СПОСОБ БУРЕНИЯ С КОЛЬМАТАЦИЕЙ Российский патент 1996 года по МПК E21B21/00 E21B33/138 

Изобретение относится к способам бурения скважин с одновременным повышением прочности их стенок по отношению к гидроразрыву и снижению гидравлической проницаемости для уменьшения поглощения бурового раствора и увеличения за счет этого нефте- и газоотдачи пластов.

Известен колонковый снаряд, предназначенный для этих целей (а.с. N 1382925, кл. E 21 N 25/00). С его помощью бурение ведут одновременно с кольматацией, т.е. с обработкой стенок скважины струями, выходящими из наддолотной части буровой колонны.

Использование такого снаряда имеет существенный недостаток. Он состоит в том, что интенсивность кольматирующих струй будет выше, чем у струй, подаваемых через буровое долото на промывку скважины. Это происходит по той причине, что на пути бурового раствора, ниже гидромоторных насадок кольмататора, имеется гидравлическое сопротивление в виде пробоотборника. При этом интенсивность промывающих струй будет всегда меньше, чем у кольматирующих. Это снижает эффективность промывки, следовательно, и бурения, что объясняется следующим образом.

Бурение наиболее производительно, когда промывка обеспечивает не только удаление разбуренной породы, но и ее размыв за счет гидромониторного эффекта струй, т.е. разрушение непосредственно на забое, что облегчает работу бурового инструмента, снижает его износ, ускоряет проходку. Но в данном случае струи, подаваемые на стенку скважины через гидромониторные насадки, как более интенсивные, окажутся не кольматирующими, а разрушающими эту стенку. В результате с помощью упомянутого колонкового снаряда возможна проходка с заведомо ограниченной производительностью.

Высокоскоростные боковые струи из кольматирующих насадок вызывают существенное отклонение диаметра формируемого ствола скважины от номинала в сторону расширения и образование каверн в стволе. Этот недостаток сдерживает широкое применение бурения с кольматацией, так как приводит к низкому качеству бурения.

Известен способ снижения проницаемости пластов с помощью компоновки, в которой нет пробоотборника или каких-либо других сопротивлений проходу промывочного раствора (а.с. N 819306, кл. E 21 B 33/138). В этой компоновке буровое долото расположено непосредственно под переводником с гидромониторными насадками. Однако упомянутые недостатки в этом случае также не устранены. Они неизбежны, исходя уже из того, что каждая труба является гидравлическим сопротивлением и при движении по ней текучей среды давление ее падает. Поскольку промывочные отверстия расположены в долоте, то они по ходу потока бурового раствора находятся после гидромониторных насадок, следовательно, давление на входе в эти отверстия меньше, чем у гидромониторных насадок.

Однако различие в интенсивности кольматирующих и промывочных струй определяется не только условиями прохождения раствора внутри снаряда, но и снаружи, от выхода из промывочных отверстий до кольматирующих насадок. Поэтому перепад давления на кольматирующей насадке не меньше перепада на промывочной насадке долота. Из-за этого в известных устройствах скорость истечения струи из кольматирующей насадки не меньше, чем из промывочных отверстий долота. Скорость истечения струи из насадки определяется перепадом давления, а от диаметра насадки практически не зависит.

Кроме того, гидромониторный эффект струй, выходящих из долота, ослабляется из-за того, что струи затопленные и поэтому их скорость падает с удалением от отверстия долота. Кольматирующая же насадка расположена значительно ближе к горной породе, чем струйные насадки узла долота.

Все эти факторы ограничивают допустимую интенсивность промывки забоя во избежание разрушения одновременно стенки скважины струями из кольматирующих насадок. В результате ограничивается производительность бурения.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, обеспечение необходимой интенсивности промывки забоя без разрушения стенок скважины.

Поставленная цель достигается за счет того, что раствор из кольматирующих насадок подают со скоростями, меньшими, чем из отверстий долота и не превышающими критическую скорость, при которой происходит разрушение стенки скважины. При этом указанные соотношения могут достигаться созданием дополнительных гидравлических сопротивлений истечению раствора из кольматирующих насадок, например в виде сужений или расширений в области стыка колонны с наддолотным переводником или дополнительными сопротивлениями непосредственно у кольматирующих насадок.

При указанных соотношениях скоростей струй обеспечивается необходимая интенсивность струй, проходящих через отверстия долота, следовательно, исчезают упомянутые ограничения по скорости проходки. Остается лишь выдержать скорость раствора, выходящего из кольматирующих насадок ниже упомянутой критической. Это определяется опытным путем и легко обеспечивается поддержанием давления раствора.

На чертежах представлены варианты устройств, реализующих заявленный способ. При этом на фиг. 1 вариант с сужением в наддолотном переводнике. На фиг. 2 с разными внутренними диаметрами колонны и переводника. На фиг. 3 с дополнительными сопротивлениями у входа в насадки (показана одна насадка).

В исполнении по фиг. 1 устройство включает нижний конец 1 бурильной колонны, наддолотный переводник 2, гидромониторные насадки 3 и сужение канала переводника в виде внутреннего кольцевого выступа, образующего диафрагму 4.

Исполнение по фиг. 2 отличается тем, что внутренний диаметр d₁ переводника 2 в области установки насадок 3 больше внутреннего диаметра d колонны. Кроме того, имеется контргайка 5 крепления переводника в колонне. В исполнении по фиг. 3 насадка выполнена со ступенчатым каналом.

В устройстве по фиг. 1 способ реализуется следующим образом.

При прохождении промывочного раствора через диафрагму 4 за ней, по потоку, возникает местное падение давления, которое при дальнейшем движении потока исчезает за исключением некоторой потери давления (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. Л. Машиностроение, 1989 г. с. 13, рис. 2). Таким образом давление у стенки переводника непосредственно за диафрагмой будет меньше, чем на некотором расстоянии от нее, в том числе и у промывочных отверстий долота.

Насадки 3 размещают сразу за диафрагмой, в результате чего скорость струй, подаваемых на кольматацию, может быть меньше скорости промывочных струй. Следовательно, предупреждается размыв стенок скважины этими струями при сохранении необходимой интенсивности промывочных струй.

При прохождении потока через устройство по фиг. 2 падение давления в области установки насадок 3 аналогичным образом возникает вследствие перехода в канале с меньшего диаметра d на больший d₁. Конструкция по фиг. 2 не имеет специального сужения в виде диафрагмы. Перепад диаметров образуется естественным образом за счет удлинения расточки под цилиндрическую резьбу, соединяющую переводник с колонной. Меняя глубину заворачивания резьбы, можно менять расстояние насадок от торца колонны, регулируя таким образом требуемое падение давления.

Контргайка 5 фиксирует относительное положение колонны и переводника.

Если падение давления у насадок недостаточно,то возможно создание дополнительного сопротивления истечению кольматирующих струй за счет использования ступенчатого канала перед самими кольматирующими насадками, как это показано на фиг. 3, а также за счет использования насадок с дополнительными их удлинениями.

Использование: изобретение относится к способам бурения скважин с одновременным повышением прочности их стенок кольматацией. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ, включает нижний конец бурильной колонны, оснащенной долотом, наддолотный переводник с гидромониторными насадками и сужение канала переводника в виде диафрагмы. В другом варианте вместо сужения использован перепад с меньшего внутреннего диаметра колонны на больший диаметр переводника. Диафрагма и переход выполнены до гидромониторных насадок по ходу раствора. Имеется также контргайка для регулировки расстояния перехода до гидромониторных насадок. В третьем варианте использована гидромониторная насадка со ступенчатым внутренним каналом. С помощью диафрагмы, перехода или ступенчатого канала создают дополнительное сопротивление течению среды через кольматирующие насадки. Раствор подают из кольматирующих насадок со скоростями, меньшими, чем из отверстий долота и не превышающими критическую скорость, при которой происходит разрушение стенки скважины. Использование изобретения ограничивает интенсивность кольматирующих струй, что предотвращает размыв стенки скважины без ограничения интенсивности подачи раствора на промывку. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ бурения с кольматацией, включающий бурение скважины долотом с промывкой забоя струями раствора, проходящими через отверстия долота и обработкой стенок скважины боковыми струями раствора из кольматирующих насадок, отличающийся тем, что раствор из кольматирующих насадок подают со скоростями меньшими, чем из отверстий долота и не превышающими критическую скорость, при которой происходит разрушение стенки скважины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что у кольматирующих насадок создают дополнительное гидравлическое сопротивление истечению из них струй раствора.