Способ очистки ствола скважины

 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к технологии очистки ствола скважины от шлама. Способ включает спуск колонны труб в скважину с углом наклона не менее 30°. Колонну труб приводят во вращение. Обратную циркуляцию промывочной жидкости создают по всему стволу скважины. Расход промывочной жидкости обеспечивает турбулентный режим течения промывочной жидкости на входе в колонну труб при сохранении ламинарного режима в затрубном пространстве. Изобретение позволяет расширить область применения способа и повысить его эффективность при одновременном его упрощении. 1 табл.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к технологии очистки ствола скважины от шлама.

Известен способ очистки ствола скважины от выбуренной породы, включающий нагнетание промывочной жидкости через бурильные трубы и отсасывание шлама из-под долота посредством специального устройства, устанавливаемого над долотом (см. патент РФ N 2005162, E 21 B 21/00). Данный способ позволяет улучшить вынос шлама из зоны работы долота, однако наличие на наружной поверхности устройства вращающихся лопастей не позволяет использовать его в горизонтальных скважинах.

Прототипом изобретения является способ очистки ствола скважины от шлама, включающий спуск в скважину на колонне бурильных труб специального устройства и создание в призабойной части скважины местной обратной циркуляции промывочной жидкости (см. Акопов Э.А. Очистка забоев глубоких скважин. М.: Недра, 1970, стр. 118). Поступающий в устройство во время обратной циркуляции шлам удерживается в нем от выпадения вниз специальными защелками. Данный способ обеспечивает эффективную очистку забоя скважины. Недостатками способа являются невозможность его использования в горизонтальных скважинах (для эффективной работы устройства оно должно располагаться по центру скважины) и в интервалах, сложенных неустойчивыми горными породами (высоконапорная струя жидкости, выходящая из устройства, размывает стенки скважины). Кроме того, объем шлама, удаляемого в процессе осуществления способа, ограничен объемом внутренней полости устройства, а в процессе подъема устройства на поверхность возможно вываливание из него шлама. При высокой зашламленности ствола скважины для полной его очистки требуется несколько спусков устройства (несколько циклов очистки ствола скважины).

Достигаемый в результате осуществления предложенного изобретения технический результат заключается в расширении области применения способа (его можно использовать в горизонтальных скважинах в интервалах, сложенных неустойчивыми горными породами) и повышении его эффективности (обеспечивается непрерывное и полное удаление шлама из скважины) при одновременном упрощении способа (исключается использование специального устройства).

Указанный технический результат достигается за счет реализации способа очистки ствола скважины, включающего спуск в скважину с углом наклона не менее 30^o колонны труб и созданием обратной циркуляции промывочной жидкости по всему стволу скважины. При этом расход промывочной жидкости выбирают таким образом, чтобы обеспечить турбулентный режим ее течения на входе в колонну труб, а саму колонну труб в процессе очистки ствола скважины вращают. Ламинарный режим течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве предотвращает эрозию стенок скважины, сложенных неустойчивыми породами.

Характер течения промывочной жидкости на входе в колонну труб определяют общепринятыми способами с учетом реологических ее свойств. Для практических расчетов может быть использована формула критической скорости перехода ламинарного режима течения в турбулентный W_кр для вязкопластических жидкостей (см. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1974, с. 180) где τ_o- динамическое напряжение сдвига, ρ- плотность промывочной жидкости.

Способ можно использовать как в процессе бурения, так и при проведении работ по капитальному ремонту скважин и иных работ. Колонна труб (бурильных, насосно-компрессорных) может спускаться как со специальным инструментом (долото, аварийный инструмент и т.п.), так и без него. В случае применения компоновки бурильного инструмента с долотом после окончания процесса очистки скважины от шлама можно продолжить бурение без дополнительного подъема и спуска бурильного инструмента. Целесообразность использования одного из этих вариантов определяется гидравлическими расчетами исходя из условия максимальной очистки забоя скважины и предотвращения осложнений (например, поглощения промывочной жидкости или гидроразрыва пород). В частности, с целью снижения гидравлических сопротивлений целесообразно использовать долота с центральной промывкой или без гидромониторных насадок, а также гидроворонки.

Перед осуществлением способа циркуляционная система буровой установки должна быть оборудована для закачки промывочной жидкости по затрубному пространству скважины и подачи ее через бурильный инструмент на блок очистки.

Пример осуществления способа Очистке подлежит интервал скважины с углом наклона 35^o, пробуренный долотом 215,9 мм с использованием бурильных труб диаметром 137,9 мм. Промывка осуществляется промывочной жидкостью с ρ = 1270 кг/м³ и τ_o= 10,4 Па W_кр = 2,26 м/с). В скважину спускают колонну бурильных труб без долота. После достижения интервала, подлежащего очистке от шлама, приводят во вращение бурильную колонну и создают обратную циркуляцию промывочной жидкости путем закачки ее на устье в затрубное пространство скважины и выходом через бурильный инструмент на блок очистки. Прокачивание промывочной жидкости осуществляют с расходом 0,028 м³/с, что выше критического расхода Q_кр = 0,021 м³/с, необходимого для создания турбулентного режима течения на входе в бурильную колонну (W_кр = 2,26 м/с). Очистку интервала осуществляют с постепенным продвижением бурильного инструмента по стволу скважины сверху вниз до полного вымыва шлама.

Экспериментально эффективность способа определяли на стенде, собранном из трубы, имитирующей скважину. Для этого в скважину засыпали фиксированное количество шлама, заполняли ее промывочной жидкостью и спускали трубу, имитирующую колонну бурильных труб. Приводили трубу во вращение и осуществляли промывку скважины в течение одного цикла циркуляции. В реальной скважине путь движения частиц шлама на поверхность по горизонтальному и наклонному участкам ствола значительно длиннее, чем в модели скважины. Поэтому шлам в процессе его гидротранспорта осаждается на нижней стенке скважины (байкоттовское осаждение), а после прекращения циркуляции сползает вниз по стволу скважины. Чтобы учесть эти явления при проведении экспериментов промывку модели скважины прекращали на 20 минут через каждые четверть цикла циркуляции, создавая тем самым условия для осаждения шлама. Проводили два варианта опытов - с прямой и обратной промывками ствола при фиксированном угле наклона скважины. Подачу промывочной жидкости устанавливали с учетом получения ламинарного или турбулентного режима ее течения в заколонном пространстве при прямой промывке ствола или на входе в бурильную колонну - при обратной промывке. Эффективность способа оценивали путем определения объема шлама, вынесенного из скважины, в процентах к первоначальному его объему. Результаты исследований приведены в таблице. Использовали два вида промывочных жидкостей (ПЖ) - неутяжеленную с ρ = 1120 кг/м³ и τ_o= 5,0 Па, для которой W_кр = 1,67 м/с (опыты 1-8) и утяжеленную с ρ = 1862 кг/м³ и τ_o= 3,7 Па, для которой W_кр = 1,11 м/с (опыты 9-12).

Анализ представленных в таблице результатов показывает, что при несоблюдении хотя бы одного из условий режима осуществления способа технический результат не достигается. Так, использование обратной промывки в сочетании с вращением колонны труб и турбулентным режимом течения при угле наклона скважины менее 30^o (опыты 1-3) не обеспечивает улучшения качества очистки по сравнению с прямой промывкой. Отрицательный результат получен в опытах с отсутствием вращения колонны труб (опыт 7) и при ламинарном режиме течения промывочной жидкости при входе в бурильную колонну (опыт 8).

Во всех случаях осуществления предложенного способа (опыты 4-6 и 9-12) указанный выше технический результат достигается. Имеет место увеличение объема выносимого шлама по сравнению с традиционным способом на 18-44%.

Предложенное изобретение является новым, так как вышеописанный способ очистки ствола скважины из уровня техники не известен.

Изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку возможность получения указанного технического результата предложенным способом явным образом не следует из уровня техники.

Промышленная применимость изобретения подтверждена экспериментально.

Таким образом, данное изобретение удовлетворяет всем условиям патентоспособности.

Формула изобретения

Способ очистки ствола скважины, включающий спуск в скважину колонны труб и создание обратной циркуляции промывочной жидкости, отличающийся тем, что колонну труб спускают в скважину с углом наклона не менее 30^o, приводят колонну труб во вращение и создают обратную циркуляцию промывочной жидкости по всему стволу скважины с расходом, обеспечивающим турбулентный режим течения промывочной жидкости на входе в колонну труб при сохранении ламинарного режима в затрубном пространстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1