Способ щелеобразования в скважинах и шпурах и щелеобразователь для его осуществления



Способ щелеобразования в скважинах и шпурах и щелеобразователь для его осуществления
Способ щелеобразования в скважинах и шпурах и щелеобразователь для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2602634:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретения относятся к горному делу, а именно к бурению горных пород, и могут быть использованы для бурения скважин или шпуров (далее - скважин) путем нарезания инициирующей щели в горном массиве для последующего проведения гидроразрыва с целью его разупрочнения или дегазации. Способ включает бурение скважины и последующее щелеобразование в ней путем нарезания инициирующей щели с помощью предлагаемого щелеобразователя. Он состоит из корпуса, в котором выполнено продольное окно и установлен нож с возможностью перемещения по направляющему уклону и выхода его режущей части из продольного окна корпуса. Направляющий уклон выполнен на внутренней поверхности корпуса, а нож установлен на вилке поршня, размещенных внутри корпуса с возможностью осевого перемещения. В полости поршня установлен подпорный клапан, а между поршнем и корпусом размещена пружина возврата. На головной части корпуса установлена буровая коронка, через центральное отверстие которой проходит толкатель, имеющий жесткую связь с обратным клапаном, установленным в торцевых частях корпуса и буровой коронки. Подклапанная полость обратного клапана соединена каналом с подпоршневой полостью, а толкатель установлен с возможностью контактирования с забойной частью скважины и перемещения в осевом направлении. Технический результат - повышение производительности и снижение стоимости способа щелеобразования при проведении операций бурения скважины и щелеобразования в ней предлагаемым щелеобразователем. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Технические решения относятся к горному делу, а именно к бурению горных пород, и могут быть использованы для бурения скважин или шпуров (далее - скважин) путем нарезания инициирующей щели в горном массиве для последующего проведения гидроразрыва с целью его разупрочнения или дегазации.

В качестве прототипа выбран способ щелеобразования в скважинах и шпурах, реализованный в щелеобразователе по патенту РФ №2263776, Е21В 43/26, Е21С 37/00, опубл. в БИ №31 за 2005 г. и включающий бурение скважины буровым инструментом и последующее щелеобразование в ней указанным щелеобразователем.

Недостатком этого способа является необходимость замены бурового инструмента на щелеобразователь, что требует дополнительного времени на демонтаж и монтаж буровых штанг, приводящих к длительному простою бурового станка, уменьшая производительность и повышая стоимость способа, что снижает его эффективность.

Известен щелеобразователь (патент РФ №2263776, Е21В 43/26, Е21С 37/00, опубл. в БИ №31 за 2005 г.), включающий стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны и пружину возврата толкателя, причем режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам при перемещении толкателя. Перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на толкателе и имеют фигурный профиль. Толкатель установлен с возможностью вдвижения в стакан, а пружина возврата толкателя размещена на стакане и зафиксирована в исходном положении, при этом режущие органы установлены на общей оси и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин.

Недостатком указанного щелеобразователя является подача осевого усилия со стороны бурового станка непосредственно на режущие органы после упора толкателя в забой скважины, поэтому нарезание щели возможно только в забойной части скважины, что ограничивает область его применения, а регулирование осевого усилия подачи в ручном режиме во избежание выхода из строя режущих органов усложняет его эксплуатацию.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является щелеобразователь (патент РФ №2359124, Е21С 37/00, Е21В 43/26, опубл. в БИ №17 за 2009 г.), включающий стакан, в котором выполнены продольные окна и перекрестно установлены режущие органы с возможностью перемещения по перекрестным оппозитным направляющим уклонам и выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам. Перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на внутренней поверхности стакана, а режущие органы установлены на поршне, размещенном внутри стакана с возможностью осевого перемещения, в полости которого установлен регулируемый подпорный клапан. Между поршнем и стаканом размещена пружина возврата.

Недостатком этого щелеобразователя является то, что нарезание щели возможно только в заранее пробуренных скважинах, что сужает область его применения.

Техническими задачами предлагаемого решения являются повышение эффективности способа щелеобразования в скважинах за счет повышения его производительности и снижения стоимости, расширение возможностей щелеобразователя за счет проведения им операций бурения скважины и щелеобразования.

Поставленные задачи достигаются тем, что в способе щелеобразования в скважинах, включающем бурение скважины и последующее щелеобразование в ней путем нарезания инициирующей щели, согласно техническому решению указанные операции проводят с помощью упомянутого ниже щелеобразователя. В этом щелеобразователе, включающем корпус, в котором выполнено продольное окно и установлен нож с возможностью перемещения по направляющему уклону и выхода его режущей части из продольного окна корпуса, при этом направляющий уклон выполнен на внутренней поверхности корпуса, а нож установлен на вилке поршня, размещенных внутри корпуса с возможностью осевого перемещения, причем в полости поршня установлен подпорный клапан, а между поршнем и корпусом размещена пружина возврата, согласно техническому решению на головной части корпуса установлена буровая коронка, через центральное отверстие которой проходит толкатель, имеющий жесткую связь с обратным клапаном, установленным в торцевых частях корпуса и буровой коронки, при этом подклапанная полость обратного клапана соединена каналом с подпоршневой полостью, а толкатель установлен с возможностью контактирования с забойной частью скважины и перемещения в осевом направлении. Совокупность признаков позволяет проводить последовательные операции бурения скважины и щелеобразования в них без демонтажа бурового става для замены инструмента, что повышает производительность способа, а следовательно, и его эффективность. Возможность проведения операций бурения скважины и щелеобразования одним щелеобразователем расширяет область его применения.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа щелеобразования в скважинах и конкретного исполнения щелеобразователя и чертежами фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображен продольный разрез щелеобразователя, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Щелеобразователь состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2), в котором выполнено продольное окно 2 и установлен нож 3 с возможностью перемещения по направляющему уклону 4 и выхода его режущей части из продольного окна 2 корпуса 1. Направляющий уклон 4 выполнен на внутренней поверхности корпуса 1, а нож 3 установлен на вилке 5 поршня 6, размещенных внутри корпуса 1 с возможностью осевого перемещения. В полости поршня 6 установлен подпорный клапан (поз. не обозначен), состоящий из шарика 7, пружины 8 и седла 9. В поршне 6 выполнен центральный канал 10, а в седле 9 - центральное отверстие 11. Шарик 7 подпорного клапана прижат к седлу 9 пружиной 8, перекрывая при этом центральное отверстие 11 в седле 9. Между поршнем 6 и корпусом 1 размещена пружина 12 возврата. На головной части корпуса 1 установлена буровая коронка 13 с центральным отверстием 14 и каналом 15. В торцевых частях буровой коронки 13 и корпуса 1 установлен обратный клапан 16 с имеющимися в нем пружиной 17 и запирающим элементом 18. В центральном отверстии 14 буровой коронки 13 установлен толкатель 19, имеющий жесткую связь с запирающим элементом 18 обратного клапана 16. Толкатель 19 установлен с возможностью контактирования с забойной частью скважины и перемещения в осевом направлении. Вдоль корпуса 1 выполнен канал 20, которым соединены подклапанная полость 21 и подпоршневая полость 22.

Способ щелеобразования с использованием указанного щелеобразователя осуществляют следующим образом. Перед началом работы осуществляется сборка щелеобразователя (фиг. 1, 2) и установка его на штанге бурового станка. Затем включают буровой станок и насос подачи жидкости для промывки скважины при бурении. Толкатель 19 входит в контакт с горным массивом и, перемещаясь вместе с запирающим элементом 18, сжимает пружину 17 обратного клапана 16, открывая его. Жидкость от насоса поступает в подпоршневую полость 22 под давлением, необходимым для промывки скважины, далее по каналу 20 попадает в подклапанную полость 21 и через обратный клапан 16 и канал 15 буровой коронки 13 выходит в забой скважины. Жесткости пружин 8 и пружины 12 возврата превышают усилие от давления жидкости, подаваемой для промывки скважины, поэтому подпорный клапан остается закрытым, а поршень 6 неподвижным.

После окончания бурения скважины на заданную глубину буровые штанги с щелеобразователем отводят от забоя скважины на расстояние примерно 5÷10 см. При этом пружина 17, разжимаясь, перемещает толкатель 19 с запирающим элементом 18 в исходное положение, закрывая обратный клапан 16 и препятствуя выходу жидкости в забой скважины, что приводит к повышению давления в системе щелеобразователя. Пружина 8 подпорного клапана настроена на давление, обеспечивающее оптимальный режим щелеобразования путем нарезания инициирующей щели. После закрытия обратного клапана 16 при превышении указанного давления пружина 8 сжимается, открывая центральный канал 10 поршня 6 для прохода жидкости в зону резания для охлаждения ножа 3 и удаления продуктов резания. Переход в режим щелеобразования путем нарезания инициирующей щели происходит автоматически после закрытия обратного клапана 16. В результате повышения давления в системе, в том числе в подпоршневой полости 22, поршень 6 с вилкой 5 перемещаются вдоль оси в прямом направлении, а шарик 7 отходит от седла 9, открывая центральное отверстие 11 в седле 9 и центральный канал 10 в поршне 6 для прохода жидкости в зону щелеобразования, при этом нож 3 скользит по направляющему уклону 4, выдвигаясь в радиальном направлении из корпуса 1 и нарезая инициирующую щель.

После щелеобразования путем нарезания инициирущей щели для продолжения бурения скважины отключают вращение бурового става и подают его на забой до упора в него толкателя 19. При этом давление в системе щелеобразователя падает, т.к. жидкость снова свободно проходит в забой скважины, а пружина 12 возврата разжимается, возвращая поршень 6 с вилкой 5 и ножом 3 в исходное положение, после чего включают вращение бурового става и продолжают процесс бурения до места следующего щелеобразования.

1. Щелеобразователь, включающий корпус, в котором выполнено продольное окно и установлен нож с возможностью перемещения по направляющему уклону и выхода его режущей части из продольного окна корпуса, при этом направляющий уклон выполнен на внутренней поверхности корпуса, а нож установлен на вилке поршня, размещенных внутри корпуса с возможностью осевого перемещения, причем в полости поршня установлен подпорный клапан, а между поршнем и корпусом размещена пружина возврата, отличающийся тем, что на головной части корпуса установлена буровая коронка, через центральное отверстие которой проходит толкатель, имеющий жесткую связь с обратным клапаном, установленным в торцевых частях корпуса и буровой коронки, при этом подклапанная полость обратного клапана соединена каналом с подпоршневой полостью, а толкатель установлен с возможностью контактирования с забойной частью скважины или шпура и перемещения в осевом направлении.

2. Способ щелеобразования в скважинах и шпурах, включающий бурение скважины или шпура и последующее щелеобразование в них путем нарезания инициирующей щели, отличающийся тем, что указанные операции проводят с помощью щелеобразователя по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для отслеживания трещин в процессе гидроразрыва пласта. Предложенные система, способ и программное обеспечение могут использоваться для анализа микросейсмических данных, обусловленных гидроразрывом.

В настоящем изобретении предложены модифицированные проппанты и способы их получения. Модифицированный проппант, содержащий субстрат частицы проппанта и гидрогелевое покрытие, где указанное покрытие содержит образующий гидрогель полимер, имеет толщину от 0,01% до 20% среднего диаметра указанного субстрата, образующий гидрогель полимер набухает при контакте с жидкостью на водной основе с образованием гидрогелевого покрытия вокруг субстрата частицы проппанта, после гидратации и набухания указанное покрытие имеет толщину от 10% до 1000% среднего диаметра частиц субстрата проппанта, указанный образующий гидрогель полимер поперечно сшит с обеспечением при этом повышения свойств полимера к водопоглощению и набуханию.

Изобретение относится к способам гидравлического разрыва в наклонно направленных и горизонтальных стволах скважин продуктивных пластов в слабосцементированных породах.

Группа изобретений относится к скважинному инструменту для использования в нефтяных и газовых скважинах и, более конкретно, к оборудованию заканчивания с окнами, которое можно использовать для гидроразрыва пласта в многозонных скважинах.

Настоящее изобретение относится к получению расклинивающего агента, используемого при добыче углеводородов. Способ создания расклинивающего агента с частицами требуемых размеров, получаемого из шлама, извлеченного из скважины для добычи углеводородов, подвергнутой гидроразрыву, содержащий стадии: отделение воды от шлама с образованием потока мокрых твердых частиц и потока жидкости, смешивание потока мокрых твердых частиц с твердыми частицами с образованием загружаемого материала, расплавление загружаемого материала с получением материала расплавленного расклинивающего агента, резкое охлаждение расплавленного материала, измельчение охлажденного материала расклинивающего агента, сортировка частиц измельченного материала по размерам и смешивание частиц измельченного материала, не соответствующих установленным размерам, с загружаемым материалом.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для отслеживания трещин в процессе гидроразрыва пласта. Предложенные система, способ и программное обеспечение могут использоваться для анализа микросейсмических данных из подземной зоны.

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, в частности к методу формирования в насыщенной горной породе за обсадной колонной скважины трещин, проводящих жидкости.

Изобретение относится к операциям обработки скважин с использованием реагентов. Композит для обработки скважин, содержащий реагент для обработки скважин и обожженный пористый оксид металла, где пористость и проницаемость обожженного пористого оксида металла является такой, что реагент для обработки скважин адсорбируется во внутрипоровых пространствах пористого оксида металла, и кроме того: площадь поверхности обожженного пористого оксида металла составляет от приблизительно 1 м2/г до приблизительно 10 м2/г, диаметр частиц 0,1 3 мм и объем пор указанного оксида металла от 0,01 до 0,10 см3/г.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследований трещин в процессе гидроразрыва пласта. Предложенные система, способ и программное обеспечение применимы для вычисления стратиграфии трещин в подземной области.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в забойном инструменте для непоследовательного открытия и закрытия окон. Забойный инструмент включает в себя трубное изделие, включающее в себя окно.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для отслеживания трещин в процессе гидроразрыва пласта. Предложенные система, способ и программные средства могут быть использованы для анализа микросейсмических данных от операции по разрыву пласта. В некоторых аспектах данные для новой микросейсмической волны являются данными от операции по разрыву пласта подземной зоны. Вычисляется обновленный параметр для плоскости разрыва. Плоскость разрыва была ранее сгенерирована на основе данных для предшествующих микросейсмических волн. Вычисленный обновленный параметр вычисляется на основе данных для новой микросейсмической волны и данных для предшествующих микросейсмических волн. Графическое представление плоскости разрыва отображается на основе обновленного параметра. Технический результат - повышение точности и достоверности информации относительно пространственно геометрических характеристик трещин гидроразрыва пласта. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения доверительного значения для плоскости развития трещины. В некоторых аспектах выбирают подмножество микросейсмических событий, связанных с операцией гидроразрыва подземной зоны. Определяют доверительность связывания выбранного подмножества микросейсмических событий с общей плоскостью развития трещины. Доверительность может быть определена, например, на основании числа микросейсмических событий в подмножестве, неопределенности местоположения для каждого микросейсмического события в подмножестве, моментной магнитуды для каждого микросейсмического события в подмножестве, расстояния между каждым микросейсмическим событием и плоскостью трещины, подобранной к микросейсмическим событиям, ориентации плоскости трещины, подобранной к микросейсмическим событиям, или комбинации этих и других факторов. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена при гидроразрыве пластов. Предлагается способ выполнения гидроразрыва на буровой площадке в подземном пласте с сетью трещин и с естественной трещиноватостью. Приток в скважину интенсифицируется закачкой жидкости в сеть трещин. Способ заключается в отработке данных буровой площадки, включая параметры естественной трещины и получение результатов измерений микросейсмических событий; моделирование гидроразрывов сети трещин на основании данных буровой площадки и определении геометрии гидроразрывов; создании поля напряжений гидроразрывов при помощи геомеханической модели; определении параметров разрушения сдвига, включающих огибающие зоны разрушения и состояние напряжения вокруг системы трещин; определении местоположения разрушения сдвига в сети трещин из огибающих зон разрушения и состояния напряжения, а также в определении геометрии гидроразрыва посредством сравнения смоделированных гидроразрывов и местоположений разрушения сдвига с измеренными микросейсмическими событиями. Технический результат заключается в повышении эффективности гидроразрыва пластов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 табл., 44 ил.
Наверх