Система обвязки устья скважины и способ бурения ее при высоком пластовом давлении

(51) 21 33/03 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ содержащую напорный узел с трубопроводами, трубопровод обратного потока очистного агента, превенторный узел с превентор-сальником, имеющим трубу с расположенными по концам уплотнителями с полыми штоками, узел гашения с клапанотсекателем, узлы очистки и газосепарации и резервный амбар, нижний из уплотнителей превенторсальника снабжен расположенным над уплотняющим элементом кольцевым клапаном с уменьшенным по сравнению с каналом штока проходным отверстием, установленным с возможностью продольного перемещения, а в стенках нижнего полого штока выполнены радиальные отверстия для сообщения центрального канала полого штока уплотнителя с напорной полостью, клапан-отсекатель снабжен обводным трубопроводом с задвижкой для взаимодействия с напорным трубопроводом. При этом спуско-подъемные операции осуществляют при использовании утяжеленного очистного агента углубки скважины, осуществляют с использованием облегченного очистного агента, а наращивание инструмента на величину рейсовой углубки без прекращения подачи очистного агента.(72) Шайхымежденов Жанибек Гиноятович Куатбеков Маханбет Куатбекович Латыпов Авис Самигуллинович Латыпова Юлия Ависовна(73) Латыпов Авис Самигуллинович , Латыпова Юлия Ависовна(56) Предварительный патент РК 12221, кл. 21 33/03, 2002(54) СИСТЕМА ОБВЯЗКИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ БУРЕНИЯ ЕЕ ПРИ ВЫСОКОМ ПЛАСТОВОМ ДАВЛЕНИИ(57) Изобретение относится к области горного дела,в частности, к бурению скважин. Технический результат изобретения - повышение эффективности бурения. В способе бурения скважины при высоком пластовом давлении, включающем углубку скважины,спуско-подъемные операции и наращивание бурового инструмента без прекращения подачи очистного агента, для предотвращения выброса газожидкостных смесей при вскрытии пластов с высоким давлением, используют систему обвязки устья содержащую скважин,напорный узел с 15328 Изобретение относится к области горного дела, в частности, к технологии бурения нефтяных и газовых скважин. Известна система обвязки устья скважины при высоком пластовом давлении (Гоинс У.К., Шеффилд Р. Предотвращение выбросов. Перевод с англ. М. Недра, 1987, р. 2.1), содержащая превенторный узел, напорный узел с трубопроводами, очистительный узел, основной и дополнительный дроссели и резервный амбар. К основным недостаткам известной системы следует отнести то, что эффективность и безопасность проходки при использовании ее низка за счет того, что превенторный узел в ней состоит из нескольких превенторов, срок службы которых невелик и имеют сложную систему управления напорный узел включает элементы (гибкий шланг и вертлюг), которые могут выйти из строя при нарастании давления в случае перехода на утяжеленные буровые растворы для глушения скважины основной дроссель не имеет автоматической системы для установки на рабочий режим. Известна система обвязки устья скважин при высоком пластовом давлении (предварительный патент 12221, кл. Е 21 В 33/03, 2002), включающая напорный узел с трубопроводами, трубопровод обратного потока очистного агента, превенторный узел с превентор-сальником, имеющим трубу с расположенными по концам уплотнителями с полыми штоками, и клапаном-отсекателем, узлы гашения,очистки и газосепарации и резервный амбар. Основным недостатком известной системы является то, что она не позволяет осуществлять замену утяжеленного очистного агента (УОА) на облегченный очистной агент (ООА) путем подачи последнего в затрубное пространство, так как наличие обратных клапанов в уплотнителях исключает возможность создания обратного потока жидкости по центральному каналу бурового инструмента. Известен способ бурения скважины при высоком пластовом давлении (предварительный патент РК 12221, кл. Е 21 В 33/03, 2002), включающий углубку скважины, наращивание бурового инструмента без прекращения подачи промывочной жидкости и проведение спуско-подъемных операций. Недостатком известного способа является то, что снижается эффективность бурения ввиду отсутствия в устройстве, используемом при его реализации элементов, позволяющих оперативно заменить после углубки скважины облегченный раствор на утяжеленный для предотвращения выброса газожидкостных смесей во время спуска-подъема инструмента. Задачей изобретения является разработка группы изобретений (система обвязки устья скважины и способ бурения ее при высоком пластовом давлении), позволяющих повысить эффективность бурения при высоком пластовом давлении за счет использования облегченного очистного агента и наращивания инструмента на величину рейсовой углубки без прекращения подачи очистного агента. 2 Для этого в способе бурения скважины при высоком пластовом давлении, включающем углубку скважины, спуско-подъемные операции и наращивание бурового инструмента без прекращения подачи очистного агента, согласно изобретению для предотвращения выброса газожидкостных смесей при вскрытии пластов с высоким давлением, используют систему обвяжи устья скважины, содержащую напорный узел с трубопроводами, трубопровод обратного потока очистного агента, превенторный узел с превентор-сальником, имеющим трубу с расположенными по концам уплотнителями с полыми штоками, и клапан-отсекателем, узлы гашения, очистки и газосепарации и резервный амбар, в котором нижний из уплотнителей превенторсальника снабжен расположенным над уплотняющим элементом кольцевым клапаном с уменьшенным проходным отверстием, установленным с возможностью продольного перемещения, а в стенках нижнего полого штока выполнены радиальные отверстия для сообщения центрального канала штока уплотнителя с напорной полостью, клапанотсекатель снабжен обводным трубопроводом с задвижкой для взаимодействия с напорным трубопроводом. При этом спуско-подъемные операции осуществляют при использовании утяжеленного очистного агента, углубку скважины осуществляют с использованием облегченного очистного агента, а наращивание инструмента на величину рейсовой углубки - без прекращения подачи очистного агента. Изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлена схема системы обвязки устья скважины при высоком пластовом давлении (в дальнейшем система) на фиг. 2 - превентор-сальник (в дальнейшем ПС) на фиг. 3 - конусная конструкция выходного канала седла клапана клапан-отсекателя(в дальнейшем КО). Система содержит превенторный узел в виде превентор-сальника 1, соединенного трубопроводами 2 и 3 с трубопроводом напорного узла 4, а трубопроводом 5 с клапан-отсекателем 6. Трубопроводы 3 и 5 закольцованы. КО 6 соединен трубопроводами 7 и 8 с основным 9 и дополнительным 10 дросселями, которые в совокупности образуют узел гашения и закольцованы с выходами на узлы очистки 11 и дегазации 12, которые связаны трубопроводами с основными 13 и резервным 14 амбарами. Всасывающий трубопровод насоса напорного узла 4 соединен с основными 13 и резервным 14 амбарами. ПС (фиг. 2) состоит из корпуса, стационарно закрепляемого внутри обсадной колонны на ее трубной головке с образованием первого кольцевого канала 15. Корпус содержит оголовок 16, к которому присоединены кожух 17 и расположенный внутри кожуха 17 с образованием второго канала 18 верхний цилиндр 19, а на нижнем конце кожуха 17 герметично закреплен нижний цилиндр 20 с направляющим раструбом на нижнем конце. При этом между смежными торцами цилиндров образован участок 21 в виде кольцевого зазора или перфорированного участка стыкуемых труб. В оголовке 16 имеется канал 22 для подачи прямого потока очист 15328 ного агента и канал 23 для выхода обратного потока его. Превентор-сальник, кроме того, содержит включаемый в состав бурового инструмента между рабочей трубой 24 и последней бурильной трубой(свечой) 25 трубу 26 с расположенными по ее концам верхним 27 и нижним 28 уплотнителями с полыми штоками. При этом, при положении деталей превентор-сальника, показанном на фиг.2 образуется третий кольцевой канал 29, связанный со вторым кольцевым каналом 18 через зазор 21. Верхний уплотнитель 27 имеет обратный клапан в центральном канале, а также клапаны 30 в перфорационных каналах, соединяющих центральный канал с кольцевым каналом 29. Верхний уплотнитель имеет уплотняющий элемент 31, устанавливаемый также на нижний уплотнитель 28, который имеет кольцевой клапан 32, а в стенках штока нижнего уплотнителя 28 имеются радиальные каналы 33, сообщающие при верхнем положении клапана 32 центральный канал ПС с кольцевым каналом 29. КО (фиг. 3) состоит из корпуса, имеющего конусную 34 конструкцию выходного канала 35, соосно которому расположен клапан 36, подвешенный на штоке 37, имеющем опорную головку 38, гайкуфиксатор 39 и площадку 40 для укладки противовесов 41. Длину цилиндров 19 и 20 выбирают, исходя из величины хода рабочей трубы, с таким учетом,чтобы при крайних положениях рабочей трубы 24 уплотнители не выходили из своих рабочих зон. КО(фиг. 1) имеет обводной трубопровод 42 с задвижкой для взаимодействия с напорным трубопроводом 3. На фигурах чертежей стрелками со сплошной линией показан путь очистного агента при бурении и замене ООА на УОА, а стрелками с штрихпунктирной линией - путь ООА при замене УОА на ООА. Реализуют группу изобретений следующим образом. Первоначально монтируют по мере необходимости на буровой установке и устье скважины систему в соответствии с фиг. 1. В процессе углубки скважины в качестве очистного агента используют облегченный буровой раствор или газ (сжатый воздух). Путь ООА показан на фиг.1 стрелками, а разрушение породы осуществляют способом, принятым на объекте работ. Перед началом процесса очередной углубки скважины подбирают противовес 41(фиг. 3) с таким расчетом, чтобы клапан 36 начал перемещаться при увеличении обратного потока на 25-30 по сравнению с расходом прямого потока, а затем устанавливают величину первоначального дросселирования обратного потока в КО путем установки в соответствующее положение гайкификсатора 39. В дальнейшем осуществляют углубку. При отсутствии осложнений наращивание инструмента осуществляют обычным способом, принятым для режима работы с превентор-сальником. В случае вскрытия продуктивного пласта с высоким пластовым давлением резко увеличивается расход обратного потока очистного агента и клапан 36 перемещается вверх, сужая кольцевой зазор и дросселирует обратный поток ООА. В случае возрастания расхода дополнительно включают в работу основ ной 9 дроссель, а в дальнейшем при необходимости и дополнительный 10 дроссель. Наращивание инструмента при этом осуществляют без прекращения подачи ООА, благодаря тому, что обратный клапан 29 верхнего уплотнителя 27 находится в верхнем положении, перекрывая центральный канал. Инструмент поднимают на величину рабочей трубы, навинчивают бурильную трубу (длина которой должна быть несколько меньше величины хода рабочей трубы), на верхней конец которой навинчивают следующий верхний уплотнитель 27, а затем навинчивают ведущую трубу 24 и продолжают процесс углубки. Таким образом осуществляют наращивание инструмента на необходимую величину без прекращения подачи очистного агента. По мере прекращения процесса углубки переключением соответствующих задвижек устанавливают режим потоков, соответствующих показанному на фиг. 1 стрелками с штрих-пунктирной линией,то есть осуществляют замену ООА на УОА. Плотность УОА выбирают из условия создания гидростатического давления, превосходящее пластовое давление. Затем осуществляют спуско-подъемные операции, при этом продолжают подачу УОА для восполнения объема, освобождающегося за счет извлечения колонны бурильных труб. По мере окончания процесса спуска бурового инструмента последней опускают трубу 26 с верхним 27 и нижним 28 уплотнителями. Затем напорный узел настраивают на режим подачи ООА из основных амбаров 13 (фиг. 1) через трубопровод 2 в кольцевое пространство 15 (фиг. 2), то есть замену УОА на ООА осуществляют в режиме обратной промывки,вытесняя УОА через центральный канал колонны бурильных труб 25. При этом вытесняемый УОА воздействует снизу на кольцевой клапан 32 (фиг. 2),который за счет перепада давления в уменьшенном канале кольцевого клапана 32 займет верхнее положение, открывая радиальные каналы 33, через которые УОА будет вытесняться в канал 29 и далее канал 18, трубопровод 3 и обводной трубопровод 42 в КО, из которого в амбар УОА. Такой режим практически исключает разубоживание УОА, так как ООА воздействует сверху, а истечение УОА происходит снизу. По мере завершения процесса замены УОА на ООА задвижки системы устанавливают в положение прямой подачи ООА и повторяют процесс углубки скважины. Таким образом система позволяет повысить эффективность бурения за счет использования в процессе углубки облегченных очистных агентов, позволяющих заметно повысить механическую скорость бурения и проходку за рейс, а также снизить расходы на изготовление УОА, так как он используется только при проведении спускоподъемных операций. 15328 1. Система обвязки устья скважины при высоком пластовом давлении, содержащая напорный узел с трубопроводами, трубопровод обратного потока очистного агента, превенторный узел с превенторсальником, имеющим трубу с расположенными по концам уплотнителями с полыми штоками, узел гашения с клапан-отсекателем, узлы очистки и газосепарации и резервный амбар, отличающаяся тем, что нижний из уплотнителей превенторсальника снабжен расположенным над уплотняющим элементом кольцевым клапаном с уменьшенным по сравнению с каналом штока проходным отверстием,установленным с возможностью продольного перемещения, а в стенках нижнего полого штока выполнены радиальные отверстия для сообщения центрального канала полого штока уплотнителя с напорной полостью, клапан-отсекатель снабжен обводным водным трубопроводом с задвижкой для взаимодействия с напорным трубопроводом. 2. Способ бурения скважин при высоком пластовом давлении, включающий углубку скважины,спуско-подъемные операции и наращивание бурового инструмента без прекращения подачи очистного агента, отличающийся тем, что для предотвращения выброса газожидкостных смесей при вскрытии пластов с высоким давлением используют систему обвязки скважин по п.1, при этом процесс углубки осуществляют с использованием облегченного очистного агента, процесс спуско-подъемных операций - с использованием утяжеленного очистного агента, а наращивание бурового инструмента на величину рейсовой углубки осуществляют без прекращения подачи очистного агента.