Способ обратной циркуляции бурового раствора в скважине

Способ обратной циркуляции бурового раствора в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к бурению газонефтяных скважин и позволяет по- . высить эффективность бурения скважины .. Способ включает заполнение скважины (с) рабочим агентом и спуск в нее бурильного инструмента (БИ). Затем С 1 заполняют вязкоупругой жидкостью (ВУЖ) 5. Высота ее столба определяется из соотношения ,-x X (Р,- f g ah)Q(l+)- dh/(l+df), а угловая скорость вращения БИ - из соотношения 2 г Де RO - внутренний радиус БИ; ч - среднее значение вязкости ВУЖ при ее движении; P(j - величина давления ВУЖ при ее (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) SU(ii) (51)4 Е 21 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3943625/22-03 (22) 19.08.85 (46) 23.08,87. Бюл. В 31 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) П. Н. Драцкий, Б. М. Курочкин, И. В. Горбунова, 10. А. Бухман, А. Н. Прокунин, А, И. Литвинов, О. Н. Крутикова и А. П. шапиро (53) 622.243.53(088.8) (56) Шамшев Ф. А., Тараканов С. Н., Кудряшев Б. Б. и др. Технология и техника разведочного бурения. — М.:

Недра, 1973, с. 83, Авторское свидетельство СССР

У 588344, кл. Е 21 В 21/00, 1972. (54) СПОСОБ ОБРАТНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к бурению газонефтяных скважин и позволяет по-, высить эффективность бурения скважины. Способ включает заполнение скважины (С) рабочим агентом и спуск в нее бурильного инструмента (БИ). Затем С 1 заполняют вязкоупругой жидкостью (ВУЖ) 5. Высота ее столба определяется из соотношения НсЪКа /8 .х х (Р— у g аh)g(1+3)- dh/(1+ ), угловая скорость вращения БИ вЂ” из соотношения ы Ь, /R y где R — внутренний радиус БИ; y — среднее значение вязкости ВУЖ при ее движении;

P> — величина давления ВУЖ при ее

1331 деформирований между долотом 4 и забоем; у — ; g — - ускорение свободного падения; 4 h — разность столбов ВУЖ в кольцевом зазоре и в БИ; Q — технологически необходимая величина расхода BY#; d - коэффициент: а = В. (К о — R -(R < — R ) /

/1 (R /R, J, где R, — внешний радиус БИ; R < — радиус С.l; h< — расстояние от торца промывочного отверстия

10 и (К1 1 „) y(2)

1 R2

1u—

ho (ю) 7 ) К -) (3) н

4h (1+с() где h — расстояние от торца промы30 вочного отверстия долота до забоя скважины;, — время релаксации вязкоупруФ 1 гой жидкости (константа жиджидкости), и где R

З5 При вращении бурильного инструмента в скважине 1, заполненной вязкоупругой жидкостью 5, в объеме жидко. сти, находящейся между торцовой ча- стью долота 4 и забоем скважины 1, 40 наряду с касательными развиваются

Ф

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам промывки скважин.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения скважины.

На фиг, 1 изображена схема промывки скважины с использованием специального переводника с шламоуловителем; на фиг. 2 — принципиальная схема обратной циркуляции, на фиг. 3 — схема промывки скважины через устье; на фиг, 4 — схема исходного положения уровня вязкоупругой жидкости и шламоуловителя в скважине; на фиг. 5 — схема образования местной обратной циркуляции в скважине.

Сущность способа заключается в следующем. В скважину 1 опускают бурильный инструмент, состоящий из колонны 2 бурильных труб с центральным промывочным отверстием 3 и долота 4, и закачивают вязкоупругую жидкость 5 до достижения столбом вязкоупругой жидкости 5 высоты, определяемой из соотношения внутренний радиус бурильного инструмента, среднее значение вязкости рабочей среды при ее движении; величина давления, вырабатываемого вязкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины;

993 долота до забоя Сl; y — время релаксации ВУЖ 5. При последующем вращенииБИ в объеме ВУЖ 5 между торцовой частью долота 4 и забоем наряду с касательными развиваются нормальные напряжения. В итоге уровень ВУЖ 5 поднимается на некоторую высоту. Если ее слить в пространство между БИ и Cl возникает обратная циркуляция.

5 ил., 2 табл. плотность вязкоупругой средыj ускорение свободного падения, разность столбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре; технологически необходимая величина расхода вязкоупругой среды; коэффициент: .где R — внешний радиус бурильного т инструмента;

3. — радиус скважины.

После этого производят вращение бурильного инструмента с угловой ско, ростью, определяемой из соотношения з

1331 нормальные напряжения (((эффект Вайссенберга ), которые создают продавливающее давление на входе в промывочное отверстие долота и тем самым обуславливают поднятие уровня вязкоупругой жидкости 5 в бурильном инструменте на некоторую высоту. Если обеспечить слив поднявшейся жидкости опять в кольцевое пространство между ð бурильным инструментом и скважиной

1, то возникает циркуляционное течение (обратная циркуляция).

Известно, что "эффект Вайссенберга" проявляется при сдвиговых течениях (или близким к ним) у некоторых растворов полимеров, а также и у других, более сложных композиций на основе полимерных растворов, обладающих вязкоупругими свойствами. 2Р

Характер проявления нормальных напряжений и возникновение циркуляционного потока наглядно демонстрируются на следующем лабораторном опыте (фиг. 2). В стеклянный цилиндр 1 25

I заливается вязкоупругая жидкость 2 в которую погружается полая трубка !

3, При вращении трубки 3 с некоторой скоростью ы вязкоупругая жидкость может подняться внутри ее на Зр некоторую высоту Ь за счет нормальных напряжений, развивающихся в жидкости у основания трубы и днища цилиндра. Эти напряжения направлены как по радиусу к оси вращения, так 35 и параллельно ей. В результате их совместного действия создается напряжение Й, продавливающее жидкость и действующее на срезе трубы.

Если в верхней части вращающейся по- 4р ( лой трубки выполнить отверстия 4 на.высоте Ь, c h,. то в процессе вращения полой трубки возникает циркуляционное течение (фиг ° 2). Пиркуляция по каналу бурильных труб, 45 сообщающихся с затрубным пространством, осуществляется аналогично приведенному выше принципу.

В табл. 1 приведены опытные данные средних значений нормальных напряжений в зависимости от градиента скорости сдвига, полученные для некоторых вязкоупругих составов, подходящих по своим реологическим свойствам для целей промывки при бурении скважин.

Результаты расчетов, приведенные в табл. 2, показывают, что величины расхода циркулирующей вязкоупругой

993

4 жипкости (Q) и скорости восходящего потока (V) являются приемлемыми для практических целей.

При соблюдении условия, приведенного в зависимости (3), нормальные напряжения, возникающие в среде вязкоупругой жидкости 5 между торцовой частью долота 4 и забоем скважины 1. обеспечивают поднятие жидкости по колонне бурильного инструмента и слив ее через отводную трубу 6 в скважину 1 (в кольцевое пространство)„

Для наиболее полной реализации давления нормальных напряжений в скоростной напор восходящего потока вязкоупругой среды целесообразно слив рабочего агента в.скважину 1 (коль- . цевой зазор) осуществлять при минимальных значениях (1Ь. Для этого можно предусмотреть установку специального переводника с отверстиями 7 со шламоуловителем 8 (фиг. 1) или любое другое аналогичное по назначению при\ способление (один из вариантов шламоуловителя изображен на фиг. 5). В этом случае экономится значительная часть напора (давления), развиваемого нормальными напряжениями, а шламоуловитель 8 после очередного наращивания бурильного инструмента освобождают от частиц выбуренной породы 9.

Кроме того, способ может быть использован для создания местной обратной циркуляции. Для этого скважину 1 от забоя до расчетной отметки заполняют вязкоупругой жидкостью 5, причем глубина заполнения определяется также конкретными геолого-техническими условиями в скважине, свойствами и расходом вязкоупругой среды и оценивается по формуле (1). Остальная часть бурового раствора, замещенного вязкоупругой жидкостью 5, из скважины откачивается. После этого в скважину спускают бурильный инструмент (фиг. 4 и 5).

Затем осуществляют вращение бурильного инструмента, частота вращения определяется соотношением (3).

Механизм циркуляционного .потока аналогичен приведенному вышее.

Пример. При бурении скважины под кондуктор долотом 4 диаметром

295,3 мм и обычной (прямой) схемой промывки технической водой на глубине 120 м происходит полное поглощение промывочной жидкости. При этом

5 13 динамический уровень устанавливается на глубине 90 м, а статический уро1 вень — на глубине 95 м. Дальнейшее бурение осуществляется с использованием местной обратной промывки скважины 1 ° Для этого в скважину 1 спускают следующую компоновку бурильного инструмента . долото 4 диаметром

295,3 мм с центральным промывочным отверстием 3, УБТ диаметром 178 мм и длиной 25 м, т.е. до положе"чя статического уровня, остальную часть бурильного инструмента компектуют трубами ТБПВ 146х8 мм. После этого, способом прямой промывки в скважину закачивают вязкоупругую жидкость 5, приготовленную из l -ного водного раствора полиоксиэтилена и 14%-ного глинистого раствора из модифицированного (метасом и содой) бентонита при объемном отношении этих растворов, равном 4,7.

Объем закачанной вязкоупругой жидкости 5 определяется положением статического уровня, т.е ° скважина заполнена рабочим агентом до глубины 95 м, а техническая вода вынеспена в зону поглощения. Затем бурильный инструмент приподнимают и над

УБТ устанавливают шламоуловитель 8, оставшуюся часть инструмента комплектуют бурильными трубами. После этого осуществляется процесс бурения роторным способом с вращением бурильного инструмента на второй скорости ротора (120 об/мин), Механизм возникновения циркуляционного потока аналогичен приведенному выше. Объемный расход циркулирующей жидкости при данных соотношениях скважины, бурильного инструмента и глубины заполнения скважины 1 рабочим агентом ориентировочно составляет 8-10 л/с (табл. 2), По мере углубления в скважину 1 производится долив вяэкоупругой жидкости.5 до положения статического уровня. Эта операция предпринимается с целью избежать разбавления рабочей жидкости пластовой водой из зоны поглощения.

По другому варианту осуществления способа в скважину 1 диаметром

295,3 мм и глубиной 100 м спускают следующую компоновку бурильного инструмента: долото диаметром 295,3 мм с центральным промывочным отверстием 3, УБТ диаметром 178 мм, длиной и з обретения р м у л

Способ обратной циркуляции бурового раствора в скважине, включающий заполнение скважины рабочим агентом, 4 спуск и врашение бурильного инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения, перед вращением бурильного инструмента скважину заполняют вязкоупругой жидкостью, причем высота столба вязкоупругой жидкости в скважине определяется из соотношения Pg. — Р.g h ah и ° о е

8 Q(1+a() (!+a) 50 а угловая скорость вращения бурильного инструмента определяется из следующего соотношения:

ho

Ы 7

R„„y

55 и где R — внутренний радиус бурильно0 .го инструмента;

31993

50 м, остальную часть инструмента комплектуют бурильными трубами ТБПВ

146х8 мм. После этого осуществляют замену бурового раствора, находящего5 ся в скважине 1, вязкоупругой жидкостью 5, закачивание которой производят с помощью цементировочного агрегата. В качестве вязкоупругой жидкости используют состав, приготовленный путем смешения 14 -ного раствора из бентонитового глинопорошка и 1%-ного раствора полиоксиэтилена при их объемном соотношении 1:4,7, Затем верхняя часть. бурильного инструмента расположенная непосредственно после ведущей бурильной трубы, оборудуется специальным переводником со шламоуловителем 8, аналогичным приведенному на фиг. 1.

Вращением ротора на второй скорости (120 об/мин) бурильный инструмент приводят во вращательное движение.

Возникающие при этом в среде вязко25 упругой жидкости 5 нормальные напряжения обеспечивают возникновение циркуляционного потока с объемным расходом примерно 4 л/с (табл. 2) и со скоростью восходящего потока в трубах 0 0,5 м/с, что является достаточным условием (при вязкости раствора

2,5 П) для очистки забоя от шлама при роторном способе бурения.

1331993

o(— коэффициент: среднее значение вязкости рабочей среды при ее движе- нии; величина давления, вырабатываемого вязкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины, плотность вязкоупругой среды;10 ускорение свободного падения; разность столбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре; технологически необходимая величина расхода вязкоупругой среды;

РДЬ

h о

Значение ь сР

10 дии

2 см

Содержание Градиент Число обо компонен- скорости ротов, тов, вес,ч сдвига, об/мин с

28,8

0,3

1,0

0,4

3,0

57,6

100

Глинопорошок

121,0

200

0,45

Вода

115,2

0,37

28,8

0,95

2,8

100

57,6

0 50

111,4

115,2

200

0,55

Вода

1,0

0,48

28,8

10,0

100

Латекс БСК-70/2

Вода

0,54

57,6

0,59

115,2

200

Таблица 2 5,45

7,26

0,78

3,63

0,39

8,11

1,03

5,0

Компонентный состав вязкоупругой среды

Полиоксиэтилен мол.м 1 10

Полиоксиэтилен, мол.м. 2,2 10

Глинопорошок (модифицированный бентонит) Полиоксиэтилен мол. м. 2,2 ° 106 (1X-ный раствор) 6,35 10,8 50

5,45 ° 6,35 10,8 100

8,9 14,765 50

7 Ru R„(R2 R ° ) ) 0 2 1 Rz

1n—

R„ внешний радиус бурильного инструмента; радиус скважины, расстояние от торца промывочного отверстия долота до забоя скважины; время релаксации вяэкоупругой жидкости (константа жидкости).

Таблица. 1

Продо

5,0

8,9

4,06

6,5

7,3

10,75

7,3

5,38

Фиг. 2

14,765 100

14,765 100

14,765 200

1331 993

1331 993

Фиа1

Составитель И. Белогруд

Редактор Н. Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор B. Бутяга

Заказ 3777/28

Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4