Способ контроля водоотдачи промывочной жидкости

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при автоматическом непрерывном контроле параметров буровых растворов в процессе разбуривания горных пород. При осуществлении способа при разбуривании продуктивного пласта с момента начала подхода к нему породоразрушающего инструмента в циркуляционной системе скважины одновременно и непрерывно осуществляют измерение влажности и плотности промывочной жидкости, по показаниям которых вычисляют текущее объемное содержание свободной воды в указанной жидкости по приведенной формуле, а водоотдачу определяют по мере углубления скважины по разности объемного содержания воды в промывочной жидкости на входе в разбуриваемый пласт и на выходе из него. Повышаются информативность и достоверность контроля, снижаются временные и трудовые затраты на проведение вспомогательных операций.

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при автоматическом непрерывном контроле параметров буровых растворов в процессе разбуривания горных пород.

Известен способ контроля водоотдачи промывочной жидкости с визуальным съемом показаний измерений в процессе бурения скважины, основанный на определении способного к проникновению в продуктивный пласт под влиянием перепада давлений объема свободной (химически не связанной с дисперстной фазой) воды из произвольно заданного объема исследуемой промывочной жидкости, изъятой из циркуляционной системы скважины. Сущность этого способа состоит в периодическом измерении объема свободной воды (фильтрата), удаленной из очередной исследуемой порции промывочной жидкости через бумажный фильтр отжатием с помощью грузопоршневой системы, создающей избыточное давление в течение выбранного промежутка времени. По изменению получаемых таким образом объемов фильтрата судят о скорости фильтрации свободной воды из промывочной жидкости в продуктивный пласт. Для осуществления этого способа используются широко известные в буровой практике приборы типа ВМ-6, позволяющие при перепаде давлений 0,1 МПа определять по линейной шкале объем свободной воды в см³, выделившейся из пробы промывочной жидкости за 30 мин через бумажный фильтр диаметром 75 мм [1, 2].

Указанный способ не обладает достаточной информативностью и достоверностью контроля, что приводит к вскрытию продуктивных пластов при параметрах промывочной жидкости, весьма далеких от оптимальных. Это объясняется тем, что моделирование контроля водоотдачи, осуществляемое путем отжатая объема фильтрата, зависит от конструктивных особенностей используемого прибора и в переносе на скважинные условия не отражает реальной способности промывочной жидкости к водоотдаче в процессе бурения. Это связано с зависимостью водоотдачи от таких факторов как состав промывочной жидкости, дисперсность твердых частиц, перепад давлений, температура, фильтрационное сопротивление пласта, скорость течения промывочной жидкости и др. При этом очевидно, что основным фактором, характеризующим способность промывочной жидкости к водоотдаче, является количество содержащейся в ней свободной воды, определение (выделение) которого рассматриваемым способом не обладает требуемой точностью. Периодичность осуществляемого контроля, связанная с ручным отбором промывочной жидкости из циркуляционной системы, снаряжением прибора бумажным фильтром и проведением вручную других вспомогательных технологических операций, приводит к потере ценнейшей информации о динамике, содержащейся в промывочной жидкости свободной воды, и, как следствие, к проблемам, связанным с принятием оперативных мер по эффективному управлению режимом бурения. При всем этом данный способ приводит к повышению трудоемкости осуществляемого контроля и к большим затратам времени на получение и документирование требуемой информации.

Известен также способ, отличающийся от вышеизложенного осуществлением контроля водоотдачи промывочной жидкости с автоматической регистрацией показаний измерений в процессе бурения [3]. Этот способ, реализуемый с помощью достаточно сложного в конструктивном исполнении измерительного комплекса типа РПГР-10, за исключением автоматической периодически осуществляемой регистрации и документирования результатов измерений имеет все недостатки, присущие рассмотренному выше способу.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля водоотдачи промывочной жидкости с автоматической регистрацией показаний измерений в процессе бурения скважины, основанный на определении скорости фильтрации свободной воды из промывочной жидкости в продуктивный пласт.

Изобретением решается задача повышения информативности и достоверности контроля водоотдачи промывочной жидкости, а также снижение трудоемкости и уменьшение затрат времени на проведение вспомогательных технологических операций, связанных с процессом измерений.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе контроля водоотдачи промывочной жидкости с автоматической регистрацией показаний измерений в процессе бурения скважины, основанном на определении скорости фильтрации свободной воды из промывочной жидкости в продуктивный пласт, при разбуривании продуктивного пласта с момента начала подхода к нему породоразрушающего инструмента в циркуляционной системе скважины одновременно и непрерывно осуществляют измерение влажности и плотности промывочной жидкости, по показаниям которых вычисляют текущее объемное содержание свободной воды в указанной жидкости по формуле

$${\text{V}}_{\text{В}}=\text{0}\text{,01}\text{η}\frac{{\text{ρ}}_{\text{П}}}{{\text{ρ}}_{\text{В}}}{\text{V}}_{\text{П}}\left(\text{1}\right)$$ ,

где η - влажность промывочной жидкости;

ρ_П, ρ_В - соответственно плотность промывочной жидкости и воды;

V_П - произвольно заданный объем промывочной жидкости,

а водоотдачу определяют по мере углубления скважины по разности объемного содержания свободной воды в промывочной жидкости на входе в разбуриваемый продуктивный пласт и на выходе из него.

Отличительными признаками предлагаемого способа контроля водоотдачи промывочной жидкости с автоматической регистрацией показаний измерений в процессе бурения скважины, основанного на определении скорости фильтрации свободной воды из промывочной жидкости в продуктивный пласт, от указанного выше наиболее близкого к нему являются: одновременное и непрерывное измерение влажности и плотности промывочной жидкости в циркуляционной системе скважины при разбуривании продуктивного пласта с момента начала подхода к нему породоразрушающего инструмента; вычисление по формуле (1) по показаниям влагомера и плотномера текущего объемного содержания свободной воды в циркулирующей промывочной жидкости; определение водоотдачи по мере углубления скважины по разности объемного содержания свободной воды в промывочной жидкости на входе в разбуриваемый продуктивный пласт и на выходе из него.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Перед проведением буровых работ обычно в приемной емкости буровых насосов или в отводной трубе сито-гидроциклонной установки, являющихся неотъемлемыми составными частями циркуляционной системы скважины, устанавливают измерительный комплекс, включающий в себя датчики влажности и плотности промывочной жидкости, находящейся в циркуляционной системе. Применительно к месту размещения измерительного комплекса он может быть выполнен проточным либо погружным, а используемые датчики могут быть основаны на различных известных методах измерений влажности и плотности растворов. В зависимости от решаемых технологических задач и конструктивных особенностей буровой установки могут определены в отличие от вышеупомянутых и другие места размещения измерительного комплекса. Учитывая, что при этом сущность предлагаемого способа не изменяется, рассмотрим его техническую реализацию на примере установки измерительного комплекса с датчиками влажности и плотности в отводной трубе гидроциклона [3].

В процессе бурения скважины при течении промывочной жидкости в циркуляционной системе датчики измерительного комплекса одновременно и непрерывно осуществляют измерения влажности и плотности указанной жидкости, определяемые выражениями:

где η - влажность промывочной жидкости, %;

m_П, m_В - соответственно масса произвольно заданного объема промывочной жидкости и масса свободной воды, содержащейся в указанном объеме этой жидкости;

ρ_П - плотность промывочной жидкости;

V_П - произвольно заданный объем промывочной жидкости.

Показания влажности и плотности промывочной жидкости в виде сигналов датчиков, связанных выражениями (2) и (3), поступают в микропроцессорный блок обработки (или компьютер), в котором происходит вычисление массового содержания свободной воды в соответствии с формулой

далее, с учетом выражения m_В=ρ_В V_В (где ρ_В и V_В - соответственно плотность и объемное содержание свободной воды в произвольно заданном объеме промывочной жидкости) показания измерений, определяемые формулой (4) приводятся к виду (1), более удобному для пользователя. Показания плотности ρ_П и объемной доли свободной воды V_В, содержащейся в произвольно заданном объеме промывочной жидкости, приведенном, например, к значению V_П=1 см³, выводятся на принтер и индикаторное табло.

Получаемая таким образом информация позволяет в реальном масштабе времени наряду с другими контролируемыми параметрами судить о качестве циркулирующей промывочной жидкости. При разбуривании проницаемого объекта и, прежде всего, продуктивного пласта с начала момента подхода к нему породоразрушающего инструмента (долота) особо важное значение приобретает информация о водоотдаче промывочной жидкости. Для получения этой информации перед входом долота в кровлю продуктивного пласта фиксируют (запоминают) вычисленное до этого объемное содержание свободной воды в промывочной жидкости. После же вхождения долота в продуктивный пласт вплоть до выхода из него продолжают определять текущее объемное содержание свободной воды и по мере углубления скважины в соответствии с приведенным ниже выражением определяют водоотдачу промывочной жидкости:

где $${\text{V}}_{{\text{В}}_{\text{вх}}}$$ - объемное содержание свободной воды в промывочной жидкости на входе в разбуриваемый продуктивный пласт;

$${\text{V}}_{{\text{В}}_{\text{вых}}}$$ - текущее объемное содержание в промывочной жидкости на выходе из разбуриваемого продуктивного пласта.

Если учесть, что в процессе бурения на устье скважины с помощью сито-гидроциклонной установки происходит очищение промывочной жидкости от обломков выбуренной породы и песка, а изменение объемного содержания свободной воды в указанной жидкости может происходить лишь при ее подъеме к устью в интервале глубин «забой скважины - башмак обсадной колонны» в кольцевом пространстве между бурильной колонной и стенками ранее вскрытых бурением пород, обладающих практически неизменными характеристиками, то становится ясным, что алгоритм (5) можно признать обеспечивающим вполне достоверный контроль водоотдачи промывочной жидкости при разбуривании продуктивного пласта. При этом следует отметить, что рассмотренный выше способ не исключает возможности исследования скважины вне зависимости от привязки к продуктивному пласту. Контроль водоотдачи промывочной жидкости в соответствии с алгоритмом (5) может также осуществляться путем пошаговой фиксации в процессе бурения ряда верхних (входных) и нижних (выходных) значений объемного содержания свободной воды как через равные, так и определяемые проходкой на долото интервалы времени Δt. При этом скорость водоотдачи промывочной жидкости будет определяться отношением ΔV_В/Δt, а изменение его знака на противоположный будет свидетельствовать о притоке пластовой воды.

Предлагаемый способ контроля водоотдачи промывочной жидкости позволит с привлечением непрерывно регистрируемых показаний плотности ρ_П и объемного содержания свободной воды V_В отслеживать динамику состава используемой в процессе бурения промывочной жидкости, а с получением значений мгновенной водоотдачи оперативно решать задачи безаварийного управления режимом бурения при высоком качестве вскрытия проницаемых горизонтов.

Источники информации

1. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: «Недра», 1974, 456 с, с. 142-143.

2. «Методика контроля параметров буровых растворов». РД 39-00147001-773-2004, п. 3.4,

3. Справочник бурового мастера. П.Т. Птичкин, В.Л. Прокшиц. Издательство «Недра», 1968, 477 с, с. 356-358, с. 366.

Способ контроля водоотдачи промывочной жидкости с автоматической регистрацией показаний измерений в процессе бурения скважины, основанный на определении скорости фильтрации свободной воды из промывочной жидкости в продуктивный пласт, отличающийся тем, что при разбуривании продуктивного пласта с момента начала подхода к нему породоразрушающего инструмента в циркуляционной системе скважины одновременно и непрерывно осуществляют измерение влажности и плотности промывочной жидкости, по показаниям которых вычисляют текущее объемное содержание свободной воды в указанной жидкости по формуле

где η - влажность промывочной жидкости;
ρ_П, ρ_В - соответственно плотность промывочной жидкости и воды;
V_П - произвольно заданный объем промывочной жидкости,
а водоотдачу определяют по мере углубления скважины по разности объемного содержания свободной воды в промывочной жидкости на входе в разбуриваемый продуктивный пласт и на выходе из него.