БУРИЛЬНАЯ ГОЛОВКА С КОЛЬМАТАЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 1997 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к технике и технологии вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин при отборе керна, с одновременной кольматацией продуктивного пласта.

В практике вскрытия продуктивных пластов известны устройства, воздействующие гидроструей на стенку скважины.

Известно буровое долото (патент США N 1805045, кл. 175-340, опубл. 1953, фиг. 1,3 1 лист), содержащее корпус, две шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, два промывочных канала с насадками, один из которых направлен по отношению к оси долота под углом 90^o в стенку скважины. Промывочные каналы расположены в корпусе долота. Приведенное долото действительно даст эффект кольматации в результате струйной обработки стенки скважины, но будет опаздывать во времени, которое необходимо для углубления скважины на величину, равную высоте расположения промывочного канала, направленного в стенку скважины под углом 90^o, над плоскостью забоя, т.е. над самой нижней точкой долота. Это время может изменяться от 10 до 40 мин, в зависимости от категорий (по прочности и другим показателям) разбуриваемой горной породы и применяемой технологии и техники бурения. Этого в основном достаточно для проникновения фильтрата бурового раствора в прискважинную зону пласта на глубину, обеспечивающую формирование основного объема зоны проникновения фильтрата. Как правило, этого размера зоны проникновения достаточно для значительного ухудшения или потери гидравлической связи между скважиной и удаленной зоной пласта, особенно в залежах сложного строения.

Из теории и практики фильтрация буровых растворов известно, что основной объем фильтрата, полученный в течение первого часа после вскрытия пласта, мы имеем в течение первых 10-20 мин. В дальнейшем происходит формирование и упрочнение глинистой корки и зоны естественной кольматации первых мм стенки скважины (1-3 мм). Прочность и проницаемость естественной кольматации и глинистой корки зависит от многих факторов и формируются они также с опозданием во времени. При этом успевает сформироваться зона проникновения фильтрата такого размера, которого достаточно для описанных выше явлений, связанных с ухудшением и потерей гидравлической связи скважина пласт.

Известен также наддолотный переводник с гидромониторной насадкой (Поляков В.Н. Лукаманов Р.Р. Мавлютов М.Р. Способ гидромониторной обработки проницаемых пород при бурении и заканчивании скважин. М. ВНИИОЭНГ. РНТС, Бурение. 1980, N 1, с. 17-19), содержащий боковое отверстие с установленной гидродинамической насадкой, выходное отверстие которой направлено по отношению к оси долота под углом 90^o в стенку скважины. Этот наддолотный переводник устанавливается над трехшарошечным долотом, содержащим корпус, три шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, три промывочных канала, один из которых заглушен.

Основной недостаток наддолотного переводника тот же, что и у долота (патент США N 2805045), только в более выраженной форме, т.к. расстояние от указанной выше гидравлической насадки до забоя еще больше.

Известно буровое долото (патент США 4351402, кл. 175-340, 1982, фиг.1, лист. 1), содержащее корпус, одну шарошку, формирующую плоский забой, смонтированную на цапфе посредством подшипников, промывочный канал с насадкой, направленный по отношению к оси долота под острым углом в стенку скважины в место, где долото на забое скважины формирует ствол скважины номинального диаметра. Это долото не дает эффекта кольматации стенки скважины, а только плоскости забоя, т.к. угол между направлением струи и стенкой скважины очень острый, что приведет в лучшем случае к обработке плоскости забоя струей после отражения от стенки скважины. Конструкция долота по патенту США N 4351402 может выполнить функции очистки забоя от выбуренной породы и то в некотором приближении к необходимым требованиям, а также охлаждения породоразрушающего инструмента. Получение управляемого эффекта кольматации при струйной обработке керновых материалов достигается при атаке образца струей под углом 50-90^o. В конструкции долота по патенту США 4351402 угол атаки стенки скважины менее 15^o, что явно недостаточно для получения эффекта кольматации, и струя будет отражаться от поверхности стенки скважины в плоскость забоя, которая при следующих оборотах долота будет разрушена. Подобная геометрия направления струи, представленная в патенте, может вызывать эффект изменения пластичности и прочности породы под плоскостью забоя, что в некоторых случаях может привести к ухудшению показателей работы долота, в частности, снижению скорости проходки.

Наиболее близким аналогом является бурильная головка 6BK-190/80C3, содержащая корпус, три дисковидные, овалообразные в осевом сечении шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, три промывочных канала, направленных в забой параллельно оси бурильной головки, и формирующая ствол скважины номинального диаметра, т.е. 190,5 мм (Масленников И.К. и др. Инструмент для бурения скважин. М. Недра, 1982, с. 254-257, р. 176). Эта бурильная головка используется для бурения кольцевым забоем при отборе керна. Основные ее функции разбуривание забоя скважины, калибровка стенок, формирование в центре забоя целикового столбика породы. В конструкции бурильной головки 6BK-190/80C3 три промывочных канала выполняют функции только очистки забоя от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента.

Недостатком данной бурильной головки по отношению к представленной в данной заявке является то, что она конструктивно не может выполнять функции кольматации стенки скважины в момент формирования номинального диаметра ствола скважины.

Цель изобретения увеличение дебитов скважин и продуктоотдачи пластов за счет уменьшения величины зоны проникновения фильтрата в результате снижения проницаемости первых мм стенки скважины путем создания кольматационного экрана в первоначальный момент вскрытия пласта.

Указанная цель достигается тем, что в бурильной головке с кольматационным устройством, содержащей корпус, шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, промывочные каналы, один из которых выполнен с гидромониторной насадкой, выходное отверстие которой направлено по отношению к оси бурильной головки под углом 90^o в стенку скважины в месте, где бурильная головка на забое скважины формирует ствол скважины номинального диаметра бурильной головки. Номинальный диаметр бурильной головки равен 190,5 мм.

На фиг.1 изображена бурильная головка с кольматационным устройством; на фиг. 2 узел кольматации.

Она имеет наружный диаметр 190,5 мм, керноприемное отверстие для керна диаметром 80 мм и содержит корпус 1, три дисковидные, овалообразные в осевом сечении шарошки 6, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, в корпусе между лапами три промывочных канала, два из которых направлены в забой параллельно оси бурильной головки. Третий промывочный канал 2 является кольматационным, оборудован гидромониторной насадкой, отверстие которой направлено по отношению к оси долота под углом 90^o, в стенку скважины перпендикулярно. На фиг. 2 изображен узел кольматации, который состоит из кольматационного канала 2, гидродинамической насадки 3, отражающей вставки 5 и корпуса узла кольматации 4. Поз. 7 обозначен продуктивный пласт.

Бурильная головка с кольматационным устройством работает следующим образом.

При вращении долота и создании осевой нагрузки шарошки 6 разрушают забой скважины, выбуренная порода удаляется с забоя потоком бурового раствора, прокачиваемого через два промывочных канала, а через кольматационный канал 2 с помощью узла кольматации струя бурового раствора под углом 90^o к оси бурильной головки направляется в место, где происходит первоначальное формирование ствола скважины диаметром, соответствующим диаметру бурильной головки, т. е. 190,5 мм. Ось гидромониторной насадки 3 расположена на высоте 75 мм от нижней точки забоя, а ее выходной торец в 22 мм от поверхности стенки скважины в месте, где забой переходит в номинальный диаметр ствола скважины.

Использование предлагаемой бурильной головки с кольматационным устройством в сравнении с наиболее близким аналогом (бурильной головкой 6BK-190/80C3) позволит значительно снизить проникновение фильтрата бурового раствора в продуктивный пласт, сократить продолжительность освоения скважины, увеличить дебиты скважин и отдачу продукт из пласта.

Использование: изобретение относится к технике и технологии вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин при отборе керна, с одновременной кольматацией продуктивного пласта. Сущность изобретения: бурильная головка с кольматационным устройством содержит корпус, шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, промывочные каналы, один из которых выполнен с гидромониторной насадкой, выходное отверстие направлено по отношению к оси бурильной головки под углом 90^o в стенку скважины в место, где бурильная головка на забое скважины формирует ствол скважины номинального диаметра бурильной головки. Номинальный диаметр бурильной головки равен 190,5 мм. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бурильная головка с кольматационным устройством, содержащая корпус, шарошки, смонтированные на цапфах лап посредством подшипников, промывочные каналы, отличающаяся тем, что один из промывочных каналов выполнен с гидромониторной насадкой, выходное отверстие которой направлено по отношению к оси бурильной головки под углом 90^oC в стенку скважины в место, где бурильная головка на забое скважины формирует ствол номинального диаметра бурильной головки. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что номинальный диаметр бурильной головки равен 190,5 мм.