Буровая установка для оборудования горизонтальной или наклонной скважины фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны

Буровая установка для оборудования горизонтальной или наклонной скважины фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны относится к горной промышленности, в частности к устройствам для сооружения горизонтальной или наклонной скважин в обводненных песчаных водоносных горизонтах и может быть использована для отбора подземных вод при осушении промплощадок, месторождений полезных ископаемых, устройстве водозаборов. Достижение таких результатов как реализация назначения устройства с положительным результатом, нейтрализация энергии фильтрационного потока со стороны забоя противодавлением на пласт, защита фильтровой колонны от разрушения и обеспечение условий по оборудованию скважин практически любым типом фильтра стали возможны благодаря тому, что буровая колонна, включающая вращатели внешней защитной и бурильной колонн, внешнюю защитную колонну с коронкой, бурильную колонну с долотом, фильтровую колонну, буровой насос, маслостанцию и пульт управления, дополнительно снабжена подводящим трубопроводом, сальником-вертлюгом, пакером и подшипниковым узлом, при этом пакер установлен у устья внешней защитной колонны, опирается в торец фильтровой колонны через подшипниковый узел, и включает корпус с не менее чем одним герметизатором, имеющим обратный клапан, установленный с возможностью предотвращения снижения давления в скважине пластового давления жидкости в водоносном горизонте на период снятия секции внешней защитной колонны при прекращении нагнетания жидкости в скважину, а сальник-вертлюг установлен на противоположном конце подводящего трубопровода с возможностью подвода воды к пакеру при его вращении вместе с внешней защитной колонной.

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к устройствам для сооружения горизонтальных или наклонных скважин в обводненных песчаных водоносных горизонтах и может быть использована для отбора подземных вод при осушении промплощадок, месторождений полезных ископаемых, устройстве водозаборов.

Из предшествующего технического уровня известна буровая установка для сооружения горизонтальных дренажных скважин под защитой обсадной колонны в обводненных неустойчивых грунтах. Установка включает вращатель защитной колонны, вращатель внутренней защитной колонны, маслостанцию для привода двигателей вращателей, пульт упрвления рабочими органами, буровой насос для промывки скважины, защитную и бурильную колонны и породоразрушающие инструменты для каждой из колонн. Сооружение скважины с применением этой установки осуществляется при одновременном вращении обоих колонн с заданными частотами каждой из колонн при общей подаче внешней и бурильной колонн. Управление объемом выносимой с забоя породы решается применением специальных породоразрушающих инструментов, установленных на этих колоннах. Установка фильтров в защитной колонне осуществляется при ее закрытом торце, отрывным долотом бурильной колонны. [Л.Д.Чучелин, B.C.Кузькин, Ф.С.Малацковский и др. Временные методические рекомендации по технологии сооружения лучевых дренажных скважин буровой установкой УЛБ-130. Белгород, ВИОГЕМ, 1981 г. с.19].

Недостатками известного устройства является то, что породоразрушающие инструменты, используемые в установке, не обеспечивают регулированный вынос песка из пласта, создаваемый фильтрационным потоком, действующим со стороны забоя скважины; устройство не имеет механизма сдерживания движения фильтрационного потока по кольцевому пространству, образованному внешней поверхностью фильтровой колонны и внутренней поверхностью защитной колонны при ее извлечении из скважины, что ведет к заклиниванию фильтров в защитной колонне, к их поломке и перебуриванию скважин.

Из предшествующего технического уровня известна буровая установка для сооружения горизонтальной дренажной скважины в обводненных песчаных горизонтах [П РФ на изобретение 223337].

Основным недостатком устройства является высокая стоимость фильтровой (защитной) колонны и отсутствие устройства, позволяющего качественно оборудовать скважины любым типом фильтра при бурении скважины защитной колонной.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является буровая установка, реализующая способ посадки фильтровой колонны по патенту РФ 1737106. Устройство имеет внутреннюю колонну (шнековую) и внешнюю (защитную) колонны, оснащенные породоразрушающими инструментами - долотом и буровой коронкой соответственно. Внешнюю и внутреннюю колонны приводят во вращение два вращателя с независимыми гидроприводами, которые имеет общий податчик. Подача колонн в процессе бурения осуществляется с одинаковой скоростью. Управление всеми гидроприводами осуществляется с пульта управления. По окончании бурения разбуривают породную пробку долотом внутренней колонны и перекрывают им торец внешней колонны. После перекрытия торца внешней колонны буровое долото внутренней колонны отсоединяют, в результате происходит перекрытие торца. После промывки внутренней полости внешней колонны извлекают внутреннюю колонну и устанавливают фильтровую колонну. Внешняя колонна извлекается с фильтровой колонной путем одновременной подачи назад на определенное расстояние с последующим удержанием фильтровой колонны с помощью упора в неподвижном состоянии.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность процесса оборудования скважин фильтрами и высокий уровень непроизводственных затрат, связанных с тем, что при извлечении защитной колонны под воздействием фильтрационного потока водопесчанная смесь заполняет кольцевое пространство между фильтровой колонной и внутренней поверхностью внешней защитной колонны, при этом водопесчаная смесь, отдавая воду через поры фильтра, образует в кольцевом пространстве песчаную пробку, которая, действуя как якорь, препятствует свободному перемещению защитной колонны относительно фильтра. Песчаная пробка, обладая большим коэффициентом трения и абразивностью, разрушает фильтрующий элемент, что вызывает необходимость перебуривания скважины, ведет к непроизводительным затратам и снижает производительность труда.

Задачей полезной модели является расширения арсенала известных средств путем создания буровой установки для оборудования горизонтальной или наклонной дренажной скважины фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны, позволяющей нейтрализовать энергию фильтрационного потока со стороны забоя противодавлением на пласт.

Техническими результатами, которые могут быть получены при реализации заявляемого устройства являются:

- реализация назначения устройства с положительным результатом;

- нейтрализация энергии фильтрационного потока со стороны забоя противодавлением на пластовую жидкость водяного горизонта;

- защита фильтровой колонны от разрушения;

- обеспечение условий по оборудованию скважин практически любым типом фильтра.

Решение задачи и достижение ожидаемых технических результатов стало возможным благодаря тому, что буровая установка для оборудования горизонтальной или наклонной скважины фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны, включающая вращатели внешней защитной и бурильной колонн, внешнюю защитную колонну с коронкой, бурильную колонну с долотом, фильтровую колонну, буровой насос, маслостанцию и пульт управления, дополнительно снабжена подводящим трубопроводом, сальником-вертлюгом, пакером и подшипниковым узлом, при этом пакер установлен у устья внешней защитной колонны, опирается в торец фильтровой колонны через подшипниковый узел, и включает корпус с не менее чем одним герметизатором, имеющим обратный клапан, установленный с возможностью предотвращения снижения давления в скважине пластового давления жидкости в водоносном горизонте на период снятия секции внешней защитной колонны при прекращении нагнетания жидкости в скважину, а сальник-вертлюг установлен на противоположном конце подводящего трубопровода с возможностью подвода воды к пакеру при его вращении вместе с внешней защитной колонной.

Заявляемую буровую установку иллюстрируют следующие фигуры. Фиг.1. Показана буровая установка: вращатель внешней защитной колонны, внешняя защитная колонна, коронка, вращатель внутренней бурильной колонны, долото, фильтровая колонна, маслостанция, пульт управления. Общий вид.

Фиг.2. Показан пакер, включающий корпус, два герметизатора, опорные фланцы, резиновые манжеты, нажимные фланцы, стяжной болт; направляющая юбка, подшипниковый узел, отверстия для выхода промывочной жидкости в кольцевое пространство, корпус обратного клапана, подводящий трубопровод и его оголовок с направляющей юбкой, уплотнительное кольцо.

Заявляемая буровая установка включает (фиг.1) вращатель 1 внешней защитной колонны 2 с коронкой 3, вращатель 4 внутренней бурильной колонны (на фиг. не показана) с долотом 5, буровой насос (на фиг. не показан), маслостанцию 6, пульт управления 7, находящийся во внешней защитной колонне 2, фильтровую колонну 8 и упор 9, установленный между крепью ствола 10 и фильтровой колонной 8.

Для нейтрализации энергии фильтрационного потока со стороны забоя, заявляемая установка дополнительно снабжена пакером (фиг.2), установленным на устье внешней защитной колонны 2. Пакер включает корпус 11, на внешней поверхности которого размещен не менее чем один герметизатор 12, состоящий из опорного фланца 13, резиновой манжеты 14, нажимного фланца 15 и стяжных болтов 16, с помощью которых регулируется величина продольной деформации резиновой манжеты 14 и степень ее прижатия к внутренней поверхности внешней защитной колонны 2 (фиг.1). На переднем конце корпуса 11 размещена направляющая юбка 17 с подшипниковым узлом 18, отверстиями 19 для выхода промывочной жидкости в кольцевое пространство 20, образованное между внутренней поверхностью внешней защитной колонны 2 колонной и наружной поверхностью фильтровой колонны 8. К противоположному концу корпуса 11 присоединен корпус 21 обратного клапана 22.

Для обеспечения герметичности соединения корпуса 21 с оголовком 23 подводящего трубопровода 24 его присоединительная поверхность 25 выполнена в виде сферы и дополнительно установлено уплотнительное кольцо 26. Оголовок 23 подводящего трубопровода 24 имеет направляющую юбку 27, а поверхность корпуса 25, обеспечивающая примыкание к присоединительной поверхности 25, также выполнена сферической.

Соединение оголовка 23 с подводящим трубопроводом 24 осуществляется с помощью резьбового соединения с крупным шагом (на фиг. не показано), обеспечивающего при необходимости перемещение подводящего трубопровода 24 вдоль оси на 100-150 мм.

На другом конце подводящего трубопровода 24 размещен сальник-вертлюг 28, который осуществляет подвод воды к пакеру при его вращении вместе с внешней защитной колонной 2 и подводящего трубопровода 24 до сальника-вертлюга 28. Минимальная длина подводящего трубопровода 24 выбирается из расчета длины секции внешней защитной колонны 2 плюс резерв на выполнение технологических операций (150-200 мм). Максимальная длина обусловлена размерами шахтного ствола или котлована, в котором ведутся работы по сооружению дренажных скважин.

Заявляемая полезная модель работает следующим образом.

Сооружают дренажную скважину буровой установкой с применением внешней защитной колонны 2, перекрывают торец коронки 3 отрывным долотом 5 (фиг.1), извлекают внутреннюю бурильную колонну и устанавливают во внутрь ее фильтровую колонну 8 с оставлением на устье внешней защитной колонны 2 свободного места. Размещают в этом месте пакер (фиг.1) в сборе, включающий корпус с одним или двумя собранными герметизаторами 12, состоящими из опорных фланцев 13, резиновых манжет 14, нажимных фланцев 15 и стяжных болтов 16, а также направляющую юбку 17 с подшипниковым узлом 18, корпус 21 обратного клапана 22 с оголовком 23 подводящего трубопровода 24, выполняющего функцию упора. При этом направляющей юбкой 17 накрывают фильтровую колонну 8, а подшипниковый узел 18 упирают в ее торец. Надежность перекрытия внутренней полости внешней защитной колонны 2 осуществляют путем поджатая стягивающими болтами 16 резиновых манжет 14 (фиг.2). После этого на корпус 21 обратного клапана 22 устанавливают оголовок 23 подводящего трубопровода 24 с сальником-вертлюгом 28 с запорно-регулирующей аппаратурой бурового насоса (на фиг.не показаны), с помощью которого нагнетают жидкость в кольцевое пространство 20, обеспечивая режим противодавления на пластовую жидкость водоносного горизонта. Устранение люфта между корпусом 11 пакера подводящего трубопровода 24 и крепью 10 шахтного ствола осуществляют с помощью резьбового соединения подводящего трубопровода 24. После установки заявляемого устройства буровым насосом с помощью запорно-регулирующей аппаратуры (на фиг. не показана) создают в скважине (на фиг. не показана) расчетное избыточное и посекционно извлекают внешнюю защитную колонну 2. Благодаря введению подшипникового узла 18 исключают вращение фильтрационной колонны 8. После отсоединения каждой секции снимают подводящий трубопровод 24 с сальником-вертлюгом 28 и вновь ставится на распор при извлечении каждой секции внешней защитной колонны 2. При прекращении нагнетания жидкости во время снятия внешней защитной колонны 2 и подводящего трубопровода 24, обратный клапан 22 предотвращает отток жидкости из скважины и не позволяет давлению в скважине снизиться ниже пластового давления жидкости в водоносном горизонте.

После отсоединения каждой секции снимают подводящий трубопровод 24 с сальником-вертлюгом 28 и вновь ставят на распор при извлечении каждой секции внешней защитной колонны 2.

Практическая применимость заявленной полезной модели показана на следующем примере конкретного применения. Пример.

Горизонтальную скважину соорудили в грунтах, представленных песками мелкого и среднезернистого состава при осушении сеноманальбских песков с напорами пластовых вод до 6-7 м водного столба.

Бурение произведено буровой установкой, включающей два независимых вращателя, гидравлическую общую подачу, маслостанцию, пульт управления, внешнюю защитную колонну диаметром 68 мм, оснащенную коронкой, армированной твердым сплавом, бурильную колонну, оснащенную отрывным долотом, и фильтровую колонну. После бурения скважины известным способом, перекрыли торец скважины, извлекали бурильную колонну и установили внутрь внешней защитной колонны фильтровую колонну. В качестве фильтров использованы полиэтиленовые фильтры ФЛД-105. На устье внешней защитной колонны был установлен пакер с двумя герметизаторами. Секции внешней защитной колонны извлекли с противодавлением на пластовую жидкость 10 м вод. столба. Извлечение внешней колонны произошло технологично без разрушения фильтров.

Как видно из приведенного примера, создана новая буровая установка для оборудования горизонтальных или наклонных скважин фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны, позволяющая нейтрализовать энергию фильтрационного потока со стороны забоя путем обеспечения режима противодавления на пластовую жидкость водоносного горизонта, что, в свою очередь, позволяет защитить фильтровую колонну от разрушения, т.е. повыстиь надежность способа оборудования горизонтальной или наклонной дренажной скважины фильтровой колонной и оборудовать скважины практически любым типом фильтра.

Буровая установка для оборудования горизонтальной или наклонной скважины фильтровой колонной, устанавливаемой под защитой внешней колонны, включающая вращатели внешней защитной и бурильной колонн, внешнюю защитную колонну с коронкой, бурильную колонну с долотом, фильтровую колонну, буровой насос, маслостанцию и пульт управления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена подводящим трубопроводом, сальником-вертлюгом, пакером и подшипниковым узлом, при этом пакер установлен у устья внешней защитной колонны, опирается в торец фильтровой колонны через подшипниковый узел и включает корпус с не менее чем одним герметизатором, имеющим обратный клапан, установленный с возможностью предотвращения снижения давления в скважине ниже пластового давления жидкости в водоносном горизонте на период снятия секции внешней защитной колонны при прекращении нагнетания жидкости в скважину, а сальник-вертлюг установлен на противоположном конце подводящего трубопровода с возможностью подвода воды к пакеру при его вращении вместе с внешней защитной колонной.