Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем

Авторы патента:


Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем
Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем

 


Владельцы патента RU 2409734:

Миннибаев Эдуард Файзиевич (RU)

Изобретение относится к области разработки месторождений при помощи скважин, расположенных на значительном удалении от берега, под водоохраной и природоохранной зонами на суше, в условиях арктических морей, в том числе под мощным дрейфующим ледовым покрытием. Включает горизонтальный участок, выполняющий функцию транспортной трубы и состоящий из сваренных в плети труб. Горизонтальное направление заканчивается искривлением вниз и упирается в сваю-оболчку, внедряемую в донный грунт у устья скважины, оснащенную в верхней части стартово-рабочей инфраструктурой, а в нижней - оборудованным воздушными соплами ножом. Полость сваи-оболчки оснащена трубами, в которых размещены автономные подземные снаряды (АПС), предназначенные для проходки ствола скважины. АПС выполнен в виде автономной подземной ракеты многоразового применения и имеет системы: точного позиционирования ствола скважины, диагностики состояния пород, закрепления стенок скважины и подъема жидких углеводородов. Позволяет минимизировать затраты на освоение и эксплуатацию месторождений в труднодоступных районах. 20 ил.

 

Изобретение относится к области разработки месторождений при помощи скважин, расположенных на значительном удалении от берега (более 1000 км), под водоохранной и природоохранной зонами на суше, в акватории рек и шельфа и в условиях арктических морей, в том числе под мощным дрейфующим ледовом покрытием.

"Программа энергетической стратегии РФ на период до 2020 года" (далее - "Программа") предусматривает увеличение морской нефтегазодобычи - на 17% нефти и на 21% газа. РФ в этой отрасли отстала от ведущих стран содружества (США, Норвегии, Великобритании и Франции). Отрасль практически не имеет ледостойких платформ и необходимое количество судов (для выполнения "Программы" необходимо 55 единиц ледостойких платформ, а также требуется строительство 224 судов, в основном ледокольного типа). Одна платформа системы добычи, хранения и отгрузки (FPSO), рассчитанная на добычу 160 тыс. барр/сут нефти стоит $1,6 млрд.

РФ для выполнения "Программы" не располагает финансовыми, технико-технологическими возможностями морской нефтегазодобычи, основанной на известных технологиях.

Известна подземная ракета адмирала М.И.Циферова, служащая для проходки скважин, именуемая в инженерно-технических кругах мирового сообщества "русской ракетой" (публикация в бюл. №19 в 1964 г., в последующем объект был защищен более 50-ю авторскими свидетельствами) Подземные снаряды для проходки скважин успешно испытали в полевых условиях, которые освещены в телепрограмме "Это вы можете" и двух научно-популярных фильмах "Изобретено в СССР" (Киевская киностудия). Изобретение было запатентовано в десяти высокоразвитых странах: США, ФРГ, Великобритании и др., но из-за отказа ГКНТ СССР от финансового поддерживания патента оно потеряло юридический статус. Американская фирма "Флэйм Джет Партнерс" в 1997 году запустила копию подземной ракеты в Калифорнии и ведет добычу полезных ископаемых.

Известна "Свая" (а.с. №592926, публ. 15.02.78 г., бюл. №6), авторы Циферов М.И., Плугин А.И. и др.

Известно "Устройство для проходки скважин" (RU 2168599 С1, публ. 10.06.2001 г., бюл. №16), автор Плугин А.И. и др.

Недостатком приведенных подземных снарядов является невозможность повторного их использования и полное отсутствие стартовой инфраструктуры: стационарной пусковой аппаратуры, предпусковых конструкций фиксации и ориентации снарядов, а также установок телеметрического контроля и управления процессами их внедрения. Так, например, единственной пусковой установкой подземной ракеты Циферова М.И. служил автокран АК-5 (грузоподъемностью 5 т, на базе ЗИЛ-130).

Основной недостаток известных подземных снарядов - их неприспособленность к морской Арктической нефтегазодобыче, в том числе при дрейфующем ледовом покрытии.

Известен ядерный ракетный двигатель, снабженный ядерным реактором, использующий энергии деления ядер, например 235U. Главным недостатком этих двигателей является наличие вредных радиоактивных (α - распад, β - распад) излучений.

Известна система Inter MAC, разработанная для автаркической работы в областях с неразвитой инфраструктурой (см. EXPO - курьер, Нефтегаз 1991 стр.41), с целью эффективного обслуживания и контроля трубопроводов с автономными системами или нефтяных платформ без обслуживающего персонала.

Известен газопровод Medgaz, соединяющий алжирские газовые месторождения с Испанией. В строительстве подводной части применяются уникальные технологии. Установка с динамическим позиционированием SSDV Saipem 7000 (S и J - методы) проложит трубы на глубине моря до 2160 м.

1. (см. OIL&Gas Journal, 5 May, 2008, p.86-90).

2. (см. DeGeer, D., Timms, C, Wolodko and MacKinnon, Local Bucklin Assessements for the Medgaz Pipeline, OMAE 2007, San Diego, June 10-15, 2007).

Наиболее близким аналогом к изобретению является цикл разработок Российского государственного университета нефти и газа имени И.М.Губкина:

1) V.V Kulkhitsky. Extended - reach drilling: exploretion strategy for the Yurhaz gas field beneath the Tazovskaya bays. 23-d wored Gas Conference Amsterdam. 5-9 June 2006.

2) Кульчицкий В.В., Гришин Д.В. Альтернативные технологии разработки нефтегазовых месторождений Арктического шельфа. Труды 8-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа. Санкт - Петербург, 11-13 сентября 2007 г.

3) Кульчицкий В.В. Способ строительства скважин с отдаленным забоем. Патент на изобретение №2295024 от 20.03.2006 г.

Эти разработки, в основе которых лежит Патент на изобретение №2320843 С1 (публ. 27.03.2008, бюл. №9), касаются способа строительства скважин с отдаленным от берега на десятки километров забоем.

Этот способ строительства заключается в сооружении на допустимом расстоянии от береговой линии шурфа с установкой в нем искривленного участка начала горизонтального направления в проектном азимуте, с последующей проводкой траншейным и/или бестраншейным методом в непосредственной близости от поверхности земли и/или дна акватории горизонтального участка ствола скважины, с протаскиванием и/или укладкой в нем предварительно сваренных в плети труб большого диаметра, образующих горизонтальное направление, заканчивающихся искривленным вниз на заданный зенитный угол окончанием, выполняющим дополнительную функцию трубопровода для транспортировки добываемых жидких и/или газообразных углеводородов. Процесс бурения скважины осуществляют посредством компоновки бурильной колонны, устанавливаемой в горизонтальном направлении, состоящей из сообщающихся между собой начальной секции бурильной колонны, центральной секции бурильной колонны и концевой секции бурильной колонны. Начальная и центральная секции жестко связаны между собой и включают коаксиально установленную относительно внутренней трубы среднюю трубу. Центральная секция дополнительно содержит наружную трубу. Концевая секция включает внутреннюю трубу и внешнюю шламовую трубу, телескопически соединенную с наружной трубой центральной секции. Межтрубное пространство, образованное шламовой трубой концевой секции и горизонтальным направлением, наружной трубой центральной секции и горизонтальным направлением и средней трубой начальной секции и горизонтальным направлением, заполняют жидкостью с заданной плотностью, а межтрубное пространство между средней и наружной трубами центральной секции заполняют воздухом или газом. Сборку компоновки бурильной колонны производят на устье с буровой установки в следующей последовательности: породоразрушающий инструмент, забойный двигатель, телеметрическая система, концевая, центральная и начальная секции компоновки бурильной колонны. Обеспечивается формирование горизонтального ствола скважины максимально допустимой протяженности в породах любой прочности, в том числе неустойчивых, склонных к желобо- и обвалообразованию, за счет минимизации нагрузки на преодоление сил сопротивления движению колонны бурильных труб.

Основным недостатком данной разработки является наличие многокилометровой протяженности (более 50 км) вращающейся Архимедовой колонны. Масса (Р) этой горизонтальной конструкции, предназначенной для передачи крутящего момента (Мкр) с береговой буровой установки до породоразрушающего инструмента вертикальной скважины добычи, составляет:

а) без учета массы бурового шлама при длине колонны:

1. 25 км, масса Р=2360,5 тн.

2. 50 км, масса Р=5568,0 тн.

3. 70 км, масса Р=7553,6 тн.

4. 100 км, масса Р=9441 тн.

б) с учетом массы бурового шлама при длине колонны:

1. 25 км, масса Р=2784 тн.

2. 50 км, масса Р=5665,2 тн.

3. 70 км, масса Р=7795,2 тн.

4. 100 км, масса Р=11136 тн.

Расчеты подтверждают, что увеличение протяженности горизонтального участка (следовательно, и его массы) до 50-ти и более километров минимизацией нагрузки на преодоление сил сопротивления вращательному движению Архимедовой колонны созданием эффекта его плавучести приводит к другому, более опасному, явлению. В разы от допустимых увеличиваются напряжения на срез и скручивание труб при технических остановках бурового агрегата или переходах породоразрушающего инструмента на тяжелые, скальные или обвальные горизонты. Кроме того, увеличивается и металлоемкость, и количество бурового, тампонажного раствора.

Технической задачей изобретения является создание устройства для проходки глубоких нефтегазовых скважин на больших глубинах (до 3000 метров) морского дна и на морском шельфе, в том числе и в Арктике, с отдаленным от берега забоем на расстоянии до 3 тыс.км и более, в том числе под мощным дрейфующем ледовом покрытии, без использования нефтегазовых платформ и частичного использования судов, которые востребованы только в процессе монтажа, устройства, а также для проходки скважин в труднодоступных районах материковой зоны.

В целом реализация изобретения позволит значительно расширить пределы осуществления нефтегазодобычи в Северном Ледовитом океане и его шельфе, что позволит РФ в упреждающем темпе застолбить и освоить те месторождения и ресурсные плацдармы, на которые претендуют наши соседи по Арктике: США, Канада, Норвегия, Дания, даже в природоохранных зонах с экологической неприкосновенностью, отвечающей современной технической культуре. Стартовым этапом реализации изобретения является освоение Штокманского месторождения (среднее расстояние до Мурманска 560 км, глубина моря 350 м). Испытание устройства (пилотный запуск) предполагается произвести в труднодоступных точках Республики Саха.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для проходки скважин с отдаленным забоем, преимущественно при разработке нефтегазовых месторождений, расположенных под водоохраной заной или акваторией моря, в том числе под мощным дрейфующим ледовом покровом или арктического шельфа, содержащие расположенный на допустимом расстоянии от береговой линии искривленный участок начала горизонтального направления, горизонтальный участок, образованный частично или полностью траншейным и/или бестраншейным методом в непосредственной близости от поверхности земли или дна акватории, расположенные на этом участке методом протаскивания и/или укладки предварительно сваренные в плети трубы, выполняющие функцию транспортной трубы и образующие горизонтальное направление, заканчивающееся искривлением вниз, так что концевая часть плети труб упирается в сваю-оболочку со средствами для бурения скважин, свая- оболочка во внутренней полости оборудована трубой или трубами с колпаками, соединенными с концевой частью плети труб, образующих в процессе проходки скважины транспортную трубу для транспортировки забойного шлама и углеводородов, посредством отводов через шаровые задвижки в процессе ее эксплуатации, причем транспортная труба разбита на пикеты, которые оснащены комплексом запорно-предохранительной и продувочной арматуры направленного действия для создания мощного турбулентно-вихревого потока, используемого при транспортировке углеводородов, а также установкой промывки транспортной трубы с применением моечных средств, морской воды и ее глубинного давления, при этом свая-оболочка служит основой устройства и базой для размещения в ее верхней части стартово-рабочей инфраструктуры, например, вибраторов для внедрения в донный грунт у устья скважин и установок бетонной смеси, а также элементов чалочно-рымовой оснастки, в нижней - местом размещения, оборудованного воздушными соплами ножа, причем поверхности сваи-оболочки, а также поверхности трубы или труб облицованы броней, контактирующей с грунтом в процессе внедрения сваи-оболочки у устья будущих скважин, для выполнения которых служат автономные подземные снаряды (АПС), размещенные в трубе или трубах, смонтированных в полости сваи-оболочки, при этом снаряды исполнены в гибком корпусе и оборудованы в передней части соплами для подачи под давлением и температурой струй рабочего агента разрушающего забойную породу, а также средствами управления АПС и положением осей сопел в пространстве выполненными в виде бортовой ЭВМ с возможностью прямой и обратной связи со спутниковой установкой, АПС также оснащены системой генерирования рабочего агента на жидком и/или твердом или гибридном топливе и/или другой рабочей среды, например ядерной, с использованием ядерного ракетного двигателя, работающего на энергии деления изотопа бора 11В на три ядра гелия в процессе нагревания лучом лазера, причем примерно при равной энергии, получаемой от деления изотопов урана (235U или 238U) и изотопов бора (11В), последние при делении не приводят к образованию вредных излучений, системой точного позиционирования ствола скважины, телеметрическими установками контроля и мониторинга в режиме реального времени, акустической системой или бесконтактным лазерным устройством диагностики состояния породы в скважине, системой закрепления стенок скважины забоя с использованием свойств нанесенных на них смесей с участием водопоглощающих реагентов, эффективность которых основана на кольматации зон поглощения расширяющихся при контакте с влагой полимерных структур, образующих водонепроницаемую, например резиноподобную массу, системой подъема жидких углеводородов из скважины в режиме газлифта с использованием рабочего агента и/или встроенного, например, плунжерного насоса, при этом устройство оборудовано системой удаления и возврата АПС с целью его повторного использования, включающей комплекс запорно-предохранительной арматуры транспортной трубы, барабанно-шлюзовой отсекатель, извлекающий и возвращающий заправленный АПС в транспортную трубу с помощью револьверного механизма.

Устройство для прокладки скважин поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен общий вид устройства, где Lоз - расстояние отдаления забоя от береговой зоны, Z пикета - длина пикета;

на фиг.2 - сечение «а-а» плети для транспортировки добываемых углеводородов, при варианте одной транспортной трубы;

на фиг.3 - сечение «б-б» плети, при варианте 4-х транспортных труб;

на фиг.4 - разрез «А-А» шаровой задвижки - задвижка открыта;

на фиг.5 - разрез «В-В» шаровой задвижки - задвижка закрыта;

на фиг.6 - узел «М», компановка узлов устройства в сваи-оболочки;

на фиг.7 - сечение «в-в» - соединение концевой части плети отводными трубами (вариант с 4-мя трубами);

на фиг.8 - сечение "g-g";

на фиг.9 - узел "N" - нож-концовка сваи-оболочки;

на фиг.10 - вид "F" - изображено размещение стартово-рабочей инфраструктуры устройства в верхней части сваи-оболочки;

на фиг.11 - узел "R" - изображен автономный подземный снаряд (АПС);

на фиг.12 - вид по стрелке P;

на фиг.13 - сечение «Ж-Ж»;

на фиг.14 - разрез «в-в», продувочный воздушный кран направленного действия (вариант с 4-мя транспортными трубами);

на фиг.15 - разрез "о-о" продувочный воздушный кран направленного действия (вариант с 1-й транспортной трубой);

на фиг.16 - вид «К», где ξо - угол образования турбулентности;

на фиг.17 - вид "J" на броню сваи-оболочки;

на фиг.18 - узел "Q" - сечение сваи-оболочки с броней, оборудованной воздушными соплами;

на фиг.19 - вид "G" - на колпак трубы;

на фиг.20 - общий вид схемы управления устройством;

Устройство (Фиг 1) содержит предварительно сваренную в плети трубу 1 и/или труб 1 с протаскиванием и/или укладкой их по дну акватории с искривлениями у береговой и забойной зонах и служащей для транспортировки добываемых жидких и газообразных углеводородов. Сопровождает транспортную трубу 1 воздуховод 2, соединенный с компрессорной станцией.

В береговой зоне (Фиг.1) устройства выполнена инфраструктура для приема и последующего транзита нефтепродуктов шельфовой и морской добычи, которая включает: приемные хранилища, систему управления, компрессорную и насосную станции, установку приема шлама, сеть транзитных трубопроводов (в графике не отражены). Эта зона включает и барабанно-шлюзовой отсекатель 3.

Основу устройства выполняет свая-оболочка 4 типа «Т». Ее конструкция собирается из отдельных звеньев, соединяемых сваркой стыковых фланцев. Они в основном предназначены для использования в качестве опор портовых набережных и лицевых стенок набережных типа больверк. Сваи-оболочки 4 изготавливаются методом центрифугирования, предварительного натяжения арматуры и рассчитаны на осевую нагрузку до 2000 тн. Отличительной особенностью сваи-оболочки 4 (Фиг.6), используемой в устройстве, является ее обустройство. Она оборудована ножом 5, трубами 6 с колпаками 7 и броней 8, смонтированной с минимальной люфтацией на ее наружной и внутренней поверхностях, а также на поверхностях труб 6, контактирующих с грунтом. По всей поверхности брони 8, ножа 5 и колпаков 7 установлены воздушные сопла 9 системы Ловаля, ориентированные осями под острым углом Ө° к направлению внедрения и сообщающиеся через сеть вмонтированных в тело сваи-оболочки 4 труб 10 с компрессорной станцией. Конструкция брони 8 выполнена по аналогии с протяжкой - металлорежущим многолезвийным инструментом, с расположенными вдоль его вертикальной оси зубьев, размеры которых последовательно возрастают начиная с ножа 5 и заточены с наличием (как у резцов) заднего и переднего углов в главной секущей плоскости. Основой покрытия брони 8 служат твердые сплавы и отбеленный чугун. Трубы 6 (фиг.6) в верхней части сваи-оболочки 4 соединены с отводами 11 транспортной трубы 1. На трубах 6 защищенные кожухами 12 установлены управляемые задвижки 13.

Транспортная труба 1 разбита на пикеты, на которых установлены управляемые задвижки 13, предохранительные клапаны 14 и продувочные воздушные краны 15 направленного действия (фиг.15), управляемые стационарной ЭВМ. В верхней части сваи-оболочки 4 смонтирована стартово-рабочая инфраструктура в следующей последовательности.

Узел 16 внедрения, в виде аккумуляторных или других, например воздушных вибраторов. На контейнерах 17 смонтирована установка 18 бетоноподобной смеси, состоящей, например, из кремнийорганического продукта 119-296Т, выпускаемого согласно ТУ-6-00-05763441-45-92 (см. справочное руководство по изоляции водопритоков в скважинах, стр.18, табл. 7, Татарстан г.Альметьевск, 1997, 70 стр.) Свая-оболочка 4 снабжена датчиком 19 погружения в грунт, а сверху оборудована защитной стальной плитой 20 с отверстиями 21, и стартово-рабочую инфраструктуру завершает чалочно-рымовая оснастка 22.

Оборудованием для выполнения подводно-подземных скважин служат автономные подземные снаряды (АПС) 23 (фиг.6; II), помещенные в период подготовки в трубах 6 с колпаками 7 с помощью подпружиненных люнетов 24. Корпусы 25 снарядов изготавливаются из гибкого материала, основой которого служат, например магниевые присадки с применением периклаза, позволяющие выдерживать предельные рабочие температуры до 1800°С (температура плавления железа 1539°С) в штатном режиме и интенсивное радиоактивное излучение до 1022 нейтр/см2, а также обладающие высокой удельной прочностью и повышенной способностью к поглощению ударных и вибрационных нагрузок. По концам АПС 23, по его образующей поверхности, выполнены воздушные сопла 9, например системы Ловаля, причем снаряды оборудованы механизмом регулирования (в графике не отражен) количества поступающего в каждое сопло 9 рабочего агента до его полного перекрытия. Процесс регулирования производится по сигналам бортовой ЭВМ 26 (фиг.16) по программе стационарной ЭВМ 27 через спутниковые передатчики. В корпусе 25 снаряда, вместе с бортовой ЭВМ 26, размещены: установка генерирования рабочего агента, например на ядерном топливе, установка точного позиционирования ствола с телеметрической системой мониторинга, акустическая установка или бесконтактное лазерное устройство диагностики состояния породы, установки для закрепления стенок скважины напылением реагентов на их поверхность.

Система управления устройством состоит из береговой стационарной ЭВМ 27 с наземной радиостанцией и спутниковым передатчиком, спутниковой системы 28 ГЛОНАСС (Министерства обороны РФ) с вариантом тандема с системой GPS (Global Positioning System) бортовой ЭВМ 26.

Система подъема жидких углеводородов из скважины состоит из двух исполнительных механизмов, один из которых работает 8 режиме газлифта и включает задние сопла 9 АПС 23, работающие от встроенного в АПС воздушного компрессора.

Другой представлен в качестве встроенного, например, плунжерного насоса - гидротолкателя (см. фиг.11), приводимого в действие двигателем транспортирующим АПС 23 в сторону береговой зоны по транспортной трубе и при передвижении выталкивает нефтяную массу в направлении движения.

В устройстве предусмотрена установка удаления АПС 23 за его пределы с целью многократного использования снаряда. Она представлена барабанно-шлюзовым отсекателем 3 с револьверным механизмом и запорной арматурой 13 транспортной трубы 1.

Устройство работает следующим образом и включает этапы подготовки и образования скважины. В этап подготовки входят монтаж и обустройство.

Выстраивается береговая инфраструктура, содержащая компрессорные и насосные станции, хранилища, установки комплексной подготовки нефти (УКПН) к транспортировке, установки сжижения природного газа (СПГ) транзитно- магистральные трубопроводы, а также систему управления.

Операции по прокладке транспортной трубы 1, внедрения свай оболочки 4 и стыковка ее части транспортной трубы 1 с основной ниткой транспортной трубы 1 проводятся в весенне-летний период. Всем этим операциям предшествуют исследования дна с целью обнаружения возможных препятствий с применением гидролокаторов бокового обзора для получения детального изображения морфологии морского дна. Затем определяется оптимальный маршрут и принятие решений о том, в каких местах надо произвести подготовку морского дна перед укладкой транспортной трубы 1, для того чтобы, например, избежать ее провисания. Кроме того, определяется в каких местах трубопровод 1 будет заглубляться в траншею для обеспечения устойчивого положения на дне. Особое внимание придается расчету длины плети с учетом внедренной сваи-оболочки 4. Во время передвижения по стрингеру транспортный трубопровод 1 удерживается в нужном положении с помощью мощных натяжных устройств, которые управляют движением нитки трубопровода, при этом параметры трубоукладки постоянно контролируются, что позволяет гарантировать, что натяжение трубопровода все время остается в допустимых приделах.

Прокладывается транспортная труба 1 с воздуховодом, с запорной, продувочной и предохранительной арматурой, с применением "J" или "S"-методов в зависимости от глубины акватории (при "J" методе прокладываемая труба вертикально уходит под воду и резко изгибается у дна. При "S" методе прокладки труба 1 сначала изгибается недалеко от спусковой балки на поверхности моря, затем и в районе касания дна). При прокладке используются суда ледокольного класса и/или на воздушной подушке, сопровождаемые средствами вертолетно-воздушного контроля и снабженные подъемно-транспортно-протаскивающим оборудованием и мощными ледовыми баровыми и бурильными установками для создания свободной от льдов зоны монтажа. Свая-оболочка 4 со смонтированными трубами 6 с колпаками 9, облицованная броней 8 с помещенными в трубы 6 АПС 23 и экипированная стартово-рабочей инфраструктурой, подъемной установкой судна опускается вглубь акватории в заданную точку своего внедрения в соответствии с требованиями к рельефу дна. Процессу опускания предшествует стыковка концевой части транспортной трубы 1 с отводами 11 сваи-оболочки 4 и воздуховода 2 с сетью воздушных труб 10, вмонтированных в ее тело. Запускают систему внедрения, состоящую из вибраторов системы внедрения 16 и воздушной сети труб 10 с соплами 9 системы Ловаля. Воздушный поток высокого давления от компрессорной станции, проходя через эти сопла 9, приобретают сверхзвуковую динамику и вызывает разрушение и разрыхление даже в скальных породах. В целом свая-оболочка 4 повторяет конструкцию металлорежущей протяжки, что совместно с воздушной системой сопровождения ее внедрения, действующей поэтапно или одновременно по всей контактирующей поверхности, обеспечивает внедрение сваи-оболочки 4 даже в предельно вязких и тяжелых глинистых грунтах на расчетную глубину, достигающую до 50 метров. В целях полной герметизации в верхнюю полость сваи-оболочки 4 после процесса внедрения заливают бетоноподобную смесь. После внедрения производят проверку герметичности трубопроводной системы, ее арматуры, а также работу всех узлов, включая систему управления. Процессы управления АПС 23 на всех этапах проходки скважины разрушения забойной породы, ее выноса, закрепления стенок скважины, формирования траекторий различной конфигурации решаются в следующем порядке.

В период подготовки в расчетном блоке программы стационарной ЭВМ 27 аппроксимировано семейство теоретических параметров проходки скважины АПС 23, которые формируются из оптимальных технических возможностей снаряда, сейсмических и других геологоразведочных исследований горизонтов и расчетов, а также с учетом сравнительных параметров, полученных при пилотных запусках АПС23. Эти данные (в основном расчетно-теоретические) поступают на вход блока сравнения ЭВМ 27. При этом на другой вход блока сравнения поступают в режиме реального времени пропорциональные сигналы фактических параметров от телеметрической установки и мониторинга всех функционирующих систем АПС 23, где происходит сравнение в каждый момент времени теоретических и фактических параметров. Результат автоматической коррекции конкретных параметров систем АПС 23 поступает в соответствующие блоки бортовой ЭВМ 26 для реализации программы оптимум.

Процесс управления всеми узлами устройства стартово-рабочей инфраструктуры забойной зоны, запорно-предохранительной арматурой транспортной трубы 1, а также инфраструктурой береговой зоны, в том числе барабанно-шлюзовым отсекателем 3, осуществляет стационарная ЭВМ 27.

Порядок пуска устройства.

Переводом заслонки 12 и открытием задвижки 13 соединяют транспортную трубу 1 с отводом 11 и трубой 6 Пусковая аппаратура АПС 23 получает команду стационарной ЭВМ 27 и приводит в действие ядерную установку производства рабочего агента. Потоком рабочего агента с регулируемыми (сверхвысокими и низкими) параметрами температуры и давления выходящего из сопел 9 системы Ловаля с приобретением сверхзвуковой динамики производят разрушение забойной породы.

Шлам (забойная порода плюс газы) из забоя выносится в транспортную трубу 1. При этом открывают все задвижки 13 транспортной трубы 1 и попеременно открывают продувочные воздушные краны 15 направленного действия в сторону береговой зоны Из-за угла ξ° к горизонтали осей сопел крана 15 (фиг.16) создается мощный турбулентно-вихревой поток и выносит шлам в хранилище береговой зоны.

В устройстве предусмотрена и промывка (в графике не отражена) транспортной трубы 1 после ее продувки. Промывают транспортную трубу 1 с использованием продувочной арматуры, моечных средств, морской воды и ее глубинного давления, а также возможности продувочных воздушных кранов 15 создания турбулентно-вихревого водного потока.

Промывку транспортного трубопровода 1 осуществляется с полученим стационарной ЭВМ сигналов от датчика (см фиг.11) вскрытия коллектора углеводородов, при закрытых шаровых задвижках, установленных на трубах 6.

Работа телесистемы точного позиционирования ствола основана на измерении проекции векторов (по оси x; y; z;) напряженности магнитного поля и ускорения силы тяжести на взаимно перпендикулярные оси скважинного прибора с применением трех феррозондов и акселерометров, позволяющих точно соблюдать проектный профиль скважины (блок-схема телесистемы не приведена).

Устройство оснащено акустической системой, а также бесконтактным лазерным устройством диагностики состояния породы в скважине.

Закрепление стенок скважины забоя производится с использованием свойств нанесенных на них смесей с участием водопоглащающих реагентов, эффективность которых основана на кольматации зон поглощения расширяющихся при контакте с влагой полимерных структур, образующих водонепроницаемую, например резиноподобную массу.

Система подъема жидких углеводородов работает в следующем порядке. Из сопел 9 АПС 23 нагнетается рабочий агент соответствующей температуры в массу и смешивается, образуя эмульсию с воздушными пузырями, создавая эффект газлифта или приводят в действие встроенный насос. В практике добычи тяжелых нефтей (шельф Бразилии и Южно-Китайского моря) распространен вариант совместной работы газлифта и встроенного насоса - устройство адаптировано и к этому варианту.

В устройстве открывается возможность перемещения этих насосных систем по вертикали и горизонтали скважины и переведения системы на режим плунжерного гидротолкателя нефтяной массы - наиболее эффективный режим выкачки.

Удаление АПС 23 из транспортного трубопровода, для повторного его применения, производят при закрытой задвижке 13 в пикете, где установлен отсекатель 3, действием барабанно-револьверного механизма.

Замену АПС 23, истощившего свои ресурсы, на запасной, из соседней трубы 6 производят по команде стационарной ЭВМ в следующем порядке.

Удаляется из устройства АПС 23, истощивший ресурсы, с помощью барабанно-шлюзового отсекателя 3. Запасной АПС 23, заступающий в забой скважины открытием шаровой задвижки 13 на трубе 6 получает движение в сторону береговой зоны и проходит стык транспортной трубы 1 и вмонтированных внутрь ее отводов 11, заканчивающихся в полости транспортной трубы 1 воронками. С наружной стороны воронки отводов 11 снабжены электромагнитами (в графике не отражены). Затем по команде стационарной ЭВМ АПС 23 получает ход в сторону забоя и попадает в необходимую воронку под действием включенного электромагнита. В таком порядке производится замена всех запасных АПС 23.

Таким образом, использование устройства реализует комплекс технических задач в области морской, в том числе под мощным дрейфующем ледовом покрытием, и шельфовой, а также материковой газонефтедобычи, исключает из процесса дорогие морские ледостойкие платформы (типа FPSO и др.) и большое количество судов ледокольного типа, а также традиционные нефтяные вышки в труднодоступных точках суши с экономией финансовых средств для отрасли в размере порядка $80 млрд. Решается ключевая проблема - освоение Ледовитого океана и его шельфовой зоны в соответствии с "Программой" и опережением конкурентов. Реализации изобретения способствует опыт и мировое лидерство РФ в наукоемких областях: ракетостроении (при изготовлении АПС), строительстве АЭС (при создании ракетного ядерного двигателя на изотопах 11В), нанотехнологиях (при изготовлении гибкого корпуса АПС), а также практика прокладки магистральных трубопроводов большой протяженности.

Устройство для проходки скважин с отдаленным забоем, преимущественно при разработке нефтегазовых месторождений, расположенных под водоохраной зоной или акваторией моря, в том числе под мощным дрейфующим ледовым покровом или арктического шельфа, содержащее расположенный на допустимом расстоянии от береговой линии искривленный участок начала горизонтального направления, горизонтальный участок, образованный частично или полностью траншейным и/или бестраншейным методом в непосредственной близости от поверхности земли или дна акватории, расположенные на этом участке методом протаскивания и/или укладки предварительно сваренные в плети трубы, выполняющие функцию транспортной трубы и образующие горизонтальное направление, заканчивающееся искривлением вниз, так что концевая часть плети труб упирается в сваю-оболочку со средствами для бурения скважин, отличающееся тем, что свая-оболочка во внутренней полости оборудована трубой или трубами с колпаками, соединенными с концевой частью плети труб, образующих в процессе проходки скважины транспортную трубу для транспортировки забойного шлама и углеводородов, посредством отводов через шаровые задвижки в процессе ее эксплуатации, причем транспортная труба разбита на пикеты, которые оснащены комплексом запорно-предохранительной и продувочной арматуры направленного действия для создания мощного турбулентно-вихревого потока, используемого при транспортировке углеводородов, а также установкой промывки транспортной трубы с применением моечных средств, морской воды и ее глубинного давления, при этом свая-оболочка служит основой устройства и базой для размещения в ее верхней части стартово-рабочей инфраструктуры, например, вибраторов для внедрения в донный грунт у устья скважин и установок бетонной смеси, а также элементов чалочно-рымовой оснастки, в нижней - местом размещения, оборудованного воздушными соплами ножа, причем поверхности сваи-оболочки, а также поверхности трубы или труб облицованы броней, контактирующей с грунтом в процессе внедрения сваи-оболочки у устья будущих скважин, для выполнения которых служат автономные подземные снаряды (АПС), размещенные в трубе или трубах, смонтированных в полости сваи-оболочки, при этом снаряды исполнены в гибком корпусе и оборудованы в передней части соплами для подачи под давлением и температурой струй рабочего агента разрушающего забойную породу, а также средствами управления АПС и положением осей сопел в пространстве выполненными в виде бортовой ЭВМ с возможностью прямой и обратной связи со спутниковой установкой, АПС также оснащены системой генерирования рабочего агента на жидком и/или твердом или гибридном топливе, например, с использованием ядерного ракетного двигателя, работающего на энергии деления изотопа бора 11В, системой точного позиционирования ствола скважины, телеметрическими установками контроля и мониторинга в режиме реального времени, акустической системой или бесконтактным лазерным устройством диагностики состояния породы в скважине, системой закрепления стенок скважины забоя, с использованием свойств нанесенных на них смесей с участием водопоглощагощих реагентов, эффективность которых основана на кольматации зон поглощения расширяющихся при контакте с влагой полимерных структур, образующих водонепроницаемую, например, резиноподобную массу, системой подъема жидких углеводородов из скважины в режиме газлифта с использованием рабочего агента и/или встроенного, например, плунжерного насоса, при этом устройство оборудовано системой удаления и возврата АПС, с целью его повторного использования, включающей комплекс запорно-предохранительной арматуры транспортной трубы, барабанно-шлюзовой отсекатель, извлекающий и возвращающий заправленный АПС в транспортную трубу с помощью револьверного механизма.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к буровому и эксплуатационному оборудованию морских скважин. .

Изобретение относится к буровому инструменту для бурения газовых и нефтяных скважин в водных пространствах морей и океанов, а именно к бурильным трубам. .

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин на морском дне, а именно к буровым установкам. .

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых на дне моря, а именно к подводному бурению скважин. .

Изобретение относится к области геологоразведки и добычи полезных ископаемых на дне моря, а именно к подводному бурению скважин. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности - к устройствам для бурения неглубоких скважин в зоне шельфа или на дне искусственных водоемов. .

Изобретение относится к области геологоразведки, осуществляемой на дне акваторий. .

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых в арктических условиях, преимущественно жидких и газообразных, к монтажу подводных технологических комплексов, которые обеспечивают проведение работ по методу кустового бурения независимо от погодных условий и наличия ледового покрова.

Изобретение относится к области бурения направленных скважин с использованием забойных телеметрических систем. .

Изобретение относится к способу разработки месторождений высоковязкой нефти с применением ее разогревания. .

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, бурящихся на нефть и газ. .

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно - к технологии и технике строительства скважин с боковыми стволами как во вновь бурящихся скважинах, так и в боковых наклонных и горизонтальных стволах, пробуренных через боковые «окна» эксплуатационных колонн основных стволов ранее эксплуатируемых скважин.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке многопластовой залежи нефти в поздней стадии с неустойчивыми породами покрышки и неоднородным коллектором.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к конструкциям многозабойных скважин, пробуренных в зонах повсеместного распространения многолетнемерзлых пород.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам изучения распространения нефтяного пласта и дальнейшей его разработки. .
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве многозабойной скважины. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для стабилизации режима бурения при спускоподъемных операциях и прохождении искривленных участков.
Наверх