Способ определения прочности горных пород в процессе проводки скважины

 

Изобретение относится к разведочному бурению и м.б. использовано в районах глубокого бурения на нефть и газ. Цель - повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород Для этого перед спуском долота на забой по кол-ву насадок в долоте на устье скважины определяют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь. После спуска долота на забой измеряют скорость истечения бурового раствора из этих насадок. Твердость непроницаемых горных пород определяют по математической ф-ле. Определение прочности горных пород в забойных условиях основывается на математической модели, в критериальной форме адекватно отображающей зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурения и промывки

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s Е 21 С 39/00

ГОСУДАР CT В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1 + 0 1 22 Р ) . \0 i/0 (21) 4704251/23 — 03 (22) 14.06.89 (46) 07.09.91. Бюл, М 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам (72) Г.Г.Габузов, В.Г.Гераськин, В.M.Ñóãàê и

В.В,Стрельченко (53) 622.24,082(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1388557, кл. Е 21 С 39/00, 1986.

Булатов B.В. Изменение твердости горных пород с глубиной их залегания: Сб, трудов ГрозНИИ "Бурение скважин и добыча нефти", 1962. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ ПРОВОДКИ

СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к процессу углубления параметрических, поисковых и разведочных скважин, связано с определением прочности (твердости) горных пород в забойных условиях и может быть использовано в районах глубокого бурения на нефть и газ.

Цель изобретения — повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород в процессе проводки скважин.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют параметры режима бурения и промывки; осевую нагрузку на долото

G, частоту вращения долота и, плотность бурового раствора р, диаметр долота О, диаметр насадок 421), средневзвешенный диа„„. Ж „„1675551 А1 (57) Изобретение относится к разведочному бурению и м.б. использовано в районах глубокого бурения на нефть и газ. Цель — повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород, Для этого перед спуском долота на забой по кол-ву насадок в долоте на устье скважины определяют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь. После спуска долота на забой измеряют скорость истечения бурового раствора из этих насадок. Твердость непроницаемых горных пород определяют по математической ф-ле. Определение прочности горных пород в забойных условиях основывается на математической модели, в критериальной форме адекватно отображающей зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурения и промывки, метр насадок dH, расход бурового раствора

Q, скорость истечения из насадок долота V>, горное давление Рго. Замеряют механическую скорость проходки VM. Далее определяют прочность горных пород ао в условиях забоя скважины по уравнению

2

» Ог О 02„ о (о )2(Я » о )043(0 02 (Pro-P rD )022 (Ю» )002 о (1) А — постоянный безразмерный коэффициент (А = 2,5}, где n — частота вращения долота, с

D — диаметр долота, м;

G — осевая нагрузка на долото, Н; з. р- плотность бурового раствора, кг/м;

1675551 ис- Коэффициенты выражения (6} вычислято ют методом скользящего допуска на ЭВМ. ны В результате идентификации коэффициод- ентов уравнения (6) получают критериальную обобщенную модель буримости вида

Q — расход бурового раствора, м /c; бн — средневзвешенный диаметр насадки, м;

N — количество насадок в долоте,шт;

S — суммарная площадь промывочных отверстий в долоте, мг:

S=N он

4 1

Vn скорость истечения из насадок долота, м/с, Q, Vn =

Я 1

Р« — горное давление, МПа на глубине

h;

Pr — гидродинамическое давление столба бурового раствора, МПа, плотностью р на глубине h;

Pn — поровое давление,МПа, на глубиней;

ln — градиент порового давления

МПа/м;

AP — дифференциальное давление, МПа, ЛР = Pr — Pn, V — механическая скорость проходки, м/с.

Формула (1) получена путем преобразования исходного уравнения

Чн,г (6 ) фЧд О )o,4ç „ п 0 0>g„& (0 ) 0,2 (Pro PI%0 72 (d ) 0,65

D3n G D относительно величины твердости горных пород îo.

Уравнение (2} отображает зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурения (осевая нагрузка на долото G, частота вращения долота n), интенсивности промывки забоя (скорости истечения Vn из насадок долота диаметра насадок бн, расхода бурового раствора Q), плотности бурового раствора р, твердости горных пород в забойных условиях о„горного давления P« MeT o oT 0.

К основным размерным комплексам, влияющим на среднюю механическую скорость бурения, относят; удельные механическую мощность (— n) и гидравлическую

0 мощность в насадках долота

2 (—, Q). Поскольку одинаковую

Nr Vn

02 0 гидравлическую мощность можно реализовать при множестве сочетаний скорости течения (Vn) и подачи насосов (Q), величины Vn u Q в общем случае долж быть включены в раздельные критерии и обия.

Предполагаемая неодинаковая степень влияния этих критериев на механическую скорость бурения и зависимость интенсивности разрушения горных пород от контак5 тной поверхности прямого действия гидромониторной струи обуславливают необходимость изолированного учета среднего диаметра насадок долота (dH) в соответствующем критерии подобия.

10 Кроме того, на буримость горных пород оказывает влияние разность между горным (Pro) и гидродинамическим (Рг} давлениями, что также должно быть учтено отдельным критерием подобия.

15 Установленные параметры составляют следующую функциональную зависимость;

f (VM, n, О,, о,, р V„, Q, (Р о

G г

0 — Pr), сМн) =0 (3)

В соответствии c X-теоремой Букингема выражение (3) преобразуют в критериальную зависимость, содержащую пять безразмерных определяющих критериев подобия

25 — „0 — — t (> » В), (4) где

V202 С

Л1 2 л2, а

30 D2о„, p3 „ он

Щ

6 0 ,٠= —.

Зависимость прочности глинистых пород (а,) от дифференциального давления

ЛР = (Pr. Pn) отображают уравнением

Оп 0 (1 + К Р), (5) где сЪ вЂ” прочность пород в забойных условиях при hP = О, МПа;

К вЂ” размерный коэффициент, МПа (К ы 0,1);

Pn — поровое давление, МПа.

Критериальное уравнение (4) с учетом выражения (5) представляют в степенном виде

V А G

)а, ) х

n D ф pг(1+01 лр) (6)

„дР . доз . д . тг ь

50 Показатели степени а, a2,..., а6 и постоянный безразмерный коэффициентА вуравнении (6) определяют методом наименьших квадратов при обработке промысловых данныхх.

1675551 рости проходки, осевой нагрузки на долото, частоты вращения долота, диаметра долота, перепада горного давления над забойным давлением, плотности бурового раствора с

5 последующим расчетом прочности разбуриваемых пород. отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород, перед спуском долота на забой по

10 количеству насадок в долоте на устье скважины определяют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь, а после спуска долота на забой измеряют скорость истечения бурового раствора из этих

15 насадок, при этом твердость непроницаемых горных пород определяют из выражения

1/и =P +

Р где р 0,9.

После остановки насосов долото отворачивают от квадратной штанги, наворачивают на компоновку низа бурильной колонны и спускают в скважину на бурение.

Определение прочности горных пород в забойных условиях основывается на математической модели, в критериальной форме 45, адекватно отображающей зависимость ме;ханической скорости проходки от параметров режима бурения и промывки; частота вращения долота П входит в эту модель в степени меньше единицы (0,8).

Способ определения прочности горных пород в. процессе проводки скважины, 55 включающий измерение механической скоVM A(G )го„

nD а D2(1+0,1ËP)

„ 0 4з ° Q г ° Q 7г ° +.65 где А-(2,5) .

Скорость истечения V> вначале определяют теоретически, как частное от деления величины расхода бурового раствора Q на суммарную площадь промывочных отверстий гидромониторного долота S. Величина

Q — действительная подача бурового (буровых) насоса, известна. Величину S определяют экспериментально путем замера диаметра бм l-й насадки долота, вычисление 4н! ее площади по формуле $(- 4" и суммированием этих величин

S=$ S(, I =1 где N — количество насадок долота, Таким образом

Vn =

После этого расчетную величинУ Vn уточняют по результатам гидравлического испытания долота перед спуском его в скважину. Для этого наворачивают долото на квадратную штангу и прокачивают через долото буровой раствор с теми же расходами, на которых планируется бурение. При этом с помощью манометра в нагнетательной линии замеряют давление P и далее получают уточненное значение Vn из выражения

Формула изобретения у 2 2

2 (С )2 (P "1 11 }043 (0 }02 (0 а 1с }11 }022 (1н }000

А 1)2 С 030 0 Г

110(1 + О,1 Л Р 1 1О Ку„ где А = 2,5 — постоянный безразмерный коэффициент; п — частота вращения долота, с 1, D — диаметр долота, м;

G — осевая нагрузка на долото, Н; р — плотность бурового раствора кгlм;

Q — расход бурового раствора, м /c;

dH — средневзвешенный диаметр насадок, М;

S — суммарная площадь промывочных отверстий в долоте; г л4, 4

N — количество насадок в долоте, шт.;

Vf2 — скорость истечения из насадок долота, м/с:

Q.

Vn = —

Я с

Рго — горное давление на глубине h, Па;

P — гидродинамическое давление столба бурового раствора на забое, плотностью р на глубине й, МПа;

Ря — поровое давление на глубине h, МПа:

Pn=ln и;

Гп — градиент порового давления, МПа/м;

ЛР— дифференциальное давление, Мпа; ьР = РР РР, VM — механическая скорость проходки, м/с,