RU2161245C1

RU2161245C1 - Technology of well construction in geological structures

Info

Publication number: RU2161245C1
Application number: RU99108387A
Authority: RU
Inventors: А.И. Плугин
Original assignee: Плугин Александр Илларионович
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: technology of sinking of geological structures in construction of wells of various purpose with using drilling units and apparatuses self-contained in power supply and principle of application. SUBSTANCE: technology includes preparation of working site, selection of preventer design for process realization, equipment of wellhead and upper part of well, sinking of sedimentary and other rocks down to producing formation (oil, gas, water horizons, etc.), organization of mineral recovery. Broken rock from bottom hole is filled to wellhead by flow of outgoing working agent (gas, steam-gas mixture, etc.). Well walls are walled up with use of the same drilling unit by application to well walls and pressing of material of ascending flow of cuttings and gases to form protective shell of well wall. In sinking of well in insecure horizons, working agent pressure to well walls is increased. Drilling unit is periodically lifted in well section for its cleaning from drilling cuttings. The procedure is carried out by variation of conditions of action on bottom hole and well walls due to redistribution of forces directed onto bottom hole, walls and wellhead from drilling unit. EFFECT: considerable increase in well drilling rate in nonuniform and complicated conditions in geological structures. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технологии проходки скважин в горных породах путем воздействия на разрушаемые породы энергией динамических струй сжатого рабочего агента. The invention relates to a technology for drilling wells in rocks by acting on destructible rocks with the energy of dynamic jets of a compressed working agent.

В настоящее время известны принципиальные направления решений этой технологии, наиболее представительным из которых можно считать способы образования скважин в геологических структурах с помощью бурового оборудования и бурильных агрегатов. At present, the principal directions of the solutions of this technology are known, the most representative of which can be considered methods of producing wells in geological structures using drilling equipment and drilling units.

Наиболее близким техническим решением из аналогов этого процесса является технология образования скважин в геологических структурах, включающая подготовку рабочей площадки, обустройство устья скважины путем установки превентора с направляющей, проходку горных пород, закрепление стенок скважины, вскрытие продуктивного пласта и отвод поступающих углеводородов /1/. The closest technical solution from the analogues of this process is the technology of well formation in geological structures, including the preparation of the working site, arrangement of the wellhead by installing a preventer with a guide, drilling of rocks, fixing the walls of the well, opening the reservoir and removal of incoming hydrocarbons / 1 /.

При определенном преимуществе этой технологии перед аналогами она обладает также очевидными и существенными недостатками, которые заключаются в сложности как технологического оборудования и отдельных технологических процессов, так и в необходимости использования нескольких разнотипных технологических процессов для организации единого последовательного замкнутого технологического цикла, - это приводит к вынужденным технологическим перерывам между отдельными операциями, усложняет процессы совмещения операций в едином цикле, требует значительных затрат времени, энергии и приводит к повышению общих затрат. With a certain advantage of this technology over analogues, it also has obvious and significant drawbacks, which are the complexity of both technological equipment and individual technological processes, and the need to use several different types of technological processes to organize a single sequential closed technological cycle, which leads to forced technological to breaks between separate operations, complicates the processes of combining operations in a single cycle, requires It consumes considerable time, energy and leads to an increase in total costs.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном упрощении процессов совмещения и согласования отдельных операций в единый непрерывный технологический процесс с повышением удельных полезных нагрузок процесса, сокращением времени процесса и снижением затрат на операции технологии и весь технологический процесс образования скважины. The technical result of this invention is to significantly simplify the processes of combining and coordinating individual operations into a single continuous technological process with increasing the specific payloads of the process, reducing the process time and reducing the cost of operations of the technology and the entire technological process of well formation.

Этот технический результат в изобретении достигают за счет того, что в технологии образования скважин в геологических структурах, включающей подготовку рабочей площадки, обустройство устья скважины путем установки превентора с направляющей, проходку горных пород, закрепление стенок скважины, вскрытие продуктивного пласта и отвод поступающих углеводородов, проходку горных пород ведут с помощью автономного бурового аппарата, из рабочего органа которого ведут воздействие рабочим телом, истекающим под давлением на забой в виде двухкомпонентных струй, состоящих из струи газа и струи жидкости, где струю жидкости направляют по центру струи газа в импульсном режиме выброса, при этом осуществляют разрушение и вынос разрушенной породы в потоке отработанного рабочего тела, восходящего к устью скважины, при проходке которой часть разрушаемой породы уплотняют в стенки скважины для их укрепления, после завершения процесса проходки автономный буровой аппарат удаляют из полости скважины за счет создания под ним избыточного давления рабочего тела, после перевода скважины в разряд промысловых ведут контроль дебита скважины, при снижении которого проходят боковую скважину из полости ранее пройденной, а при истощении прискважинной зоны продуктивного пласта процесс повторяют проходкой еще одной боковой скважины, причем одновременно с проходкой ведут возбуждение структуры пласта акустическими колебаниями истекающего тела при выборе режима воздействия на забой рабочим органом бурового аппарата. This technical result in the invention is achieved due to the fact that in the technology of well formation in geological structures, including the preparation of the working site, arrangement of the wellhead by installing a preventer with a guide, sinking rocks, fixing the walls of the well, opening the reservoir and removing incoming hydrocarbons, sinking rocks are driven by an autonomous drilling apparatus, from the working body of which they are exposed to a working fluid flowing out under pressure on the face in the form of two entent jets consisting of a gas stream and a stream of liquid, where a stream of liquid is directed along the center of the stream of gas in a pulsed ejection mode, while the destroyed rock is destroyed and carried out in a waste working fluid stream going up to the wellhead, during which part of the destroyed rock is compacted into the walls of the well to strengthen them, after the completion of the sinking process, an autonomous drilling apparatus is removed from the well cavity due to the creation of an excess pressure of the working fluid under it, after transferring the well to a discharge field ones control the flow rate of the well, during which the side well passes from the previously passed cavity, and when the near-well zone of the productive formation is depleted, the process is repeated by drilling another side well, and along with the penetration, the structure of the formation is excited by acoustic vibrations of the outflowing body when the treatment mode is selected the working body of the drilling apparatus.

При этом при проходке скважин в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье. At the same time, when drilling wells, previously extracted hydrocarbon raw materials are used as an energy substance.

В процессе проходки скважины закрепление ее стенок в верхних горизонтах ведут установкой обсадных труб, затрубное пространство заполняют пластифицированным цементным раствором, содержащим полиэлектролитный гидрогель, дальнейшее закрепление стенок ведут за счет воздействия на них давлением отходящего бурового шлама и напылением полимеризующегося вещества, из которого совместно с частицами разрушенной породы формируют стенки проходимой скважины. During the course of the well sinking, the walls are fixed in the upper horizons by installing casing pipes, the annulus is filled with plasticized cement mortar containing a polyelectrolyte hydrogel, the walls are further fixed by exposing them to the pressure of the outgoing drill cuttings and spraying of the polymerized substance, from which together with the particles of the destroyed the rocks form the walls of the drilled hole.

А при проходке нескольких скважин с одной рабочей площадки используют превентор с несколькими направляющими и с возможностью их наклона относительно вертикали, например, с помощью оснащения направляющих шарнирами и силовыми цилиндрами. And when driving several wells from one working platform, a preventer with several guides and with the possibility of their inclination relative to the vertical is used, for example, by equipping the guides with hinges and power cylinders.

Описываемая технология образования скважин реализуется с помощью установки, изображенной на чертежах, где:
на фиг. 1 показан общий вид этой установки;
на фиг. 2 - вид сверху по фиг. 1;
на фиг. 3 показан буровой аппарат для проходки скважин;
на фиг. 4 - узел А на фиг. 3 - деталь рабочего органа.The described technology of well formation is implemented using the installation shown in the drawings, where:
in FIG. 1 shows a general view of this installation;
in FIG. 2 is a plan view of FIG. 1;
in FIG. 3 shows a drilling apparatus for sinking wells;
in FIG. 4 - node A in FIG. 3 - detail of the working body.

Установка для реализации технологии содержит превентор 1, размещаемый на рабочей площадке, и имеет направляющую 2 в виде полого цилиндра или несколько таких направляющих (фиг. 1,2), формирующих собой устье скважины 3 посредством уплотняющего сильфона 4. В полых направляющих установлен буровые аппараты 5 или, по меньшей мере, один аппарат. Аппарат 5 является автономным буровым аппаратом (не нуждается в оснащении его колонной бурильных труб), и удерживается в направляющей 2 с помощью подпружиненных захватов 6 и 7, которые при работе аппарата не препятствуют его продвижению к забою. Верхнее сечение направляющей 2 оборудовано раструбом 8 с трубой, отводящей буровой шлам при бурении. The installation for implementing the technology comprises a preventer 1, placed on the working platform, and has a guide 2 in the form of a hollow cylinder or several such guides (Fig. 1,2), which form the mouth of the well 3 by means of a sealing bellows 4. Drilling devices 5 are installed in the hollow guides or at least one apparatus. The apparatus 5 is an autonomous drilling apparatus (does not need to be equipped with a drill pipe string), and is held in the guide 2 by means of spring-loaded grippers 6 and 7, which during operation of the apparatus do not impede its progress towards the bottom. The upper section of the guide 2 is equipped with a socket 8 with a pipe that discharges drill cuttings during drilling.

Для установки каждой последующей направляющей 2 на устье 3 превентор размещен на круговом направляющем пути 9 и имеет привод 10 для поворота превентора. To install each subsequent guide 2 on the mouth 3, the preventer is placed on a circular guide path 9 and has a drive 10 for turning the preventer.

Автономный буровой аппарат 5 в своем корпусе имеет генератор 11 рабочего тела, камеру 12 подачи рабочего тела в рабочий орган аппарата; камеру 13 с веществом для нанесения на стенки скважины и их закрепления посредством выброса этого вещества через кольцевое сопло 14; программированный блок 15 управления работой. Аппарат 5 также содержит рабочий орган 16, имеющий сопла 17, ориентированные по нормали и под углами к поверхности забоя, и сопла 18, ориентированные в обратном направлении от забоя и предназначенные для выполнения работы по расширению сечения скважины, калибровки диаметра скважины, а также выноса бурового шлама. Autonomous drilling device 5 in its housing has a generator 11 of the working fluid, a chamber 12 for supplying the working fluid to the working body of the apparatus; a chamber 13 with a substance for applying to the walls of the well and fixing them by ejecting this substance through an annular nozzle 14; programmed block 15 control work. The apparatus 5 also contains a working body 16 having nozzles 17 oriented normal and at angles to the surface of the bottom, and nozzles 18 oriented in the opposite direction from the bottom and designed to perform work to expand the cross section of the well, calibrate the diameter of the well, and also carry out the drill sludge.

Сопла 17, предназначенные для разрушения пород на забое, по своему сечению 19 пропускают две струи: струю газа (19) и струю жидкости 20, причем струю жидкости пропускают по центру струи газа (фиг. 4) в импульсном режиме; формируют струю жидкости 20 в генераторе 11 путем перегрева воды (или воды с добавкой поверхностно-активного вещества - не более 0,01% по массе) до температуры 200-350^oC под давлением 100-500 кгс/см². Такая двухкомпонентная струя позволяет резко интенсифицировать процесс разрушения пород на забое за счет создания струей газа 19 постоянного термодинамического напряжения в породе, а импульсный выброс струи жидкости при указанных параметрах позволяет таким воздействием мгновенно переводить материал породы в квазижидкое состояние, при котором порода разрушается с максимальной эффективностью.Nozzles 17, designed to destroy rocks at the bottom, in their cross section 19 pass two jets: a gas stream (19) and a liquid stream 20, and a liquid stream is passed through the center of the gas stream (Fig. 4) in a pulsed mode; form a stream of liquid 20 in the generator 11 by overheating water (or water with the addition of a surfactant - not more than 0.01% by weight) to a temperature of 200-350 ^o C under a pressure of 100-500 kgf / cm ² . Such a two-component stream makes it possible to sharply intensify the process of rock destruction at the bottom due to the creation of a constant thermodynamic stress in the rock by a gas stream 19, and the pulsed ejection of a liquid stream at these parameters allows the rock material to instantly transfer to a quasi-liquid state in which the rock is destroyed with maximum efficiency.

Если в технологии требуется организовать одновременную проходку нескольких скважин с одной рабочей площадки, то в этом случае направляющие в превенторе оснащают поворотным шарниром и силовым цилиндром 21; с помощью цилиндра и шарнира 22 направляющую наклоняют относительно вертикали (фиг. 1), что дает возможность для проходки вертикальных и наклонных скважин. If the technology requires organizing the simultaneous drilling of several wells from one working platform, then in this case the guides in the preventer are equipped with a swivel joint and a power cylinder 21; using the cylinder and the hinge 22, the guide is tilted relative to the vertical (Fig. 1), which makes it possible to drill vertical and deviated wells.

Технологию образования скважин осуществляют следующим образом. Осуществляют подготовку рабочей площадки: расчистку, планировку, водоотвод, размещение оборудования. После этого обустраивают устье 3 скважины путем установки превентора 1, в направляющих превентора размещают аппараты 5. The technology of well formation is as follows. Carry out the preparation of the working site: clearing, planning, drainage, equipment placement. After that, the wellhead 3 is equiped by installing a preventer 1, apparatus 5 is placed in the guides of the preventer.

Один из аппаратов размещают над устьем 3 скважины (фиг. 1) и монтируют над ним раструб 8; включают в работу, за счет подачи управляющего сигнала от блока 15 на генератор рабочего тела 11 (генератор 11 детально не раскрыт, т. к. его конструкция известна, как автономный буровой аппарат конструктора А. Плугина, и как не имеющего прямого отношения к предмету притязаний заявителя в рамках данной заявки), от генератора в рабочий орган 16 подают двухкомпонентное рабочее тело и формируют двухкомпонентные рабочие струи: газовую струю 19 и струю жидкости 20, причем струю жидкости 20 подают в импульсном режиме. Такими рабочими струями осуществляют разрушение пород на забое и вынос разрушенных частиц из зоны забоя, а струями рабочего тела, истекающего из сопел 18, производят расширение сечения проходной скважины, калибровку ее диаметра и вынос бурового шлама из полости скважины к ее устью. One of the devices is placed above the wellhead 3 of the well (Fig. 1) and a bell 8 is mounted above it; include in the work, by supplying a control signal from block 15 to the generator of the working fluid 11 (generator 11 is not disclosed in detail, because its design is known as an autonomous drilling apparatus of the designer A. Pugin, and as not directly related to the subject of claims applicant within the framework of this application), a two-component working fluid is supplied from the generator to the working body 16 and two-component working jets are formed: a gas stream 19 and a liquid stream 20, and the liquid stream 20 is supplied in a pulsed mode. Such working jets carry out the destruction of rocks at the bottom and removal of the destroyed particles from the bottom zone, and with the jets of the working fluid flowing out of the nozzles 18, the section of the borehole is expanded, its diameter is calibrated and the drill cuttings are removed from the well cavity to its mouth.

Выбранный при этом процесс воздействия на породу двухкомпонентными струями рабочего тела позволяет высокоэффективно вести разработку забоя и проходку скважины за счет того, что струя газового рабочего тела создает постоянные термодинамические нагрузки в породе, приводящие к растрескиванию, сдвигам и шелушению, а импульсно подаваемая струя жидкости, проходящая по центру струи газа (фиг. 4), производит разрушение, дробление и выброс из зоны забоя частиц породы. При этом наиболее эффективными (выбранными заявителем экспериментально) показателями импульсной струи жидкости являются время истечения - 0,1-1,0 с; перерывы между истечениями - от 1 до 10 с; скорость истечения - от 5 до 10 тысяч м/с за счет указанных выше параметров давления и температуры. The process of impacting the rock with two-component jets of the working fluid, which is selected at the same time, allows highly effective development of the bottom and penetration of the well due to the fact that the jet of the gas working fluid creates constant thermodynamic loads in the rock, leading to cracking, shear and flaking, and a pulsed fluid stream passing through in the center of the gas stream (Fig. 4), it produces destruction, crushing and ejection of rock particles from the bottomhole zone. Moreover, the most effective (experimentally selected by the applicant) indicators of the pulsed liquid jet are the expiration time - 0.1-1.0 s; breaks between expiration - from 1 to 10 s; flow rate - from 5 to 10 thousand m / s due to the above pressure and temperature parameters.

В процессе образования скважины ведут закрепление ее стенок: в верхних горизонтах - установкой обсадных труб; затрубное пространство заполняют пластифицированным цементным раствором, содержащим в своем составе полиэлектролитный гидрогель (имеющим коэффициентом набухания в цементном растворе более 10³ (! ), что позволяет надежно заполнять все микропоры затрубного пространства.In the process of well formation, its walls are fixed: in the upper horizons, by installing casing pipes; the annulus is filled with plasticized cement mortar containing a polyelectrolyte hydrogel (having a swelling coefficient in the cement mortar of more than 10 ³ (!), which allows reliable filling of all micropores in the annulus.

По ходу образования скважины также ведут закрепление стенок за счет их упрочнения путем уплотнения в стенки скважины части разрушаемой породы за счет поддержания избыточного давления в полости проходной скважины, и дальнейшее закрепление стенок скважины ведут за счет воздействия на них давлением отходящего бурового шлама и напылением из кольцевого сопла 14 полимеризующегося вещества, из которого совместно с частицами разрушенной породы формируют стенки проходимой скважины. In the course of the formation of the well, walls are also secured by hardening by compaction of a part of the rock being destroyed into the walls of the well by maintaining excessive pressure in the cavity of the borehole, and further fixing of the walls of the well is effected by the pressure of the outgoing drill cuttings and spraying from the annular nozzle 14 of a polymerizable substance, from which together with the particles of the destroyed rock form the walls of the well passed through.

После завершения процесса проходки скважины ее полость освобождают от автономного бурового аппарата 5 за счет создания под ним избыточного давления при выключении из работы сопел 18 и 14. After completion of the process of drilling a well, its cavity is freed from the autonomous drilling apparatus 5 due to the creation of excess pressure under it when the nozzles 18 and 14 are turned off.

После перевода скважины в разряд промысловых ведут контроль ее дебита и при снижении дебита или прекращении повторно используют аппарат 5, с помощью которого проходят боковую скважину из полости ранее пройденной скважины, при этом в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье, забор которого можно вести непосредственно из продуктивного пласта. При истощении прискважинной зоны продуктивного пласта, что приводит к практическому прекращению дебита скважины, проходят еще одну боковую скважину (или несколько таких боковых скважин) из полости ранее пройденной скважины, одновременно с такой проходкой ведут возбуждение структуры продуктивного пласта воздействием на эту структуру акустическими колебаниями истекающего рабочего тела при выборе режимов воздействия на забой рабочим агентом и рабочим органом бурового аппарата, при этом так же, как и в первой боковой проходке, в качестве энергетического вещества используют ранее добытое углеводородное сырье. After the well is transferred to the field of production, its flow rate is monitored and, when production is reduced or stopped, the apparatus 5 is reused, with which a side well passes from the cavity of a previously completed well, while previously extracted hydrocarbon raw materials are used as an energy substance, which can be taken directly from the reservoir. When the near-wellbore zone of the reservoir is depleted, which leads to the practical termination of the production rate of the well, one more side well (or several such side wells) passes from the cavity of a previously completed well, and simultaneously with such a penetration, the structure of the productive formation is excited by the acoustic vibrations of the expiring working body when choosing modes of impact on the face by the working agent and the working body of the drilling apparatus, while in the same way as in the first side penetration, energy substances use previously extracted hydrocarbon raw materials.

Таким образом, технология образования скважин в геологических структурах по данному изобретению позволяет получить новый технический и технологический результат за счет того, что все основные операции: подготовка рабочей площадки, обустройство устья, проходка верхних горизонтов, последующая непрерывная проходка всех горизонтов до продуктивного пласта, закрепление стенок скважины по всей глубине, организация добычи, восстановление дебита скважины выполняются в едином неразрывном технологическом процессе - это позволяет существенно сократить время образования скважины, соответственно снизить трудо- и машинозатраты; так, по экспериментальным данным заявителя, производительность проходки осадочных пород составляет более 100 м/ч, производительность проходки сквальных пород составляет 50-80 м/ч, что превышает традиционные технологии по производительности, где она соответственно составляет не более 10 м/ч; не более 2 м/ч. Thus, the technology of formation of wells in geological structures according to this invention allows to obtain a new technical and technological result due to the fact that all the basic operations: preparation of the working site, arrangement of the mouth, sinking of the upper horizons, subsequent continuous drilling of all horizons to the reservoir, fixing the walls wells along the entire depth, organization of production, restoration of well production are performed in a single inextricable process - this allows reduce the time of well formation, respectively, reduce labor and machine costs; so, according to the experimental data of the applicant, the productivity of sinking of sedimentary rocks is more than 100 m / h, the productivity of sinking of rock formations is 50-80 m / h, which exceeds traditional technologies in terms of productivity, where it is accordingly not more than 10 m / h; no more than 2 m / h.

Данная технология позволяет значительно ускорить процесс образования скважины и, кроме того, повышает общую технологическую культуру этого трудо-, энергоемкого процесса. This technology can significantly accelerate the process of well formation and, in addition, increases the overall technological culture of this labor-intensive process.

Источники информации:
1. Горная энциклопедия, Москва, Советская энциклопедия, 1984, т. 1 с. 309-310рSources of information:
1. Mountain Encyclopedia, Moscow, Soviet Encyclopedia, 1984, v. 1 pp. 309-310r

Claims

1. The technology of formation of wells in geological structures, including the preparation of a working site, arrangement of the wellhead by installing a preventer with a guide, sinking rocks, fixing the walls of the well, opening the reservoir and removing incoming hydrocarbons, characterized in that the sinking of rocks is carried out using an autonomous a drilling apparatus, from the working body of which they are exposed to a working fluid flowing out under pressure on the face in the form of two-component jets consisting of a gas jet and a jet fluids, where the liquid stream is directed at the center of the gas stream in a pulsed release mode, while the destroyed rock is destroyed and removed in the spent working fluid stream going up to the wellhead, during which part of the rock being destroyed is compacted into the wall of the well to strengthen it, after completion of the drilling process, an autonomous drilling device is removed from the well cavity due to the creation of an excess working fluid pressure under it, after transferring the well to the field of production, the flow rate of the well is monitored, and reduction which are the side hole from the cavity previously traversed, and depletion near-well zone producing formation process is repeated sinking of another lateral borehole, and simultaneously with the sinking of lead excitation layer structure acoustical vibrations expiring body when choosing a mode of action for slaughter working body autonomous drilling apparatus.

2. The technology according to claim 1, characterized in that the previously extracted hydrocarbon raw materials are used as the energy substance during the drilling of wells.

3. The technology according to claim 1 or 2, characterized in that during the drilling of the well, fixing its walls in the upper horizons is done by installing casing pipes, the annular space is filled with plasticized cement mortar containing a polyelectrolyte hydrogel, further fixing of the walls is carried out by pressure outgoing drill cuttings and the spraying of a polymerizable substance, from which, together with the particles of the destroyed rock, the walls of the drilled hole are formed.

4. The technology according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that when driving several wells from one working platform, a preventer with several guides and with the possibility of their inclination relative to the vertical is used.