RU2401377C2 - Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end - Google Patents
Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401377C2 RU2401377C2 RU2008149996/03A RU2008149996A RU2401377C2 RU 2401377 C2 RU2401377 C2 RU 2401377C2 RU 2008149996/03 A RU2008149996/03 A RU 2008149996/03A RU 2008149996 A RU2008149996 A RU 2008149996A RU 2401377 C2 RU2401377 C2 RU 2401377C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drill
- drilling
- string
- drill string
- column
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для осушения и водозабора путем вскрытия восстающими или наклонно-восстающими дренажными скважинами одного или двух водоносных горизонтов, сложенных неустойчивыми породами, в частности песками.The invention relates to the mining industry and can be used for drainage and water intake by opening uprising or oblique-rising drainage wells of one or two aquifers composed of unstable rocks, in particular sand.
Из мирового технического уровня известен способ для вскрытия высоконапорного водоносного пласта восстающей или наклонно-восстающей скважиной, реализуемый устройством для вскрытия водоносного пласта. Согласно этому способу вскрытие напорного горизонта восстающей дренажной скважиной осуществляют буровой установкой, включающей буровой агрегат, маслостанцию, пульт управления и буровой насос. Буровой агрегат имеет нижнее основание, на котором установлена поворотная рама, с помощью которой устанавливается заданный зенитный угол и подкос, удерживающий поворотную раму в заданном положении. Вращатель бурильной (или фильтровой) колонны перемещается по направляющим поворотной рамы и развивает частоту вращения до 150 об/мин и крутящий момент до 150 кг·м, достаточные для вращения бурильной колонны и эффективного разрушения породы долотом. Для передачи осевого усилия на буровой инструмент на задней плите поворотной рамы жестко закреплен шток цилиндра подачи, а гидроцилиндр также жестко связан с вращателем бурильной колонны. Устанавливают буровую установку в горной выработке, забуривают скважину под кондуктор, закрепляют его в скважине. Кондуктор служит основанием устья скважины, в состав которого входит корпус с задвижкой, герметизатор бурильной колонной и отводной патрубок с задвижкой. После установки устья скважины снимают герметизатор, устанавливают его на бурильной колонне, после чего на бурильную колонну устанавливают переходник с шарошечным долотом и собранную компоновку вводят в корпус устья скважины, предварительно открыв задвижку. Подают буровой инструмент на забой и бурят по крепким породам до расчетной глубины скважины с оставлением перемычки из твердых пород. Бурильную колонну извлекают, а вскрытие оставшейся перемычки над водоносным горизонтом осуществляют колонной, состоящей из секции глухих труб, имеющих одинаковую толщину стенок, верхняя часть которых выполнена в виде фильтра. Длина фильтровой части составляет 5-6 м. На головном фильтре устанавливают переходник с обратным клапаном и породоразрушающим инструментом. Для подачи промывочной жидкости к буровому долоту в переходник на левой резьбе вворачивают водоподводящие (пакерные) трубки. Их длины превышают длину фильтровой части на 0,5-1,0 м. На нижний конец пакерных трубок в глухой части фильтровой колонны устанавливают пакер с переходником. После вскрытия водоносного горизонта на заданную глубину специальной колонной, диаметр которой меньше внутреннего диаметра фильтровой колонны, извлекают пакер и по фильтровой колонне начинают поступать дренажные воды с расходом, равным максимальной производительности скважины [Отчет по НИР «Проведение приемочных испытаний и внедрение буровой установки УДБ-8» Шифр 1.5-5 (73)-А-10-83 № Гос. регистрации 01830012022, Белгород, с.7-11].From the world technical level, there is a known method for opening a high-pressure aquifer by a rising or deviating well, implemented by a device for opening a water-bearing stratum. According to this method, the opening of the pressure horizon by a rising drainage well is carried out by a drilling rig, including a drilling unit, oil station, control panel and mud pump. The drilling unit has a lower base on which a pivot frame is mounted, with which a predetermined zenith angle and a strut are mounted, which holds the pivot frame in a predetermined position. The rotator of the drill (or filter) string moves along the guides of the rotary frame and develops a rotational speed of up to 150 rpm and a torque of up to 150 kg · m, sufficient to rotate the drill string and effectively destroy the rock with a chisel. To transmit the axial force to the drilling tool, the feed cylinder rod is rigidly fixed on the rear plate of the rotary frame, and the hydraulic cylinder is also rigidly connected to the drill string rotator. A drilling rig is installed in a mine, a well is drilled under a conductor, and it is fixed in a well. The conductor serves as the base of the wellhead, which includes a body with a valve, a drill string sealant and a branch pipe with a valve. After installation of the wellhead, the sealant is removed, installed on the drill string, after which an adapter with roller cone is installed on the drill string, and the assembled assembly is introduced into the wellhead body, having previously opened the valve. They feed the drilling tool to the bottom and drill through hard rocks to the estimated depth of the well, leaving a jumper of hard rock. The drill string is removed, and the opening of the remaining bridge over the aquifer is carried out by a column consisting of a section of blind pipes having the same wall thickness, the upper part of which is made in the form of a filter. The length of the filter part is 5-6 m. An adapter with a check valve and rock cutting tool is installed on the head filter. To supply flushing fluid to the drill bit, water supply (packer) tubes are screwed into the adapter on the left-hand thread. Their lengths exceed the length of the filter part by 0.5-1.0 m. A packer with an adapter is installed on the lower end of the packer tubes in the blind part of the filter column. After opening the aquifer to a predetermined depth with a special string, the diameter of which is less than the inner diameter of the filter string, the packer is removed and drainage water begins to flow through the filter string with a flow rate equal to the maximum productivity of the well [Acceptance test report and implementation of the UDB-8 drilling rig "Code 1.5-5 (73) -A-10-83 No. State. Registration 01830012022, Belgorod, pp. 7-11].
Недостатком известной буровой установки является низкая надежность соединительных элементов фильтровой колонны, неуправляемый выпуск песка из пласта, обжатие фильтровой колонны и ограниченная глубина бурения по водоносному горизонту.A disadvantage of the known drilling rig is the low reliability of the connecting elements of the filter string, uncontrolled release of sand from the formation, compression of the filter string and limited drilling depth along the aquifer.
Известен способ и устройство для вскрытия двух водоносных горизонтов, в которых вскрытие первого водоносного горизонта осуществляют сначала колонной большого диаметра, а второго водоносного горизонта - фильтровой колонной меньшего диаметра [А.С. № 1461874, дата публ. 28.02.89].A known method and device for opening two aquifers, in which the opening of the first aquifer is carried out first by a column of large diameter, and the second aquifer by a filter column of a smaller diameter [A.S. No. 1461874, date publ. 02/28/89].
Известен способ посадки фильтра в восстающую дренажную скважину, в которой предусмотрено частичное извлечение неперфорированной части фильтровой колонны, находящейся в зоне устойчивой части восстающей скважины, благодаря чему сокращается расход металла [А.С. №998733, дата публ. 23.02.83].A known method of planting a filter in a rising drainage well, which provides for the partial removal of the non-perforated part of the filter column located in the area of the stable part of the rising well, thereby reducing metal consumption [A.S. No. 998733, date publ. 02/23/83].
Основными недостатками вышеприведенных способов и устройств являются низкая надежность соединительных элементов фильтровой колонны, которые не выдерживают высоких осевых нагрузок и крутящих моментов при бурении крепких пород и при преодолении сил трения, возникающих на фильтровой колонне в условиях ее обжатия при бурении по неустойчивым рыхлым отложениям водоносного горизонта, которые вызывают обрывы и прихваты колонн, низкая надежность работы пакерных трубок, левые резьбы которых при высоких оборотах и вибрациях колонны разворачиваются. Отсутствие механизма управления выносом песка, находящегося под высоким гидростатическим давлением, ведет к большим выносам и создает угрозу затопления выработки. При наращивании фильтровой колонны во время отключения бурового насоса и закрытия задвижки на сбросной линии устья скважины происходит оседание песка в кольцевом пространстве, образованном стеной скважины и внешней поверхностью фильтровой колонны. Это оседание ведет к обжатию фильтровой колонны и прихватам и является основной причиной прекращения бурения по водоносному горизонту, который не превышает 4-5 м.The main disadvantages of the above methods and devices are the low reliability of the connecting elements of the filter column, which do not withstand high axial loads and torques when drilling hard rocks and when overcoming the friction forces that arise on the filter column in the conditions of its compression during drilling on unstable loose deposits of the aquifer, which cause breaks and sticking of the columns, low reliability of the packer tubes, the left threads of which at high revolutions and vibrations of the column they are. The absence of a mechanism for controlling the removal of sand under high hydrostatic pressure leads to large outbursts and creates a threat of flooding the mine. When the filter column is built up during the shutdown of the mud pump and the valve closes on the discharge line of the wellhead, sand settles in the annular space formed by the well wall and the outer surface of the filter column. This subsidence leads to compression of the filter column and tacking and is the main reason for the cessation of drilling along the aquifer, which does not exceed 4-5 m.
Указанные недостатки делают процесс вскрытия водоносного горизонта очень сложным, с большими элементами риска возникновения аварий и осложнений в скважине (низкая надежность), а самое главное неуправляемым в связи с отсутствием способа управления процессом выноса поступающего из пласта песка.These shortcomings make the process of opening the aquifer very difficult, with large elements of the risk of accidents and complications in the well (low reliability), and most importantly uncontrollable due to the lack of a way to control the process of sand removal from the reservoir.
Известны способ вскрытия песчаных водоносных горизонтов горизонтальной скважиной и установка для его реализации, включающая маслостанцию, пульт управления, буровой агрегат, который содержит вращатель внутренней бурильной колонны, вращатель внешней бурильной колонны, коаксиальные внутренние и внешние колонны труб, причем внешняя может быть фильтровой, каждая из колон имеет породоразрушающие инструменты, которые в паре образуют устройство, способное во время бурения перекрывать кольцевое пространство, образованное внутренней поверхностью защитной трубы и внешней поверхностью бурильной колонны, а на период эксплуатации и остановок при бурении перекрывать торец защитной колонны. Для перемещения в осевом направлении вращатели и передачи осевого усилия на колонны вращателей смонтированы на одной подвижной раме, которая перемещается по направляющим нижней неподвижной рамы. Перемещение подвижной рамы относительно неподвижной осуществляется гидроцилиндром подачи, один конец которого жестко закреплен на неподвижной раме, а другой - на подвижной.A known method of opening sandy aquifers with a horizontal well and a device for its implementation, including an oil station, a control panel, a drilling unit, which contains a rotator of the internal drill string, a rotator of the external drill string, coaxial internal and external pipe columns, the external can be a filter, each of the column has rock cutting tools, which in pair form a device capable of blocking the annular space formed by the inner surface during drilling awn protective tube and the outer surface of the drill string, and the period of operation and stops at the protective drilling cover the end of the column. To move in the axial direction, the rotators and the transmission of axial force to the rotator columns are mounted on one movable frame, which moves along the guides of the lower fixed frame. Moving the movable frame relatively motionless is carried out by the supply hydraulic cylinder, one end of which is rigidly fixed to the motionless frame, and the other to the movable one.
Механизацию операций по свинчиванию-развинчиванию защитной колонны осуществляют путем введения в конструкцию неподвижной рамы гидроключа, удерживающего колонну от проворота. Патрон вращателя внешней колонны обеспечивает вращение колонны вправо или влево. Для удобства операций по наращиванию колонны вращатель бурильной колонны отдельным гидроцилиндром по направляющим отводят перпендикулярно оси скважины на расстояние, позволяющее свободно произвести наращивание. Подача промывочной жидкости к забою скважины ведется буровым насосом через сальник-вертлюг, установленный на шпинделе вращателя бурильной колонны [П RU № 2233373, дата публ. 2004.07.27].The mechanization of screwing-unscrewing operations of the protective column is carried out by introducing into the design of the fixed frame a hydraulic key that keeps the column from turning. The rotator cartridge of the outer column provides the rotation of the column to the right or left. For the convenience of operations on the extension of the string, the rotator of the drill string with a separate hydraulic cylinder is guided along the guides perpendicular to the axis of the borehole to a distance that allows to freely build. The supply of flushing fluid to the bottom of the well is carried out by the mud pump through a swivel seal mounted on the spindle of the drill string rotator [П RU No. 2233373, date publ. 2004.07.27].
Устройство предназначено только для бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин в породах неустойчивых с категорией буримости от 1 до 4-й и неприменимо для бурения восстающих скважин в крепких породах.The device is intended only for drilling horizontal and slightly deviated wells in unstable rocks with a drillability category of 1 to 4 and is not applicable for drilling uprising wells in hard rocks.
Таким образом, в известном техническом уровне отсутствует ближайший аналог как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемым техническим результатам.Thus, at the known technical level there is no closest analogue both in terms of the set of essential features and in the technical results achieved.
Задачей изобретения является создание надежного способа вскрытия одной восстающей скважиной одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов с управляемым выносом песка из пласта без прихвата фильтровой колонны, а также расширение арсенала устройств сооружения восходящей вертикальной или наклонной дренажной скважины.The objective of the invention is to provide a reliable method for opening one uprising well of one or more pressureless loose aquifers with controlled removal of sand from the reservoir without sticking the filter column, as well as expanding the arsenal of devices for constructing an ascending vertical or inclined drainage well.
Техническими результатами, которые могут быть достигнуты при использовании изобретения, являются:Technical results that can be achieved by using the invention are:
для способа:for the method:
- обеспечение технологичности;- ensuring manufacturability;
- снижение нагрузок на внешнюю поверхность фильтровой колонны;- reduction of loads on the outer surface of the filter column;
- достижение управляемого выноса песка из пласта;- achievement of controlled removal of sand from the reservoir;
- увеличение длины сооружаемой восстающей скважины;- an increase in the length of the rising well being constructed;
для устройства:for the device:
- обеспечение возможности вскрытия напорного рыхлого водоносного горизонта;- providing the possibility of opening a pressureless loose aquifer;
- расширение функциональных возможностей.- expansion of functionality.
Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стало возможным благодаря тому, что способ сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризуется бурением по устойчивым породам до водоносного горизонта одной бурильной колонной, а вскрытием и бурением напорного рыхлого водоносного горизонта - под защитой дополнительной соосной с ней внешней колонны, верхнюю часть которой в зоне водоносного пласта выполняют фильтровой, при этом внешняя и бурильная колонны имеют одну общую подачу и вращаются с разными оборотами, обе колонны на верхнем торце формируют между собой регулируемый зазор с эффектом дросселирования для выпуска бурового шлама и пластового песка путем смещения по вертикальной оси одной или обеих колонн, перед вскрытием напорного рыхлого водоносного горизонта в кольцевое пространство между сплошным участком внешней колонны и стенками скважины нагнетают жидкость до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от герметизатора внешней колонны до начала ее фильтровой части, и поддерживают его в течение всего периода вскрытия и бурения этого пласта, предотвращение прорыва пластового песка через внутреннюю полость бурильной колонны труб осуществляют обратным клапаном, который устанавливают под буровым инструментом, сброс столба жидкости при наращивании бурильной колонны осуществляют через обратный клапан, который устанавливают в нагнетательной линии бурового насоса, бурильную колонну при наращивании удерживают подвешиванием на внешней колонне путем закрытия регулируемого зазора, после завершения бурения внешнюю колонну фиксируют, герметизируют в кондукторе и извлекают ее, а устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов характеризируется наличием бурового агрегата, маслостанции, пульта управления, одного или нескольких буровых насосов, бурового инструмента, внешней колонны, бурильной колонны, герметизаторов внешней и бурильной колонн и кондуктора, при этом буровой агрегат включает нижнюю раму, снабженную шарниром с осью, вокруг которой поворачивается от 0 до 90 градусов вверх нижнее основание бурового агрегата, устройство, фиксирующее зенитный угол поворота, направляющие, по которым гидроцилиндром подачи перемещается подвижная рама, на подвижной раме закреплены вращатель бурильной колонны, снабженный сальником-вертлюгом для подачи промывочной жидкости к буровому инструменту, и вращатель внешней колонны, снабженный проходным шпинделем, на котором установлено устройство захвата внешней колонны с возможностью передачи больших крутящих моментов на малых частотах вращения, обеспечивающих преодоление сил трения о горную породу при ее поступательном движении, буровой агрегат также снабжен захватным устройством, для обеспечения возможности свинчивания-развинчивания бурильной и фильтровых колонн, подача вращателей вперед-назад осуществляется гидроцилиндром подачи, неподвижный конец которого закреплен на нижнем основании бурового агрегата, а шток - на подвижной раме, вращатель бурильной колонны снабжен устройством с возможностью его отвода перпендикулярно оси скважины по направляющим, установленным на подвижной раме, головная секция внешней колонны снабжена закрепленной в ней вверху опорной пятой с возможностью формирования запорного устройства с переходником бурового инструмента бурильной колонны для удержания бурильной колонны на весу и управления выносом бурового шлама и песка, в нагнетательной линии бурового насоса установлен сбросной клапан, а под буровым инструментом установлен обратный клапан. Для расширения диапазона применения способа в сложных гидрогеологических условиях путем обеспечения эксплуатации двух горизонтов в состав внешней колонны включены секции фильтров, параметры которых отвечают характеристикам водоносного горизонта, в котором они устанавливаются.The solution of this problem and the achievement of the above results was made possible due to the fact that the method of constructing a rising well and opening one or more pressure fluffy aquifers is characterized by drilling on stable rocks to the aquifer with one drill string, and opening and drilling a pressure fluffy aquifer is protected by additional coaxial with it of the outer string, the upper part of which in the zone of the aquifer is a filter, while the outer and drill string they have one common feed and rotate with different revolutions, both columns at the upper end form an adjustable gap with the throttling effect for the discharge of drill cuttings and formation sand by displacing one or both columns along the vertical axis, before opening the pressureless loose aquifer into the annular space between a continuous section of the outer string and the walls of the well inject liquid to a pressure equal to the height of the column of flushing fluid from the sealant of the outer string to the start of its filter portion, and support it during the entire period of opening and drilling of this formation, prevention of breakthrough of sand through the internal cavity of the drill pipe string is carried out by a check valve, which is installed under the drilling tool, discharge of the liquid column when building the drill string is carried out through the check valve, which is installed in the discharge line the mud pump, the drill string during extension is held by hanging on the outer string by closing the adjustable gap, after the completion of the storm The outer casing is fixed, sealed in the conductor and removed, and the device for constructing an upright well and opening one or more pressure loose aquifers is characterized by the presence of a drilling unit, oil station, control panel, one or more drilling pumps, a drilling tool, an external casing, and a drilling columns, sealants of the outer and drill strings and the conductor, while the drilling unit includes a lower frame equipped with a hinge with an axis around which it rotates from 0 to 90 degrees upward, the lower base of the drilling unit, the device fixing the zenith angle of rotation, the guides along which the moving frame moves the feed cylinder, the drill string rotator, equipped with a swivel seal for supplying flushing fluid to the drilling tool, and the external column rotator, equipped with a through spindle on which an external column gripping device is installed with the possibility of transmitting large torques at low rotational speeds, providing overcome e of the friction forces against the rock during its translational movement, the drilling unit is also equipped with a gripping device to enable screwing and unscrewing of drill and filter columns, the rotators are fed back and forth by the feed hydraulic cylinder, the fixed end of which is fixed to the lower base of the drilling unit, and the rod - on the movable frame, the drillstring rotator is equipped with a device with the possibility of its removal perpendicular to the axis of the well along the guides mounted on the movable frame, head sec The outer casing section is equipped with a support fifth fixed in it at the top with the possibility of forming a locking device with a drill string adapter for holding the drill string in weight and controlling the removal of drill cuttings and sand, a relief valve is installed in the discharge line of the drilling pump, and a check valve is installed under the drilling tool valve. To expand the range of application of the method in difficult hydrogeological conditions by ensuring the operation of two horizons, sections of filters are included in the composition of the external column, the parameters of which correspond to the characteristics of the aquifer in which they are installed.
Применение при вскрытии рыхлых водоносных горизонтов восстающей скважиной внешней колонны с фильтровой частью, соосной с бурильной колонной и являющейся по отношению к ней защитной, которая за счет малых частот вращения и высоких крутящих моментов способна преодолевать силы трения, вызванного горным давлением, создание в кольцевом пространстве между стенками скважины и внешней поверхностью сплошной части внешней колонны столба жидкости, равного высоте столба от ее герметизатора до фильтровой части, который гасит гидростатический напор пластовых вод, а также введение регулируемого зазора между внешней и бурильной колоннами, создающего эффект дросселирования выпуска водопесчаной смеси из пласта, обеспечивает снижение нагрузок на бурильную и внешнюю колонны, позволяет управлять глубиной бурения и объемом выносимого из пласта песка.The use of an external column with a filter part, coaxial with the drill string and which is protective against it, when opening up loose aquifers by a rising well, which is able to overcome frictional forces caused by rock pressure due to low rotational speeds and creating an annular space between the walls of the well and the outer surface of the solid part of the outer column of the liquid column, equal to the height of the column from its sealant to the filter part, which extinguishes the hydrostatic op formation waters, as well as administration of a controlled clearance between the exterior and the drill string, creating a throttling effect release vodopeschanoy mixture from the formation, reduces loads on the drill and an outer column enable control drilling depth and volume carried out of the formation sand.
Заявленное изобретение иллюстрируют следующие чертежи.The claimed invention is illustrated by the following drawings.
Фиг.1. Устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более горизонтов: буровой агрегат, маслостанция, пульт управления, буровой насос, буровой инструмент, внешняя колонна, бурильная колонна, герметизатор внешней колонны, кондуктор, нижняя рама, ось, поворотная рама, устройство, фиксирующее зенитный угол поворота, направляющие, гидроцилиндр подачи, подвижная рама, вращатель бурильной колонны, сальник-вертлюг, вращатель внешней колонны, проходной шпиндель, устройство захвата внешней колонны, устройство захвата бурильной колонны, опорная пята, переходник, зажимное устройство, подводной патрубок, запорная арматура, манометр, нагнетательная линия, сбросной клапан. Общий вид.Figure 1. Device for constructing a rising well and opening one or more horizons: a drilling unit, oil station, control panel, drill pump, drilling tool, an external string, a drill string, an external string sealant, a conductor, a lower frame, an axis, a rotary frame, an anti-aircraft fixing device rotation angle, guides, feed hydraulic cylinder, movable frame, drill string rotator, swivel oil seal, outer string rotator, feedthrough spindle, outer string capture device, drill pipe capture device onny, heel support, the adapter, the clamping device, the underwater pipe, valves, pressure gauge and discharge line, the bleed valve. General form.
Фиг.2. Показаны буровой инструмент, внешняя колонна, бурильная колонна, опорная пята, переходник, обратный клапан, диск, отрывные элементы.Figure 2. Drilling tools, an outer string, a drill string, a support heel, an adapter, a check valve, a disk, and tear-off elements are shown.
Устройство для сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более напорных рыхлых водоносных горизонтов включает буровой агрегат 1 (фиг.1), маслостанцию 2, пульт управления 3, буровой насос 4, буровой инструмент 5, внешнюю 6 колонну с верхней фильтровой частью, бурильную 7 колонну и герметизатор 8 внешней 6 колонны, кондуктор 9 и герметизатор (не показан) бурильной 7 колонны. Буровой агрегат 1 включает нижнюю раму 10, снабженную шарниром (не показан) с осью 11, вокруг которой поворачивается от 0 до 90 градусов вверх поворотная рама 12 бурового агрегата 1. На нижней раме 10 также расположены устройство 13, фиксирующее зенитный угол поворота поворотной рамы 12, направляющие 14, по которым гидроцилиндром подачи 15 перемещается подвижная рама 16. На подвижной раме 16 закреплены вращатель 17 бурильной 7 колонны, снабженный сальником-вертлюгом 18 для подачи промывочной жидкости к буровому инструменту 5, и вращатель 19 внешней 6 колонны. Вращатели 17 и 19 снабжены независимыми приводами (не показаны). Вращатель 19 внешней 6 колонны снабжен проходным шпинделем 20, на котором установлено устройство захвата 21 этой колонны с возможностью передачи больших крутящих моментов на малых частотах вращения, обеспечивающих преодоление сил трения о горную породу при ее поступательном движении. Для механизации операции свинчивания и развинчивания буровой агрегат 1 также снабжен устройством захвата 22 в виде гидроключа для обеспечения возможности свинчивания-развинчивания внешней 6 колонны. Подача вращателей вперед-назад осуществляется гидроцилиндром подачи 15, неподвижный конец которого закреплен на поворотной раме 12 бурового агрегата 1, а шток (не показан) - на подвижной раме 16. Вращатель 17 бурильной колонны 7 снабжен устройством (не показаны) с возможностью его отвода перпендикулярно оси скважины (не показан) по направляющим 23, установленным на подвижной раме 16, головная секция внешней 6 колонны снабжена закрепленной в ней вверху конусной опорной пятой 24 с возможностью формирования запорного устройства (не показан) с переходником 25 бурового инструмента 5 бурильной 7 колонны, для удержания бурильной 7 колонны на весу, а также управления выносом бурового шлама и песка. Для герметизации кольцевого пространства (не показано) между внешней поверхностью внешней 6 колонны, стенками скважины и кондуктором 9 на нем установлен герметизатор 8 и зажимное устройство 26, обеспечивающее при необходимости удержание внешней 6 колонны в подвешенном состоянии. Для подвода жидкости в кольцевое пространство кондуктор 9 снабжен подводным патрубком 27 с запорной арматурой 28. Для измерения давления жидкости в кольцевом пространстве в нагнетательной линии (не показана) установлен манометр 29. Учитывая небольшой прирост кольцевого пространства, связанный с углублением скважины и возможными технологическими утечками жидкости через герметизатор 8 необходимо восполнять ее потери. Для этого используют буровой насос 4. Поддержание в кольцевом пространстве (не показано) между стенками скважины и внешней 6 колонной расчетного гидростатического уровня позволяет управлять процессом погашения гидростатического давления пластовых вод.A device for constructing a rising well and opening one or more pressurized loose aquifers includes a drilling unit 1 (Fig. 1), an
После проходки скважины на расчетную глубину торец внешней 6 колонны перекрывается буровым инструментом 5, и бурильная 7 колонна отсоединяется от бурового инструмента 5. Для выполнения этих операций устройство снабжено (фиг.1) конусной опорной пятой 24, которая установлена на головной секции внешней 6 колонны. При движении вниз бурильной 7 колонны в конусную опорную пяту 24 входит ответная конусная поверхность переходника 25, имеющего обратный клапан 30 (фиг. 2) для исключения поступления пластового песка через внутреннюю полость бурильной 7 колонны. На обратной стороне переходника 25 установлен диск 31, который посредством отрывных элементов 32 связан с бурильной 7 колонной. При ее подаче с расчетным усилием вниз отрывные элементы 32 разрушаются. Бурильная 7 колонна надежно перекрывает торец внешней 6 колонны.After the well is drilled to the calculated depth, the end face of the outer 6 casing is closed by the
Для снятия гидростатического давления внутри бурильной 7 колонны при ее извлечении в нагнетательной линии 33 бурового насоса 4 установлен сбросной клапан 34. Для отвода жидкости из кольцевого пространства между внешней 6 колонной и бурильной 7 колонной при извлечении последней на герметизаторе 8 внешней 6 колонны устанавливается аналогичный по конструкции герметизатор бурильной 7 колонны (не показан). После извлечения бурильной 7 колонны устанавливается эксплутационная задвижка с отводным патрубком (не показаны).To remove the hydrostatic pressure inside the
Способ сооружения восстающей скважины и вскрытия одного или более рыхлых водоносных горизонтов осуществляют следующим образом. Восстающую скважину в устойчивых породах сооружают путем вращения бурильной 7 колонны вращателем 17 с оставлением перед подошвой рыхлого водоносного горизонта защитной перемычки (не показана) из крепких пород мощностью 3-5 м. При этом вращатель 19 используют как направляющее для бурильной 7 колонны. Вскрытие защитной перемычки и бурение напорного рыхлого водоносного горизонта осуществляют под защитой внешней 6 колонны, верхнюю часть которой выполняют фильтровой. Внешняя 6 колонна имеет общую ось вращения с бурильной 7 колонной и одну общую подачу. При бурении внешнюю 6 колонну вращателем 19 вращают с малой частотой, а бурильную 7 колонну вращают с большой частотой. Обе колонны на верхнем торце формируют между собой регулируемый зазор (не показан) с эффектом дросселирования для выпуска бурового шлама и пластового песка. Для достижения такого результата смещают по вертикальной оси одну или обе колонны относительно друг друга. Перед вскрытием напорного рыхлого водоносного горизонта в кольцевое пространство между внешней поверхностью сплошного участка внешней 6 колонны и стенками скважины буровым насосом 4 (не показан) через подводящий патрубок 27 нагнетают жидкость до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от герметизатора 8 внешней колонны 6 до начала ее фильтровой части, и поддерживают его в течение всего периода вскрытия и бурения этого пласта. Устранение прорыва пластового песка через внутреннюю полость (не показана) бурильной 7 колонны осуществляют с помощью обратного клапана 30, установленного под буровым инструментом 5.A method of constructing a rising well and opening one or more loose aquifers is as follows. An uprising well in stable rocks is constructed by rotating the
Сброс столба промывочной жидкости, находящейся в бурильной 7 колонне, при ее наращивании осуществляют через сбросной клапан 34, который устанавливают в нагнетательной линии 33 бурового насоса 4.The discharge of the column of flushing fluid located in the
Удержание бурильной 7 колонны при наращивании от падения вниз осуществляют путем установки переходника 25 бурильной 7 колонны на конусную поверхность опорной пяты 24 на торце внешней колонны, т.е. подвешивая ее на весу. При этом зазор (не показан), через который с забоя скважины поступает водопесчаная смесь, полностью перекрывают смешением по вертикали одной или двух колонн.The retention of the
После завершения бурения внешнюю 6 колонну фиксируют зажимным устройством 26 в кондукторе 9, отсоединяют ее у герметизатора 8, устанавливают герметизатор (не показан) бурильной 7 колонны, отсоединяют ее от бурового инстумента 5. После извлечения бурильной 7 колонны вместо ее герметизатора устанавливают задвижку с отводным патрубком (не показан).After drilling, the outer 6 column is fixed with a
Практическое применение заявляемых способа и устройства показаны на следующем примере.The practical application of the proposed method and device is shown in the following example.
Пример.Example.
Характеристика осушаемых грунтов.Characterization of drained soils.
В обводнении рудного тела участвуют два водоносных горизонта: сеноман-альбский и батский, сложенные песками разнозернистого состава. Расстояние от кровли до первого водоносного горизонта составляет 80 м. Породы представлены кварцитами, частично затронутыми выветриванием с категорией прочности по буримости, равной IX-X. Водоносный горизонт представлен песками. Между первым и вторым водоносными горизонтами залегает водоупор, представленный преимущественно глинами.Two aquifers are involved in the flooding of the ore body: the Cenomanian-Albian and the Batian, composed of sands of different grains. The distance from the roof to the first aquifer is 80 m. The rocks are represented by quartzites, partially affected by weathering with a drillability category of IX-X. The aquifer is represented by sand. Between the first and second aquifers lies a confinement, represented mainly by clays.
В подземной горной выработке сооружена камера размерами 6×6×3.5. В камеру доставлено и смонтировано оборудование, подведена электроэнергия и водовод. Нижняя рама бурового агрегата закреплена в камере с помощью анкера, предварительно установленного на монтажной площадке.A chamber with dimensions of 6 × 6 × 3.5 was built in the underground mining. Equipment was delivered and mounted into the chamber, electricity and water supply were supplied. The lower frame of the drilling unit is fixed in the chamber using an anchor pre-installed on the installation site.
Конструкция скважины.Well design.
Интервал 0-5 м:Interval 0-5 m:
Интервал 5-76 м:Interval 5-76 m:
Интервал 76-125 м:Interval 76-125 m:
Торец внешней колонны армирован твердым сплавом и опорной пятой с конусной поверхностью. Интервал фильтровых частей внешней колонны: 80-85; 115-123 м. Материал фильтра - труба из нержавеющей стали с щелевой перфорацией лазером с шириной щели 0,5-1,5 мм.The end of the outer column is reinforced with hard alloy and a supporting heel with a conical surface. The interval of the filter parts of the outer column: 80-85; 115-123 m. The filter material is a stainless steel pipe with slotted laser perforation with a slit width of 0.5-1.5 mm.
Бурильная колонна включает в качестве бурового инструмента шарошечное долото, переходник с обратным клапаном, отрывным диском и конусной поверхностью с углом, равным углу конусной поверхности опорной пяты, и отрывными элементами.The drill string includes a cone bit, an adapter with a check valve, a tear-off disk and a conical surface with an angle equal to the angle of the conical surface of the supporting heel, and tear-off elements as a drilling tool.
После подготовительных работ, связанных с монтажом устройства, подъема бурового агрегата на заданный зенитный угол, его фиксации, сборки нагнетательной линии буровых насосов, подключения электропитания, обвязки гидравлических агрегатов начинают забуривание скважины.After preparatory work related to the installation of the device, lifting the drilling unit to a predetermined zenith angle, fixing it, assembling the discharge line of the mud pumps, connecting the power supply, and strapping the hydraulic units, the wells begin to drill.
Забуривание под кондуктор осуществляют алмазной коронкой диаметром 200 мм с периодическим извлечением керна через каждые 0,5 м или шарошечным долотом диаметром 215 мм. После проходки 5 м устанавливают в скважину кондуктор и цементируют кольцевое пространство между стенками скважины и внешней поверхностью кондуктора.Drilling under the conductor is carried out with a diamond crown with a diameter of 200 mm with periodic core extraction every 0.5 m or with a cone bit 215 mm in diameter. After driving 5 m, a conductor is installed in the well and the annular space between the walls of the well and the outer surface of the conductor is cemented.
После ОЗЦ проверяют надежность крепления кондуктора, на бурильной колонне устанавливают шарошечное долото диаметром 146 мм типа ОК и продолжают бурение до 76 м, оставляя перемычку из крепких пород, равную 4 м.After OZZ check the reliability of the mounting of the conductor, on the drill string set cone bit with a diameter of 146 mm OK type and continue drilling up to 76 m, leaving a jumper of hard rock, equal to 4 m
Для бурения по водоносному горизонту собирают компоновку для бурильной и внешней колонн. Производят установку герметизатора, имеющего диаметр, равный диаметру внешней колонны на кондукторе и осуществляют подачу обеих колонн на глубину 76 м. После этого линию бурового насоса (подкачивающего) подсоединяют к подводящему патрубку кондуктора, создавая тем самым условия для заполнения кольцевого пространства между стенками скважины и внешней поверхностью внешней колонны и производят заполнение этого пространства жидкостью до давления, равного высоте столба промывочной жидкости от ее герметизатора до начала фильтровой части этой колонны. Далее бурение ведут двумя колоннами. До водоносного горизонта внешнюю колонну не вращают, а только подают вперед за буровым инструментом (шарошечным долотом) бурильной колонны.For drilling along an aquifer, an assembly for the drill string and the outer string is assembled. Install a sealant having a diameter equal to the diameter of the outer string on the conductor and feed both columns to a depth of 76 m. After that, the line of the mud pump (booster) is connected to the inlet of the conductor, thereby creating conditions for filling the annular space between the walls of the borehole and the outer the surface of the outer column and fill this space with liquid to a pressure equal to the height of the column of washing liquid from its sealant to the beginning of the filter part oh columns. Further drilling is carried out in two columns. To the aquifer, the outer string is not rotated, but only fed forward behind the drill tool (roller cone) of the drill string.
При бурении по водоносному горизонту внешняя колонна периодически вращается.When drilling along an aquifer, the outer string rotates periodically.
Управление выносом песка осуществляют путем подачи или бурильной, или внешней колонн вперед или назад. Оба приема одинаково эффективны и позволяют регулировать вынос песка в объеме скважины.Sand removal control is carried out by feeding either a drill or an outer column forward or backward. Both methods are equally effective and allow you to control the removal of sand in the volume of the well.
Таким образом, пробурена скважина длиной 125 м на два водоносных горизонта. После завершения бурения торец внешней колонны перекрывают, отрывной фланец отсоединяют подачей бурильной колонны вниз с усилием 7 т, после чего бурильную колонну извлекают. На внешнюю колонну устанавливают фланец и задвижку с отводным патрубком. Основной проблемой при бурении являются поступающие через фильтровую часть внешней колонны дренажные воды. Они осложняют работы при наращиваниях обеих колонн и извлечении бурильной колонны.Thus, a 125 m long well was drilled into two aquifers. After drilling, the end of the outer string is closed, the tear-off flange is disconnected by feeding the drill string down with a force of 7 tons, after which the drill string is removed. A flange and a gate valve with a branch pipe are installed on the external column. The main problem during drilling is the drainage water coming through the filter portion of the outer string. They complicate the work when building both columns and removing the drill string.
За один технологический процесс пройдено два водоносных горизонта. Процесс выноса песка из пласта при данном способе бурения является управляемым параметром, а впервые использованное противодавление жидкости в кольцевом пространстве между сплошной частью внешней колонны и стенкой скважины позволило снизить нагрузки на эту колонну и осуществлять контроль глубины бурения скважины.Two aquifers have been covered in one process. The process of sand removal from the reservoir with this method of drilling is a controlled parameter, and the first used backpressure of the fluid in the annular space between the solid part of the outer string and the borehole wall made it possible to reduce the load on this string and control the depth of the well drilling.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149996/03A RU2401377C2 (en) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149996/03A RU2401377C2 (en) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2401377C2 true RU2401377C2 (en) | 2010-10-10 |
Family
ID=44024951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008149996/03A RU2401377C2 (en) | 2008-12-17 | 2008-12-17 | Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2401377C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459921C2 (en) * | 2010-11-26 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК" | Device for opening artesian aquifers by rising, directional or downhole well |
CN117988715A (en) * | 2024-04-07 | 2024-05-07 | 山东省地矿工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队) | Drilling exploration equipment and method for acquiring mine goaf data |
-
2008
- 2008-12-17 RU RU2008149996/03A patent/RU2401377C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459921C2 (en) * | 2010-11-26 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК" | Device for opening artesian aquifers by rising, directional or downhole well |
CN117988715A (en) * | 2024-04-07 | 2024-05-07 | 山东省地矿工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队) | Drilling exploration equipment and method for acquiring mine goaf data |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2614569C (en) | Method of increasing reservoir permeability | |
CN111764863B (en) | Method for blocking water gushing of high-pressure drilling hole in underground fault fracture zone | |
NO317126B1 (en) | Procedure for injecting drilling waste into a well during drilling | |
Vollmar et al. | Geothermal Drilling Best Practices: The Geothermal translation of conventional drilling recommendations-main potential challenges | |
CN103015408A (en) | Cast-in-place pile synchronous casing hole-forming constructing method | |
RU2401377C2 (en) | Method of constructing uphole to drill in one or more pressure loose water-bearing horizons and device to this end | |
RU2344263C1 (en) | Method of incompetent rocks driving in well drilling | |
CN105756591A (en) | Coal bed methane well completion method | |
RU2285779C1 (en) | Method to construct horizontal or inclined well is fissured rock to be excavated by drilling-and-blasting operations and drilling rig for above method realization | |
RU2382166C1 (en) | Method of drilling-in | |
RU2382866C2 (en) | Method and device for erection of horizontal drain hole in watered sands | |
CN102758443B (en) | Novel enclosing structure applicable to connection change between new pipes and old pipes and construction method thereof | |
RU2398099C1 (en) | Method for well completion | |
RU2386776C1 (en) | Method of opening of waterbearing stratum in unstable rocks by upward borehole and device for its implementation | |
RU2435925C1 (en) | Procedure for construction of horizontal drain hole in unstable moveable rock and drilling assembly for its implementation | |
RU2563900C1 (en) | Multihole well construction method | |
RU2086752C1 (en) | Method for back-cementation of casing string in well | |
RU2564314C1 (en) | Method of recovery of passability of open horizontal wellbore | |
CN112901247A (en) | Coal mine underground multistage sleeve long-distance fire prevention and extinguishing drilling construction method | |
RU133557U1 (en) | DRILLING RIG FOR WATER WELL CONSTRUCTION IN RELIEF WATERFLOW HORIZONS WITH HEADS | |
RU2431032C1 (en) | Method to preserve head of emergency blowing deep-water oil and gas well and device for its realisation | |
RU133543U1 (en) | DRILLING RIG FOR PIPELINES INSTALLATION IN WATERFILLED SOILS | |
CN110630187A (en) | Method for preventing fracture of underground hydrographic drilling orifice pipe | |
CN104481494A (en) | Method for repairing rock brine wells | |
CN105064941B (en) | Quick continuous window sidetracking device |