Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ГАЗОЖИДКОСТНОГО СМЕШИВАНИЯ ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к установке газожидкостного смешивания для аэрирования промывочной жидкости в процессе бурения скважин.

В процессе бурения скважин возникает ряд осложнений, которые могут привести к увеличению сроков строительства скважины, поломкам бурового оборудования и даже к ликвидации скважины. Одним из таких осложнений является поглощение промывочной жидкости, которое приводит к снижению или полной потере циркуляции, и как следствие к невозможности выноса выбуренной породы с забоя скважины. Время, затрачиваемое на прохождение таких интервалов, может возрастать в 4-5 раз по сравнению с бурением интервала такой же протяженности без данного осложнения.

Существует ряд методов, направленных на ликвидацию поглощений. Одним из них является работа с поглощающим пластом во время бурения с применением аэрации промывочной жидкости. Существует ряд технических решений, позволяющих аэрировать промывочную жидкость, но имеющих свои недостатки, такие как: невозможность регулировать подачу по газу и воде без остановки бурения, неприменимость технических решений ко всем типам буровых установок и буровых насосов, а также дороговизна данных методов. Изучив наиболее используемые в процессе бурения устройства для создания газожидкостных смесей (бустерные установки, компрессоры высокого давления, и т.д.) и их недостатки, для реализации данного метода была спроектирована и изготовлена установка газожидкостного смешивания (установка ГЖС), которая аэрирует промывочную жидкость, понижая её плотность до 0,3 гр/см³, что позволяет проходить самые сложные интервалы поглощения с выходом циркуляции и выносом шлама. За счет создания газожидкостной смеси необходимой плотности выравниваются показатели давлений поглощающего пласта и столба жидкости в скважине. После выравнивания давления возможна дальнейшая корректировка работы с поглощающим пластом путём снижения давления столба жидкости на поглощающий пласт путём подбора режимов работы ГЖС, что позволит работать в диапазоне 0,6-0,9 от относительно полученного гидростатического давления столба жидкости после выравнивания давлений.

Известны, например, такие решения, направленные на создание газожидкостной смеси при бурении, как использование бустерной насосно-компрессионной установки (патенты РФ на изобретение №2149280, 2151911). Недостатками таких устройств является необходимость внесения изменений в конструкцию бурового насоса - монтаж специальных бустерных камер над рабочими камерами насоса, что приводит к временным затратам и затратам на использование подъемной техники. К тому же бустерная установка совместима не со всеми типами буровых насосов, особенно с современными типами буровых насосов. А также, при работе с бустерной установкой необходимо использовать источник, подающий сжатый газ под давлением, и подпорный насос для ввода жидкости под определенным давлением, равным давлению газа, при этом необходимо тщательно контролировать давления на входе жидкости и газа. Смесь получается неоднородной. Также объем газа, поступающий в смесь, ограничен объемом бустерной камеры и не зависит от производительности источника подачи газа.

Задачей настоящего изобретения является создание установки газожидкостного смешивания, способной добавлять в промывочную жидкость как можно больше газа (воздух, азот или другой инертный газ) и создавать при этом максимально возможную однородную газожидкостную смесь для работы с поглощающими пластами при минимальных значениях аномальности, а также совместимой с любым типом буровых насосов и буровых установок.

Технический результат при использовании заявляемого изобретения заключается в полном контроле подачи заданного количества газа в смеси, что позволяет корректировать выбранную модель работы по мере проводки скважины и вскрытии последующих поглощающих пластов без остановки бурения. Также заявляемая установка обладает универсальностью, которая выражается в возможности её работы с любым типом буровых насосов, используемых для подачи промывочной жидкости в скважину. Заявляемая установка не требует адаптации и подготовки штатного оборудования, она применима ко всем типам буровых установок и буровых насосов.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что установка газожидкостного смешивания включает в себя две рабочие камеры, выполненные внутри корпуса тройника, который с одной стороны соединен с угловым нерегулируемым дросселем - на входе потока жидкости, с другой стороны с патрубком - на выходе газожидкостной смеси, с третьей с краном шаровым - на входе потока газа, между тройником и краном шаровым установлен клапан обратный межфланцевый, на входе в камеру установлено сменное сопло, на выходе - сменная приемная трубка, камеры расположены параллельно и соединены между собой последовательно с помощью тройников в нижней части установки, образуя две рабочие линии установки, третья линия - байпас, представляющая собой рукав высокого давления, также соединена с двумя рабочими линиями тройниками, между тройниками, соединяющими линии установки, и угловыми нерегулируемыми дросселями установлены задвижки, на выходе после патрубков, на концах линий, установлены задвижки и тройники, с помощью которых происходит соединение потоков газожидкостной смеси, выходящих из рабочих камер, на входах жидкости и газа и на выходе газожидкостной смеси установки расположены фланцы с манометрами, между фланцами и манометрами установлены вентили манометрические.

Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - схема установки газожидкостного смешивания, фиг 2. - блок подачи воздуха.

На чертежах указаны:

1. Тройник

2. Задвижка

3. Дроссель

4. Манометр

5. Вентиль манометрический

6. БРС (быстроразъемное соединение)

7. Патрубок

8. Рукав

9. Фланец

10. Клапан обратный межфланцевый

11. Кран шаровый

12. Тройник с эжекционной камерой

Установка ГЖС представляет собой две рабочие камеры, в которых происходит смешивание промывочной жидкости с газом. Камеры выполнены внутри корпуса тройника 12, который с одной стороны соединен с угловым нерегулируемым дросселем 3 - на входе потока жидкости, с другой стороны с патрубком 7 - на выходе газожидкостной смеси, с третьей с краном шаровым 11 - на входе потока газа. Между тройником 12 и краном шаровым 11 установлен клапан обратный межфланцевый 10 для предотвращения передавливания газожидкостной смеси из рабочей камеры на вход подачи газа. На входе в камеру установлено сменное сопло, на выходе - сменная приемная трубка. Камеры расположены параллельно, и соединены между собой последовательно с помощью тройников 1 в нижней части установки, и представляют две рабочие линии установки ГЖС. Третья линия - байпас, представляет собой рукав высокого давления 8, также соединена с двумя рабочими линиями тройниками 1, и служит для прохождения жидкости через установку ГЖС без смешивания с газом. Между тройниками 1, соединяющими линии установки, и угловыми нерегулируемыми дросселями 3 установлены задвижки 2, с помощью которых возможно перекрытие линий установки ГЖС, что соответственно, дает возможность работы на одной, либо на двух линиях, либо на байпасе. На выходе после патрубков 7, на концах линий, установлены задвижки 2 и тройники 1, с помощью которых происходит соединение потоков газожидкостной смеси, выходящих из рабочих камер. На входах жидкости и газа, и на выходе газожидкостной смеси установки расположены фланцы 9 с манометрами 4 для контроля давления. Между фланцами 9 и манометрами 4 установлены вентили манометрические 5. Соединение установки ГЖС с буровым насосом и манифольдом буровой установки происходит при помощи гибких шлангов - рукавов высокого давления и БРС 6.

Работа установки ГЖС основана на принципе эжекции. Рабочий агент - промывочная жидкость (вода или буровой раствор) подается от бурового насоса на вход установки ГЖС. В зависимости от параметров скважины (диаметр ствола скважины, глубина интервала, аномальность поглощающего пласта) определяется необходимое количество задействованных рабочих линий установки, а также диаметр сменных сопел и приемных трубок в рабочих камерах. Промывочная жидкость под давлением проходит через сопло определенного диаметра на входе в камеру, и созданная струя жидкости, выходящая из сопла и попадающая в кольцевую полость, создает разрежения в камере. Образовавшийся вакуум в рабочей камере засасывает газ, который равномерно смешивается с промывочной жидкостью, и далее смесь жидкости с газом, проходя через приемную трубку на выходе из камеры, попадает в рабочую линию и проходит на выход установки ГЖС, где смешивается с потоком газожидкостной смеси из второй линии. Затем поток газожидкостной смеси подается на скважину для промывки.

Одна камера на вакууме способна насыщать промывочную жидкость газом в объеме от 1 до 3 м³/мин, в зависимости от выбранных сменных сопел и трубок. При необходимости большей подачи газа для создания более газированной газожидкостной смеси (т.е. для увеличения процента газовой составляющей в смеси) ко входу рабочей камеры, через который подается газ, с помощью гибких шлангов (дюритов) подключается источник сжатого газа, например, компрессор низкого давления. Подключение компрессоров дает возможность увеличения объема воздуха до 15 м³/мин на каждую из рабочих камер. Таким образом, используя одну рабочую линию или две, только на вакууме или с подключением компрессоров, пропускная способность установки ГЖС варьируется от 1 до 30 м³/мин, что позволяет получить равномерный поток газожидкостной смеси с необходимыми для конкретной скважины параметрами. Плотность получаемой газожидкостной смеси - от 1,0 до 0,3 г/см³.

Установка ГЖС позволяет регулировать параметры промывочной жидкости в любой момент проводки скважины и прохождения поглощающих пластов без остановок процесса бурения.