2058474 - Способ бурения скважины

Способ бурения скважины

Реферат

Изобретение относится к буровой технике и касается бурения скважин с использованием очистных рабочих агентов различных агрегатных состояний, а именно бурения скважин с применением газожидкостной смеси. Сущность изобретения: предложен способ бурения скважин, в котором используют буровой снаряд с устройством, приводимым в действие энергией жидкого рабочего агента, приготавливаемого путем подачи в жидкость растворяемого в ней вещества с регулируемым расходом, обеспечивающим однофазное жидкое агрегатное состояние рабочего агента в призабойной части снаряда и выделение из жидкости этого вещества в виде газа с образованием газожидкостной смеси. В качестве растворяемого в жидкости вещества используют вещество, преимущественно диоксид углерода, способное образовывать с жидкостью насыщенный раствор при температуре от - 10 до + 100^oС и давлении от 1 до 0,1 МПа и выделяться из него в виде газа при снижении давления на 0,1 МПа и сохранении неизменной температуры, в объеме не менее 0,1 м³ на 1 м³ насыщенного раствора в пересчете на нормальные условия. Использование изобретения позволит повысить эффективность бурения скважины за счет применения в качестве рабочего агента жидкого раствора, интенсивно выделяющего газ при движении в затрубном пространстве, начиная с любой наперед заданной глубины скважины и до ее устья. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Известен способ бурения скважин с использованием в качестве очистного агента газожидкостной смеси, приготавливаемой на поверхности, по которому осуществляют подачу газа в жидкость с помощью эжектора, обеспечивая регулированием необходимый расход газа [1] Для реализации этого способа помимо бурового насоса необходимо использовать дорогостоящее дополнительное оборудование компрессор для подачи газа, эжектор для смещения газа с жидкостью, сепаратор для регулирования степени газирования, требующее при работе значительных затрат энергии и снижающее надежность бурового агрегата в целом. Кроме того, этот способ не позволяет включить в буровой снаряд забойные машины и другие устройства с гидравлическим приводом. Кроме того, для создания газожидкостной смеси в виде пены требуется обязательное использование пенообразователей типа сульфонола, способствующих загрязнению окружающей среды.

Известен способ бурения скважин с использованием забойных машин с гидравлическим приводом, в котором в качестве очистного агента применяют жидкость [2] Недостатком известного способа являются большие затраты гидравлической энергии для привода забойной машины и, как следствие, повышенное давление в обвязке бурового насоса, вызывающее интенсивный износ оборудования и ограничивающее область применения забойных машин.

Наиболее близким к заявленному является способ бурения скважин, в котором используют буровой снаряд с устройством, приводимым в действие энергией жидкого рабочего агента, приготавливаемого путем подачи в жидкость растворяемого в ней вещества с регулируемым расходом, обеспечивающим однофазное агрегатное состояние рабочего агента в призабойной части бурового снаряда и выделение из него вещества в виде газа с образованием газожидкостной смеси в затрубном пространстве [3] В этом способе в качестве растворяемого вещества используют газ, образующий при смешении с растворителем аэрированную жидкость, которая превращается в однофазную в призабойной части бурового снаряда, непосредственно над устройством, приводимым в действие энергией жидкого рабочего агента, а по выходе из бурового снаряда тут же на забое вновь превращается в аэрированную жидкость. Это означает, что данный способ применим лишь в ограниченных случаях, а именно для решения задач, определенных в этом способе. В данном способе для приготовления очистного рабочего агента необходим компрессор, что удорожает способ и снижает надежность бурового агрегата. Кроме того, данный способ не позволяет регулировать давление очистного агента на забой и стенки скважины, снижать давление в обвязке бурового насоса, увеличивать расход очистного агента в затрубном пространстве в верхней части скважины, когда диаметр там больше, чем в нижней части, оставляя расход очистного агента неизменным на глубине, где увеличение расхода было бы нежелательным.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности бурения скважин за счет использования в качестве очистного рабочего агента жидкого раствора, интенсивно выделяющего газ при движении в затрубном пространстве, начиная с любой наперед заданной глубины скважины и до ее устья.

Эта задача решается тем, что в способе бурения скважин, в котором используют буровой снаряд с устpойством, приводимым в действие энергией жидкого рабочего агента, приготавливаемого путем подачи в жидкость растворяемого в ней вещества с регулируемым расходом, обеспечивающим однофазное жидкое агрегатное состояние рабочего агента в призабойной части бурового снаряда и выделение из жидкости вещества в виде газа с образованием газожидкостной смеси в затрубном пространстве, согласно изобретению в качестве подаваемого в жидкость и растворяемого в ней используют вещество, способное образовывать с жидкостью насыщенный раствор при температуре от -10 до 100^оС и давлении от 1 до 10 атм (от 0,1 до 1 МПа) и выделяться из него в виде газа при снижении давления на 1 атм (на 0,1 МПа) и сохранении температуры в объеме не менее 0,1 л (0,1 м³) на 1 л (1 м³) насыщенного раствора в пересчете на нормальные условия.

Решению задачи способствует то, что растворяемое вещество, преимущественно диоксид углерода, используют в жидком или твердом виде, а в качестве жидкости применяют техническую воду.

Решению задачи способствует также то, что расход растворяемого вещества регулируют до образования жидкого однофазного агрегатного состояния рабочего агента по всей длине колонны труб, а глубину, на которой образуется газожидкостная смесь в затрубном пространстве, устанавливают максимальной.

Кроме того, решению задачи способствует то, что расход растворяемого вещества регулируют до образования внутри верхней части колонны труб газожидкостной смеси, границу перехода которой в жидкое однофазное состояние смещают по длине колонны до заданной отметки, а в затрубном пространстве смещают по глубине границу обратного перехода из жидкого однофазного состояния в газожидкостную смесь.

Такое выполнение позволяет за счет применения растворяемого вещества с определенными указанными выше признаками отказаться от использования компрессора для приготовления газожидкостной смеси, а также в большинстве случаев от химических реагентов-пенообразователей, загрязняющих окружающую среду. Кроме того, регулирование расхода растворяемого вещества позволяет снижать давление в обвязке бурового насоса, улучшая условия его работы и расширяя область применения устройств с гидравлическим приводом, включаемых в буровой снаряд, изменять в нужную сторону давление очистного агента на забой и стенки скважины, обеспечивая повышение механической скорости бурения и ликвидируя поглощение очистного агента, обеспечивать необходимую для выноса шлама скорость движения очистного агента по затрубному пространству в случае, когда диаметр верхней части скважины больше, чем диаметр нижней ее части, за счет увеличения расхода очистного агента (начиная с рассчитанной глубины скважины до устья).

На чертеже схематически изображено оборудование, реализующее способ, соответствующий изобретению.

Согласно заявленному способу бурения скважин в нем используют буровой снаряд, включающий колонну 1 бурильных труб, устройство 2 с гидравлическим приводом, например гидроударник, породоразрушающий инструмент 3.

Рабочий агент приготавливают на поверхности путем подачи насосом 4 в емкость 5 жидкости, например технической воды, в которую одновременно подают растворяемое в ней вещество, например диоксид углерода, из контейнера 6. Образованный рабочий агент направляют через нагнетательный шланг 7, вертлюг 8, колонну 1 в устройство 2, которое приводится таким образом в действие. Растворяемое вещество подают в количестве, обеспечивающем в призабойной части бурового снаряда жидкое однофазное агрегатное состояние рабочего агента, исключающее попадание в устройство 2 пузырьков газа.

Введение в жидкость, проходящую через емкость 5, диоксида углерода или любого другого вещества, способного образовать с жидкостью насыщенный раствор при температуре от -10 до 100^оС и давлении от 10 до 1 атм (от 1 до 0,1 МПа) и выделяться из него в виде газа при снижении давления на 1 атм (на 0,1 МПа) и сохранении неизменной температуры, в объеме не менее 0,1 л (м³) на 1 л (м³) насыщенного раствора в пересчете на нормальные условия позволяет превратить рабочий агент, представляющий собой газожидкостную смесь внутри верхней части колонны от устья скважины до глубины l₁, в насыщенный раствор без примеси газа задолго до подхода к устройству 2. В частном случае глубина l₁ может равняться нулю, т. е. вся колонна 1 бурильных труб заполняется жидким раствором, что обеспечивает при установлении максимально возможной глубины l₂, начиная с которой происходит выделение газа из раствора в затрубном пространстве 9, максимальное снижение давления в буровом насосе и обвязке.

Граница перехода жидкого однофазного очистного рабочего агента в газожидкостную смесь, т.е. глубина l₂, в частном случае может быть равна глубине скважины L, что обеспечивает максимальное снижение давления очистного рабочего агента на забой и стенки скважины.

Зная перепад давления в устройстве 2 и породоразрушающем инструменте 3, регулируют расход компонентов, образующих рабочий агент, меняя содержание растворяемого вещества в жидкости и добиваясь таким образом установления глубин l₁ и l₂ на нужных отметках. Например, если скважина бурится с применением гидроударника и долота, перепад давления в которых составляет 30 ат (3 МПа), то при глубине скважины L, равной 400 м, и скважинной температуре Т, равной 10^оС, для снижения вдвое давления столба очистного рабочего агента на забой следует использовать в качестве очистного рабочего агента смесь технической воды с диоксидом углерода, обеспечив такой их расход, чтобы они образовывали насыщенный раствор при Т= 10^оС и давлении Р 20 ат (2 МПа). В этом случае концентрация диоксида углерода в очистном рабочем агенте составляет 46 г/л, глубина l₂ равна глубине скважины L (т.е. водный раствор диоксида углерода превращается в газожидкостную смесь на забое сразу по выходе из бурового снаряда в затрубное пространство), а глубина l₁ равна 100 м.

Если ставится задача снижения давления в обвязке бурового насоса, то при тех же условиях концентрацию диоксида углерода в целях его экономии следует снизить до 35 г/л, что соответствует концентрации насыщенного раствора, существующего при Т 10^оС и Р 15 ат (1,5 МПа). В этом случае l₁ равно нулю, а l₂ 300 м, т.е. вся бурильная колонна целиком заполняется жидким однофазным очистным рабочим агентом, а газожидкостная смесь образуется в затрубном пространстве на глубине 300 м.

Давление в обвязке бурового насоса как в первом, так и во втором случае остается неизменным и составляет приблизительно 15 ат (1,5 МПа), что вдвое ниже, чем если бы бурение велось с применением технической воды без добавления диоксида углерода.

Таким образом, регулируя расход растворяемого вещества, смещают границу перехода газожидкостной смеси в жидкое однофазное состояние по длине колонны до заданной отметки, а в затрубном пространстве смещают по глубине границу обратного перехода из жидкого однофазного состояния в газожидкостную смесь.

Изобретение позволяет расширить область применения устройств с гидравлическим приводом, используемых в буровых снарядах, продлить срок службы бурового насоса за счет снижения давления в нагнетательной линии, ликвидировать или уменьшить поглощение за счет снижения давления очистного рабочего агента на стенки скважины и повысить механическую скорость бурения за счет снижения давления очистного рабочего агента на забой.

Формула изобретения

1. СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ, включающий использование бурового снаряда с устройством, приводимым в действие энергией жидкого рабочего агента, приготавливаемого путем подачи в жидкость растворяемого в ней вещества с регулируемым расходом, обеспечивающим однофазное жидкое агрегатное состояние рабочего агента в призабойной части бурового снаряда и выделение из жидкости этого вещества в виде газа с образованием газожидкостной смеси, отличающийся тем, что в качестве растворяемого в жидкости вещества используют вещество, способное образовывать с жидкостью насыщенный раствор при температуре от -10 до +100^oС и давлении 1 0,1 МПа и выделяться из него в виде газа при снижении давления на 0,1 МПа и сохранении неизменной температуры, в объеме не менее 0,1 м³ на 1 м³ насыщенного раствора в пересчете на нормальные условия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворимое в жидкости вещество, преимущественно диоксид углерода, подают в жидком либо в твердом виде, а в качестве жидкости применяют техническую воду.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расход растворяемого в жидкости вещества регулируют до образования жидкого однофазного агрегатного состояния рабочего агента по всей длине колонны труб, а глубину, на которой образуется газожидкостная смесь в затрубном пространстве, устанавливают максимальной.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расход растворяемого в жидкости вещества регулируют до образования внутри верхней части колонны труб газожидкостной смеси, границу перехода которой в жидкое однофазное состояние смещают по длине колонны до заданной отметки, а в затрубном пространстве смещают по глубине границу обратного перехода из жидкого однофазного состояния в газожидкостную смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Способ бурения скважины

Патент 2058474