Способ проходки буровых скважин во льду

 

369753

О n N=CM-н;,и е

ИЗОБРЕТЕНЙЯ

Союз Советских

Социаттисткцеских

Р ст1уЯл 1н

N AАТЕМ7У

Зависимый от патента Л

1L !(л. Е 2!с 37/18

Е 21с 19/00

Е 215 7/12

Заявлено 08.VII.1970 (№ 1454340/22-3) Приоритет 19ХП.1969, Л Р 1936902.О, ФР!

Комитет ло делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Опубликовано 08.11,1973. Вюллетень Х 10

X ДК 622,243.94 (088.8) Дата опубликования описания 31 VII.1973

Автор изобретения и заявитель

Иностранец

Эдвин Хорбах (Федеративная Республика Германии) СИОНОВ ПРОХОДКИ БУРОВЫХ CKBA)KNH ВО ДЪДУ

Настоящее изобретение касается способа проходки буровых скважин во льду, который может быть использован при изысканиях на северном пол1осе и на южном полюсе, а также для эксплуатации нефтяных полей, находящихся под ледовыми покрытиями.

Известен способ проходки скважин во льду, согласно которому лед на дне скважины оттаивают путем подвода тепла так, что в нижней части скважины образуется водяной котел, при этом талую воду частично отводя1.

Однако при известных способах проходки скважин в области головки и бура выделяется

3Hà÷èòãëüHîå количество теплоты, которая Bûзывает неконтролируемое образование котловин, B результате чего бурение скважины осуществляется без соответствующего контроля.

Поэтому целью настоящего изобретения является разработка способа проходки скваж;щ

ВО льду, с помощью ногopoI О мо>!(!10 получа гь бездефектные сква кины заданной глубины.

В соответствии с предлагаемым изобретением стенки скважины на заданном расстоянии от дна Охлаждают настолько, что из части талой воды образуют ледяную оболочку, ограничивающую буровую скважину и замыкающую сверху водяной котел, при этом ь процессе проходки скважины в ней замеряют температуру.

Охлаждение стенок скважины поверх образующегося водяного котла обеспеч11вает то, что этот водяной котел не расширяется бесконтрольно, В результате чего достигается контролируемая проходка скважины. Одновременно ВследстВие Охла:кдения стенок с1 Важ11ны и примерзания и ней части талой воды обеспечивается получение гладкой стенки скважины определенного диаметра.

1р Для охлаждения стенок скважины прибегают к подаче охлан да1ощего агента.

Возможно также в виде варианта реализации способа для одновременного охлаждения и подвода тепла использовать токопроводя15 щие элементы Пельтье, из которых отдающие теплоту Джоуля элементы располагают в области нагреватель»o;" головки, а создающие охлаждение — выше водяного котла.

Далее изобретение поясняется описанием

2.1 примера реализации и приложенным чертежом, показываю цим схематически продольный разрез нижнего конца бурового устройства, находящегося в ледяном массиве.

Изображенное на чертеже буровое устрой25 ство имеет буровую штангу 1 с двойными стенками, которая находится в скважине 2 ледяного массива 3. На нижнем конце штанги прикреплена полая нагревательная головка 4, которая по направлению вниз переходит

30 в режущую кромку 5, опирающуюся на дно

369753

30

55 скважины 2. Вблизи режущих кромок 5 внутри головки 4 размещен электрический нагревательный прибор б, соединенный проводом 7 с источником тока (не показан), находящимся на земной поверхности. Указанный провод проходит между двойными стенами штанги.

Нагревательная головка 4 соединена с нижним концом штанги посредством промежуточного кольца 8 из теплоизолирующего материала. Сверху этого кольца 8 в промежутке 9 между стенками штанги находится охлаждающая рубашка 10, которая выполнена предпочтительно кольцеобразной и прилегает непосредственно к внутренней стороне внешней стенки 11 штанги. Эта охлаждающая рубашка разделена перегородкой 12 на две камеры

l8 и 14, которые расположены концентрично и соединены между собой в нижней части.

В камеру 18 через трубопровод 15 подают охлаждающий агент, который после протекания через камеру 13 поступает в камеру 14 и отводится из нее через трубопровод lб. Тру бопроводы 15 и lб расположены в промежутке между стенками штанги 1 и соединены с холодильной машиной (не показана), которая может быть расположена на земной поверхности или встроена в.штангу.

Буровая штанга заполнена внутри теплоизоляцией 17, а концентрично штанге 1 и друг другу в ней размещены трубы 18 и 19, которые доходят приблизительно до нагревательной головки 4.

1(ак показано на чертеже, вследствие подвода тепла к головке 4 посредством нагревательного прибора б в нижней части скважины образуется водяной котел 20, который окружает в некоторой области головку 4 и нижний конец штанги 1. Избыточная талая вода поднимается по трубам 18 и 19 и отводится в верхнем конце этих труб.

Возможно также посредством подачи сжатого воздуха, например во внешнюю трубу 19, выдавливать воду из штанги через внутреннюю трубу 18, при этом вода из котла 20 поступает внутрь штанги через отверстия 21, выполненные в нагревательной головке 4.

Расширение водяного котла 20 предотвращается тем, что сверху котла вода вновь замерзает в области штанги благодаря наличию охлаждающей рубашки 10 в той мере, насколько головка 4 опускается в ледяной массив 8. Таким образом, поверх котла 20 опять образуется ледяная оболочка, которая плотно прилегает к внешней стенке 11 штанги 1.

В результате получается, что посредством управляемого таяния и нового намерзания льда скважину можно проходить без существенных отклонений от вертикали, а диаметр ее можно выбирать,B требуемых пределах.

Собирающиеся в водяном котле 20 плотные включения можно легко удалять методом промывки, как это делается при вращательном бурении. В дальнейшем можно в случае надооности штангу 1 оставлять как облицовку в скважине 2, хотя замерзший ледяной слой и создает гладкую облицовку.

Бывает также целесообразно электрические провода и трубопроводы для подвода охлаждающего агента, а также трубу 18 устанавливать внутри штанги и отказаться рТ выполнения ее с двумя стенками. Вместо охлаждающей рубашки 10 возможна установка холодильных змеевиков, которые могут с уменьшающейся плотностью проходить по всей длине штанги 1.

Как показано на правой стороне чертежа, имеется возможность применять вместо разобщенных нагревательных и холодильных элементов или дополнительно к ним токопроводящие элементы 22, 23 Пельтье, из которых холодильные элементы 22 располагаются на конце штанги, а нагревательные элементы

23 — в области головки 4.

Тепловые чувствительные элементы 24 служат для контроля температуры в зоне водяного котла 20 и в зоне таяния и для управления подводимой к забою скважины нагревательной в холодильной мощности.

Предмет изобретения

1. Способ проходки буровых скважин во льду, согласно которому лед на дне скважины растапливают посредством подвода тепла так, что в нижней части скважины образуется водяной котел, а талую воду частично отводят, отличающийся тем, что, с целью получения бездефектной скважины определенной глубины, стенки ее на заданном расстоянии от дна охлаждают настолько, что из части талой воды образуют ледяную оболочку, ограничивающую буровую скважину и замыкающую сверху водяной котел, при этом в процессе проходки скважины в ней замеряют температуру.

2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение стенок буровой скважины осуществляют подачей охлаждающего агента.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для одновременного охлаждения и подвода тепла применяют токопроводящие элементы Пельтье, из которых отдающие теплоту

Джоуля элементы располагают в области на гревательной головки, а создающие охлаждение — выше водяного котла.

4. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что процессом таяния и охлаждения в нижней части скважины управляют в зависимости от измерений температуры и расширения водян ого к отл а.

Редактор В. Знвтынь

Сост".Löòc.Iü M. Волков

Тсхрсд Л, Богданова

Корректор Е, Михеева

3 а кзз 2! 28/1 Изд. Л !595 Тираж 576 Подписисе

ЦНИИПИ Комитета ио делам изоорс сиий ii открытии ири Советс Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская иао., д, -l 5

Типогра