функциональных гидравлических линий. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к способам и устройствам для сооружения горизонтальных скважин с помощью вращательного бурения в обводненных неустойчивых песках, и может быть использовано при осушении месторождений полезных ископаемых, промышленных площадок, для снятия напоров грунтовых вод при проведении тоннелей, строительстве зданий с предварительным водопонижением, при сооружении горизонтальных скважин разного технического назначения в рыхлых обводненных грунтах, в том числе в условиях плотной городской застройки.
Из известного технического уровня известен способ и устройство для сооружения горизонтальных дренажных скважин под руслами рек путем задавливания фильтровых труб. Устройство представляет собой агрегат, состоящий из фильтровой колонны и гидравлических домкратов, с помощью которых фильтровую колонну без вращения задавливают в водоносный пласт, при этом часть породы через отверстия в головке, установленной на переднем фильтре, выносится пластовой водой. [П.А.Анатольевский, Г.А.Разумов. Горизонтальные скважины. М., Недра 1970 г.]
Недостатком известного способа является низкая производительность, интенсивное искривление скважин, неуправляемый процесс выноса песка из пласта, малые глубины бурения (в основном до 35-40 м) и уплотнение грунтов в прифильтровой зоне.
Известен так же способ и устройство для сооружения горизонтальных дренажных скважин под защитой обсадной колонны, которая после установки в ней фильтра извлекается. [Чучелина Л.Д. и др. Временные методические рекомендации по технологии сооружения лучевых дренажных скважин буровой установкой УЛБ-130. Белгород, ВИОГЕМ, 1981 г.] Бурение по данному способу осуществляют двумя колоннами труб, вращающимися с разными частотами. Внутренняя колонна выполняет функцию бурильной, на ней размещен породоразрушающий инструмент (долото) для сплошного разрушения забоя, по ней же подается к забою промывочная жидкость. Внешнюю колонну вращают с меньшей частотой, на ее торце устанавливают кольцевую коронку. Породоразрушающий инструмент внутренней колонны имеет диск, с помощью которого торец внешней колонны перекрывается на время остановок при наращивании колонн и на период оборудования скважины фильтром.
Недостатками известного способа и реализующего его устройства является то, что породоразрушающие инструменты, используемые в установке, не обеспечивают регулированный вынос песка из пласта и не гарантируют сохранность фильтрующего элемента фильтра при извлечении защитной колонны. Длительные остановки на период извлечения бурильной колонны и посадки фильтровой колонны приводят к прихватам защитной колонны. Невысокая надежность процесса, низкие коммерческие скорости бурения (1,2-1,5 м/час) и небольшие глубины скважин(50-60 м) являются основными факторами, сдерживающими широкое применение этих устройств в промышленности.
Известен способ сооружения горизонтальной и наклонной дренажной скважин в обведенных песчаных горизонтах, установка для его реализации. [Патент на изобретение РФ №2233373, опубл. 2004.07. 27]
В указанных способе и устройстве решены многие из недостатков способа вращательного бурения под защитой обсадной колонны. В нем более совершенная система регулирования выноса песка с забоя скважины, бурение ведут фильтровой колонной, что повышает надежность технологического процесса, увеличивает в 1,5-2 раза коммерческую скорость бурения, на 15-20% увеличивает длину сооружаемых скважин.
Недостатками способов бурения под защитой обсадной, а в последнем случае фильтровой колонн, которая служит защитой для внутренней колонны, является ограниченность по глубине и диаметрам бурения. Горное давление не позволяет вести бурение в обводненных песках на глубину свыше 80-90 м. Увеличить диаметр защитной колонны (фильтра) без изменения конструкции буровой установки также невозможно.
Известен способ и устройства для прокладки трубопроводов в горизонтальных скважинах, сооружаемых способом горизонтального направленного бурения [Справочник «Бестраншейные технологии в России» М., 2006, стр.53-68]. Способ позволяет сооружать горизонтальные скважины большой протяженности в широком спектре гидрогеологических условий, в т.ч. и в обводненных грунтах. Удержание стенок скважины от обрушения осуществляют глинистым раствором за счет того, что все скважины бурят в поверхности земли, когда ее устье находится выше уровня грунтовых вод водоносных горизонтов пересекаемых скважиной. При проектировании трассы скважины предусматривают выход забоя скважины на отметке, находящейся выше уровня грунтовых вод.
Траектории таких скважин выбирают с учетом рельефа местности. Она предусматривает три участка: наклонный нисходящий под углом 12-30 к горизонту, простирающийся от устья до проектной отметки заложения трубопровода, горизонтальной (основной) и наклонный восходящий, простирающийся от горизонтального участка до выхода на поверхность. За счет создаваемого избыточного давления промывочной жидкости на неустойчивые породы, обеспечивают удержание стенок скважины от обрушения. Наклонные участки являются технологическими, в них создается избыточное давление.
Для сооружения горизонтальных, а тем более дренажных скважин, которые работают в режиме самоистечения жидкости, данный способ неприменим. Применение метода горизонтального направленного бурения для прокладки технологических трубопроводов в условиях плотной городской застройки и промышленных зон также ограничено из-за необходимости наличия сравнительно больших монтажных площадок для размещения бурового оборудования, площадки для укладки полностью смонтированного и подготовленного к протаскиванию трубопровода.
Таким образом, в предшествующем уровне не обнаружен аналог, близкий по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению.
Задачей заявляемого изобретения является разработка нового способа и устройства для сооружения горизонтальной дренажной скважины большой протяженности в обводненных песках, с расширенными возможностями по глубине бурения и диаметру сооружаемой скважины, использование которых возможно даже в условиях плотной застройки.
Техническими результатами, которые могут быть получены при реализации изобретения, являются для способа:
- обеспечение устойчивости стенок горизонтальной дренажной скважины в процессе бурения и установки фильтров;
- увеличение глубины бурения и диаметра сооружаемой скважины;
- обеспечение регулируемого выноса песка из пласта;
- сохранение в прифильтровой зоне естественных свойств грунтов;
- повышение безопасности технологического процесса, для устройства, реализующего способ;
- повышение производительности бурения;
- снижение нагрузок на исполнительные органы буровой установки.
Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов для заявляемого способа стало возможным благодаря тому, что способ сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песчаных грунтах из вертикальной горной выработки характеризуется бурением крепи этой выработки по горизонтальной оси сооружаемой скважины с оставлением защитной перемычки, установкой в крепи кондуктора, рассчитанного на бурение в режиме противодавления на пластовые грунтовые воды, монтажом бурильной колонны в кондукторе, ее герметизацией, монтажом гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения этой скважины и установки фильтров, ее настройкой на создание давления структурированной промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине на 0,3-0,5 атм выше давления пластовых грунтовых вод, разбуриванием перемычки, бурением по водоносному горизонту с подачей структурированной промывочной жидкости, извлечением бурильной колонны, перекрытием сечения сооружаемой скважины, герметизацией фильтровой колонны, установкой фильтра скважины в режиме противодавления, постепенной заменой структурированной промывочной жидкости на чистую воду путем снижения давления сначала до уровня давления пластовых грунтовых вод, а затем до рабочего.
В частных примерах исполнения способа поддержание режима противодавления в сооружаемой скважине в период бурения осуществляют путем герметизации кольцевого пространства между бурильной колонной и внутренней поверхностью кондуктора, дополнительно осуществляют восполнение возможных потерь структурированной промывочной жидкости при технологических остановках путем ее подачи из резервного источника под давлением не менее чем на 0,3-0,5 атм выше, чем давление пластовых грунтовых вод, поддержание превышения давления структурированной промывочной жидкости в гидравлической системе и горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод осуществляют путем формирования вертикального выпускного гидрозатвора с постоянным избыточным давлением, величина которого не менее чем на 0,3-0,5 атм выше, чем давление пластовых грунтовых вод, поддержание превышения давления структурированной промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод и предотвращение ее разгерметизации в период временного прекращения подачи промывочной жидкости при наращивании бурильной колонны осуществляют путем перекрытия ее внутренней полости, а поддержание превышения давления промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод в период технологических перерывов в бурении, связанных с заменой бурового инструмента и подготовкой к установке в скважине фильтров, осуществляют перекрытием сечения сооружаемой скважины.
Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов для заявляемого устройства стало возможным благодаря тому, что устройство для сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песчаных грунтах характеризуется наличием механической части, включающей буровую установку, кондуктор, герметизатор или бурильной колонны, или фильтровой колонны и крепь вертикальной выработки, а также гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения горизонтальной дренажной скважины и установки в ней фильтров, при этом буровая установка включает привод, пульт управления, буровой агрегат с подачей, вращатель и бурильную колонну, составленную из штанг, оснащенную буровым инструментом, в крепи по горизонтальной оси сооружаемой скважины выполнено отверстие, в котором герметично установлен кондуктор, оснащенный задвижкой, установленной с возможностью перекрытия сечения сооружаемой скважины при выполнении технологических операций, гидравлическая система составлена из трех гидравлических линий, а именно гидравлической линии поддержания избыточного давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине при наличии возможных ее потерь, которая включает резервную емкость, соединенную с кондуктором отводящим трубопроводом, оснащенным не менее чем одним запорным элементом, гидравлической линии отводящей, включающей кондуктор, отводящий трубопровод с не менее чем одним запорным элементом, накопительную емкость для бурового шлама, сливную емкость, соединенную с накопительной емкостью отводящим трубопроводом с образованием вертикального гидравлического затвора, имеющим постоянное избыточное давление, гидравлической линии нагнетательной для подачи структурированной промывочной жидкости к буровому инструменту и выноса бурового шлама, включающей буровой насос, нагнетательный трубопровод, оснащенный не менее чем одним запорным элементом, сальник вертлюг, штанги и обратный клапан, установленный на первом соединении между буровым долотом и первой штангой с возможностью перекрытия внутренней полости бурильной колонны.
В частных примерах выполнения устройства при установке фильтровой колонны герметизатор фильтровой колонны выполнен из внешнего и внутреннего элементов и установлен на месте герметизатора бурильной колонны, при этом внутренний элемент герметизатора фильтровой колонны расположен в зоне действия его внешнего элемента и выполнен в виде скользящего пакера, закрепленного в неподвижном состоянии талрепом, один конец которого соединен с пакером, а другой - с крепью вертикальной выработки, резервная и сливная емкости расположены на высоте не менее 3-5 м над уровнем пластовых грунтовых вод, а устройство дополнительно снабжено подкачивающим насосом, связанным с резервной емкостью.
Изобретательским шагом является сооружение горизонтальной дренажной скважины, которая работает в режиме самоистечения пластовых грунтовых вод, при постоянно поддерживаемом давлении структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод под защитой устойчивого слоя, формируемого структурированной промывочной жидкостью на стенках скважины, благодаря чему устраняется влияние горного давления на бурильную колонну.
Потери структурированной промывочной жидкости, которые могут повлечь за собой снижение давления на стенки сооружаемой скважины и их обрушение, исключаются введением обвязки устья сооружаемой скважины в гидравлическую систему обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения горизонтальной дренажной скважины и установке в ней фильтров, включающую три функционально независимые гидравлические линии: гидравлическая линия поддержания избыточного давления структурированной промывочной жидкости при наличии возможных ее потерь, обеспечивающая восполнение этой жидкости из резервной емкости; гидравлическая линия отводящая, обеспечивающая отвод структурированной промывочной жидкости, обогащенной буровым шламом из скважины на высоту, превышающую минимальную высоту столба структурированной промывочной жидкости, при которой в сооружаемой скважине поддерживается заданное давление, т.е. формируют гидравлический затвор, обеспечивающий устойчивость стенок скважины, и гидравлическая линия нагнетательная, обеспечивающая подачи структурированной промывочной жидкости к буровому инструменту и ее циркуляции. Входящий в ее состав буровой насос обеспечивает циркуляцию структурированной промывочной жидкости как в сооружаемой скважине, так и в гидравлической линии отвода этой жидкости и обеспечивает регулированный вынос породы из пласта. Движение гидравлической жидкости обеспечивается избыточным давлением, создаваемым буровым насосом, величина которого равна
Р нас.>Р гидравл. потерь+ΔР,
где Р нас. - давление, которое необходимо развивать буровому насосу;
Р гидравл. потерь - сумма гидравлических потерь от бурового насоса до устья сооружаемой скважины;
ΔР - гидравлические потери в гидрозатворе.
Увеличение глубины и диаметра сооружаемой скважины и повышение производительности бурения и повышение безопасности технологического процесса достигают всей совокупностью заявляемых существенных признаков.
При освоении горизонтальной дренажной скважины разрушают защитные стенки скважины путем постепенной замены структурированной промывочной жидкости сначала до уровня пластового, а затем до рабочего. При этом способ позволяет сохранить естественные свойства грунтов в прифильтровой зоне, так как используется структурированный раствор, который не проникает в поры грунта.
Заявляемое изобретение иллюстрируют следующие фигуры:
Фиг.1. На фигуре показаны схематично крепь вертикальной выработки, ось горизонтальной дренажной скважины, буровая установка, гидравлическая линия отводящая, отводящий трубопровод, накопительная емкость, сливная емкость, гидравлическая линия поддержания избыточного давления структурированной промывочной жидкости при наличии возможных ее потерь, подводящий трубопровод, резервная емкость, гидравлическая линия нагнетательная, буровой насос, нагнетательный трубопровод, бурильная колонна, буровой инструмент, обратный клапан, кондуктор, задвижка, герметизатор бурильной колонны. Общий вид.
Фиг.2. На фигуре показаны крепь вертикальной выработки, ось горизонтальной дренажной скважины, буровой насос, нагнетательный трубопровод, кондуктор, задвижка, фильтровая колонна из фильтров, внешний элемент герметизатора фильтровой колонны, внутренний элемент герметизатора фильтровой колонны в виде скользящего пакера, талреп.
Реализация способа сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песках осуществляется комплексным устройством, включающим механические и гидравлические элементы, обеспечивающие проведение этого процесса в режиме превышения давления промывочной жидкости над давлением пластовых грунтовых вод.
Устройство для сооружения горизонтальной дренажной скважины (фиг.1) включает буровую установку 1, пульт управления (на фиг. не показан), вращатель 2, бурильную колонну (на фиг. не показана), составленную из штанг 3, и буровой инструмент 4.
В отверстии (на фиг. не показано), выполненном в крепи 5 вертикальной выработки 6 по оси 7 сооружаемой горизонтальной дренажной скважины, установлен кондуктор 8. Кондуктор 8 закреплен в крепи 5 фланцем 9 (фиг.2). На кондукторе 8 установлена задвижка 10, на которой закреплен корпус герметизатора 11, а на штанге 3 бурильной колонны установлены герметизирующие элементы 12 с нажимной втулкой 13, обеспечивающие герметизацию кольцевого пространства между штангами 3 и внутренней поверхностью корпуса герметизатора 11, благодаря чему исключается свободный отток структурированной промывочной жидкости из скважины. На конце последней штанги 3 бурильной колонны в месте соединения с буровым инструментом 4 в виде долота размещен обратный клапан 14, установленный с возможностью перекрытия внутренней полости бурильной колонны, составленной из штанг 3.
Замкнутая гидравлическая система обеспечения и поддержания давления промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод на периоды сооружения горизонтальной дренажной скважины и установки в ней фильтров представлена сочетанием трех самостоятельных гидравлических линий.
В состав гидравлической линии обеспечения поддержания избыточного давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине при наличии ее потерь входит резервная емкость 15, подкачивающий насос 16, используемый в частном примере для заполнения резервной емкости 15, подводящий трубопровод 17 с запорными элементами (на фиг. не показаны), которые связаны с кондуктором 8, причем высота расположения резервной емкости 15 над уровнем пластовых грунтовых вод составляет не менее 3-5 м, что обеспечивает поддержание требуемого избыточного давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине при наличии ее потерь.
В состав гидравлической линии отводящей входит кондуктор 8, отводящий трубопровод 18 с запорными элементами (на фиг. не показаны), накопительная емкость 19 для сбора бурового шлама и сливная емкость 20, которую располагают на высоте не менее чем 3-5 м над уровнем пластовых грунтовых вод.
В состав гидравлической линии нагнетательной, обеспечивающей подачу структурированной промывочной жидкости к буровому инструменту 4 и вынос бурового шлама, включен буровой насос 21, нагнетательный трубопровод 22, сальник-вертлюг 23 бурового агрегата 1 штанги 3 бурильной колонны и обратный клапан 14, который обеспечивает сохранение заданного давления в скважине при рассоединении штанг 3 во время наращивания и извлечения бурильной колонны.
Для установления фильтровой колонны из фильтров 24 устройство снабжено герметизатором фильтровой колонны, который в частном примере выполнения составлен из внешнего герметизирующего элемента 25 и внутреннего герметизирующего элемента 26 в виде скользящего пакера для перекрытия внутреннего сечения фильтра 24. Внутренний герметизирующий элемент 26 удерживается в зоне внешнего герметизирующего элемента 25 с помощью удерживающего элемента 27 в виде талрепа, связанного с крепью 5 вертикальной выработки 6.
Способ сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песках осуществляют следующим образом.
В крепи 5 вертикальной выработки 6 (фиг.1) по оси 7 сооружаемой скважины выбуривают отверстие (на фиг. не показано) с оставлением перемычки (на фиг. не показана), прочность которой обеспечивает ее монолитность под воздействием давления пластовых вод за крепью 5. После создания отверстия в крепи 5 устанавливают в нем кондуктор 8, закрепляя фланцем 9. Через отверстие (на фиг. не показано) в фланце 9 в кольцевое пространство между кондуктором 8 и крепью 5 вертикальной выработки 2 нагнетают цементный раствор и оставляют его твердеть.
На фланец 9 кондуктора 8 крепят задвижку 10. На задвижке 10 устанавливают корпус герметизатора 11, который на этапе бурения выполняет функцию герметизатора бурильной колонны, а на штангу 3 бурильной колонны - герметизирующие элементами 12 с нажимной втулкой 13.
На смонтированный кондуктор 8 устанавливают подводящий трубопровод 17 и отводящий трубопровод 18. Подводящий трубопровод 17 через запорную арматуру (на фиг. не показана) связывают с резервной емкостью 15 и подкачивающим насосом 16, который используют для заполнения резервной емкости 15.
Отводящий трубопровод 17 также через запорные элементы связывают с накопительной емкостью 19 для сбора бурового шлама и соединяют со сливной емкостью 20, что позволяет сформировать гидравлический затвор (на фиг. не показан), в котором поддерживают превышение давления жидкости в скважине над пластовым. Накопительную емкость 19 и сливную емкость 20 устанавливают с таким расчетом, чтобы их нижний уровень возвышался над уровнем пластовых грунтовых вод не менее чем 3 м.
Сливную емкость 20, являющуюся питающим резервуаром для бурового насоса 21, через его нагнетательный трубопровод 22, сальник-вертлюг 23 бурового агрегата 1 соединяют со штангами 3 бурильной колонны.
Таким образом, гидравлическая линия отводящая в совокупности с гидравлической линией нагнетательной создают замкнутую гидравлическую систему, в которой постоянно поддерживают давление структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод на 0,3-0,5 атм. Во время наращивания штанг 3 происходит разрыв гидравлической линии нагнетательной по бурильной колонне.
Для исключения этого между первой штангой 9 бурильной колонны и буровым инструментом 4 устанавливают обратный клапан 14, исключающий утечки структурированной промывочной жидкости через внутреннюю полость бурильной колонны во время ее наращивания или извлечения для замены бурового инструмента 4.
После монтажа замкнутой гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод на периоды горизонтальной дренажной скважины и установки в ней фильтров снимают с корпуса герметизатора 11 нажимную втулку 13. Вводят в корпус герметизатора 11 в сборе штангу 3 буровой инструмента 4 и обратный клапан. На задний конец штанги 11 устанавливают герметизирующий элемент 11 и нажимную втулку 13. Последнюю соединяют с корпусом герметизатора 11 и подтягивают ее, добиваясь надежной герметизации кольцевого пространства между бурильной колонной и внутренней поверхностью корпуса герметизатора 11.
Установив бурильную колонну в герметизаторе 11, настраивают все гидравлические линии, устраняют возможные протекания и разбуривают перемычку (на фиг. не показана). После разрушения перемычки осуществляют бурение буровым агрегатом 1 по водоносному горизонту в режиме противодавления, подавая структурированную промывочную жидкость по нагнетательному трубопроводу 22 к буровому инструменту 4, и осуществляют контроль поддержания давления структурированной промывочной жидкости выше на 0,3-0,5 давления пластовых грунтовых вод. Снижение давления устраняют восполнением потерь путем подачи структурированной промывочной жидкости из резервной емкости 15 по подводящему трубопроводу 17, связанному через запорные элементы с кондуктором 8.
После бурения скважины до проектной глубины из нее удаляют весь буровой шлам и извлекают буровую колонну. После выхода бурового инструмента из задвижки 10 ее закрывают, перекрывая сечение скважины. Бурильную колонну демонтируют, а герметизатор 11, выполняющий функцию герметизатора бурильной колонны, меняют на герметизатор 11, выполняющий функцию герметизатора фильтровой колонны, состоящий в частном примере выполнения из внешнего герметизирующего элемента 25 и внутреннего герметизирующего элемента 26 в виде скользящего пакера, который устанавливают в первую секцию фильтра 24. Внутренний герметизирующий элемент 26 крепят удерживающим элементом 27 типа талрепа к крепи 5. Открывают задвижку 10 и подают фильтр 24 в сооружаемую скважину. После подачи одного фильтра наращивают второй и так до посадки всей фильтровой колонны, закрывают задвижку 10 и начинают освоение готовой скважины постепенной заменой структурированной промывочной жидкости на чистую воду путем снижения давления сначала да давления пластовых грунтовых вод, а затем до рабочего.
Практическую применимость заявляемого изобретения показывает следующий пример.
Пример.
Тип территории - плотная застройка;
Гидрогеологические условия:
- с поверхности земли до глубины 12 м - суглинки, глины;
- ниже 12 м - пески мелкозернистые, напорные;
- уровень грунтовых вод - на отметке 2,5 м;
- коэффициент фильтрации - 5 м/сутки;
- ось сооружаемой горизонтальной дренажной скважины находится на глубине 18 м.
По оси сооружаемой горизонтальной дренажной скважины в крепи вертикальной выработки типа шахтного колодца диаметром установкой УЛБ 130 бурят отверстие, имеющее диаметр 243 мм с оставлением защитной перемычки толщиной 50 мм. В отверстии крепи укрепляют кондуктор диаметром 219 мм. На кондукторе устанавливают задвижку диаметром 200 мм, на которой закреплен корпус герметизатора. В корпусе герметизатора устанавливают буровой инструмент типа долота, обратный клапан и герметизируют бурильную колонну. Монтируют гидравлическую систему обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения этой скважины и установки фильтров. Устанавливают резервную и сливную емкости на подставки высотой 0,5 м с таким расчетом, чтобы их днища возвышались над уровнем пластовых грунтовых вод на 3 м. Настраивают гидравлическую систему на создание давления структурированной промывочной жидкости на 0,3-0,5 атм выше давления пластовых вод, разбуривают перемычку и бурят по водоносному горизонту, подавая структурированную промывочную жидкость. Извлекают бурильную колонну. Перекрывают задвижкой сечение сооружаемой скважины. Герметизируют фильтровую колонну. После установки фильтровой колонны в режиме противодавления осваивают скважину путем снижения давления в ней сначала до уровня давления пластовых грунтовых вод, а затем до рабочего.
Горизонтальная дренажная скважина пробурена на глубине 18 м, длиной 140 м и диаметром 200 мм в условиях плотной застройки. Время сооружения одной скважины с учетом монтажа и технологических остановок - 30 час, коммерческая скорость - 4, 66 м/час
Проведение процесса при постоянном превышении давления структурированной промывочной жидкости на 0,3-0,5 выше давления пластовых грунтовых вод и применение структурированной промывочной жидкости позволяет обеспечить устойчивость стенок горизонтальной дренажной скважины в процессе бурения и установки фильтров, увеличить глубину бурения и длину сооружаемой скважины, обеспечить регулируемый вынос песка из пласта, сохранить в прифильтровой зоне естественные свойства грунтов. При этом повышается безопасность технологического процесса, его производительность и снижаются нагрузки на исполнительные органы буровой установки.
1. Способ сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песчаных грунтах из вертикальной горной выработки характеризуется бурением крепи этой выработки по горизонтальной оси сооружаемой скважины с оставлением защитной перемычки, установкой в крепи кондуктора, рассчитанного на бурение в режиме противодавления на пластовые грунтовые воды, монтажом бурильной колонны в кондукторе, ее герметизацией, монтажом гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения этой скважины и установки фильтров, ее настройкой на создание давления структурированной промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине на 0,3-0,5 атм выше давления пластовых грунтовых вод, разбуриванием перемычки, бурением по водоносному горизонту с подачей структурированной промывочной жидкости, извлечением бурильной колонны, перекрытием сечения сооружаемой скважины, герметизацией фильтровой колонны, установкой фильтра скважины в режиме противодавления, постепенной заменой структурированной промывочной жидкости на чистую воду путем снижения давления сначала до уровня давления пластовых грунтовых вод, а затем до рабочего.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание режима противодавления в сооружаемой скважине в период бурения осуществляют путем герметизации кольцевого пространства между бурильной колонной и внутренней поверхностью кондуктора.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют восполнение возможных потерь структурированной промывочной жидкости при технологических остановках путем ее подачи из резервного источника под давлением не менее, чем на 0,3-0,5 атм выше, чем давление пластовых грунтовых вод.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание превышения давления структурированной промывочной жидкости в гидравлической системе и горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод осуществляют путем формирования вертикального выпускного гидрозатвора с постоянным избыточным давлением, величина которого не менее, чем на 0,3-0,5 атм выше, чем давление пластовых грунтовых вод.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание превышения давления структурированной промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод и предотвращение ее разгерметизации в период временного прекращения подачи промывочной жидкости при наращивании бурильной колонны осуществляют путем перекрытия ее внутренней полости.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание превышения давления промывочной жидкости в горизонтальной дренажной скважине выше давления пластовых грунтовых вод в период технологических перерывов в бурении, связанных с заменой бурового инструмента и подготовкой к установке в скважине фильтров, осуществляют перекрытием сечения сооружаемой скважины.
7. Устройство для сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песчаных грунтах характеризуется наличием механической части, включающей буровую установку, кондуктор, герметизатор или бурильной колонны, или фильтровой колонны и крепь вертикальной выработки, а также гидравлической системы обеспечения и поддержания давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине выше давления пластовых грунтовых вод в периоды сооружения горизонтальной дренажной скважины и установки в ней фильтров, при этом буровая установка включает привод, пульт управления, буровой агрегат с подачей, вращатель и бурильную колонну, составленную из штанг, оснащенную буровым инструментом, в крепи по горизонтальной оси сооружаемой скважины выполнено отверстие, в котором герметично установлен кондуктор, оснащенный задвижкой, установленной с возможностью перекрытия сечения сооружаемой скважины при выполнении технологических операций, гидравлическая система составлена из трех гидравлических линий, а именно, гидравлической линии поддержания избыточного давления структурированной промывочной жидкости в сооружаемой скважине при наличии возможных ее потерь, которая включает резервную емкость, соединенную с кондуктором отводящим трубопроводом, оснащенным не менее чем одним запорным элементом, гидравлической линии отводящей, включающей кондуктор, отводящий трубопровод с не менее чем одним запорным элементом, накопительную емкость для бурового шлама, сливную емкость, соединенную с накопительной емкостью отводящим трубопроводом с образованием вертикального гидравлического затвора, имеющим постоянное избыточное давление, гидравлической линии нагнетательной для подачи структурированной промывочной жидкости к буровому инструменту и выноса бурового шлама, включающей буровой насос, нагнетательный трубопровод, оснащенный не менее чем одним запорным элементом, сальник вертлюг, штанги и обратный клапан, установленный на первом соединении между буровым долотом и первой штангой с возможностью перекрытия внутренней полости бурильной колонны.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что при установке фильтровой колонны герметизатор фильтровой колонны выполнен из внешнего и внутреннего элементов и установлен на месте герметизатора бурильной колонны, при этом внутренний элемент герметизатора фильтровой колонны расположен в зоне действия его внешнего элемента и выполнен в виде скользящего пакера, закрепленного в неподвижном состоянии талрепом, один конец которого соединен с пакером, а другой - с крепью вертикальной выработки.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что резервная и сливная емкости расположены на высоте не менее 3-5 м над уровнем пластовых грунтовых вод.
10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено подкачивающим насосом, связанным с резервной емкостью.
