книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

Продолжение табл. 20

■ 10

Технология забуривания скважины с клиньями КОС-57-2,5° и

зуются только с целью забуривания дополнительных стволов много­ ствольных скважин для отбора проб при конусном типе профиля, так как после отбуривания ствола возможен их поворот на определенную величину, а также извлечение на поверхность.

На рис. 48 показана конструкция такого отклонителя. Он состоит из собственно клина 1, раскрепляющего устройства 2 и приспособления 3 для поворота и извлечения клина. Собственно клин изготовляется из труб ниппельной заготовки или колонковых труб путем вырезания их

122

части с последующим привариванием этой части, повернутой на 180°. Угол скоса ложка клина должен быть в пределах 2— 3°, причем большие значения соответствуют клиньям большего диаметра.

В табл. 21 приведена длина ложка для клиньев разного диаметра и при различном угле скоса.

Раскрепляющее устройство соединяется с клином при помощи двух переходников и колонны труб необходимой длины. Для поворота или извлечения клина в верхней его части имеются два Г-образных противоположно направленных выреза, в которые вводятся выступы штыря, присоединенного к концу колонны бурильных труб.

Отбуривание от клина осуществляется с помощью шарошечных долот, что вполне допустимо ввиду детальной изученности разреза. Долото соединяется с удлинителем, длиной 0,5—0,7 м и далее через буровой шарнир— с расширителем. Он представляет собой трубу из ниппельной заготовки длиной 0,8— 1 м с зачеканенными в нее твердосплавными резцами. Это позволяет увеличить подработку висячей стенки скважины.

Технологические параметры процесса отбуривания нового ствола значительно зависят от диаметра, но общие рекомендации могут быть такими: осевая нагрузка при бурении по ложку клина в начале не более 1 — 1,5 кН и повышается по мере увеличения площади забоя с таким расчетом, чтобы при выходе с ложка она была близка к оптимальной; частота вращения инструмента не более 100— 120 об/мин. Последую­ щие два рейса выполняются с колонковыми трубами длиной 1,5 и 2,5 м. Осевая нагрузка в начале рейса 2—3 кН, частота вращения инструмента 100— 150 об/мин с доведением в конце рейса этих параметров до оптимальных величин. Интенсивность промывки во всех случаях оптимальная. Дальнейшее бурение дополнительного ствола ведется обычным снарядом с обычной технологией.

5.4. СРЕДСТВА ЗАБУРИВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТВОЛОВ МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН

Установка искусственных забоев

При забуривании дополнительных стволов с помощью неизвле­ каемых отклонителей в качестве перекрытия следует использовать гидромеханическую металлическую пробку— искусственный забой, при забуривании с помощью извлекаемых отклонителей— разбуриваемый

123

искусственный забой, который сооружается, как правило, на деревян­ ной пробке.

В породах невысоких категорий по буримости (VI—VII) перекры­ тия изготовляют из цементных растворов с добавками различных ускорителей схватывания. В породах высоких категорий по буримости (VIII и более) перекрытие создают из более дешевой карбамидной смолы, на которую заливают компаунд быстротвердеющей смеси из дорогой, но более прочной эпоксидной смолы. В породах высоких категорий, но при небольшой длине дополнительного ствола (не более 100 м) в качестве тампонирующего материала можно использовать зацементированный керн значительно большей твердости, чем твер­ дость породы в месте установки искусственного забоя.

Для создания искусственных забоев можно использовать цементные растворы с добавками различных ускорителей (кальцинированная сода, хлористый кальций, строительный гипс, хлористый алюминий, серно­ кислый глинозем, жидкое стекло и др.). Это в 2—3 раза сокращает сроки схватывания и несколько повышает прочность цементного камня. Однако прочность такого забоя небольшая, поэтому его можно применять только в породах низких категорий по буримости (до V—VI). Эффективность применения водных растворов цемента низка, так как они очень чувствительны к разбавлению водой и остаются в жидком состоянйи в течение 8— 10 ч.

Для искусственных мостов применяют быстросхватывающиеся смеси БСС из эпоксидной смолы ЭНС-1, отвердителя (полиэтиленполиамин) и наполнителя (песок, кварцевая крошка или раздробленный керн). Соотношение смолы и отвердителя по объему составляет 10:1. Объем наполнителя зависит от густоты смеси. Максимальное объем­ ное соотношение смолы и наполнителя 1:1.

Необходимое количество смолы и отвердителя тщательно переме­ шивают. В зимнее время смолу и отвердитель подогревают в водяной ванне. В емкость со смесью вводят наполнитель и тщательно перемешивают. Полученную смесь заливают в тампонажный снаряд, который опускают до заданной глубины, и промывочной жидкостью смесь выдавливается в скважину.

Смесь выдерживают 10— 12 ч для затвердения. Контрольный образец при соотношении отвердителя и смолы 1:10 должен схваты­ ваться через 60—80 мин.

Выбор способа доставки материала в скважину

Цементные растворы с водоцементным отношением не менее 0,45—0,50 следует закачивать в скважину через бурильные трубы, растворы с отношением менее 0,45—0,50 доставляются в скважину с помощью специальных контейнеров типа снаряда конструкции

Э.Н. Карповского. Быстротвердеющие смеси доставляются в скважину

спомощью тампонажного снаряда ТС-ЗМ4-57.

124

Рис. 51. Тампонажный снаряд ТС-ЗМ4-57

верхней правой и нижней левой резьбами и зубчатого башмака 4 с вваренным дном 5 и левой резьбой.

При установке пробки известна длина колонны или глубина забоя, поэтому контейнер осторожно опускают на пробку или забой и вращают снаряд. При этом зубчатый башмак отвинчивается и содержимое контейнера высыпается. Затем приподнимают контейнер и трамбуют щебеночный материал, образующий забой.

125

(рис. 50). С целью повышения надежности работы этого устройства его внутренний цилиндр выполняется в виде эластичной камеры 5, а ускоритель схватывания выдавливается с помощью двух роликов 4, расположенных в составном поршне 3. В корпус 2 заливают цемент­ ный раствор, а в камеру 5— ускоритель. После спуска снаряда в скважину через колонну бурильных труб закачивают промывочную жидкость, которая по каналам 1 в верхнем переходнике поступает в корпус 2, создает давление на поршень 3 и открывает подпружинный клапан 8.

Через отверстия 6 в смесительное устройство выдавливается цементный раствор, который смешивается с ускорителем, поступаю­ щим из камеры 5 через дроссельное устройство 7. Образующаяся быстросхватываклцаяся смесь через отверстие в переходнике 9 поступа­ ет в нижний цилиндр и выдавливает в скважину установочную пробку 10. Поршень в нижнем положении упирается в дроссельное устройство 7, и давление повышается, что свидетельствует о завершении выдавли­

Тампонажный снаряд ТС-ЗМ4-57 (рис. 51) состоит из специального переходника 1, служащего для соединения снаряда с бурильными трубами 2 диаметром 33,5 мм, круглого ниппеля 3, специальной бурильной трубы 4, имеющей на нижнем конце проточку под шарики и отверстие для прохода промывочной жидкости. Бурильная труба 4 проходит через фиксирующее устройство, состоящее из переходника 5, гайки и контргайки 7, пружины 8, внутреннего конусного стакана 9, шариков 10, наружного конусного стакана 11, поршня-ограничителя 12, манжеты 13, поршня 14, 15, 16 и специального болта 17. Полость цилиндра 6 между поршнем и пробкой 18 служит для заполнения смесью на основе фенолоформальдегидных и эпоксидных смол.

Порядок сборки и разборки снаряда ТС-ЗМ4-57 сводится к следующему. На нижний конец бурильной трубы последовательно надевают переходник 5, гайку и контргайку 7, пружину 8, наружный стакан 11, внутренний стакан 9, поршень-ограничитель 12, манжету 13. Поршень 14, 15, 16 собирают на специальном болте 17. После этого внутренний стакан 9 устанавливают так, чтобы отверстия для шариков

126

совпали с кольцевой проточкой на бурильной трубе. В отверстия вставляют шарики 10 и фиксируют путем надевания наружного стакана 11.

Удерживая наружный стакан от проворачивания, ввинчивают в

него поршень-ограничитель 12. С другого конца на внутренний стакан 9 надевают пружину 8, которую поджимают гайкой и контргайкой. При этом проверяют, чтобы пружина была не полностью сжата при соприкосновении поршня-ограничителя 12 с торцом внутреннего стакана 9, иначе возможен выход пружины из строя и отказ в работе снаряда.

Контргайку 7 удерживают с помощью ключа и навинчивают переходник 5 на резьбу внутреннего стакана 9. Нажимая на поршеньограничитель (сжимая пружину), проверяют, свобод! о ли перемещает­ ся узел фиксации по бурильной трубе. Установив шарики 10 в проточке трубы 4, на поршень 14, 15, 16 надевают цилиндр 6. Соединяют его резьбой с переходником 5. Разбирают снаряд в обратной последова­ тельности.

После установки фиксирующего устройства на бурильной трубе 4 заправляют снаряд смесью. Для этого нижний конец цилиндра закрывают деревянной пробкой, затем устанавливают его на трубном хомуте на устье скважины и заливают смесь с таким расчетом, чтобы между ней и верхней кромкой цилиндра было не менее 20 см для установки в нем фиксирующего узла и поршня подавателя. В собранном виде снаряд спускают в скважину без толчков и ударов и останавливают на расстоянии 20—25 см от забоя. Присоединяют ведущую трубу, включают насос и подают промывочную жидкость (40—50 л/мин).

Сначала бурильная колонна заполняется промывочной жидкостью, затем давление повышается до 0,5—0,6 МПа. Под действием давления промывочной жидкости поршень-ограничитель 12 и связанный с ним наружный стакан 11 перемещаются вверх, сжимая пружину 8. При этом шарики выходят из кольцевой проточки на бурильной трубе, освобождая ее от зацепления. При дальнейшем увеличении давления промывочной жидкости поршень 12 упирается в торец внутреннего стакана 9 и передает усилие на переходник 5 и связанный с ним цилиндр 6.

Вся система приходит в движение относительно бурильной трубы 4 и связанного с ней поршня 14, 15, 16. Цилиндр 6 поднимается вверх. Поршень выдавливает пробку 18 и смесь из контейнерной части цилиндра. Как только конец цилиндра поднимется выше поршня, внутренняя полость цилиндра соединится со скважинным пространст­ вом и давление промывочной жидкости резко упадет. При этом пружина 8 стремится подвинуть стакан 11 и вернуть шарики 10 в прежнее положение. Происходит фиксация цилиндра 6 с бурильной трубой 4. После освобождения цилиндра от смеси снаряд опуска­ ют на такую высоту, чтобы уплотнить смесь до объема ствола сква­ жины.

Для повторения цикла необходимо цилиндр перевести в верхнее положение. Для этого нужно отвернуть переходник 5 от цилиндра 6,

127

извлечь фиксирующий узел и поршень вместе с бурильной трубой 4. Путем нажатия рукой на поршень-ограничитель 12, с одной стороны, и на переходник 5, с другой стороны, для сжатия пружины с одновременным перемещением, фиксирующее устройство опускают до входа шариков 10 в проточку на бурильной трубе. После этого заполняют контейнерную часть снаряда, опускают снаряд в скважину и проводят работы в том же порядке.

Создание искусственного забоя с помощью пробок

ду цилиндрами расположен резиновый круг 3 с несколькими ради­

ствола скважины. Пробку заталкивают в скважину при помощи переходника, после чего тампонируют или центрируют нужный интервал.

П р о б к а - з а б о й к о н с т р у к ц и и ВИТР состоит из двух узлов: непосредственно пробки и гидропривода (рис. 53). Пробка представля­ ет собой цилиндрический корпус 1 (отрезок колонковой трубы) диаметром 73, 57 или 44 мм. Корпус имеет три продольных окна, в которых помещены конусные плашки 3, опирающиеся снизу на специальные опоры корпуса, а внутренней поверхностью— на распор­ ный конус 4 и его цилиндрический направляющий стержень 2. Перед спуском пробки в скважину плашки обвязывают тонкой медной проволокой для предотвращения выпадения их из корпуса. К верх­ ней части корпуса приварен переходник 5 для соединения с гидро­ приводом.

Гидропривод состоит из цилиндрического корпуса б, к которому снизу приварена втулка 10 для соединения с переходником 5 пробки; сверху корпус имеет переходник для соединения с бурильной колонной, на которой искусственный забой опускают в скважину. Внутри корпуса помещен поршень 7 со штоком 9, в верхней части которого находится обратный шаровой клапан 8.

Пробку спускают осторожно, без толчков и ударов, но особенно плавно следует устанавливать буровой снаряд на вилку. Под давлени­ ем промывочной жидкости поршень 7 со штоком 9 опускается вниз из верхнего положения и при этом в том же направлении перемещают распорный конус 4 пробки. Плашки 3 под давлением конуса разрывают проволоку и расходятся в радиальном направлении, упираясь в стенки скважины. Пробку дополнительно раскрепляют путем увеличения осевой нагрузки на бурильную колонну. При правом вращении колонны гидропривод отсоединяется от пробки и поднимает­ ся на поверхность.

128

Объем тампонажного материала рассчитывается по формуле ^=0,785(Dm + Dm- D t )2Lka,

где Dm — наружный диаметр породоразрушающего инструмента, кото­ рым перебуривали интервал тампонирования; Dm— внутренний диа­ метр породоразрушающего инструмента; D ,—диаметр керна в интер­ вале тампонирования; L = 5-h7 м — длина искусственного забоя; (ка = = 1,0-н 1,5)— коэффициент, учитывающий возможные потери тампони­ рующего материала при уходе его в трещины стенок скважины (в зависимости от состояния ствола).

129

5.5. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАБУРИВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТВОЛОВ МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН

Забуривание дополнительного ствола с помощью отклонителя непрерывного действия

Дополнительный ствол забуривают породоразрушающим инстру­ ментом, диаметр которого равен диаметру основного ствола, в связи с чем исключается операция расширения пилот-скважины. Набор кривиз­ ны происходит непрерывно при сравнительно больших углубках за рейс (примерно 1,5—3 м), что снижает затраты времени на вспомога­ тельные операции.

В процессе забуривания обеспечивается плавный набор кривизны. Набор кривизны на 1 м бурения дополнительного ствола в среднем в 2—3 раза больше, а затраты времени на Г искусственного искривле­ ния в 2—3 раза меньше по сравнению с использованием снарядов клинового типа.

Технология забуривания дополнительного ствола скважины при помощи отклонителя непрерывного действия ТЗ-З соответствует технологии искривления скважины. Для удержания отклонителя в заданном направлении в раскрепленном состоянии в процессе забури­ вания осевая нагрука не должна быть ниже 20—25 кН, что предупреж­ дает разворот отклонителя в стволе скважины.

Забуривание дополнительного ствола с помощью извлекаемого отклонителя разового действия

При забуривании дополнительного ствола с естественного забоя пилот-скважина может иметь длину 2,5—3 м, при забуривании с искусственного забоя нельзя углубляться более чем на половину длины отбурочного снаряда. В противном случае снаряд может отклониться в сторону основного ствола, заполненного более слабым материалом. После извлечения отклонителя пилот-скважину необходимо удлинить до 2,5— 3 м до расширения. Удлинение осуществляется коротким колонковым снарядом с шарнирным переходником.

После отбуривания и извлечения отклонителя на поверхность полученный ствол следует расширить и удалить уступ. Для этого, как правило, используются специальные снаряды с направляющим шпин­ делем. Чтобы облегчить удаление уступа при отбуривании с естествен­ ного забоя, используется ступенчатый снаряд (рис. 54,а,б). До спуска отклонителя этим снарядом бурят пилот-скважину на глубину 20— 30 см, и забой хорошо очищают от шлама. После отбуривания ствола в новом направлении уступ разрабатывается легче. Снаряд эффективен при бурении в породах V—VI категорий по буримости. В более крепких (VII—VIII категории) породах используется фрезерный конус с направляющим шпинделем.

После бурения отклоняющим снарядом пилот-скважина расширяет­ ся также и ступенчатыми расширителями. Наибольшее распростране­ ние получили ступенчатые расширители типа PC конструкции ВИТР.

130