Научные разработки
Научные разработки
Новые технические средства и технология поинтервального бурения глубоких инженерно-геологических скважин на шельфе
Освоение нефтяных и газовых месторождений шельфа требует проведения детальных инженерно-геологических изысканий, необходимых для сооружения морских буровых платформ и прокладки подводных трубопроводов. Важнейшей составной частью изысканий являются буровые работы, результаты которых дают возможность правильно интерпретировать информацию, полученную при геофизических исследованиях дна, и, в конечном итоге, определить геологическое строение осваиваемого участка шельфа. Буровые работы включают бурение мелких скважин глубиной 4-6 м (пробоотбор) и бурение инженерно-геологических скважин, глубина которых определяется условиями залегания пород минерального дна, скрытого под отложениями неустойчивых пород (илы, пески и т.д.), и обычно не превышает 25-30 м.
Комплекс оборудования для бурения скважин по технологии "Wire Line"
Увеличение объемов изысканий на глубоководных зонах шельфа морей и Мирового океана обусловило потребность в разработке новых технологий и технических средств бурения глубоких инженерно-геологических скважин.
В Донецком национальном техническом университете проведены работы по созданию бурового снаряда со съемными грунтоносами для бурения скважин на глубину до 150 м при глубине акватории до 150 м. Буровой снаряд предназначен для использования на переоборудованных научно-исследовательских судах проекта 05031 (типа “Диабаз”) при бурении скважин на шельфе о.Сахалин.
Погружные установки
Погружные установки для однорейсового бурения подводных скважин при гдубине моря до 100 м являются уникальными устройствами благодаря следующим преимуществам:
- Для привода используется морская вода;
- Установка автономна по отношению к судну, которое может закрепляться на одном якоре;
- Установки могут монтироваться на мало- и среднетоннажных судах;
- Дистанционное наращивание эффективной мощности осуществляется изменением подачи жидкости в гидродвигатель;
- Высокая производительность, надежность, простота обслуживания и низкая стоимость установки.
Установки широко и эффективно применяются при изысканиях на шельфе Черного моря (Крымская и Причерноморская поисковосъемочные экспедиции) и шельфе морей Крайнего Севера (Арктическая морская инженерно-геологическая экспедиция) и Дальнего Востока (Дальне-Восточная морская инженерно-геологическая экспедиция) и др.
Погружная ударно-вибрационная установка ПУВБ-150
Предназначена для однорейсового бурения скважин в мягких породах песчано-глинистого комплекса. Применяется на судах, имеющих грузоподъемные системы для подъема над бортом на высоту не менее 6 м. Состоит из опоры, включающей раму, направляющие стойки и подвижную каретку, и бурового снаряда, в который входит гидроударник и керноприемник.
Погружная гидровращательная установка ПГВУ-132/6
Предназначена для вращательного однорейсового бурения в породах средней твердости. Состоит из поршневого гидродвигателя и винтового редуктора для преобразования поступательного перемещения штока во вращательное движение шпинделя и связанного с ним колонкового набора
Газокернонаборный снаряд ГКС-112
Предназначен для отбора проб в мягких и рыхлых породах песчано-глинистого комплекса и улавливания находящегося в породах газа с целью определения его качественного состава. Применяется при гидроударном и вращательном бурении с одинарной и двойной колонковой трубой.
Технические устройства для бурения геологоразведочных скважин на суше
Высоконапорный погружной насос
Предназначен для откачки чистой, а также с примесью твердой Фазы жидкости из скважин глубиной до 1000 м а также из стволов шахт диаметром до 5м, пройденных бурением.
Насос содержит поршневой гидродвигатель с клапанным распределением рабочей жидкости и поршневой насос, собранные в одном корпусе.
Для откачки жидкости скважина оборудуется колонной подъемных труб, в которую на силовых трубах опускается погружной насос. Погружной насос может также опускаться в скважину на силовых трубах и герметизироваться на необходимой глубине пакером. В этом случае подъемные трубы не опускаются, а их роль выполняют стенки скважины.
В качестве привода гидродвигателя погружного насоса используется наземный насос.
Напор погружного насоса зависит от давления наземного насоса в соотношении 1/0,7.
Ударные механизмы РШ-73 и УМ-89
Предназначены для ликвидации прихватов бурового снаряда в скважинах.
Ударный механизм на бурильных трубах опускается в скважину и соединяется с прихваченною частью бурового снаряда ловильным инструментом.
Под действием усилия растяжения, создаваемого талевой системой или гидравликой станка колонна бурильных труб растягивается на некоторую величину и накапливает статическую силу в виде энергии деформации.
Включается буровой насос. Под давлением промывочной жидкости поршень ударного механизма опускается вниз и освобождает фиксатор бойка, который вместе с растянутой колонной бурильных труб получает возможность свободно перемещаться и за счет накопленной энергии деформации с высокой скоростью устремляется вверх. В крайнем положении боек наносит мощный удар по прихваченной части бурового снаряда.
Конструкция механизма позволяет наносить серию повторных ударов.
По сравнению с известными механизмами для ликвидации прихватов в скважинах, разработанное устройство имеет следующие преимущества:
- возможность регулирования ударной нагрузки в процессе ликвидации аварии;
- возможность включения в состав бурового снаряда. что повышает оперативность и результативность ликвидации аварии.
Техническая характеристика
Наружный диаметр, мм
73,89,108
Масса, кг
30,45,52
Длина, м
1.1 - 1.7
Количество ударов в минуту
2 - 4
Сила удара, кН
100 - 600
Эрлифтный насос
Предназначен для создания внутрискважинной обратной промывки при перебуривании в глубоких скважинах зон поглощений.
Эрлифтный насос длиной 150 м состоит из воздухоподающих труб КССК-76 диаметром 70 мм, связанных с колонковым набором, и водоподъемных труб диаметром 42мм, заканчивающихся смесителем, который опускается ниже уровня жидкости в скважине. Для увеличения проходного сечения водоподъемных труб их высаженные концы проточены. Сущность созданиям внутрискважинной обратной циркуляции при помощи эрлифтного насоса заключается в следующем:
Насос устанавливается таким образом, чтобы излив водоподъемных труб находился выше уровня жидкости в скважине. Компрессором сжатый воздух подается по шлангу через сальник-вертлюг, ведущую трубу и бурильную колонну в воздухоподающие трубы эрлифтного насоса, располагаемые в зоне динамического уровня жидкости. В смесителе воздух смешивается с жидкостью, находящейся в трубах. При насыщении воздухом ее удельный вес снижается, и возникает перепад давления в сообщающихся каналах "труба-скважина". Вследствие этого смесь воздуха и жидкости поднимается по водоподъемной колонне вверх и изливается в пространство между бурильными трубами и стенками скважины выше уровня жидкости в скважине. При этом жидкость из скважины под действием гидростатического давления начинает перетекать внутрь колонковой трубы, омывая забой и породоразрушающий инструмент. При изливе водовоздушной смеси из водоподъемных труб воздух отделяется от воды и поднимается к устью скважины, а жидкость изливается в скважину.
По сравнению с известными конструкциями разработанный насос имеет следующие преимущества:
Спускоподъемные операции проводятся по обычной технологии стандартным буровым инструментом т.к. при свинчивании свечей внутренние (водоподъемные) трубы уплотняются резиновыми манжетами а наружные (воздухоподающие) замковой резьбой.
Эрлифтный насос опускается в скважину на обычным бурильных трубах диаметром 50 мм.
За счет использования обратной промывки значительно возрастает механическая скорость бурения.
Техническая характеристика эрлифтного насоса
Наружный диаметр, м
0.04
Диаметр подъемных труб, м
0.042
Общая длина, м
150
Тип соединения
резьбовое замками КССК-76
Максимальная глубина применения, м
1000
Рабочее давление воздуха при максимальной глубине скважины, МПа
1.0 – 1.5
Расход воздуха при максимальной глубине скважины, м3/мин
1.25
Подача при расходе воздуха 1.25 м3/мин, л/мин
40
Технология призабойной пульсирующей промывки скважин с помощью погружных пневматических насосов.
Обеспечивает возможность промывки скважин имеющейся в ней жидкостью даже в том случае, когда наличие последней незначительно. Это позволит повысить эффективность бурения в проницаемых зонах (зоны кливажа горных выработок и другие проницаемые для очистного агента интервалы скважин). Технология обладает следующими преимуществами:
- Экономична, так как нет необходимости доставки на объект работ промывочной жидкости;
- Экологична, поскольку осуществляется естественным очистным агентом без специальных реагентов, практически весь спектр которых токсичен;
- Не требует наличия в скважине большого количества жидкости.
Гидравлический сигнализатор внезапного падения уровня жидкости в скважине.
Обеспечивает резкое падение давления жидкости в нагнетательной линии гидравлического контура скважины в момент падения уровня жидкости в ней (непрогнозируемое пересечение проницаемой зоны). Это дает возможность своевременно прекратить процесс бурения и извлечь буровой снаряд из скважины, упреждая возникновение аварии (завал бурового снаряда обрушившимися стенками скважины).
Инклинометр ИОШ-2
Предназначен для оперативного контроля положения скважин, пробуренных в угольных шахтах. Особенностью прибора является то, что фиксация магнитной стрелки осуществляется с помощью толкателя, проходящего через полую ось подвески буссоли. Это позволяет фиксировать стрелку при любом угле наклона скважины.
Инклинометр измеряет угол наклона и азимут скважины в одной точке. В его конструкции использованы некоторые узлы и детали от серийного инклинометра КИТ. Доставка инклинометра в скважину на бурильных трубах. Привод системы фиксации осуществляется путем давления промывочной жидкости на мембрану. Для использования в наклонных скважинах прибор дополнительно снабжается компенсатором давления.
Техническая характеристика
Диапазон измерения зенитных углов
0 – 180°
Диапазон измерения азимутов
0 – 360°
Погрешности измерения
по зенитному углу
± 0.5°
по азимуту
± 5°
Габариты
диаметр, мм
55
длина, мм
400
Масса (без удлинителя и компенсатора), кг
3.7
Ориентатор
Предназначен для ориентирования отклонителей любого типа преимущественно в горизонтальных, восстающих и пологонаклонных скважинах, пробуренных в угольных шахтах.
Перед подачей в скважину отклонитель устанавливается в нужном положении, а ориентатор так, чтобы выступ втулки находился внизу в апсидальной плоскости.
После подачи в скважину включают насос и наблюдают за показаниями манометра. Если шарик, который постоянно находится в нижнем положении, не совпадает с выступом, поршень с сердечником смещают его вправо до упора в торец втулки (холостой ход), открывается окно ,и существенного изменения давления не происходит. В искомом положении шарик смещается на величину рабочего хода, упирается в выступ, окно не открывается, на манометре фиксируется резкое повышение давления.
Поиск осуществляется циклами “включение насоса – выключение насоса – сброс давления – поворот бурового снаряда на небольшой угол”.
Подвижные детали ориентатора изолированы от внешней среды сильфонами. Полость заполнена глицерином.
Техническая характеристика
Диапазон углов наклона скважины, град
± 70
Предельная погрешность ориентирования, град.
± 4
Перепад давления при расходе жидкости 80 – 120 л/мин, МПа
0.35 –0.5
Жесткость пружины, Н/см
35 – 50
Холостой ход сердечника, мм
16
Рабочий ход сердечника, мм
5
Диаметр, мм
57
Длина, мм
620
Присоединительная резьба под ниппель
А42
Масса, кг
8
Технология изоляции верхнего конца потайных обсадных колонн (ПОК).
Обычная технология изоляции верхнего конца потайных обсадных колонн (ПОК) заливкой тампонажного раствора сверху в зазор между стенкой скважины и трубой не всегда надежна из–за трудностей подачи вязкого раствора в малый зазор и неравномерного и неполного вытеснения промывочной жидкости из зазора.
Предложены два варианта изоляции верха ПОК, предусматривающие подачу смеси в зазор снизу вверх и применение герметиков или быстросхватывающихся тампонажных смесей.
В обоих случаях верхняя труба соединяется с остальной частью колонны уширенным ниппелем, имеющим уступ. В трубе выполнены отверстия, перекрытые эластичной втулкой.
В первом варианте на уступе ниппеля размещают легкоразрушаемую перемычку. В трубу на переходнике и удлинителе введен поршень с манжетой. Под поршнем размещают пластичный герметик, применяемый в строительстве для гидроизоляционных работ. После установки на забой создают осевую нагрузку, срезают шпильки, и герметик выдавливается в зазор.
Во втором варианте на уступ ниппеля опускают любое тампонажное устройство, дополнительно снабженное в нижней части манжетами. Отверстия смесителя располагаются напротив отверстий в трубе. Применяется любая быстросхватывающаяся смесь, которая нагнетается в зазор.
Предлагаемый способ позволит повысить надежность изоляции ПОК и расширить область их применения.
Отклонитель непрерывного действия с гидравлическим распором
Предназначен для искусственного искривления скважин, пробуренных из выработок угольных шахт. Отличительной особенностью отклонителя является возможность снятия осевой нагрузки и расхаживания без потери ориентации, что особенно важно для восстающих скважин. Повышенная жесткость корпуса позволяет задавать и регулировать интенсивность искривления.
Техническая характеристика
Принцип работы
асимметричное разрушение забоя
Пределы регулирования интенсивности искривления, град
0 – 1
Расчетное усилие распора, кН
10
Диаметр бурения, мм
93
Максмально допустимый диаметр скважины, мм
108
Длина отклонителя, мм
1120
Масса (без долота), кг
36
Буровой инструмент и технология спуска обсадных колонн секциями.
Необходимость в секционном спуске обсадных колонн возникает при бурении глубоких технических скважин агрегатами УВБ-600 или 1БА-15В, когда скважина выходит в зону горных работ и остается сухой в результате катастрофического поглощения жидкости. Это делает невозможным спуск обсадной колонны “на плаву”, в то время как вес колонны превышает грузоподъемность мачты.
Состав работ по секционному спуску включает 1) спуск нижней секции на разъединителе и ее цементирование, 2) пробный (контрольный) спуск нижней части верхней секции на бурильных трубах, и установку разделительной пробки, 3) спуск верхней секции и цементирование секций, 4) стыковку секций, 5) спуск бурового снаряда для разбуривания пробки и разрушаемых частей внутри стыковочного узла.