Способ укрепления несцементированных грунтов при строительстве методом наклонно-направленного бурения

Изобретение относится к области строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения в несцементированных грунтах. Технический результат - увеличение прочности стенки скважины, необходимое для протаскивания трубопровода в зоне залегания несцементированных грунтов. По способу осуществляют обработку призабойной зоны скважины буровым раствором при динамическом напряжении сдвига не менее 300 дПа и коэффициенте пластичности не менее 800 с-1. Отношение размера частиц бурового раствора к диаметру проницаемого канала принимают не менее 6. 3 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения в несцементированных грунтах.

Процесс строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения при прохождении несцементированных грунтов, таких как песок, гравий и галечник, осложняется неустойчивым состоянием ствола скважины, которое может сопровождаться постоянными обрушениями.

При этом крупные фракции несцементированных грунтов не выносятся из скважины, а накапливаются на нижней образующей скважины. Природа обрушений лежит в области процессов взаимодействия между частицами грунта, которые характеризуются силами внутреннего трения и удельного сцепления.

В патентном документе RU 2344263 С1 «Способ проходки неустойчивых пород при бурении скважины» (МПК Е21В 7/00, дата публикации 20.01.2009) раскрыт способ, включающий углубление скважины в интервале пласта с неустойчивыми породами и укрепление стенок скважины в указанном интервале профильными перекрывателями, причем углубление интервала с неустойчивыми породами и укрепление стенок скважины производят последовательными участками, причем длину участка выбирают такой, чтобы не произошел обвал неустойчивых пород за время подъема долота и установки профильного перекрывателя, при этом установку профильных перекрывателей производят с перекрытием внахлест с последовательным уменьшением внутреннего диаметра устанавливаемых профильных перекрывателей в рабочем положении при углублении с расширением ствола скважины на первом участке интервала пласта или встык при последовательном углублении с расширением всех участков ствола скважины.

Недостатком данного способа является необходимость использования профильных перекрывателей, что повышает металлоемкость и массу конструкции.

Кроме того, строительство переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения может быть осуществлен только при использовании одноступенчатой технологии расширения скважины.

Из уровня техники известен патентный документ RU 2153572 С1 «Способ упрочнения стенки скважины при бурении (МПК Е21В 33/138, дата публикации 27.07.2000), в котором раскрыт способ, включающий обработку стенки скважины струей промывочной жидкости, истекающей из боковой насадки кольматационного переводника и содержащей мелкодисперсную фракцию, причем в качестве мелкодисперсной фракции применяют мелкодисперсный гидрофобный материал с размерами частиц 0,1-100 мкм, который подают к поверхностному слою стенки скважины при вскрытии продуктивного пласта со скоростью 70-80 м/с, при этом концентрацию мелкодисперсного гидрофобного материала выбирают из диапазона 0,02-0,03 мас. %. В качестве мелкодисперсного гидрофобного материала применяют вспученный графит, или белую сажу, или аэросил, или тальк, или перлит. Перед подачей мелкодисперсного гидрофобного материала в промывочную жидкость его перемешивают с нефтью и поверхностно-активным веществом - ПАВ.

Недостатком данного способа является дороговизна промывочной жидкости, поскольку она содержит нефть, и следствие чего, повышается риск экологического загрязнения.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении устойчивости несцементированных грунтов в наклонной скважине большого диаметра, а также в устранении недостатков вышеуказанных технических решений при строительстве переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является увеличение прочности стенки скважины в зоне залегания несцементированных грунтов.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается осуществлением способа укрепления несцементированных грунтов при строительстве переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения, включающего обработку призабойной зоны скважины буровым раствором при динамическом напряжении сдвига не менее 300 дПа и коэффициенте пластичности не менее 800 с-1, содержащий размер частиц соответствующий условию:

,

где

Dк - размер диаметра проницаемого канала (мм);

Dч - размер диаметра частиц бурового раствора (мм).

В соответствии с заявленным изобретением упрочнение стенки скважины в зоне залегания несцементированных грунтов достигается в процессе фильтрации бурового раствора в несцементированных грунтах, при условии обеспечения отношения размера проницаемого канала к размеру частиц бурового раствора и реологическими параметрами бурового раствора в зависимости от инженерно-геологических условий бурения.

В таблице 1 приведены числовые значения динамического напряжения сдвига (ДНС) и коэффициент пластичности бурового раствора (КП) в зависимости от состава грунта.

Данные значения коэффициента пластичности позволяют сократить интервал неконтролируемой фильтрации бурового раствора в проницаемый грунт в процессе его разбуривания.

Фильтрация бурового раствора через проницаемые каналы несцементированного грунта, размер которых намного больше частиц твердой фазы бурового раствора, происходит до момента выравнивания величин перепада давления и потерь давления на движение бурового раствора, при этом структура раствора не разрушается. При достижении глубины проникновения бурового раствора в проницаемые каналы грунта в соответствии с условием затрат энергии на разрушение его структуры из состава разрушенной структуры бурового раствора идет процесс удаления части воды с накоплением и сближением между собой частиц твердой фазы бурового раствора. Сближаясь, частицы твердой фазы в зависимости от состояния связанной ими воды, т.е. качества связей в ней, образуют единую структуру, либо простое накопление твердой фазы. Когда же размеры проницаемых каналов становятся меньше частиц твердой фазы, то под действием дифференциального давления происходит разрушение структуры бурового раствора, и он разделяется на составляющие, которые кольматируют проницаемые каналы, образуя в приствольной зоне скважины экран на основе уплотненных компонентов бурового раствора.

Показателем, позволяющим оценить возможность прохождения процесса фильтрации бурового раствора в несцементированные грунты при строительстве переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения, является отношение размера проницаемого канала Dк к размеру частиц бурового раствора.

Размер проницаемого канала Dк (мм) определяется из выражения:

где dЭФ - эффективный размер частиц несцементированного грунта, мм; θ - угол упаковки частиц в фиктивном грунте. Для расчета глубины проникновения бурового раствора в несцементированный грунт необходимо вести расчет по заполнителю, а угол упаковки принимают равным 60°-90°. Величину угла упаковки следует сопоставлять с размером частиц и глубиной их залегания.

Эффективный размер частиц несцементированного грунта определяется по формуле:

где ni - массовая или счетная доля, д.е.; di - диаметр частиц грунта, мм.

При разработке проектной документации на строительство переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, инженерно-геологических изысканий для расчета определения гранулометрического состава несцементированного грунта используют данные, указанные в ГОСТ 12536 - 14 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава и ГОСТ 25100 - 2011 Грунты. Классификация.

Размер частиц бурового раствора Dч (мм) определяется при проведении лабораторных исследований микроскопическими методами в том числе по ГОСТ Р 8.774 - 2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав жидких сред. Определение размеров частиц по динамическому рассеянию света и ГОСТ Р 8.777 - 11 Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения.

Равномерное распределение частиц по всему объему бурового раствора достигается за счет обеспечения реологических параметров бурового раствора: динамического напряжения сдвига не менее 300 дПа и коэффициента пластичности не менее 800 с-1.

Возможность достижения технического результата подтверждается проведенными исследованиями по фильтрации технологических жидкостей в образцы из песка различного фракционного состава, результаты представлены в таблице 2.

Результаты исследований п. 1-2 показывают, что при Dк/Dч<1 фильтрация технологических жидкостей в образцы из песка не происходила.

Результаты исследований п. 3-5 показывают, что при 1<Dк/Dч<6 фильтрация технологических жидкостей в образцы из песка происходила на не полную длину образца (до 65% длины образца).

Результаты исследований п. 6-9 показывают, что при Dк/Dч≥6 фильтрация технологических жидкостей в образцы из песка происходила на полную длину образца (80-100% длины образца) с сохранением его геометрических размеров при значениях коэффициента пластичности более 1362 с-1.

Увеличение прочности стенки скважины в зоне залегания несцементированных грунтов обеспечивается за счет фильтрации бурового раствора через проницаемые каналы грунта, размер которых намного больше частиц твердой фазы бурового раствора, в результате чего происходит накопление и сближение между собой частиц твердой фазы бурового раствора, а площадь контакта между частицами грунта увеличивается.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. изображена принципиальная схема реализации способа укрепления несцементированных грунтов при строительстве методом наклонно-направленного бурения.

На чертеже позиции имеют следующие числовые обозначения:

1 - рабочая емкость;

2 - трубопровод;

3 - насос;

4 - буровая установка;

5 - бурильная труба;

6 - породоразрушающий инструмент;

7 - забой скважины

Настоящее изобретение поясняется примером, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью признаков указанного технического результата.

Перед началом строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения в рамках инженерно-геологических изысканий проводятся лабораторные испытания грунтов, слагающих участок перехода. Задачей лабораторных испытаний грунтов является определение физических, физико-механических параметров грунтов в т.ч. гранулометрического состава, плотности, пористости, прочностных параметров и др. На основании полученных данных осуществляется выбор технологии строительства перехода трубопровода через естественные и искусственные препятствия.

Рецептуру бурового раствора и концентрацию материалов подбирают в каждом конкретном случае индивидуально, в зависимости от инженерно-геологических условий.

В качестве примера рассмотрен процесс фильтрации бурового раствора в образце из песка мелкого по ГОСТ 25100 - 2011. Грунты. Классификация, гранулометрический состав которого приведен в таблице 3.

Эффективный диаметр песка мелкого вычисляется по формуле (2) и составляет 0,142 мм. Диаметр проницаемого канала Dк (мм) определяется из выражения (1) и при угле упаковки частиц θ=70° составляет 0,06 мм.

Для бурения в несцементированном грунте применяется буровой раствор, включающий бентонитовый глинопорошок, водорастворимые полимеры и воду, в следующем соотношении компонентов, мас. %: монтмориллонитовый глинопорошок - 6; полимер полианнионная целлюлоза - 0,4; вода - остальное, и обладает величиной КП 2677 с-1 и ДНС 830 дПа.

Диаметр диспергированных частиц данного бурового раствора (монтмориллонитовый глинопорошок и полимер полианнионная целлюлоза) Dч (мм) составил 0,0001 мм. по результатам проведения лабораторных исследований микроскопическими методами по ГОСТ Р 8.774 - 2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав жидких сред. Определение размеров частиц по динамическому рассеянию света.

Отношение размера проницаемого канала к размеру частиц бурового раствора составляет .

Таким образом, выполняется условие соотношения размера проницаемого канала к размеру частиц бурового раствора , при котором осуществляется процесс фильтрации бурового раствора.

Реализации способа укрепления несцементированных грунтов в процессе строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения осуществляется следующим образом.

Буровой раствор в зависимости от инженерно-геологических условий готовится в рабочей емкости 1, из которой после приготовления по трубопроводу 2 посредством работы насоса 3 подается на буровую установку 4.

С буровой установки 4 по бурильным трубам 5 буровой раствор с заданными реологическими параметрами поступает на забой скважины 7 через породоразрушающий инструмент 6.

В результате реализации заявленного изобретения достигается повышение надежности при протаскивании трубопровода в стволе скважины в процессе строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения.

Способ укрепления несцементированных грунтов при строительстве переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения, включающий обработку призабойной зоны скважины буровым раствором при динамическом напряжении сдвига не менее 300 дПа и коэффициенте пластичности не менее 800 с-1, содержащим частицы размером, соответствующим условию

,

где Dк - диаметр проницаемого канала, мм;

Dч - диаметр частиц бурового раствора, мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологиям ликвидации поглощений бурового раствора при строительстве (бурении) нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологиям предупреждения проявлений пластового флюида при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности к ликвидации перетоков в проявляющих пластах.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к составам для изоляции поглощающих зон при бурении скважин различной категории, снижения приемистости интервалов пластов в процессе проведения ремонтно-изоляционных (РИР) и ремонтно-восстановительных (РВР) работ.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритока в добывающих скважинах и регулирования охвата пласта и профиля приемистости нагнетательных скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам герметизации эксплуатационной колонны скважины. Способ включает определение интервала нарушения эксплуатационной колонны, спуск насосно-компрессорных труб (НКТ) в интервал нарушения или ниже.

Изобретение оотносится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритока в добывающих и нагнетательных скважинах, и предназначено для проведения водоизоляционных работ в скважинах.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам, используемым для изоляции притока воды в добывающие нефтяные скважины и интенсификации добычи нефти.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для изоляции водопритока в добывающих скважинах и обработки нагнетательных скважин с целью выравнивания профиля приемистости и увеличения охвата пластов заводнением.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам проведения водоизоляционных работ в добывающих скважинах, а также к способам выравнивания профиля приемистости в нагнетательных скважинах.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение для изоляции обводненных интервалов продуктивного пласта в горизонтальных скважинах на месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами.

Настоящее изобретение относится к способу обработки подземного пласта для модификации поверхности. Способ обработки кремнистого или содержащего оксид металла подземного пласта, через который проходит скважина, включает закачивание в скважину агента для модификации поверхности, содержащего производное органической фосфорсодержащей кислоты в качестве якорного фрагмента и фторсодержащий остаток в качестве гидрофобного хвоста, где гидрофобный хвост напрямую присоединен к якорному фрагменту, когда агент для модификации поверхности закачан в скважину, связывание агента для модификации поверхности с поверхностью подземного пласта за счет присоединения к пласту якорного фрагмента, и расположение агента для модификации поверхности на кремнистом или содержащем оксид металла подземном пласте таким образом, чтобы гидрофобный хвост был удален от поверхности пласта.
Настоящее изобретение относится к жидкостям для бурения скважин на водной основе. Обнаружено, что частицы на основе целлюлозы, которые включают в свой состав материал клеточных стенок, а также сетчатые структуры их волокон и нанофибрилл на основе целлюлозы, могут быть использованы для получения суспензий, характеризующихся вязкостью и реологическими характеристиками, в частности, удовлетворяющими требованиям для использования в качестве бурового раствора.
Изобретение относится к добыче нефти, газа или воды из скважин, пробуренных в подземном пласте. Способ обработки повреждения пласта месторождения в подземном пласте месторождения, в котором повреждение пласта вызвано следующими причинами: фильтрационными корками буровых флюидов на масляной основе, фильтрационными корками буровых флюидов на водной основе, нефтепромысловыми отложениями, асфальтеном, парафином, воском, резьбовой смазкой, эмульсией или водяным блоком, включает: введение в подземный пласт месторождения флюида для обработки, содержащего воду и по меньшей мере одно из следующих соединений циклодекстрина или крахмала с ферментом, способным генерировать циклодекстрин из крахмала, а также создание условий флюиду для обработки для устранения повреждения пласта.

Изобретение описывает ингибитор асфальтосмолопарафиновых отложений для парафинистых и высокопарафинистых смолистых нефтей содержит сополимер алкилакрилатов С16-С20 с акрилатом додециламина и толуол, характеризующийся тем, что дополнительно содержит окисленную нефтеполимерную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.
Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для устранения утечек среды (пара, воды) из трубопроводного оборудования под давлением.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологиям воздействия на нефтегазоносные пласты с целью увеличения коэффициента извлечения нефти.

Изобретение относится к обработке подземного пласта для модификации поверхности. Способ обработки кремнистого или содержащего оксиды металлов подземного пласта, для повышения добычи углеводородов, через который проходит скважина, включающий закачивание в пласт агента для модификации поверхности, включающего содержащий металл якорный фрагмент и гидрофобный хвост, и связывание металла в составе содержащего металл якорного фрагмента агента для модификации поверхности с кремнистым пластом или с металлом, в подземном пласте, содержащем оксиды металлов.

Настоящее изобретение относится к композитному материалу для обработки скважин и его применению при обработке скважин. Композитный материал для обработки скважины для повышения добычи углеводородов, включающий агент для модификации поверхности, нанесенный по крайней мере частично на твердую частицу в виде покрытия, и где агент для модификации поверхности содержит содержащий металл якорный фрагмент и гидрофобный хвост, где гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганическое соединение, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганическое соединение и фторированный углеводород, и, кроме того, где содержащий металл якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности присоединен к твердой частице.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологиям ликвидации поглощений бурового раствора при строительстве (бурении) нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологиям предупреждения проявлений пластового флюида при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности к ликвидации перетоков в проявляющих пластах.

Изобретение относится к области строительства переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом наклонно-направленного бурения в несцементированных грунтах. Технический результат - увеличение прочности стенки скважины, необходимое для протаскивания трубопровода в зоне залегания несцементированных грунтов. По способу осуществляют обработку призабойной зоны скважины буровым раствором при динамическом напряжении сдвига не менее 300 дПа и коэффициенте пластичности не менее 800 с-1. Отношение размера частиц бурового раствора к диаметру проницаемого канала принимают не менее 6. 3 табл., 1 ил.

Наверх