Способ обработки бурового раствора

 

Использование: относится к средствам снижения трения бурильной колонны о стенки скважины, а также для снижения ее. прихватоопасности. Сущность изобретения: в раствор вводят с целью снижения расхода добавки твердые стеклянные частицы в виде эллипсоидов вращения с большой полуосью в 1,25-2 раза длиннее малой полуоси в количестве не менее 2 кг/м3. 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 09 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 0

\, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

?

?; L к- ?? г, .(6д

,,» ! (21) 4634708/03 (22) 13.01,89 (46) 15.06.92, Бюл, ¹ 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Б.М,Курочкин, Л.В,Колесов, B,È,Ìàñè÷, Н,В.Степанов, В,Ф.Целовальников, В,Т.Алекперов, И.H. Êåðèìîâ, О.Н.Ибрагимов и Б.M.Áóëàíîâ (53) 622.245.3(088.8) (56) Патент Великобритании

¹ 2142360, кл, С 09 К 7/00, опублик. 1985.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к средствам снижения трения бурильной колонны о стен:.и скважины. а также снижения ее прихватоопасности.

Известен способ снижения коэффици ента трения бурового раствора.

Однако добавка к буровым растворам различных органических и химических составов в некоторых случаях приводит к свертыванию их в присутствии кальция с образованием комков. В растворах на водной основе происходит смачивание барита нефтью, В этом случае барит может выпасть в осадок, изменяя при этом параметры раствора. Кроме того, происходит повышенный износ резиновых уплотнительных деталей, Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки бурового раствора, включающий введени» в раствор твердых стеклянных частиц, которые имеют сферическую форму. На частицы действуют значительные радиальные нагрузки от контактирующей с ними колонны труб, что приводит к повреждению частиц и уменьшению антифрикционного эффекта. Указанные не... Ж, ? 1740396 А1 (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА (57) Использование: относится к средствам снижения трения бурильной колонны о стенки скважины, а также для снижения ее прихватоопасности. Сущность изобретения; в раствор вводят с целью снижения расхода добавки твердые стеклянные частицы в виде эллипсоидов вращения с большой полуосью в 1,25-2 раза длиннее малой полуоси в количестве не менее 2 кг/м . 1 ил. достатки способа обработки бурового раствора с использованием сферических стеклянных частиц могли бы быть устранены путем увеличения диаметра частиц. Однако увеличение размера сферических частиц неизбежно приводит к их интенсивному разрушению в процессе циркуляции бурового раствора и, как следствие, увеличению обвема добавки как при первоначальной обработке раствора, так и при рейсовой.

Целью изобретения является сни>кени» расхода-добавки при одновременном сохранении антифрикционных свойств раствора.

Указанная цель достигается тем. что согласно способу обработки бурового раствора, включающему введение в раствор твердых стеклянных частиц, в качестве последних используют стеклянные частицы в виде эллипсоидов вращения с большой полуосью в 1.25-2.0 раза длиннее малой полуоси в количестве не менее 2 кгlм .

Использование антифрикционной добавки, представляющей собой стеклянные эллипсоидные частицы, обеспечивает не только сокращение расхода частиц, поскольку уменьшится количество разрушаемых стек1740396

6 P

Ц = (К1 + К2) R . (2) Поскольку предлагаемая антифрикционная добавка представляет собой эллипсоидные стеклянные частицы, заменив радиус

R в выражениях (1) и (2) на соотношение полуосей вытянутого эллипсоида вращения. получим зависимости для определения конлянных частиц, но и уменьшение силы трения инструмента о породу или.фильтрационную корку за счет увеличения поверхности контакта.

Стеклянные гранулы изготавливают из известково-кварцевого стекла следующего химического состава, %:

Si0z 61+ 0,5

СаО 18+ 0,5

AI2O3 4,6 +0,3

КагО 13,5+ 0,5

Мцо 0,3+ 0,1

В20з 1,1+ 0,3 кгО 1.5 +0,5

Стеклогранулы химически инертны, нерастворимы в воде. и углеводородных соединениях, Преимущества эллипсоидных частиц перед сферическими подтверждаются следующим.

При сохранении постоянного объема стеклянной частицы замена сферической формы на эллипсоидную приводит к увеличению общей площади частицы, в том числе контактной поверхности при взаимодействии ее с колонной бурильных труб.

Это объясняется тем, что эллиптические частицы, введенные в буровой раствор. и находящиеся в нем во взвешенном состоянии, при взаимодействии с трубой ориентированы таким образом, что их большая ось коаксиальна оси трубы.

Из теории упругости следует, что поверхность контакта двух тел, в данном случае стеклянной сферы радиусом R. значительно меньшим радиуса бурильной трубы и может быть выражена следующей зависимостью:

-3

Ъз

s = (4г(к +к )в р) . (1) — 1 †к — 1 — и E2

Е1 и E2 — модули Юнга стекла и стали;

1 1 и 1 — коэффициенты Пуассона стекла и стали;

P — прикладываемые усилия, Масимальная нагрузка qp на стекляный сферический элемент от контактирующего тела определяется из выражения тактной поверхности грузки:

s =(— (к +к2

= 3

5 и максимальной наС2 з

) Р—,): (3) 2

4 (4) С где — — радиус кривизны эллипсоида в б

"0 области контакта с трубами;

d — малая полуось эллипсоида;

С вЂ” большая полуось эллипсоида.

Преимуществом добавки является повышенная механическая стойкость стеклянной эллиптической частицы по сравнению со сферической. Для стекла разрушение его определяется максимальным напряжением, действующим по границе контакта с колонной труб в радиальном направлении (от оси скважины к ее стенке): а„- — з — - qо,,,(Б)

Для сравнения геометрических параметров стеклянных частиц, имеющих сферическую и эллипсоидную формы и одинаковые объемы, приравняем

З " =З г С (6)

Обозначив отношение большой и малой

30 С полуосей эллипсоидной частицы — = А и

d преобразуя выражение (6), получим ,з o,зз

d =(— )

Анализируя выражения (1)-(5) и имея в г виду, что радиус кривизны эллипсоида с /d в формулах (3) и (4) больше значений R в

- формулах (1) и (2), полученных для сфер, 40 можно сделать вывод о том, что при постоянстве объемов сферических и эллипсоидных стеклянных частиц контактная поверхность эллипсоидных частиц больше сферических, а нагрузка соответственно

45 меньше, в связи с этим и трение колонны труб по эллипсоидным частицам будет так же меньше.

На чертеже изображена зависимость

1 отношений максимальных нагрузок qp /qo, 50 максимальных напряжений 4/о2 и поверхностей контакта S /Я для эллипсоидных и сферических элементов от отношений полуосей С:d, Как видно из чертежа, нагрузка и напряжения на эллипсоидные частицы (элементы) на 65 О меньше (кривая 1), чем на сферические частицы. а площадь их контакта в 4-5 раз.увеличивается.

Приведенные на чертеже кривые по.строены для отношения С:d=1,5. При других

1740396

Яа

Уо

0 РЯ 0 uzJ дРФ 0047 Р, 055

Составитель Н,В.Степанов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Ципле

Редактор Т.Лазоренко

Заказ 2050 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 г значениях С:d характер зависимостей не изменяется, Таким образом, применение эллипсоидных стеклянных частиц не только не ухудшает антифрикционные характеристики пары трения (частица — колонна труб), но и приводит к уменьшению максимальной нагрузки и уменьшению напряжения разрушения и, как следствие, к уменьшению количества повреждаемых частиц. Оптимальные соотношения осей эллипсоидной частицы (эллипсоида вращения) определяем, исходя из максимално допустимого напряжения oz (формула (5) для стекла. которое не должно превышать 6000 кгс/см (600 МПа).

Расчеты по формулам (4) и (5) показывают что при реально существующих в скважине усилиях прижатия колонны труб к стенкам скважины при бурении ротором соотношение осей эллипсоидной стеклянной частицы должно находиться в пределах

С: б<1,25.

Расчеты проведены при значениях усилия прижатия колонны 500 кг, определенного в бурящихся вертикальных скважинах (зенитный угол = 5-7 ) по известным зависимостям, При несимметрично приложенной нагрузке на эллипсоидную стеклянную частицу действует изгибающий момент, под действием которого она может быть разрушена.

При той же нормальной нагрузке P разрушение стеклянных эллипсоидных частиц наступает при соотношении C:d>2,0, Таким образом большая полуось частиц должна

5 быть в 1,25-2 раза длиннее малой полуоси.

Добавка стеклянных частиц не ухудшает параметров бурового раствора и его реологических свс йств. При обработке бурового раствора антифрикционной до10 бавкой экспериментально установлено, что оптимальное содержание стеклогранул не менее 2 кг/м . Уменьшение содержания з стеклянных частиц существенно ухудшает антифрикционные свойства бурового рас15 твора.

Преимуществом эллипсоидной антифрикционной добавки является уменьшение расхода частиц и связанных с этим затрат на бурение.

Формула изобретения

Способ обработки бурового раствора, включающий введение в раствор стеклянных частиц, отличающийся тем, что, 25 с целью снижения расхода добавки при одновременном сохранении антифрикционных свойств растзора, в качестве твердых стеклянных частиц используют стеклянные частицы в виде эллипсоидов вращения с

5 большой полуосью в 1,25-2,0 раза длиннее малой полуоси в количестве не менее 2 кгlм .