Способ промывки проявляющей газом скважины и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к бурению скважин различного назначения и м.б. использовано в процессе борьбы с газопроявлениями . Целью изобретения является уменьшение потерь раствора, снижение энергетических затрат и расширение области применения . При усилении газопроявления осуществляют увеличение расхода бурового раствора и перепускают его часть в затрубное пространство на глубине, обеспечиваю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Е 21 В 21(00, 21/10

ГОСУДА P СТ В Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Зс

31

М3 г

25 а

tag

:5

21 рО

45

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4748710! 03 (22) 17.10.89 (46) 15.09,91. Бюл. М 34 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.В.Ваулин, В.А.Хуршудов, B.À.Õàçîâ, Е.С. В аж нов и A,M. Мушаило в (53) 622.243.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР м 1317092, Кп, Е 21 в 21/00, 1986.

Швецов В.Д, Предупреждение газопроявлений и выбросов при бурении глубоких скважин, М,: Недра, 1988, с. 122-125, . > SU .. 1677241 А1 (54) СПОСОБ ПРОМЫВКИ ПРОЯВЛЯК3ЩЕЙ ГАЗОМ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин различного назначения и м,б. использовано в процессе борьбы с газопраявлениями, Целью изобретения является уменьшение потерь раствора, снижение энергетических затрат и расширение области применения. При усилении гаэопроявления осуществляют увеличение расхода бурового раствора и перепускают его часть в затрубное пространство на глубине, обеспечиваю4

Г

41677241 а1 - 1 Мпа, (1) 25 р щей создание давления, равного или превышающего давление начала выделения растворенного газа в затрубном пространстве.

Циркуляцию в трубном пространстве от места перепуска и до долота осуществляки с неизменным расходом. Реализуется способ устройством, ко орое содержит подпружиненный узел перекрытия радиальных каналов 8 в виде подвижных втулок 22 с калиброванными каналами 23, опирающихся на фланец 10. Неподвижные дроссельИзобретение относится к области бурения скважин различного назначения и может быть использовано в процессе борьбы с газопроявлениями.

Цель изобретения — уменьшение потерь раствора, снижение энергетических затрат и расширение области применения.

На фиг,1 показана зависимость давления насыщения газом воды и глинистых растворов различной плотности от содержания в них растворенного гааз при температуре

75 С; на фиг.2 — устройство, общий вид, разрез; на фиг,3 — зависимость энергетических затрат от глубины перепуска бурового раствора.

Способ включает циркуляцию бурового раствора по трубному и эатрубному пространству в скважине, периодическую циркуляцию бурового раствора с увеличенным расходом на период усиления гаэопроявлений в скважине, перепуск увеличенной части расхода циркулирующего бурового раствора в затрубное пространство в интервале до глубины, где давление равно от 1 до

1,3 давления начала выделения растворенного газа в буровом растворе, затрубного пространства, циркуляцию бурового раствора в трубном пространстве с неизменным расходом от места перепуска до долота; прокачку бурового раствора и газонасыщенного раствора по эатрубному пространству до устья скважины.

Для осуществления способа производят спуск бурильной колонны и устанавливают устройство так, чтобы при разбуривании пласта, из которого ожидается проявление, устройство располагалось на глубине, где начнется выделение растворенного газа при ожидаемой максимальной концентрации в буровом растворе. Осуществляют промывку и бурение скважины с расходом бурового раствора в соответствии с проектом, При появлении разгазированного раствора, концентрация газа в котором ные конусы перекрывают каналы 23 при сжатой пружине 12. Между пружиной 12 и фланцем 18 размещены регулировочный узел (шайбы) 14 и отражатель. При увеличении расхода увеличивается перепад давления, сжимается пружина 12; открываются каналы 23 и осуществляется перепуск части раствора в затрубное пространство. Расход в канале 29 неизменен. Уменьшается вероятность пробкового выхода газа, увеличивается его диспергирование, 2 с,п. ф-лы, 3 ил. мала, промывку или бурение продолжают вести с тем же расходом бурового раствора.

При появлении признаков формирования пробкового режима выхода газа, что сопровождается увеличением его концентрации, резким уменьшением плотности бурового раствора, появлением всплесков, выбросов раствора на устье, расход бурового раствора увеличивают путем подключения дополнительного насоса. Такое двукратное увеличение расхода вызывает увеличение гидравлических потерь на устройстве, в связи с чем в нем открывается клапан, перепускающий поток бурового раствора в затрубное пространство. Площадь перепускного отверстия подбирается так, чтобы обеспечить сохранение расхода через долото.

Это условие контролируется по давле2п нию нагнетания, которое будет больше давления нагнетания с заданным по проекту (первоначальным) расходом на величину

Л Р, определяемую по формуле где Р— давление нагнетания с заданным по

30 проекту (первоначальным) расходом, МПа;

Рд — гидравлические потери на долоте, Мпа;

h — глубина установки устройства, м;

L — длина бурильной колонны, м;

35 Q< — производительность насосов (расход), заданный по проекту, л/с;

Qz — увеличенная производительность .насосов (расход), при промывке по данному способу, л/с, 40 При снижении концентрации газа в растворе до безопасных (с точки зрения возникновения пробкового режима его течения) величин уменьшают производительность до прежнего уровня. При этом клапанное уст1677241 ройство прекращает перепуск жидкости в затрубное пространство, и промывка ведется обычным способом, Пример. После спуска обсадной колонны диаметром 340 мм были вскрыты в интервале 3870-5022 м верхне и нижнемайкопские отложения, представленные глинами и алевролитами. Бурение осуществлялось трехшарошечным долотом диаметром

295 мм, роторным способом с использованием бурильных труб диаметром 145 мм в компоновке с утях<еленными бурильными трубами, При бурении применялся буровой раствор на водной основе, утяжеленный баритом, ингибированный глинистый раствор.

Ствол скважины осложнился; несмотря на длительные проработки инструмент ниже глубины 4400 мм пропустить не удавалось. Проработки сопровождались закупорками, потерей циркуляции, выносом значительного количества шлама и постоянным разгазированием раствора, дегазацию которого осуществляли двумя вакуумными дегазаторами ДВС-П.

Плотность бурового раствора постепенно была доведена до 2320 кгlм, промывка осуществлялась с расходом 24 л/с.

Периодически пузырьковый режим выхода газа переходил в пробковый (длительностью несколько чаСов) с выбросом порций бурового раствора выше ротора и сильной загазованностью устья скважины, Промывка через отводы превентера при герметизированном устье окаэаласьь невозможной из-за засорения штуцерных камер крупными кусками породы, сопровождаемых повышением давления в скважине, гидроразрывом пород, потерей циркуляции, В этой ситуации был опробован данный способ промывки. При нахождении инструмента на глубине 3860 м осуществляли промывку с производительностью 24 л/с при давлении нагнетания 9,0 МПа, На устье скважины наблюдались выбросы раствора, выход пробок газа.

Периодичность выбросов раствора и продолжительность выхода пробок газа была различна, но в среднем можно принять, что выход газированного раствора, заканчивающийся выплескиванием, продолжался

13 с и сменялся перерывом циркуляции в течение 7 с, во время которого на устье выходил чистый газ, По периодичности выбросов раствора и продолжительности выхода пробок газа путем несложных расчетов было определено, что, с учетом газонасыщенности выходящего раствора (определенной по его плотности и составляющей

50 твора) осуществляли циркуляцию с увеличенным расходом — 48 л/с.

В каналах распределительного устройства увеличился перепад давления, что вызывало перемещение подвижных втулок вниз и открытие калиброванных отверстий для движения по ним бурового раствооа в полость и далее через радиальные отверстия в затрубное пространство, где давление равно давлению начала выделения растворенноro газа. При этом циркуляция

10-15%), объемное содержание газа в растворе составляло около 50%.

Для определения давления начала выделения растворенного газа (давления на5 сыщения) были использованы зависимости (см, фиг.1), полученные на основании сведений о растворимости углеводородных газов в воде и глинистых растворах, На фиг.1 представлена зависимость

10 давления насыщения жидкости газом от его содержания в ней при 75 С, На оси абсцисс отложены значения содержания газа в жидкости в процентах и в объемных долях (м /м ), а по оси ординат — давление насыэ з

15 щения жидкости газа (МПа). Кривая 3 показывает зависимость для воды, кривые 2 и 1 — зависимости для глинистых растворов плотностью соответственно 1300 и 2320 кг/м, 20 Для определения давления насыщения необходимо на оси абсцисс найти точку, соответствующую содержанию растворенного в жидкости газа в м /м или в % (точка А) э з и восстановить перпендикуляр для пересе25 чения с кривой зависимости для соответствующей жидкости (например, для водь — в точке В). Проведя от точки В горизонталь на ось ординат, получим искомое значение давления насыщения воды углеводородным

30 газом (точка С) при 75 С.

В нашем случае, то точки на оси абсцисс, соответствующей 50% содержанию газа, восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой 1 и, проведя от ro ки

35 пересечения горизонталь на ось ординат, находим значение давления насыщения раствора плотностью 2320 кг/мэ газом, равное 13 Mila. Такое давление создается столбом раствора плотностью 2320 кг/м на

40 глубине 560 м, Подняли 560 м бурильных труб, уста ioвили распределительное устройство (фиг.2) и спустили бурильные трубы на прежнюю глубину. Восстановили циркуляцию бурово45 го раствора с постоянным расходом 24 л/с по трубному и эатрубному пространству скважины при давлении нагнетания 9 0

МПа. При возобновлении пробкового режима выхода газа на устье (выплескивание рэс1677241 по трубному пространству от места перепуска до долота осуществлялась с неизменным расходом, т,е, 24 л/с, В этом можно было, бедиться по давлению нагнетания, Которое равнялось 12,5 МПа, т,е, увеличеНие давления 6Р при двукратном увеличеии расхода составило 3,5 МПа, что овпадает с Величинол, определенной рас1етным путем по формуле (1).

Из скважины в пробковом режиме выхоф;л газ, что сопровождалось выплескиванием порцил раствора Выше ротора, Однако

Спустя 15 мин после подключения Второго

Йасоса выплескивание раствора прекрати1

Aocb M из скВажинь1 cTaf ВыхОдить сил ьно

"перебитый" газом раствор. В процессе ромь1вки по данному способу пробкового ,ежима движения газа на устье скВажины е набл1одалось, кон11ентрация его в раство >е составляла 20-35 / . Промывку по 1a>lHo y способу (с дегазацией раствора через дегазаторы) осуществляли в течение четырех часов, пока концентрация газа в раствое не col.aèãlacü,öo 10,Ь. После этого расход раствора снизили с 48 л/с qo первоначального (24 л/с) путем отключения второго насоса и по давлению нагнетания (9 МПа) бедились, что перепуск раствора в затрубное пространство через устройство прекратилсл. Б дальнейшем промывку по данному способу осуществляли неоднократно.

Промывка с парепуском части раствора при давлении значительно больше, чем дав ление начала выделения растворенного газа, даст технологический эффект, аналогичнь1й эффекту при промывке по данному способу, однако существенно увеличит энергетические затраты, обусловленные ростом давления нагнетания, Если перепуск будет осуществляться при давлении, меньшем, чем давление начала выделения растворенного газа, ro all;åëèâøèecÿ пузырьки могут соединяться с образованием газовых пробок еще до поступления свежего раствора, в связи с чем технологическил эффект способа будет занлжен, Устройство (распределительное) содержит корпус 1, который сверху имеет муфтову1о резьбу 2, а снизу ниппельную резьбу 3.

Сверху в осевом проходном канале 4 на корпусе 1 выполнена цилиндрическая резьба 5, которая затем переходит в гладкоствольное отверстие 6, а ниже оно расширяется в полость ", Полость 7 с затрубным (кольцевым) пространством сообщается радиальными каналами (Отвер. стиями) 8, Далее полость 7 переходит в расточку 9, а расточка 9 в канал (отверстие) 10.

В расточке корпуса 1 размещена ог1орная шайба 11, на котору1О опираются тарельчатые пружины 12, установленные последовательно друг на друге, регулировочный узел

13 в виде набора шайб 14, отражатель 15, выполненный в виде усеченного конуса 16 с

5 огверстием 17, и фланец 18, В котором помимо центрального отверстия 19 на поле фланца 18 выполнено несколько отверстий

20, имеющих в верхней части расточки 21. В расточку 21 упирается подвижная втулка 22, 10 имеющая калиброванный канал (отверстие)

23 и сверху конусную фаску 24. Отверстия

20 соосны калиброванным каналам 23.

Втулки 22 размещаются в корпусе 1 в центраторе 25. Центратор 25 представлен флан15 цем 26 и патрубком 27, выполненными заодно. Фланец 26 центратора 25 помимо расточки 8 имеет центральный осевой проходной канал 29 и несколько малых отверстий 30, расположенных вокруг него для

20 размещения втулок 22. Верхний торец 21 фланца 26 упирается в шайбу 32, которая помимо центрального отверстия (канала) 33 имеет на своем поле несколько малых отверстий 34, в которых неподвижно закреплены

25 ножки 35 дроссельных конусов 36. Сверху шайбу 32 поджимает гайка 37, которая снаружи имеет цилиндрическую резьбу 38, а в центральной части шестигранное (или шлицевое) отверстие (канал) 39, Разобщение и

30 герметизация каналов отверстий и полос гей осуществляется уплотнительными кольцами 40-43.

Узел перекрытия радиальных каналов (отверстий) 8 подпружинен пружиной 12 от35 носительно корпуса 1, установлен в последнем и объединяет в себя подвижные втулки

22 с калиброванными каналами 23, установленные в корпусе 1(центраторе 25} вокруг осевого канала 29 с опорой своими нижни40 ми концами на фланец 18 и образующие гидравлическую связь трубного пространства с радиальными каналами 8 при сжатии пружины 12, установленной между регулировочным узлом 13 и корпусом 1 (опорной .

45 шайбой 11), и дроссельные конуса 36, установленные в корпусе 1 (шайбе 32) для взаимодействия с верхними концами. подвижных втулок 22 при разжатии пружины 12, 50 Устройство работает следующим образом, В процессе бурения буровой раствор движется по каналам 39, 33, 29, 10 вниз к долоту. Промывка производится с произво55 дительностью, достаточной для выноса шлама с забоя. Каналы 23, 20 и 8 перепуска в этом случае перекрыты. Перекрытие происходит за счет того, что втулки 22 вследствие воздействия на них тарельчатых пружин 12 через отражатель 15 и фланец 18 своей ко1677241

10 нусной фаской 24 надвигаются на дроссельные конусы 36, перекрывая тем самым калиброванные отверстия 23, При обнаружении проявления, например, описанными способами производи- 5 тельность увеличивается в 1,5 — 2 раза, в результате чего перепад давления в каналах

4, 39, 33 и 29 увелйчивается (в сравнении с обычным бурением), что и вызывает перемещение втулок 22 вниз. При перемещении 10 втулок 22 вниз открываются калиброванные отверстия 23 для движения по ним бурового раствора вниз через отверстия 20 в полость

7 и далее через радиальные каналы 8 в затрубное пространство, Тарельчатые пружи- 15 ны t2, регулировочные шайбы 14 регулировочного узла 13 подбираются таким образом, чтобы обеспечить надежное перекрытие калибровочных отверстий 23 втулок 22 при обычной промывке, достаточ- 20 ной для выноса шлама с забоя, а также открытие калибровочных отверстий 23 за счет отходоа втулок 22 отдроссельного конуса 36 при увеличении производительности насосов в 1,5-2 раза. 25

Например, при производительности насосов 0 = 15 n/с и диаметра центрального проходного канала 29, равным 15 мм, перепад давления (») перед втулками 22 будет составлять 0,57 МПа, а если производитель- 30 ность увеличится в 2 раза, то перепад давления (Рр) перед втулками 22 будет составлять 2,3 МПа.

Формула изобретения

1, Способ промывки проявляющей га- 35 зом скважины, включающий осуществление циркуляции бурового раствора по трубному и эатрубному пространствам скважины, периодическое увеличение расхода бурового раствора на период усиления газопроявле- 40 ния, перепуск части раствора в затрубное пространство, циркуляцию бурового ðàñтвора в трубном пространстве от места перепуска до долота и прокачку раствора по затрубному пространству до устья скважины, отл ич а ю щи и с я тем, что,с целью уменьшения потерь раствора, снижения энергетических затрат и расширения области применения, перепуск части раствора в затрубное пространство осуществляют при давлении, равном или превышающим давление начала выделения растворенного газа в эатрубном пространстве, а циркуляцию бурового раствора в трубном пространстве от места перепуска до долота осуществляют с неизменным расходом.

2, Устройство для промывки проявляющей газом скважины, включающее корпус с осевым и радиальными каналами, установленный в корпусе и подпружиненный относительно последнего узел перекрытия радиальных каналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено установленными последовательно друг на друге регулировочным узлом, отражателем и фланцем, узел перекрытия радиальных каналов выполнен в виде подвижных втулок с калиброванными каналами, установленных в корпусе вокруг осевого канала с опорой своими нижними концами на фланец и образующими гидравлическую связь трубного пространства с радиальными каналами при сжатии пружины, установленной между регулировочным узлом и корпусом, и дроссельных конусов, установленных в корпусе для взаимодействия с верхними концами подвижных втулок при разжатии пружины, причем фланец имеет отверстия, соосные с калиброванными каналами подвижных втулок, а регулировочный узел выполнен в виде набора шайб, установленных между пружиной и отражателем.

1677241 ь

1 30

М

Ф( о ю

Ъ

1 ю во % йдсюжаиие фдси Камкчаю ага, Фиг..т

f0 10 30 ИО 80 60

Б!

o,к

Риг. 3

Составитель А,Меньшиков

Редактор М.Бандура Техред М.Моргентал Корректор С,Шевкун

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3092 Тираж 358 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5