Способ очистки ствола скважины

 

Использование: изобретение относится к области глубокого бурения и может быть использовано для очистки стволов скважин от шлама при вскрытии осыпающихся отложений. Способ очистки ствола скважины включает спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству порции дополнительного бурового раствора другой плотности. Новым в способе является определение объема дополнительного бурового раствора в зависимости от максимального и минимального давлений нагнетания рабочего бурового раствора, представленного в соотношении в описании. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области глубокого бурения и может быть использовано для очистки стволов скважин от шлама при вскрытии осыпающихся отложений.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ очистки ствола скважины, включающий спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству порции дополнительного бурового раствора другой плотности, причем плотность дополнительного бурового раствора меньше плотности рабочего [1] Недостаток известного способа заключается в его неоперативности, так как для выбора объема и плотности дополнительного бурового раствора необходимо знание пластового (порового) давления и давления утечки вскрытых пород. Известные методы определения указанных давлений соответственно требуют проведения механического каротажа с последующими расчетами и подъемами бурильной колонны в обсаженную часть скважины, привлечения цементировочного агрегата, что влечет значительные временные и материальные затраты.

Целью изобретения является повышение оперативности очистки ствола скважины от шлама.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки ствола скважины, включающем спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству порции дополнительного бурового раствора при отсутствии проявлений и поглощений в течение одного цикла циркуляции рабочего бурового раствора измеряют и регистрируют максимальное и минимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, а объем порции дополнительного бурового раствора определяют из соотношения V_п= F_кп, [М³] где P_макс максимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, измеренное в течение одного цикла циркуляции до прокачки порции дополнительного бурового раствора, Па; P_мин минимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, измеренное в течение одного цикла циркуляции до прокачки порции дополнительного бурового раствора, Па; ρ_бр плотность рабочего бурового раствора, кг/м³; ρ_п плотность дополнительного бурового раствора, кг/м³; g ускорение свободного падения, м/с²; F_кп минимальная площадь кольцевого пространства, м².

Другое отличие заключается в том, что при плотности рабочего бурового раствора 1000.1590 кг/м³, плотность дополнительного бурового раствора принимают на 500 кг/м³ больше плотности рабочего бурового раствора.

Другое отличие заключается в том, что при плотности рабочего бурового раствора 1600.2250 кг/м³, плотность дополнительного бурового раствора принимают на 500 кг/м³ меньше плотности рабочего бурового раствора.

Другое отличие заключается в том, что прокачку порции дополнительного бурового раствора большей плотности по необсаженной части кольцевого пространства осуществляют при давлении нагнетания бурового раствора в скважину, не превышающем зарегистрированного максимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

Другое отличие заключается в том, что прокачку порции дополнительного бурового раствора меньшей плотности по необсаженной части кольцевого пространства осуществляют при давлении нагнетания бурового раствора в скважину, не меньшем зарегистрированного минимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

Такая технологическая операция исключает затраты времени и средств на определение давления утечки вскрытых пород или пластовых давлений, необходимых при реализации известного способа очистки скважин от шлама. Указанный положительный эффект достигается следующим образом. В процессе промывки скважины при отсутствии проявлений и поглощений давление нагнетания бурового раствора изменяется по зависимости близкой к гармонической (синусоидальной), причем период гармонической зависимости совпадает по продолжительности с циклом циркуляции. С учетом принятых условий можно рассматривать текущее значение давления нагнетания бурового раствора, состоящего из двух слагаемых: постоянного по величине и обусловленного потерями напора на преодоление гидравлических сопротивлений в элементах циркуляционной системы буровой; переменного по величине, обусловленного перепадом давления за счет разности гидростатических давлений в кольцевом и трубном пространствах (отклонение плотности находящегося в циркуляции бурового раствора от номинальной величины). Указанный перепад давления может действовать как по направлению кольцевое пространство трубы, то есть увеличивать давление на забой и давление нагнетания бурового раствора, так и по направлению трубы кольцевое пространство, то есть уменьшать давление на забой и давление нагнетания бурового раствора.

При реализации способа очистки ствола скважины от шлама прокачкой порции утяжеленного бурового раствора, давление на забой увеличивается при движении порции по кольцевому пространству. В этом случае ограничивающим с точки зрения недопущения гидроразрыва пород является максимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора. Следовательно, объем, плотность и время прокачки утяжеленного бурового раствора должны быть выбраны таким образом, чтобы сумма текущего значения давления и нагнетания бурового раствора и дополнительного перепада давления, создаваемого указанной порцией при движении по открытому стволу, не превышала максимального давления нагнетания рабочего бурового раствора. Практически указанное требование достигается, если период движения порции утяжеленного бурового раствора по кольцевому пространству совпадает с периодом изменения давления нагнетания рабочего бурового раствора от максимума до минимума и вновь до максимума. При этом учитывая, что объем кольцевого пространства значительно больше внутреннего объема бурильной колонны, а следовательно, время движения порции по кольцевому пространству больше времени движения по бурильной колонне, объем порции рассчитывается по формуле V_п= F_кп, то есть утяжеленный буровой раствор в кольцевом пространстве должен создавать максимальный дополнительный перепад давления, по величине равный половине разности между максимальным и минимальным давлениями нагнетания рабочего бурового раствора. В период изменения давления нагнетания между Р_макс и Р_мин (по циклу циркуляции рабочего бурового раствора) существует такое текущее значение давления нагнетания, сумма которого с равна Р_макс. Так как утяжеленный буровой раствор создает максимальный перепад давления в момент полного выхода в кольцевое пространство (максимальный по высоте столб), то момент начала закачки порции в бурильную колонну должен быть раньше указанного выше момента на отрезок времени, необходимый для прокачки объема раствора, равного сумме объемов полости бурильной колонны и порции.

При реализации способа очистки ствола скважины от шлама прокачкой порции облегченного бурового раствора давление на забой уменьшается при движении порции по кольцевому пространству. В этом случае ограничивающим с точки зрения исключения проявлений является минимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора. Следовательно, объем, плотность, время прокачки облегченного бурового раствора должны быть выбраны таким образом, чтобы разность между текущими значениями давления нагнетания бурового раствора и перепадом давления, создаваемым указанной порцией при движении по открытому стволу были не меньше минимального давления нагнетания рабочего бурового раствора. Практически указанное требование достигается, если период движения порции облегченного раствора по кольцевому пространству совпадает с периодом изменения давления нагнетания рабочего бурового раствора от минимума до максимума и вновь до минимума. При этом учитывая, что объем кольцевого пространства значительно больше внутреннего объема бурильной колонны, а следовательно время движения порции по кольцевому пространству больше времени движения по бурильной колонне, объем порции рассчитывается по формуле V_п= F_кп, то есть облегченный буровой раствор в кольцевом пространстве должен создавать максимальный дополнительный перепад давления, по величине равный половине разности между максимальным и минимальным давлениями нагнетания рабочего бурового раствора. В период изменения давления нагнетания между Р_мин и Р_макс (по циклу циркуляции рабочего бурового раствора) существует такое текущее значение давления нагнетания, разность которого c равна Р_мин. Так как облегченный буровой раствор создает максимальный перепад давления в момент полного выхода в кольцевое пространство (максимальный по высоте столб), то момент начала закачки порции в бурильную колонну должен быть раньше указанного выше момента на отрезок времени, необходимый для прокачки объема раствора, равного сумме объемов полости бурильной колонны и порции.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ обладает отличительными признаками и поэтому соответствует критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники ни в патентной, ни в научно-технической литературе, и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Способ осуществляют следующими действиями. В скважину спускают бурильную колонну с породоразрушающим инструментом и прорабатывают зашламленный интервал. В течение одного цикла циркуляции до прокачки порции дополнительного бурового раствора при отсутствии проявлений и поглощений регистрируют максимальное и минимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину.

Определяют плотность дополнительного бурового раствора.

Определяют объем порции дополнительного бурового раствора.

Определяют момент начала прокачки порции дополнительного бурового раствора по циклу циркуляции рабочего бурового раствора таким образом, чтобы давление нагнетания раствора в скважину при движении порции по необсаженной части кольцевого пространства не выходило за пределы соответствующего максимального или минимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

Приготавливают порцию дополнительного бурового раствора.

Прокачивают порцию дополнительного бурового раствора таким образом, чтобы давление нагнетания раствора в скважину при ее движении по необсаженной части кольцевого пространства не выходило за пределы соответствующего максимального или минимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

Продолжают бурение или проработку до появления признаков зашламленности ствола скважины, после чего операцию повторяют.

На фиг.1 представлена диаграмма, регистрирующая изменение давления нагнетания рабочего бурового раствора в скважину до прокачки порции утяжеленного бурового раствора; на фиг.2 график изменения перепада давления между кольцевым и внутритрубным пространством в процессе прокачки порции утяжеленного бурового раствора; на фиг.3 диаграмма изменения давления нагнетания бурового раствора в скважину в процессе прокачки порции утяжеленного бурового раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству; на фиг.4 диаграмма, регистрирующая изменение давления нагнетания рабочего бурового раствора в скважину до прокачки порции облегченного бурового раствора; на фиг.5 график изменения перепада давления между кольцевым и внутритрубным пространством в процессе прокачки порции облегченного бурового раствора; на фиг.6 диаграмма изменения давления нагнетания бурового раствора в скважину в процессе прокачки порции облегченного бурового раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству.

П р и м е р 1. Способ очистки ствола скважины осуществлен на скважине при бурении в юрских отложениях.

Фактическая конструкция скважины: обсадная колонна диаметром D₁ 245 мм с толщиной стенки δ₀₁ 11,99 мм спущена в интервале 0-2245 м, обсадная колонна диаметром D₂ 219 мм c толщиной стенки δ₀₂ 12,7 мм спущена в интервале 2245-4059 м, участок открытого ствола скважины 4059-5011. В скважине использовался следующий бурильный инструмент: долото диаметром D_дол 190,5 мм; утяжеленные бурильные трубы диаметром D_УБТ 146 мм длиной l_УБТ 194 м (внутренний диаметр d 68 мм); бурильные трубы диаметром D_бт1 114 мм длиной l_от1 2577 м (толщина стенки δ_б1 10 мм); бурильные трубы диаметром D_бт2 127 мм длиной l_бт2 2240 м (толщина стенки δ_б2 9 мм). Скважина промывалась рабочим буровым раствором плотностью ρ_бр 1410 кг/м³ при подаче буровых насосов Q 0,015 м³/с.

В процессе проводки скважины с глубины 4300 м и до забоя наблюдались постоянные подклинки инструмента при вращении, затяжки и посадки, иногда сопровождавшиеся закупорками кольцевого пространства с ростом давления до 13 МПа. Проведенные геофизические работы показали наличие в этом интервале каверн диаметром до 300.400 мм. Их чрезмерное загрязнение шламом вызывало необходимость длительных проработок, что не позволяло вести дальнейшее углубление скважины. В этих условиях было принято решение произвести очистку ствола от шлама прокачкой порции дополнительного бурового раствора.

После проработки ствола до глубины 5011 м в течение одного цикла циркуляции при отсутствии проявлений и поглощений было зарегистрировано давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину (участок А-В на фиг. 1). Регистрация велась самопишущим манометром с записью диаграммы на бумажной ленте (по оси абсцисс фиксировалось время в масштабе 1 мин/мм; по оси ординат давление в нагнетательной линии 1 МПа/6 мм). При этом максимальное давление в течение цикла составило Р_макс 13 МПа, минимальное Р_мин 11 МПа.

Так как плотность рабочего бурового раствора была менее 1590 кг/м³, плотность дополнительного бурового раствора была принята большей рабочего на 500 кг/м³ и составила: ρ_п=ρ_бр + 500 1410 + 500 1910 кг/м³
Объем порции утяжеленного бурового раствора был рассчитан из соотношения
V_п= F_кп, где g 9,81 м/с² ускорение свободного падения;
F_кп минимальная площадь кольцевого пространства, м².

Так как площадь кольцевого пространства минимальна в интервале между утяжеленными бурильными трубами и стенками скважины, то порция создаст столб максимальной высоты в момент ее полного выхода в кольцевое пространство. При этом высота столба Н составляет
H 204 м
Так как H > УБТ, то есть порция, создавая столб высотой Н 204 м, занимает кольцевое пространство между необсаженными стенками скважины и утяжеленными бурильными трубами, а также частично за бурильными трубами диаметром D_бт 114 мм, объем порции был рассчитан из следующего соотношения:
V_п 0,785 [D_дол² D_убт²) l_убт + (D_дол²
D_бт1²)(Н l_убт)] 0,785 (0,1905²
0,146²) 194 + (0,1905² 0,114²) (204-
194) 2,5 м³.

Для нахождения момента прокачки порции утяжеленного бурового раствора были рассчитаны создаваемые перепады давления между кольцевым пространством и трубами.

При нахождении порции в бурильных трубах диаметром 127 мм (участок СЕ на фиг.2)
(ρ_бр-ρ_п)g (1410-
При нахождении порции в бурильных трубах диаметром 114 мм (участок на фиг.2):
(ρ_бр-ρ_п)g (1410-
В момент подхода порции к долоту (точка 1 на фиг.2)
P
В момент полного выхода порции в кольцевое пространство (точка τ на фиг. 2)
Δ Р₄ 1 МПа.

При нахождении порции в кольцевом пространстве между необсаженными стенками скважины и бурильными трубами диаметром 114 мм (участок КМ на фиг. 2):
(ρ_п-ρ_бр)g (1910-
При нахождении порции в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм (участок NR на фиг. 2):
ΔP₆= (ρ_п-ρ_БР)g
(1910-1410)×9,81 0,6МПа
При нахождении в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм (участок SU на фиг.2):
ΔP₇= (ρ_п-ρ_БР)g
(1910-1410)×9,81 0,5МПа
Также был произведен расчет времени движения порции утяжеленного бурового раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству.

Время прокачки объема утяжеленного бурового раствора (соответствует точке С на фиг.2):
t 3 мин
Время подхода порции к бурильным трубам диаметром 114 мм (соответствует точке Е на фиг.2):
t₁= 24 мин
Время подхода порции к утяжеленным бурильным трубам (соответствует точке G на фиг.2):
t₂=t₁+ 24+ 44мин
Время подхода порции к долоту (соответствует точке 1 на фиг.2):
t₃= t₂+ 44 + 45 мин
Время подхода порции в кольцевое пространство (соответствует точке τ на фиг.2):
t₄ t₃ + t 45 + 3 48 мин.

Время полного выхода порции в кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами диаметром 114 мм (соответствует точке К на фиг.2)
t 48 +
Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадной колонной диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм (соответствует точке N на фиг.2):
t₆= t₅+ = 51+
+ 66 мин где L глубина скважины, м;
L₁ глубина установки башмака обсадной колонны диаметром 219 мм.

Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадной колонной диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм (соответствует точке на фиг.2)
t₇= t₆+
66 + 105 мин
где L₂ глубина установки башмака обсадной колонны диаметром 245 мм.

Время полного выхода порции на дневную поверхность (соответствует точке Z на фиг.2)
t₈= t₇+
105 + 169 мин
Сопоставлением зарегистрированной диаграммы давления нагнетания рабочего бурового раствора (фиг.1) и полученного графика изменения перепада давления между кольцевым пространством и трубами при движении порции утяжеленного бурового раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству (фиг.2) было установлено, что для исключения перегрузки забоя в процессе прокачки указанной порции по открытому стволу и большей части кольцевого пространства, момент полного выхода утяжеленного раствора в открытый ствол должен совпадать с точкой τ₁ на фиг.1 (сложение текущего давления нагнетания D_н 12 МПа с созданным дополнительным перепадом давления Δ Р₄ 1 МПа дает Р_макс Р_н + Δ Р₄ 12+1 13 МПа). Следовательно, момент начала закачки порции в бурильную колонну должен отстоять от точки τ₁ (фиг.1) на время t₄ 45 мин (соответствует точке О₁ на фиг.1).

Порция утяжеленного бурового раствора плотностью ρ_п 1910 кг/м³ в объеме V_п 2,5 м³ была приготовлена на буровой и прокачана по бурильной колонне и кольцевому пространству, причем момент начала закачки порции в бурильную колонну совпадал с положением точки О₁(фиг.1) по циклу циркуляции рабочего бурового раствора.

Зарегистрированная диаграмма давления нагнетания бурового раствора в скважину при прокачке указанной порции представлена на фиг.3. Здесь:
О₂С₂ закачка порции утяжеленного бурового раствора в бурильные трубы диаметром 127 мм;
С₂Е₂ движение порции по бурильным трубам диаметром 127 мм.

Е₂F₂ переход порции из бурильных труб диаметром 127 мм в бурильные трубы диаметром 114 мм;
Е₂G₂ движение порции по бурильным трубам диаметром 114 мм;
G₂I₂ движение порции по утяжеленным бурильным трубам;
I₂Т₂ выход порции в открытый ствол;
Т₂K₂ выход порции из кольцевого пространства между стенками скважины и УБТ;
K₂M₂ движение порции по кольцевому пространству между стенками скважины и бурильными трубами диаметром 114 мм;
М₂N₂ выход порции в кольцевое пространство между обсадной колонной диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
N₂R₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадной колонной диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
R₂S₂ выход порции в кольцевое пространство между обсадной колонной диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм;
S₂U₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадной колонной диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм;
U₂Z₂ выход порции на дневную поверхность, в ходе которого наблюдался повышенный вынос шлама.

Таким образом, в ходе движения по кольцевому пространству порции утяжеленного бурового раствора не было превышено максимальное давление нагнетания бурового рабочего раствора в скважину Р_макс, в результате чего поглощения бурового раствора не наблюдались.

Очистка открытого ствола от шлама позволила продолжить бурение до глубины 5200 м с повторением операции в конце каждого долбления и закрепить скважину обсадной колонной диаметром 168 мм.

П р и м е р 2. Способ очистки ствола скважины от шлама осуществлен при разбуривании отложений нижнего майкопа.

Фактическая конструкция скважины: обсадные трубы диаметром D₁ 245 мм с толщиной стенки δ₀₁ 11,99 мм опущены в интервале 0-1047 м, обсадные трубы диаметром D₂ 219 мм с толщиной стенки δ₀₂ 12,7 мм спущены в интервале 1047-4958 м, участок открытого ствола 4958-5300 м. В скважине использовался следующий бурильный инструмент: долото диаметром D_дол 190,5 мм; утяжеленные бурильные трубы диаметром D_убт 146 мм длиной l_УБТ 181 м (внутренний диаметр УБТ d 68 мм); бурильные трубы диаметром D_бт1 102 мм с толщиной стенки δ_б1 10 мм длиной l_БТ1= 920 м; бурильные трубы диаметром D_бт2 114 мм с толщиной стенки δ_б2= 10 мм длиной l_бт2 3324 м; бурильные трубы диаметром D_бт3 127 мм с толщиной стенки δ_б3 9 мм длиной l_БТ3 875 м. Скважина промывалась рабочим буровым раствором плотностью ρ_бр 2160 кг/м³ при подаче насосов Q 0,014 м³/с.

При бурении начались заклинки бурильного инструмента, сопровождающиеся затяжками до 150 кН сверх собственного веса. Во время последующей промывки вынесло шлам, характер которого свидетельствовал о начавшихся осыпях горных пород со стенок скважины. Однако из-за размерного кавернообразования вынос шлама уменьшился, что привело к загрязнению ствола скважины. Это обстоятельство требовало длительных проработок и затрудняло наращивание инструмента. Для ликвидации осложнения было принято решение произвести очистку ствола скважины от шлама.

После проработки ствола скважины до глубины 5300 м в течение одного цикла циркуляции при отсутствии проявлений и поглощений было зарегистрировано давление нагнетания рабочего раствора в скважину (участок α-β на фиг.4). Регистрация велась на бумажной ленте, причем по оси абсцисс фиксировалось время в масштабе 1 мин/мм; по оси ординат давление в нагнетательной линии 1 МПа/6 мм. При этом максимальное давление в течение цикла составило Р_макс13 МПа, минимальное Р_мин 11 МПа.

Так как плотность рабочего бурового раствора была более 1660 кг/м³в качестве дополнительного бурового раствора был принят облегченный с плотностью на 500 кг/м³ меньше
ρ_п=ρ_бр 500 2160 500 1660 кг/м³.

Объем порции облегченного бурового раствора был рассчитан с использованием формулы
V_п= F_кп.

Так как площадь кольцевого пространства F_кп минимальна в интервале между утяжеленными бурильными трубами и стенками скважины, то порция создаст столб максимальной высоты в момент ее полного выхода в кольцевое пространство. При этом высота столба Н составляет
H 204 мм.

Так как Н > l_УБТ, то есть порция, создавая столб высотой Н 204 м, занимает кольцевое пространство за утяжеленными бурильными трубами и частично за бурильными трубами диаметром D_бт1 102 мм объем порции был рассчитан из следующего соотношения:
V_п 0,785 [(D_дол² D_УБТ²) l_УБТ + (D_дол² D_БТ1²) (Н- l_УБТ)] 0,785 [(0,1905² 0,146²) 181 + (0,1905² 0,102²) (204-181)] 2,6 м³
Для нахождения момента прокачки порции облегченного бурового раствора были рассчитаны создаваемые перепады давления между кольцевым пространством и трубами.

При нахождении порции в бурильных трубах диаметром 127 мм (участок γ-ε на фиг.5):
P)g ×
При нахождении в бурильных трубах диаметром 114 мм (участок ζ-η на фиг. 5):
P)g ×
При нахождении в бурильных трубах диаметром 102 мм (участок Q-L на фиг. 5):
P)g ×
В момент подхода порции к долоту (точка χ на фиг.5)
P-ρ_п)g= +
В момент полного выхода порции в кольцевое пространство (точка λ на фиг. 5):
Δ Р₅ -1 МПа
При прохождении порции в кольцевом пространстве между необсаженными стенками скважины и бурильными трубами диаметром 102 мм (участок μν на фиг. 5):
P
При нахождении порции в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 102 мм (участок ζπ на фиг. 5):
)
При нахождении порции в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм (участок στ на фиг. 5):
)
При нахождении порции в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм (участок ϕχ на фиг.5)
g
При нахождении порции в кольцевом пространстве между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм (участок νΨ на фиг.5)
)
Также был произведен расчет времени движения порции облегченного бурового раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству.

Время прокачки объема облегченного бурового раствора (соответствует точке γ на фиг.5)
t 3 мин.

Время подхода порции к бурильным трубам диаметром 114 мм (соответствует точке ε на фиг.5)
t₁= 10 мин
Время подхода порции к бурильным трубам диаметром 102 мм (соответствует точке η на фиг.5):
t 10+
Время подхода порции к утяжеленным бурильным трубам (соответствует точке l на фиг.5):
t 37+
Время подхода порции к долоту (соответствует точке х на фиг.5)
t₄= t₃+ 43+ 44 мин
Время полного выхода порции в кольцевое пространство (соответствует точке λ на фиг.5)
t₅ t₄ + t 44 + 3 47 мин.

Время полного выхода порции в кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами диаметром 102 мм (соответствует точке μ на фиг.5):
t 47+
Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 102 мм (соответствует точке ζ на фиг.5)
t=+
где L глубина спуска бурильного инструмента, м.

L₁ глубина установки башмака обсадной колонны диаметром 219 мм.

Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм (соответствует точке σ на фиг.5)
t=+
Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм соответствует точке ϕ на фиг.5
t=+
где L₂ глубина спуска башмака обсадной колонны диаметром 245 мм.

Время полного выхода порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм соответствует точке на фиг.5
t+
Время полного выхода порции на дневную поверхность (соответствует точке ω на фиг.5):
t+
Cопоставлением зарегистрированной диаграммы давления нагнетания рабочего бурового раствора (фиг.4) и полученного графика изменения перепада давления между кольцевым пространством и трубами при движении порции облегченного раствора по бурильной колонне и кольцевому пространству (фиг.5) было установлено, что для исключения проявлений при прокачке указанной порции по открытому стволу и большей части кольцевого пространства, момент полного выхода облегченного раствора в открытый ствол должен совпадать с точкой λ₁ на фиг. 4 (вычитание перепада давления ΔР 1 МПа из текущего давления нагнетания дает Р_мин Р_н Δ Р 12-1 11 МПа). Следовательно, момент начала закачки порции в бурильную колонну должен отстоять от точки λ₁ (фиг.4) на время t₅ 47 мин (соответствует точке О₁ на фиг.4).

Порция облегченного бурового раствора плотностью ρ_п 1660 кг/м³в объеме V_п 2,6 м³ была приготовлена на буровой и прокачана по бурильной колонне и кольцевому пространству, причем момент начала закачки порции в бурильную колонну совпадал с положением точки О₁) (фиг.4) по циклу циркуляции рабочего бурового раствора.

Зарегистрированная диаграмма давления нагнетания бурового раствора в скважину отражает следующие этапы прокачки порции облегченного бурового раствора (фиг.6)
О₂ γ₂ закачка порции облегченного бурового раствора в бурильные трубы диаметром 127 мм;
γ₂ε₂ движение порции по бурильным трубам диаметром 127 мм;
ε₂ζ₂ переход порции в бурильные трубы диаметром 114 мм;
ζ₂η₂ движение порции по бурильным трубам диаметром 114 мм;
η₂ Q₂ переход порции в бурильные трубы диаметром 102 мм;
Q₂l₂ движение порции по бурильным трубам диаметром 102 мм;
l₂ χ₂ движение порции по утяжеленным бурильным трубам;
χ₂λ₂ переход порции в открытый ствол;
λ₂μ₂ выход порции из кольцевого пространства между необсаженными стенками скважины и утяжеленными бурильными трубами;
μ₂ν₂ движение порции по кольцевому пространству между необсаженными стенками скважины и бурильными трубами диаметром 102 мм;
ν₂ζ₂ переход порции в обсаженный ствол скважины;
ζ₂π₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 102 мм;
π₂σ₂ переход порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
σ₂τ₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадными трубами диаметром 219 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
τ₂ϕ₂ переход порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
ϕ₂χ₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 114 мм;
τ₂Ψ₂ переход порции в кольцевое пространство между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм;
Ψ v₂ движение порции по кольцевому пространству между обсадными трубами диаметром 245 мм и бурильными трубами диаметром 127 мм;
v₂ ω₂ выход порции на дневную поверхность.

При последующей промывке рабочим буровым раствором выносился шлам размером до 20 мм. Очистка ствола от шлама позволила продолжить бурение скважины.

Таким образом, в ходе движения по кольцевому пространству порции облегченного бурового раствора давление нагнетания не опускалось ниже величины Р_мин, что исключило возможность проявлений.

Применение предлагаемого способа очистки ствола скважины от шлама позволяет получить следующие преимущества по сравнению с известными способами:
исключается необходимость проведения подготовительных работ для определения давления утечки вскрытых пород при прокачке порций утяжеленного бурового раствора и поровых давлений при прокачке порций облегченного бурового раствора;
обеспечивается возможность проведения очистки ствола непосредственно после возникновения признаков зашламления скважины.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ, включающий спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству порции дополнительного бурового раствора другой плотности, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности очистки ствола скважины от шлама, до прокачки порции дополнительного бурового раствора при отсутствии проявлений и поглощений в течение одного цикла циркуляции рабочего бурового раствора измеряют и регистрируют максимальное и минимальное давления нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, а объем порции дополнительного бурового раствора определяют из соотношения

где P_max максимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, измеренное в течение одного цикла циркуляции до прокачки порции дополнительного бурового раствора, Па;
P_min минимальное давление нагнетания рабочего бурового раствора в скважину, измеренное в течение одного цикла циркуляции до прокачки порции дополнительного бурового раствора, Па;
ρ_бр плотность рабочего бурового раствора, кг/м³;
ρ_п плотность дополнительного бурового раствора, кг/м³;
g ускорение свободного падения, м/с²;
F_кп минимальная площадь кольцевого пространства, м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при плотности рабочего бурового раствора 1000 1590 кг/м³ плотность дополнительного бурового раствора принимают на 500 кг/м³ больше плотности рабочего бурового раствора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при плотности рабочего бурового раствора 1600 2250 кг/м³ плотность дополнительного бурового раствора принимают на 500 кг/м³ меньше плотности рабочего бурового раствора.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что прокачку порции дополнительного бурового раствора по необсаженной части кольцевого пространства осуществляют при давлении нагнетания бурового раствора в скважину, не превышающем зарегистрированного максимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

5. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что прокачку порции дополнительного бурового раствора по необсаженной части кольцевого пространства осуществляют при давлении нагнетания бурового раствора в скважину, не меньшем зарегистрированного минимального давления нагнетания рабочего бурового раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6