ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩЕЕ НАПРАВЛЕНИЕ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ

Настоящая полезная модель относится к устройствам по обустройству скважин в условиях многолетнемерзлых пород (ММП) и предназначено для предотвращения растепления грунтов и обеспечения устойчивого положения устьев скважин.
В настоящее время известно несколько технических решений, предотвращающих растепление ММП. Одним из них является термоизолирующая обсадная труба (термокейс) или, например, термоизолирующее направление типа «Джол» (В.Ф. Буслаев, П.С. Бахметьев, С.А. Кейн, В.М. Юдин. Строительство скважин на Севере: Монография. - Ухта: УГТУ, 2000. - с. 169-170, рис. 6.7). Оно предназначено для предотвращения протаивания окружающих мерзлых пород и промерзания оборудования в процессе бурения. Это известное термоизолирующее направление образовано из двух порядка, 9 метровых секций, которые сварены друг с другом. Каждая секция содержит внутреннюю и наружную коаксиально установленные трубы и размещенную между ними теплоизоляцию.
Данное известное термоизолирующее направление имеет существенный недостаток, а именно, большую длину, что затрудняет установку такого устройства в скважину. Это обусловлено тем, что при опускании в скважину термоизолиорующее направление такой длины сложно обеспечивать ее центрирование по глубине скважины.
Известна полезная модель «Термоизолирующее направление» (Патент №74415, МПК Е21В 36/00, опубл. 27.06.2008). Оно предназначено для бурения скважин в льдистых породах. Это известное направление содержит верхнюю и нижнюю секции, каждая из которых имеет внутреннюю и наружную коаксиально расположенные трубы и размещенную между ними теплоизоляцию. В зоне стыка верхней и нижней секций внутренние трубы выступают из наружных труб и снабжены фланцами, которые образуют сборно-разборное соединение. С внешней стороны зона стыка перекрыта обечайкой, а полость между обечайкой и внутренней трубой заполнена теплоизоляцией. Обечайка снаружи по своим концам обхвачена хомутами. На наружной трубе нижней части направления выполнены крепежи для временной фиксации ребер, которые используются для опоры нижней секции на стенки скважины в процессе монтажа термоизолирующего направления. Ребра устанавливают перед спуском нижней секции в скважину. После сборки термоизолирующего направления ребра снимают.
Это известное термоизолирующее направление имеет существенный недостаток. Он заключается в сложности центрирования соединения внутренних труб друг с другом, что обусловлено применением фланцевого соединения, при котором фланец на нижнем конце верхней внутренней трубы может быть выполнен свободным. Это обеспечивает ему легкую стыковку его болтовых отверстий с болтовыми отверстиями фланца верхнего конца нижней трубы, но не гарантирует точного центрирования положения соединяемых труб относительно друг друга и исключения люфта между ними. Кроме того, при заполнении бетоном пространства между термоизолирующим направлением и скважины хомуты на обечайках создают препятствия для равномерного распределения бетона вокруг поверхности в зоне соединения внутренних труб секций. В результате, в таких местах могут образовываться, каверзны, что может снизить надежность эксплуатации термоизолирующего направления в буровой скважине.
Известна полезная модель «Термоизолирующее направление буровой скважины» (Патент №158353, МПК Е21В 36/00, опубл. 28.09.2015). Оно выполнено сборно-разборным и состоит из верхней и нижней секций, каждая из которых содержит внутреннюю и наружную трубы с размещенной между ними теплоизоляцией. В зоне стыка секций внутренние трубы выступают из наружных труб и снабжены соединенными между собой фланцами. Причем, число секций может быть две, три и более. Каждая секция в зоне стыка, имеет выступающие из наружной трубы концы внутренней трубы, в которых нижний конец внутренней трубы верхней секции связан с верхним концом внутренней трубы нижней секции с помощью фланцевого соединения, а полость в зоне стыка верхней и нижней секций между наружными трубами и связанными между собой, посредством фланцевого соединения, внутренними трубами верхней и нижней секций, перекрывается, по меньшей мере, двумя теплоизоляционными скорлупами или теплоизоляцией. Они снаружи перекрываются обечайкой, которая с внешней стороны по своим концам обхвачена хомутами. На ней они образуют перпендикулярно ее поверхности ободы. На наружных трубах каждой из нижних секций установлены крепежные элементы (на чертеже не показаны) временной фиксации ребер для опоры термоизолирующего направления на стенки скважины в процессе монтажа.
Это известное техническое решение выбирается за прототип, так как имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели. Кроме того, оно относится к последней разработке термоизолирующее направление и широко применяется при обустройстве скважин в условиях многолетнемерзлых пород.
Однако прототип имеет существенный недостаток, а именно: в нем сложно центрировать соединения внутренних труб друг с другом, что обусловлено применением фланцевого соединения, при котором один фланец на нижнем конце верхней внутренней трубы может быть выполнен свободным. Это усложняет совмещение болтовых отверстий одного фланца на одном конце внутренней трубы с болтовыми отверстиями другого фланца, расположенного на другом конце другой внутренней трубы. В результате возможно образование в таком соединении люфта, что снижает надежность эксплуатации такого направления в буровой скважине. Кроме того, при опускании такого термоизолирующее направление в буровую скважину тяжело обеспечивать его центрирование относительно ствола скважины. Более того, а во время заполнения бетоном пространства между термоизолирующем направление и буровой скважины хомуты, обхватывающие обечайки создают препятствие для равномерного распределения бетона и под этими хомутами могут образовываться каверзны, которые со временем могут снизить надежность эксплуатации термоизолирующее направление.
Задачей настоящей полезной модели является улучшение термоизолирующее направление буровой скважины путем достижения следующего технического результата, а именно, обеспечение точного центрирования соединения внутренних труб друг с другом и центрирования в буровой скважине опускаемую в нее термоизолирующее направление.
Поставленная задача решена следующим образом. В известное термоизолирующее направление буровой скважины, содержащее, по меньшей мере, пару последовательно соединенных секций, каждая из которых имеет коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы с пространством между ними, заполненным термоизоляцией, а в зоне стыка секций внутренние трубы выступают из наружных труб и связаны между собой с помощью соответствующего соединения, при этом полость в зоне стыка верхней и нижней секций между наружными трубами и связанными между собой посредством соответствующего соединения трубами верхней и нижней секций, заполнены термоизоляцией и снаружи перекрыта обечайкой, затянутой хомутами, а на наружных трубах каждой из нижних секций установлены крепежные элементы временной фиксации ребер для опоры термоизолирующего направления на стенки скважины в процессе монтажа, согласно настоящей полезной модели, стыковые связки внутренних труб между рядом расположенными торцами секций образованы соединениями, обеспечивающими их самоцентрирование и самофиксацию положения относительно друг друга, а обечайка перетянута хомутами, выступающими за пределы диаметра секции, но не выходящие за пределы зазора между секцией и стенкой скважины, уложены на обечайке по винтовой линии с возможностью выполнения функций центратора, соединенных секций при их погружении в скважину, и направляющих распределения бетона при его заливке в пространство между наружной стенкой секции и стенки скважины.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующего технического результата, а именно, обеспечить центрирование положения соединяемых секций термоизолирующего направления и их опускания в буровую скважину. Это достигается за счет того, что стыковые связки внутренних труб между рядом расположенными торцами секций образованы соединениями, обеспечивающими их самоцентрирование и самофиксацию положения относительно друг друга. Причем такая стыковая связка внутренних труб может быть достигнута, например, за счет применения во фланцевом соединение соответствующих конусообразных отверстий, соответствующих прокладок, которые могут быть закреплены на фланцах и при стягивании фланцев друг с другом равномерно герметизируют это соединение. Могут быть использованы и соответствующие ловители положения фланцев относительно друг друга, а также может быть применено втулочное резьбовое соединение или ему подобное другое устройство. Кроме того, обечайка перетянута хомутами, образующие на поверхности обечайки ободы, выступающие за пределы диаметра наружной секции, но не выходящие за пределы зазора между секцией и стенкой скважины. При этом, ободы уложены на обечайке по винтовой линии с возможностью выполнения функций центратора, соединенных секций при их погружении в скважину и служащие направляющими распределения бетона при его заливке в пространство между наружной стенкой секции и стенки скважины. В результате спиралеобразная винтовая линия из хомутов равномерно распределяет перемещение по скважине погружаемую термоизолирующее направление и при заливке бетона между ней и стенкой скважины равномерно его центрирует и распределяет вокруг секций упомянутого направления.
Заявителем проведен патентный поиск, который показал, что предлагаемая совокупность существенных признаков по заявляемой полезной модели не обнаружена. Поэтому заявляемую полезную модель можно считать новой.
Практическое применение и техническая сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом (см. Фиг.) и следующим описанием.
Термоизолирующее направление буровой скважины содержит, по меньшей мере, пару последовательно соединенных секций 1 и 2. В принципе, этих секций может быть и больше. Каждая секция 1 и 2 имеет коаксиально расположенные внутреннюю и наружную трубы 3 и 4. Пространство между трубами заполнено термоизоляцией 5, например, выполненной из пенополиуретана (ППУ). В зоне стыка секций 1 и 2 внутренние трубы 3 выступают из наружных труб 4 и соединены между собой с помощью соответствующего соединения 6, обеспечивающего самоцентрирование и самофиксацию их положения относительно друг друга. В сущности, такое соединение 6 может быть достигнуто, например, за счет применения во фланцевом соединении соответствующих конусообразных прокладок (на чертеже не показано), которые могут быть соединены с фланцами. Тогда эти прокладки при сжатии фланцев друг с другом обеспечат герметизацию этого соединения внутренних труб друг с другом. Могут быть использованы и соответствующие ловители (на чертеже не показано) положения фланцев относительно друг друга, а также может быть применено втулочное резьбовое соединение или ему подобное другое устройство (на чертеже не показано). Зона стыка между наружными трубами 4 перекрыта обечайкой 7. Полость между обечайкой 7 и внутренней трубой 3 заполнена теплоизоляцией 8, например, выполненной из ППУ или минеральной ваты или иного подобного материала. Сама обечайка 7 затянута хомутами 9, выступающими за пределы диаметра секции 1 или 2, но не выходящие за пределы зазора между секцией и стенкой скважины. Эти хомуты 9 уложены на обечайке 7 по винтовой линии с возможностью выполнения функций центратора соединенных секций 1 и 2 при их погружении в скважину. В сущности, хомуты 9 образуют на поверхности обечайки 7 винтовую линию. Для фиксации их положения по винтовой линии допустима точечная сварка в отдельных их местах с наружной стенкой секции и обечайки 7. Так повышается жесткость положения хомутов на обечайке и они могут служить так же и направляющей распределения бетона (на чертеже не показано) при его заливке в пространство между наружной стенкой секции и стенки скважины. На наружной трубе нижней части 3 выполнены крепежи (на чертеже не показано), предназначенные для временной фиксации ребер (на чертеже не показаны).
Верхняя и нижняя секции 1 и 2 готовят в заводских условиях по известным технологиям.
Перед спуском нижней секции 2 в скважину на крепежи, которыми могут быть шпильки, закрепленные в стенке наружной трубы 3, устанавливают ребра (на чертеже не показано) При спуске в скважину нижняя секция направления ребрами опирается на стенки скважины. Затем производят монтаж (сборку) направления. На нижнюю секцию устанавливают верхнюю, соединяют внутренние их трубы, зону стыка заполняют теплоизолятором и перекрывают обечайкой 7. После чего снимают ребра с крепежей и спускают направление на заданную глубину. При этом хомуты 9 на обечайках 7, расположенные по винтовой линии обеспечивают центрирование секций по скважине, а потом позволяют равномерно распределять между стенкой скважины и секциями заливаемый между ними бетон.
Через предлагаемое направление производят дальнейшее бурение скважин.