Способ бурения скважин

 

СПОСОБ БУРЕНИЯ ОКВАЖИН, вкпючаюший свшкевве двфференпиапыюго давпенш1 на забое путем доставки пустоте ампуп потоком бурового раствора к раэбурвваемой шиаерквостк в раэаешпвваяйе RX шарсмпечалм долютом пршкатвем поспеднвго к раабурквеюмой яоверхвостн, о т п R 5 а ю ш в ft с я тен что, с Оепыо аовмшеяюЁ аффектйвйости раэрушбВИЯ горшок пород, раэдамяваняв пустотелых ймауп осуществляют на адрвфер1 Ь забоя после пс ружвния зубцов дрпота в породу на глубину, при которЫ форМ1 руются трешнюл отрывд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН, Я0„„1027363 A

) y Е21 В 21 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (54)(57) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, вкшочакндий снижение дифференциального давления sa забое путем доставки иустоте и1х ампул потоком бурового раствора к разбуриваемой ипюеркиости и раздавливаниа «к иарояечж м долотом прижатием лоследиего: к раэбуриваемой поверхности, о т л и ч а в m и и с я тев что, с далью аожаеиия эффективности paspymeиия горнык пород, раэдавливаиие пустотелых ампул осуаествляют иа периферий забоя после погружения эубдов долота в породу иа глубину, ири которой формируются треаииы отрыва. (21) 3396879/22-03 (22) 08.01.82 (46) 07.07.83. Бюп. % 25 (72) B.Е.Дубенко и Н. А.Колесников (71) Грозненский ордена Трудового

Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д.Миллионщикова (53) 622.243.144 (088.8) (56) 1..Патент США % 3684038, кл. 175-66, опублик. 1972.

2. Патент США % 3231030, кл. 175 65, опубпик. 1966 (прототил).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ - —, -; !3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1027363

Изобретение относится к способам бурения скважин с периодически изменяемым дифференциальным давлением и применяется преимущественно для бурения трудноразбуриваемых н абразивных горных пород.

Известен способ вращательного бурения с регулированием дифференциального давления путем выборочной обработки бурового раствора, циркулирующего по 10 скважине. Укаэанную часть бурового раствора разделяют на два потока: поток

Шлама с высокой плотностью, содержащий фазу с тяжелыми твердыми частицами, и вытекающий поток с низкой плот- 15 постыл, содержащий фазу с легкими твердыми частицами.

Плотность бурового раствора, цирку пирующего в скважине, уменьшают путем возвращения потока с низкой ппотностью 20 в буровой раствор и направлении потока с с высокой плотностью на хранение. В другие периоды, например, дпя предотвращения фонтанирования скважины в случае дпительной остановки процесса углубления 25 скважи1иы шлем с высокой плотностью вводит в буровой раствор, увеличивая плотность последнего (1).

Недостатками способа являются опасность потери устойчивости стенок сква- 30 жины при снижении давления жидкости на них и опасность фонтанирования скважины (выброс} Потому невозможно создание отрицательного дифференциального

35 бонее эффективно.

Наиболее близким к изобретению по техиическоф сущности и достигаемому результату является способ бурения скважин вкл1очающий снижение диффере1ши 40 апьиого давления на забое путем доставки.rqrстотепых ампул потоком бурового раствора к раэбуриваемой цоверхности и разщвливаиие их шарошечным долотом прижатием последнего к разбуриваемой поверхности, вследствие чего возникает имплозия, так как циркулирующая жидкость ввэзапно занимает зону, занятую прежде хрупкими телами.

Вспедствие имплозии возникают удариые волны, повышающие напряжение сжатия породы и при достижении давления гидроудара о забой, превышающего предепьиое ннщюжение сжатия породы, проис- ходит ее разрушение (2$

Однако известный способ бурения эф=

55 фективен лишь при бурении на больших глубинах - не менее 15 км, когда возникают давления в несколько сотен мегапаскаль. При меньших глубинах бурения (no

15 км) выходная мощность ударных волн становится недостаточной для разрушения породы, разрушение ее происходит только вследствие работы долота.

Наиболее сущес твенным недостатком известного способа. является резкое возрастание дифференциального давления вследствие:гидроудара и усиления действия ударных волн прн отражении их от направляющих поверхностей в долоте, что увеличивает сипу прижатия отделяемых от массива частиц породы зубцами долота и снижает, в результате, эффектив ность разрушения, 1 елью изобретения является повышение эффективности разрушения горных пород е

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу бурения скважин, включающему снижение дифференциального давления на забое путем доставки пустотепых ампул потоком бурового раствора к раэбуриваемой поверхности и раздавливание Йх шарошечным долотом прижатием последнего к разбуриваемой поверхности, раздавпивание пустотелых ампул осуществляют. на периферии забоя после погружения зубцов долота в породу на глубину, при которой формируются трещины отрыва.

Доставка .и раздавпивание ампуп топько на периферии забоя, где сопротивляемость горных пород к разрушению наибольшая, а не по всей поверхности забоя, снижает их расход.

Глубину, соответствующую зарождению и развитию трещин, отделяющих от массива частицы породы, определяют экспериментально на керновом материале, по-. лученном из ранее пробуречпых скважин.

Снижение дифференциального давления происходит вследствие существования в скважине на забое зоны пониженного давления в тот момент, когда предварительно погруженное в породу долото созl даст условия дпя роста трещин разрушения, а затем раздавит ампулу. Это приводит к снижению силы, потребной для отрыва долотом частицы породы, чему способствует пластовое давление, а также увеличивает силу прижатия долота к забою эа счет разности давления над ним и в области пониженного давления е

Эффективность способа тем выше, чем больше диаметр ампул и тиксотропные свойства бурового раствора. Это увепичивает время имплозии, а следователь1027363 но, время существования на забое отрицательного дифферешиального давления.

Способ осуществляется следующим

\ образом.

Используют обычный способ врашатель- S ного бурения с промывкой и пустотелые ампулы из хрупкого и недорогого материала: стекло, керамика, чугун и т.п., внутри которых может быть лишь воздух при атмосферном давлении. Ампулы вво- 10 дят в поток бурового раствора, который доставляет их через специальную насадку в долоте на периферию забоя. Периферийный венец шарошечного долота захватывает эти ампулы и раздавливает их 15 после погружения в породу его зубцов на определенную глубину. Для этого диаметр ампул. принимают меньше высоты зубцов на величину, приблизительно равную глубине предварительного их погружения. 20

Буровой раствор типа глинистого применяют с высокими тиксотропными свойствами, а диаметр ампул, по возможности, большим.

Разрушению подвергали неизолирован- 2s ный образец плотного известняка венцом шарошечного долота в среде глинистого раствора под давлением 40 МПа. Перед началом опыта образец насыщали водой до Р11 = 40 МПа, что обеспечивало дифференциальное давление равным нулю, Во всех опытах брали венец с постоянной высотой зубцов 13 мм.

Пример 1. Вдоль поверхности плотного известняка прокатывали венец шарошечного долота (ампульi на поверхность породы не закладывали). При црокатывании венца его зубцы погружались в породу на 1,5-? мм. Глубина лунки выкола породы 3-4 мм, объем лунки 0,150,3 см . Поскольку дифференциальное давление равно нулю, в этом случае получают результаты, соответствующие высшим показателям при промышленном бурении (бурение на равновесии).

Пример 2. Вдоль поверхности образце плотного известняка укладывали стеклянные пустотелые ампулы диамет.ром 20 мм, давление воздуха -в которых равно атмосферному, и прокатывали венец.

Диаметр ампулы, больше высоты зубцов венца долота, и она раздавливалась до погружения зубцов в породу (т.е. условия раздавливания аналогичны извест- M ным) .

Глубина лунки выкола породы 3-4 мм, а объем лунки 0,15-0,3 см

Как видно, раздавливание ампул до погружения зубца в породу не приводит к увеличению объема разрушенной породы в сравнении с известным способом разрушения без ампул (пример 1).

Это обусловлено тем, что поскольку ампулы раздавливались до погружения зубца венца, процесс схлопывания образованной области пониженного давления завершался до того момента пока были сформированы трещины разрушения.

Возникающее в момент схлопывания отрицательное дифференциальное давление, в данных условиях (отсутствие трещин в породе) не может произвести самосто- .. яте льного разрушения.

Последующее же погружение зубцов в породу вызывало развитие трещин, ио в условиях отсутствия отрицательного дифференциального давления. Суммирующий эффект разрушения резко снижался, так как эффект имплозии завершился ранее.

Пример 3. Стеклянные ампулы диаметром 11 мм укладывали,на по» верхности породы (плотного известняка) и прокатывали венец долота (высота зубцов 13 мм).

В процессе црокатываиия венца долота (при выбранном соотношении диаметра ампул и высоты эуоцов венца) первоначально зубцы погружались в породу иа

1,5-2 мм, после .чего происходило реэ» давливание ампу л. Глубина лунки выкола породы 15 мм, а объем разрушенной породы 1О-ЗО смз (средние данные из серии опытов).

Как видно из приведенных данных, объем разрушенной породы увеличился в несколько десятков раэ по сравнению с разрушением породы долотом без применения ампул (пример 1).

Объем разрушенной породы полученной экспериментально, может быть рассчитан, зная время, в течение которого иа забой действует отрицательное дифферент-» циальное давление при раздавливании ампул после погружения зубца венда долота (по предлагаемому способу) -в породу.

Время схлопывания образованной области пониженного давления (т.е. время существования отрицательного диффереэ» циального давления на забое) определяют по известной формуле

t--091k4

1ñ

1027363 . 6 иц где Q - механическая скорость проворщ ходки по предлагаемому споора на собу;

Ч - механическая скорость проинаэ выу 5 .

М ходки в обычных условиях буть забоя ренин (без ампульно ина рения (безампупьном);

- объем лунки, образованный при раэдавпении ампулы по пред1О пагаемому способу; рещины. д - число ампул, расходуемое на упе . проходку

P> - плошадь забоя.

Ф

В примерах 1-3 брали венеп шарошеч!

5 ного долота, имеющего диаметр 190 мм. ости и

Дпя данного долота Fy составит 283 см .

Ecru принять g p 1000 (анапогично известному) и 9 1 м, то:

"ю (, "м Р М

Составитель 8. Никулин

Редактор О. Юрковепкая Техред К,Мъпп о Корректор Л. Бокшан

Заказ 46S6/36 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Моасва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4

S где Р - радиус ампулы; плотность бурового раст

P - давление бурового раств забой.

За ето время образуется трещ

xaaemaa из. массива на поверхнос и образующая частипу породы. Дл этой треапщы равна

8=Vò где Ч; скорость образования т

Эту величину находят но форм

Ч =038Ч вЂ”, Ч т Рл E - модуль продольной упруг горной породы; плотность горной породы

С@ел@в подстановку, получаем

-ф «Сф5%4

ЪРп

В примере 3:Я 5,5 мм, Р

* 4О ЖГЬ, Е * 350. 108 Н/и%дня плотного известняка, р 2700 кг/м З, f » 1500 кг/м, В

0 35 5 5 10-Ъ 350 1 1500

° 0,042 м.

Таким обрезом, полученная расчетным.

30 путем длина трещины, которая может об» раэоваться эа время схпоюавания разре . мю3аой области, соответствует глубине иуики д 10-15 мм и объему лунки

ХО 30- cM+, 35

Сравннтеяьную опенку способов буреNN можно дать по составленной иэ усп аиа щвпорпнонв ньиости механической скорости проходки объему лунки эдинич-. нее о выкопа формуле

Таким обрезом, прирост скорости проходки составляет 135-206% прн бурении нрвдан4лемым способом.

Использование спрсоба обеспечит по сравнению с известным способом бурения. на равновесии следующие . преимущества.

Позвонит вести бурение с отрнпатепь щам.дифФеренпиапьным давпением беэ оПасности нарущеиня устойчивости стенок скважины, прихвата бурильной колонны и выброса.

Позволит увеличить скорость бурения и проходку на долото ориентировочно до

200%, что снизит цксппуатапионные затраты и время бурения скважины в труд-, иоразбуриваемых горизонтах.

Кроме того, подача ампуп не хаоти ческая, как при известных способах бурения, а на периферию забоя сократит расход ампул, что снизит себестоимость метра проходки»