SU1331993A1 - Способ обратной циркул ции бурового раствора в скважине - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бурению газонефт ных скважин и позвол ет по- . высить эффективность бурени  скважины .. Способ включает заполнение скважины (с) рабочим агентом и спуск в нее бурильного инструмента (БИ). Затем С 1 заполн ют в зкоупругой жид- костью (ВУЖ) 5. Высота ее столба определ етс  из соотношени  ,-x X (Р,- f g ah)Q(l+)- dh/(l+df), а углова  скорость вращени  БИ - из соотношени  2 г Де RO - внутренний радиус БИ; ч - среднее значение в зкости ВУЖ при ее движении; P(j - величина давлени  ВУЖ при ее (Л

Description

деформирований между долотом 4 и за-: боем; р - плотность БУШ; g - ускорение свободного падени ; i h - разность столбов ВУЖ в кольцевом зазоре и в БИ; Q - технологически необходима  величина расхода ВУЖ; (/- коэффициент: d R R - R Г - (R I - R )V /1 (RJ/RI , где R, - внешний радиус БИ; Rj - радиус С1; h - рассто ние от торца промывочного отверсти 

1

Изобретение относитс  к бурению нефт нь х и газовых скважин, а именн к способам промьгаки скважин.

Цель изобретени  - повышение эффективности бурени  скважины.

На фиг. 1 изображена схема промывки скважины с использованием специального переводника с шламоулови- телем; на фиг. 2 - принципиальна  схема обратной циркул ции; на фиг. 3 - схема промывки скважины через усть е; на фиг. 4 - схема исходного положени  уровн  в зкоупругой жидкости и шламоуловител  в скважине на фиг. 5 - схема образовани  местной обратной циркул ции в скважине.

Сущность способа заключаетс  в следующем. В скважину 1 опускают бурильный инструмент, состо щий из колонны 2 бурильных труб с центральным промывочным отверстием 3 и долота 4, и закачивают в зкоупругую жидкость 5 до достижени  столбом в зко- упругой жидкости 5 высоты, определ емой из соотношени 

Pa - Р

Qd+o/)

g 4h

(Tf7)

(1)

де R,

внутренний радиус бурильного инструмента; среднее значение в зкости рабочей среды при ее движении;

величина давлени , вырабатываемого в зкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины;

31993

долота до забо  С1 ; - врем  релаксации ВУЖ 5. При последующем вращении- БИ в объеме ВУЖ 5 между торцовой частью долота 4 и забоем нар ду с касательными развиваютс  нормальные напр жени . В итоге уровень ВУЖ 5 поднимаетс  на некоторую высоту. Если ее слить в пространство метвду БИ и С1, возникает обратна  циркул ци , 5 ил., 2 табл.

р - плотность в зкоупругой среды;

g - ускорение свободного падени ;

4h - разность столбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре;

Q - технологически необходима  величина расхода в зкоупругой среды;

с/ - коэффициент:

20

,ь ..«,-к: -ub jh)

.где R внешний радиус бурильного

инструмента; RJ - радиус скважины. После этого производ т вращение бурильного инструмента с угловой скоростью , определ емой из соотношени 

(JJ 7

R.-r

(3)

где Ь - рассто ние от торца промывочного отверсти  долота до . :забо  скважины;,

У - врем  релаксации в зкоупру „ / - i гои жидкости (.константа жид

жидкости)..

При вращении бурильного инструмента в скважине 1, заполненной в зко- упругой жидкостью 5, в объеме жидкости , наход щейс  между торцовой ча- стью долота 4 и забоем скважины 1, нар ду с касательными развиваютс 

3

нормальные напр жени  (эффект Вайс- сенберга), которые создают продавливающее давление на входе в промывочное отверстие долота и тем самым обуславливают подн тие уровн  в зко- упругой жидкости 5 в бурильном инструменте на некоторую высоту. Если обеспечить слив подн вшейс  жидкости оп ть в кольцевое пространство между бурильным инструментом и скважиной 1, то возникает циркул ционное течение (обратна  циркул ци ).

Известно, что эффект Вайссенбер

га про вл етс  при сдвиговых тече- ни х (или близким к ним) у некоторых растворов полимеров, а также и у других , более сложных композиций на ос

нове полимерных растворов, обладающих в зкоупругими свойствами.20

Характер про влений нормальных напр жений и возникновение циркул ционного потока нагл дно демонстрируютс  на следующем лабораторном опыте (фиг. 2). В стекл нньй цилиндр 1 заливаетс  в зкоупруга  жидкость 2 , в которую погружаетс  пола  трубка 3 . При вращении трубки 3 с некоторой скоростью LJ в зкоупруга  жидкость может подн тьс  внутри ее на некоторую высоту h за счет нормальных напр жений, развивающихс  в жидкости у основани  трубы и днища цилиндра . Эти напр жени  -направлены как по радиусу к оси вращени , так и параллельно ей. В результате их совместного действи  создаетс  напр жение (Зрр , продавливающее жидкость и действующее на срезе трубы.

Дл  наиболее полной реализации давлени  нормальных напр жений в ско ростной напор восход щего потока в з коупругой среды целесообразно слив рабочего агента в скважину 1 (коль- цевой зазор) осуществл ть при минимальных значени х ЛЪ. Дл  этого можно предусмотреть установку специального переводника с отверсти ми 7 со щламоуловителем 8 Сфиг. 1) или любое 25 другое аналогичное по наз начению приспособление (один из вариантов шламо- уловител  изображен на фиг. 5). В этом случае экономитс  значительна  часть напора (давлени ), развиваемо- 30 го нормальными напр жени ми, а шламо- уловитель 8 после очередного наращивани  бурильного инструмента освобождают от частиц выбуренной породы 9

Кроме того, способ может быть ис- 35 пользован дл  создани  местной обратной циркул ции. Дл  этого скважину 1 от забо  до расчетной отметки заполн ют в зкоупругой жидкостью 5, причем

глубина заполнени  определ етс  так- Если в верхней части вращающейс  по- 40 же конкретными геолого-техническими лой трубки выполнить отверсти  4 услови ми в скважине, свойствами и

h,- то в процессе расходом в зкоупругой среды и оцениваетс  по форьтуле (1). Остальна  часть бурового раствора, замещенного 45 в зкоупругой жидкостью 5, из скважины откачиваетс . После этого в скважину спускают бурильный инструмент (фиг. 4 и 5).

Затем осуществл ют вращение бу- 50 рильного инструмента, частота вращени  определ етс  соотнощением (3). Механизм циркул ционного потока аналогичен приведенному вьше.

Пример. При бурении скважи- ствам дл  целей промывки при бурении gg ны под кондуктор долотом 4 диаметром скважин. 295,3 мм и обычной (пр мой) схемой

Результаты расчетов, приведенные промывки технической водой на глуби- в табл. 2, показывают, что величины не 120 м происходит полное поглоще- расхода циркулирующей в зкоупругой кие промывочной жидкости. При этом

на. высоте h i вращени  полой трубки возникает циркул ционное течение (фиг. 2). Циркул ци  по каналу бурильных труб, сообщающихс  с затрубным пространством , осуществл етс  аналогично приведенному вьппе прин1шпу.

В табл. 1 приведены опытные данные средних значений нормальных напр жений в зависимости от градиента скорости сдвига, полученные дл  некоторых в зкоупругих составов, подход щих по своим реологическим свойжипкости (Q) и скорости восход щего потока (v)  вл ютс  приемлемыми дл  практических целей.

0

5

0

При соблюдении услови , приведенного в зависимости (3), нормальные напр жени , возникающие в среде в з- коупругой жидкости 5 между торцовой частью долота 4 и забоем скважины 1. обеспечивают подн тие жидкости по колонне бурильного инструмента и слив ее через отводную трубу 6 в скважину 1 (в кольцевое пространство/.

Дл  наиболее полной реализации давлени  нормальных напр жений в скоростной напор восход щего потока в з- коупругой среды целесообразно слив рабочего агента в скважину 1 (коль- . цевой зазор) осуществл ть при минимальных значени х ЛЪ. Дл  этого можно предусмотреть установку специального переводника с отверсти ми 7 со щламоуловителем 8 Сфиг. 1) или любое 5 другое аналогичное по наз начению при способление (один из вариантов шламо- уловител  изображен на фиг. 5). В этом случае экономитс  значительна  часть напора (давлени ), развиваемо- 0 го нормальными напр жени ми, а шламо- уловитель 8 после очередного наращивани  бурильного инструмента освобождают от частиц выбуренной породы 9

Кроме того, способ может быть ис- 5 пользован дл  создани  местной обратной циркул ции. Дл  этого скважину 1 от забо  до расчетной отметки заполн ют в зкоупругой жидкостью 5, причем

динамический уровень устанавливаетс на глубине 90 м, а статический уровень - на глубине 95 м. Дальнейшее бурение осуществл етс  с испрльзова нием местной обратной промывки скважины 1. Дл  этого в скважину 1 спускают следующую компоновку бурильного инструмента; долото 4 диаметром 295,3 мм с центральным промывочным отверстием 3, УБТ диаметром 178 мм и длиной 25 м, т.е. до положени  статического уровн , остальную част бурильного инструмента компектуют трубами ТБПВ 146x8 мм. После этого, способом пр мой промывки в скважину закачивают в зкоупругую жидкость 5, приготовленную из 1%-ного водного раствора полиоксиэтилена и 14%-ного глинистого раствора из модифициро- ванного (метасом и содой) бентонита при объемном отношении этих растворов , равном 4,7.

Объем закачанной в зкоупругой жидкости 5 определ етс  положением статического уровн , т.е. скважина заполнена рабочим агентом до глубины 95 м, а техническа  вода вынесне на в зону поглощени . Затем бурильный инструмент приподнимают и над УБТ устанавливают шламоуловитель 8, оставшуюс  часть инструмента комплектуют бурильными трубами. После этого осуществл етс  процесс буреНи роторным способом с вращением бурил ного инструмента на BTopoii скорости ротора (120 об/мин). Механизм возникновени  циркул ционного потока аналогичен приведенному вьппе. Объемный расход циркулирующей жидкости при данных соотношени х скважины, бурильного инструмента и глубины заполнени  скважины 1 рабочим агентом ориентировочно составл ет 8-10 л/с (табл. 2).

По мере углублени  в скважину 1 производитс  долив в зкоупругой жидкости . 5 до положени  статического уровн . Эта операци  предпринимаетс  с целью избежать разбавлени  ра- бочей жидкости пластовой водой из зоны поглощени .

По другому варианту осуществлени способа в скважину 1 диаметром 295,3 мм и глубиной 100 м спускают следующую компоновку бурильного инструмента: долото диаметром 295,3 м с Центральным промывочным отверсти- ем 3, УБТ диаметром 178 мм, длиной

50 м, остальную часть инструмента комплектуют бурильными трубами ТБПВ 146x8 мм. После этого осуществл ют замену бурового раствора, наход щегос  в скважине 1, в зкоупругой жидкостью 5, закачивание которой производ т с помощью цементировочного агрегата. В качестве в зкоупругой жидкости используют состав, приготовленный путем смешени  14%-ного раствора из бентонитового глинопорошка и 1%-ного раствора полиоксиэтилена при их объемном соотношении 1:4,7. Затем верхн   часть, бурильного инструмента , расположенна  непосредственно после ведущей бурильной трубы, оборудуетс  специальным переводником со щламоуловителем 8, аналогичным приведенному на фиг. 1.

Вращением ротора на второй скорости (120 об/мин) бурильный инструмент привод т во вращательное движение. Возникающие при этом в среде в зко- упругой жидкости 5 нормальные напр жени  обеспечивают возникновение циркул ционного потока с объемным расходом примерно 4 л/с (табл. 2) и со скоростью восход щего потока в трубах 0,5 м/с, что  вл етс  достаточным условием (при в зкости раствора 2,5 И) дл  очистки забо  от шлама при роторном способе бурени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обратной циркул ции бурового раствора в скважине, включающий заполнение скважины рабочим агентом, спуск и вращение бурильного инструмента , отличающийс  тем что, с целью повышени  эффективности бурени , перед вращением бурильного инструмента скважину заполн ют в зко- упругой жидкостью, причем высота столба в зкоупругой жидкости в скважине определ етс  из соотношени  Is Р - Р h

   8г д(1+Ю (1+)

   н

   где

   а углова  скорость вращени  бурильного инструмента определ етс  из следующего соотношени :

   О) 7

   ho

   RТ

   внутренний радиус бурильного инструмента;

   71331993

   - среднее значение в зкости рабочей среды при ее движении;

   - величина давлени , вырабатываемого в зкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины;

   - плотность в зкоупругой среды; о - ускорение свободного падени - - разность стопбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре;

   - технологически необходима  15 величина расхода в зкоупругой среды;

   Полиоксиэтилен, мол.м, 2,2-10 Глинопорошок (модифицированный

   8 0 - коэффициент:

   -«:к-«; -

   -If

   - внешний радиус бурильного

   инструмента; - радиус скважины; - рассто ние от торца промывочного отверсти  долота до забо  скважины;

   - врем  релаксации в зкоупру- гой жидкости (константа жидкости ) ,

   Таблица. I

   0,95

   28,8

   50

   0,37

   ср

   Фиг.2

   Фм.5

   Составитель И. Белогруд Редактор Н. Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор В, Бут га

   3777/28

   Тираж 532 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб, д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4