CC BY
24
УДК 622. 243
ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ С ПЕНОЙ НА ТВЕРДЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
1 2 В.В. Большаков , П.С.Пушмин
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлена конструкция герметизатора устья скважины, предназначенного для бурения геологоразведочных скважин с применением пен.
Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: бурение скважин; герметизатор устья; пена.
EQUIPMENT OF THE WELL MOUTH WHEN FOAM DRILLING FOR SOLID MINERALS
V.V.Bolshakov, P.S.Pushmin
1National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. A design of the well mouth sealer intended for foam drilling of expendable wells is presented.
1 figure. 3 sources.
Key words: well drilling; sealer of the well mouth; foam.
Пена является разновидностью газожидкостной смеси, в которой отношение объема смеси к объему жидкости, то есть кратность пены, составляет более 3,8. Этот вид очистного агента применяется при бурении соленосных отложений, мно-голетнемерзлых пород, интервалов поглощений промывочной жидкости, а также при вскрытии водоносных или нефтегазоносных пластов, характеризующихся аномально низкими пластовыми давлениями.
В целом, пенная промывка позволяет успешно бурить скважины там, где использование других очистных агентов либо исключено, либо экономически невыгодно [1, 3].
Для бурения скважин с применением пен устье скважины оборудуется превен-тором. На нефтяных и газовых скважинах такое оборудование не является дополнительным, так как устанавливается на всех скважинах в качестве противовыбросового оборудования. При бурении скважин на твердые полезные ископаемые такие пре-венторы не используются ввиду больших
габаритных размеров и массы. Их минимальный размер по высоте составляет 880 мм, а вес - 1270 кг [2].
Малогабаритные превенторы серийно не выпускаются, и отдельные организации применяют устройства собственных конструкций и изготовления. Конструктивно они выполнены для использования с ведущей трубой круглого сечения. Их необходимо устанавливать строго соосно с ведущей трубой во избежание повреждений уплотнительных элементов, вращающихся в них с поперечными колебаниями ведущей трубы [1]. Это явление можно устранить, закрепив превентор не непосредственно на обсадной трубе, а посредством промежуточной резиновой трубы. Однако при этом увеличиваются габариты устройства по высоте.
Нужно отметить, что название «герметизатор», или «превентор», применительно к геологоразведочному бурению на твердые полезные ископаемые до некоторой степени условно, так
1Большаков Владислав Витальевич - кандидат технических наук, доцент, тел.: (3952) 405754, e-mail: [email protected]
Bolshakov Vladislav - Candidate of technical sciences, Associate Professor, tel.: (3952) 405754, e-mail: [email protected]
2Пушмин П.С. - кандидат технических наук, доцент, тел.: (3952) 405737, e-mail: [email protected] Pushmin P. - Candidate of technical sciences, Associate Professor, tel.: (3952)405737, e-mail: [email protected]
как герметизатор перекрывает обсадную колонну только сверху. Устье скважины при этом сообщается с атмосферой через отводной патрубок, поэтому герметизатор должен выдерживать давление превышающее сопротивление лишь истечения очистного агента через отводной патрубок, а при бурении с применением пен выдерживать примерно трехкратное значение среднего рабочего давления истечения из отводного патрубка.
На рисунке изображен герметизатор со съемной самоустанавливающейся головкой, не требующей ее установки и закрепления на устье скважины строго соос-но с ведущей трубой любой формы поперечного сечения. Герметизатор состоит из кольцевого основания 1 с торцевым уплотнителем 6 и съемной головки 2 с крышкой 3 и радиальным уплотнителем 4, поджатым через втулку 5 и крышку 3 болтами 8. Основание 1 надето на обсадную трубу 9 и закреплено болтами 7. Наружные поверхности уплотнителя 4 и втулки 5 цилиндрические, а их центральное отверстие соответствует конфигурации ведущей трубы 10 любого сечения (на рисунке показана ведущая труба квадратного сечения).
В процессе бурения головка 2 вместе с присоединенными к ней деталями приводится во вращение ведущей трубой, опираясь на торцевое уплотнение 6. Ведущая труба перемещается в осевом направлении по радиальному уплотнению 4. При подъеме бурильных труб головка 2 поднимается, опираясь на кольцевой выступ замкового соединения вместе с ведущей трубой, и находится постоянно на ней.
После спуска бурильных труб в скважину, подсоединения ведущей трубы и перемещения верхнего замкового устройства ниже основания 1, головка 2 сама устанавливается в рабочее положение на уплотнение 6. Перемещение головки в радиальном направлении снаружи в конструкции не ограничено, поэтому герметизатор может применяться при радиальных биениях и отклонениях соосности ведущей трубы с обсадной трубой. Головка вращается относительно торцевого уплотнения 6
Устьевой герметизатор с самоустанавливающейся головкой: 1 - основание; 2 -головка съемная; 3 - крышка; 4 - уплотнитель; 5 -втулка; 6 - уплотнитель торцевой; 7, 8 - болт; 9 -труба обсадная; 10 - труба ведущая; 11 - отводной патрубок
вместе с ведущей трубой, перемещающейся в осевом направлении при углублении скважины.
Съемная самоустанавливающаяся часть герметизатора по существу представляет собой массивную крышку. Ее масса должна соответствовать площади воздействия на нее выходящей из скважины газожидкостной смеси при сопротивлении выхода из отводного патрубка 11 обсадной трубы 9.
Изображенная на рисунке конструкция имеет размеры применительно к установке на обсадной трубе с наружным диаметром 168 мм. Ее высота над обрезом трубы составляет 190 мм, диаметральный размер - 195 мм. Масса головки - 12 кг. Посредством переходников возможна
установка герметизатора на обсадные трубы всех применяемых в геологоразведочном бурении размеров.
Преимущество в эксплуатации представленного герметизатора над другими конструкциями заключается в экономии времени за счет автоматического снятия и установки головки в рабочее положение и повышении надежности работы уплотнений без тщательной центровки ведущей трубы относительно обсадной трубы и поперечных колебаний ведущей трубы.
Применение такого герметизатора на одном из угольных месторождений обеспечивало перекрытие устья скважины при бурении с пеной и сопротивлении на выходе через отводной патрубок до 0,1
кгс/см2. Его рекомендуется применять на всех скважинах при бурении с пеной, а также с аэрированными растворами или с очисткой забоя сжатым воздухом.
Библиографический список
1. Большаков В.В. Бурение скважин с применением газожидкостных смесей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. 41 с.
2. Справочник инженера по бурению / под ред. В.И. Мишевича, Н.А. Сидорова. М.: Недра, 1973. Т. 1. 296 с.
3. Яковлев А.М., Коваленко В.И.Бурение скважин с пеной на твердые полезные ископаемые. Л.: Недра, 1987. 128 с.
Рецензент: доктор технических наук, профессор Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета П.Я.Зельцер
