Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин



Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин
Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин
Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин
Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин

 


Владельцы патента RU 2501945:

Синев Станислав Васильевич (RU)

Изобретение относится к способам бурения скважин, а именно способу бурения высокопроницаемых горных пород. Техническим результатом является повышение скорости проходки при разбуривании высокопроницаемых горных пород в наклонном и горизонтальном бурении. Способ включает создание перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет плотности промывочной жидкости, создание гидродинамической составляющей перепада давления запуском буровых насосов при приближении долота к забою, а также вывод долота на проектную нагрузку и частоту его вращения. При этом перепад давления промывочной жидкости на забое поднимают до прекращения роста скорости бурения с дальнейшим поддержанием установленного режима. 4 ил.

 

Изобретение относится к способам бурения скважин, а именно способу бурения высокопроницаемых горных пород, которыми слагаются, как правило, промышленные пласты и которые разбуриваются наклонными и горизонтальными скважины.

Известен способ бурения, в котором расход промывочной жидкости, применяемой так же и для выноса выбуренной породы на поверхность, ограничивается диаметром скважины, ее глубиной, т.е. давлением на буровых насосах (их потенциалом), которое слагается из перепада давлений в бурильных трубах, долоте и в затрубном пространстве [1] (аналог). Высокая перемежаемость горных пород, в том числе и по проницаемости, в способе бурения не учитывается.

Известный способ бурения, включающий бурение высокопроницаемых горных пород, при строительстве горизонтальных скважин, принятый за прототип [2], включает в себя создание перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет плотности промывочной жидкости, создание гидродинамической составляющей перепада давления запуском буровых насосов при приближении долота к забою, а также вывод долота на проектную нагрузку и частоту его вращения. Проницаемость горных пород не учитывается, поскольку пласты высокопроницаемых горных пород имеют незначительную мощность, проходятся быстро и в балансе времени строительства скважин существенной роли не играют. Кроме того, влияние перепада гидростатического и пластового давления на скорость бурения высокопроницаемых пород в достаточной мере не изучено. Однако с широким развитием строительства наклонных и горизонтальных скважин, в которых разбуриваемая мощность высокопроницаемых пород значительно умножилась, эффективное прохождение образовавшихся объемов приобрело особую актуальность.

Целью изобретения является существенное повышение скорости проходки при разбуривании высокопроницаемых горных пород в наклонном и горизонтальном бурении.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе бурения перепад давления промывочной жидкости на забое поднимается вплоть до прекращения роста скорости бурения с дальнейшим поддержанием установленного режима.

На фиг.1 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔР в системе «скважина - пласт» с различными частотами вращения долота n, причем n3>n2>n1, при разбуривании непроницаемой горной породы на технической воде. В данном случае перепад давлений ΔР равен гидростатическому давлению столба промывочной жидкости - технической воды, поскольку порода непроницаема.

На фиг.2 показаны зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔР в системе «скважина - пласт» при разбуривании слабопроницаемой горной породы (известняк) на глинистом растворе в тех же частотах вращения долота n.

На фиг.3 представлены зависимости V(ΔP) при бурении высокопроницаемых горных пород (песчаник) с промывкой забоя технической водой на тех же частотах вращения долота n3>n2>n1. Ромбами 2 и 3 на оси ординат отмечены данные бурения высокопроницаемых пород на частотах вращения долота n2 и n3 с очисткой забоя воздухом. Штрихпунктирной линией А обозначен уровень гидродинамического давления на пласт высокопроницаемых пород, возникающий при циркуляции промывочной жидкости (воды) в системе бурящейся скважины: по бурильным трубам, в долоте на забое и взатруном пространстве

Линия С из точки 4 - график зависимости V(ΔР) указывающий на возможности роста скорости бурения при увеличении перепада гидродинамического давления технической воды в циркуляционной системе скважины.

На фиг.4 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔР в циркуляционной системе с частотами вращения долота n3>n2>n1 при разбуривании высокопроницаемой горной породы на глинистом растворе. Ромбами 2 и 3 на оси ординат выделено бурение высокопроницаемых пород с очисткой забоя воздухом на частотах вращения долота n2 и n3. Точкой 1 на оси ординат отмечено положение так называемой «критической» скорости, при которой она отображает скорость перемещения кольматационного слоя поверхности забоя при бурении. «Критическая» скорость определяет характер процесса бурения: если значение V ниже точки 1, характер графика зависимости F(ΔP) формируется по траектории n1 при этом разбуривается всегда кольматированный слой поверхности забоя; если V выше точки 1, график зависимости V(ΔР) видоизменяется в соответствии закономерностям близким n2 и n3 с разбуриванием девственной поверхности забоя.

Следует отметить, что дело здесь не столько в частоте вращения долота, сколько в абсолютной величине скорости бурения, которая находится в зависимости от целого ряда технико-технологических параметров.

Штриховой линией В обозначен перепад давления в системе «скважина - пласт» создаваемый плотностью (удельным весом) промывочной жидкости (глинистый раствор), находящейся в скважине. Штрихпунктирной линией А обозначен уровень гидродинамического давления на пласт высокопроницаемых пород, суммарный перепад воздействия плотности и движения промывочной жидкости в циркуляционной системе.

Линия С исходящая из точки 4 между частотами вращения долота от n2 до n3 - это график зависимости V(ΔР), представляющий перспективу заявляемого способа. При увеличении гидродинамической нагрузки на забой в точке 4, путем повышения расхода промывочной жидкости и качественного подбора гидромониторного долота характер графика зависимости V(ΔР) приобретает вид линии 4-С.

Фиг.1 и фиг.2 приведены для демонстрации доминирующего представления влияния перепада давления на скорость бурения в среде научной общественности: резкое падение скорости с постепенным выполаживанием при увеличении перепада с учетом особенностей влияния частоты вращения долота и нагрузки на него. Доминанта обусловлена тем, что разрез скважины в большинстве своем представлен 70% непроницаемыми породами, 25% слабопроницаемыми и только 5% высокопроницаемыми. Последние разбуриваются безболезненно для баланса времени строительства скважины. Характер поведения зависимости V(ΔР) высокопроницаемых пород с определенного значения ΔР идентичен непроницаемым и слабопроницаемым (см. фиг.3 и фиг.4), поэтому не изучался детально, а встречаемые в начале эксцессы принимались за статистический разброс. Автором изобретения процесс изучен достаточно подробно в эксперименте и предлагается к реализации в связи с появившимися большими мощностями высокопроницаемых пород в наклонных и горизонтальных скважинах, где положительный эффект может быть значимым. Из фиг.3 и фиг.4 следует, что бурение на жидких компонентах выноса выбуренной породы могут существенно превосходить бурение с продувкой забоя воздухом (точки 2 и 3 на оси ординат).

Последовательность реализации заявленного способа с привязкой к фиг.3 и фиг.4 следующая. При приближении долота к забою включаются буровые насосы сопровождающиеся выходом на гидродинамическую составляющую перепада давления - линия А на фиг.3 и фиг.4. Запускается вращение долота с частотой вращения, например, между n2-n3 и нагружается долото до выхода в точку 4 на линии А. Это обычный способ бурения. Далее по заявленному способу. Запускаются дополнительные гидравлические мощности, чтобы перепад давления промывочной жидкости увеличился из уровня точки 4 в уровень окончания линии С, сопровождаемый ростом скорости бурения. В конце линии С рост V прекращается и дальнейшее увеличение перепада становится бессмысленным, поскольку скорость бурения будет снижаться.

В реальном бурении после выхода на проектный гидродинамический уровень перепада с началом вращения долота на проектной частоте производится его нагружение, регламентированное, например, навигацией продвижения бурового инструмента. Ресурс исчерпан. Подключается гидродинамическое ускорение бурения перепадом давления. Если прирост скорости не исчерпан, т.е. зависимость V(ΔР) продолжает расти, следует заменить гидравлический забойный двигатель на ГЗД с большей частотой вращения и большей пропускной способностью, а также другие полезные решения. Возможно, и снижение перепада из области правее С.

Как видно из фиг.4 достигается 35% успеха по сравнению с обычным способом и 40% по сравнению с очисткой забоя воздухом.

Долота следует применять специальные, у которых гидромониторные насадки направлены непосредственно на забой под набегающую шарошку с дополнительной центральной насадкой и ступенькой на периферийном вооружении.

Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин, включающий в себя создание перепада давлений в системе «скважина - пласт» за счет плотности промывочной жидкости, создание гидродинамической составляющей перепада давлений запуском буровых насосов при приближении долота к забою, а также вывод долота на проектную нагрузку и частоту его вращения, отличающийся тем, что, с целью существенного повышения скорости бурения, перепад давлений промывочной жидкости на забое поднимается до прекращения роста скорости бурения с дальнейшим поддержанием установленного режима.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в строительстве для улучшения физико-механических свойств грунта и повышения его несущей способности. Устройство содержит базовую машину со стрелой, шарнирно соединенный с ней рабочий орган, включающий ударный трамбующий механизм со штампом и гидроцилиндры.

Группа изобретений относится к области бурения с использованием в качестве очистного агента газообразных текучих сред. Способ включает циркулирование системы буровой жидкости и эффективного количества пенообразующей композиции, состоящей из пенообразующего агента и стабилизирующего полимера, добавление газообразного агента в жидкость со скоростью, достаточной для образования пенного бурового раствора, и удаление вспененной буровой жидкости из скважины.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве скважины. При бурении эксплуатационной колонны перед разбуриванием горизонта с осыпающимися породами проверяют герметичность скважины.

Изобретение относится к области скоростного глубинного кумулятивного бурения. .
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве скважины малого диаметра в сложных породах. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам режущего типа, преимущественно для разбуривания пород, способных к налипанию. .

Изобретение относится к буровой технике, в частности к буровым снарядам для бурения скважин. .
Изобретение относится к строительству скважин и может найти применение при бурении скважины через зоны поглощения промывочной жидкости. .
Изобретение относится к строительству скважин и может найти применение при проводке ствола скважины с большим зенитным углом. .

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно с способам проходки горных пород путем воздействия на буримую среду энергией струй рабочего агента под давлением.

Изобретение относится к области бурового оборудования и может применяться в нефтяной, газовой и горной промышленности для автоматизации подачи долота при бурении скважин с промывкой.

Изобретение относится к способу управления работой буровой установки, в котором определяют расход потока промывочной среды буровой установки и управляют работой буровой установки на основании этого расхода потока промывочной среды.

Изобретение относится к способу, установке и клапану для управления бурением по породе. .

Изобретение относится к двигателям, приводимым в действие текучей средой. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии бурения скважин, и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне пластового.

Изобретение относится к контролю параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями. .

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных стволов и наклонно направленных скважин винтовым забойным двигателем с большими смещениями забоев от устья скважин.

Изобретение относится к способу и устройству управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой и выполнения вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку машины к процессу выполнения операции бурения.

Изобретение относится к эксплуатации бурового оборудования, а именно к системам управления гидроприводной буровой установкой. .

Изобретение относится к способу бурения ствола скважины. Способ включает бурение ствола скважины посредством непрерывной бурильной колонны насосно-компрессорных труб, измерение по меньшей мере одного параметра посредством оптического волновода в бурильной колонне, причем измерение включает в себя этап, на котором определяют оптическое обратное рассеяние вдоль оптического волновода, и регулирование штуцера, тем самым вызывая приток флюида в ствол скважины или потерю флюида из ствола скважины, при этом измерение по меньшей мере одного параметра дополнительно включает в себя этап, на котором определяют приток или потерю флюида. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх