СПОСОБ БУРЕНИЯ СВЕРХГЛУБОКИХ СКВАЖИН Российский патент 1999 года по МПК E21B7/00 E21B21/08 

Изобретение относится к горному делу, в частности к технологии бурения глубоких и сверхглубоких скважин.

Традиционные методы бурения сверхглубоких скважин направлены на решение проблемы облегчения и упрочнения бурильных труб за счет применения ступенчатых бурильных колонн, титановых труб. По традиционной технологии бурения углубление скважины достигается разрушением горной породы забоя долотом, находящимся под осевой нагрузкой. Шлам разрушенной породы непрерывно удаляется буровым раствором, подаваемым с поверхности буровым насосом через бурильные трубы на забой и поднимающимся вместе со шламом по кольцевому пространству между бурильными трубами и стенками скважины на поверхность, а после очистки вновь поступающим в приемную емкость буровых насосов.

Затраты энергии на такую промывку велики. Долота после изнашивания поднимаются на бурильных трубах, а новые на бурильных же трубах спускаются на забой, бурильные трубы рвутся от собственного веса, так как обычно бурильная колонна и кольцевое пространство полностью заполнены одной и той же промывочной жидкостью и потому архимедова сила действует соответственно объему металла бурильных труб, находящихся в скважине. Однако это облегчение для стальных труб относительно невелико и при бурении сверхглубоких скважин прочность бурильных труб предопределяет допустимую глубину бурения.

Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемому способу является способ бурения сверхглубоких скважин, включающий спуск в предварительно заполненную промывочной жидкостью скважину бурильного инструмента, разбуривание продуктивного пласта с обратной промывкой и постоянным доливом жидкости в затрубное пространство по мере падения уровня жидкости в упомянутом пространстве, подъем бурильного инструмента (см. авт.свид. СССР N 1331993, кл. E 21 B 21/00, 1987). Известный метод не решает проблемы бурения сверхглубокой скважины, в частности не обеспечивает достижения требуемой глубины проводки ствола скважины.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение достижения требуемой глубины проводки ствола сверхглубоких скважин, снижение материальных и энергетических затрат.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе бурения сверхглубоких скважин, включающем спуск в предварительно заполненную промывочной жидкостью скважину бурового инструмента, разбуривание продуктивного пласта с обратной промывкой и постоянным доливом жидкости в затрубное пространство по мере падения уровня жидкости в упомянутом пространстве и подъем бурового инструмента по окончании каждого долбления, согласно изобретению в скважину, предварительно заполненную промывочной жидкостью, спускают незаполненный жидкостью бурильный инструмент до глубины, определяемой прочностью бурильных труб на смятие внешним давлением жидкости, заполняющей кольцевое пространство между колонной бурильных труб и стенками скважины, после чего бурильный инструмент доливают до устья жидкостью и вновь продолжают его опускать с постоянным или дискретным доливом промывочной жидкостью, пока до забоя не останется порядка 2500 м, после чего долив прекращают и продолжают опускать бурильный инструмент до забоя, после достижения которого производят разбуривание продуктивного пласта с обратной промывкой за счет разности высоты столбов жидкости за колонной бурильных труб и внутри ее, в момент появления промывочной жидкости на устье бурильных труб, бурение прекращают и перед подъемом бурильного инструмента производят продавливание промывочной жидкости в затрубное пространство из бурильных труб воздухом, подаваемым от устья сверху вниз с применением установленных внутри бурильных труб через определенные интервалы специальных ловителей и подвижного клапана.

Задача также достигается тем, что в скважину спускают бурильный инструмент в компоновке - долото, дроссель, запорно-поворотный клапан, расположенная внутри внизу бурильной колонны трубка шламоуловителя.

Кроме этого, задача достигается тем, что продавливание воздухом промывочной жидкости осуществляют до тех пор, пока не прекратится вытекание жидкости из затрубного пространства.

Кроме этого, задача достигается тем, что в качестве промывочной жидкости используют глинистый раствор с плотностью, достаточной для предупреждения проявления, а плотность жидкости, заполняющей кольцевое пространство скважины, больше плотности жидкости в бурильной колонне.

Способ осуществляют следующим образом. В скважину, заполненную до устья промывочной жидкостью спускают в компоновке долото, ЗПК, дроссель. ЗПК закрыт, буровой инструмент пустой, спуск идет при минимальных нагрузках на талевую систему и лебедку на высоту, определяемую прочностью бурильных труб на смятие внешним давлением жидкости, заполняющей кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины от забоя до устья

где ρ_q плотность промывочной жидкости в кольцевом пространстве в интервале бурильной колонны, не заполненной жидкостью;
K - коэффициент, K < 1.

Спустив, например 2500 метров, когда инструмент доливают до устья и вновь продолжают спуск до тех пор, пока не останется допускать до забоя 2500 м. В это время долив внутрь бурильных труб прекращают и продолжают спуск инструмента до забоя. Дойдя до забоя, нагрузив долото, начинают вращать бурильный инструмент, при этом открывается запорно-поворотный клапан (ЗПК) и жидкость из затрубного пространства бурильной колонны через долото, дроссель, ЗПК начинает поступать внутрь бурильной колонны, то есть идет бурение с обратной промывкой за счет разности высоты столбов жидкости за бурильной колонной и внутри ее. По мере падения уровня жидкости в затрубном пространстве ее постоянно доливают из доливной емкости. Бурение идет до тех пор, пока не появится жидкость на устье бурильных труб. Для более четкого улавливания этого момента, а также для более интенсивного перетока из затрубного пространства через долото внутрь бурильных труб доливную жидкость в затрубном пространстве берут большей плотности, чем вся жидкость в скважине. Это обуславливает больший эффект выталкивания бурильных труб при их подъеме.

В целях предотвращения затруднения движения частичек породы внутрь бурильных труб, в случае, когда шлам не сможет подниматься вверх из-за небольшой скорости восходящего потока жидкости в трубах, так как расход жидкости будет незначительный, над ЗПК устанавливают внутритрубный шламоуловитель. Шлам оседает в кольцевом пространстве между трубкой длиной 10-15 м с внутренним диаметром 15-18 мм с открытым верхним концом, вставленной концентрично внутри бурильных труб и опирающейся нижним концом на корпус ЗПК. Скорость движения жидкости, поступающей из затрубного пространства внутрь трубки всегда будет достаточной для движения шлама вверх. На выходе из трубки скорости движения жидкости резко снижается (увеличивается сечение потока от 3 см² до 80-100 см² в полости бурильных труб), шлам выпадает в кольцевую полость между внутренней поверхностью бурильных труб и наружной поверхностью трубки шламоуловителя.

По окончании бурения (до выравнивания столбов жидкости или до появления жидкости на поверхности бурильных труб) проводят подъем бурового инструмента, при этом еще до спуска бурового инструмента внутри бурильных труб через определенные интервалы устанавливают специальные ловители подвижного клапана. Верхний ловитель устанавливают на глубине 2500-3000 м от устья, последующие - через такие же промежутки друг от друга. Перед подъемом бурового инструмента внутри колонны бурильных труб устанавливают специальный подвижный клапан, подсоединяют компрессор высокого давления и осуществляют продавливание промывочной жидкости сверху вниз по бурильным трубам, трубке шламоуловителя, ЗПК, дросселю, долоту в затрубное пространство. Продавливание осуществляют до пор, пока подвижный клапан не войдет в ловитель и не зафиксируется в нм. Этот момент фиксируется по прекращению вытекания жидкости из затрубного пространства и по более быстрому увеличению давления на монометре компрессора. Верхняя часть колонны бурильных труб после продавливания будет пустой, облегчение колонны тем больше, чем на большей глубине установлен ловитель, а это в свою очередь зависит от мощности компрессора, максимально развиваемого давления, а также от плотности жидкости; находящейся в затрубном пространстве в интервале глубин O-установка ловителя.

Пример. Ловитель установлен на глубине 2500 м, жидкость за колонной имеет плотность 1,25 г/см³, а буровой инструмент имеет внутренний диаметр D_вн = 120 мм, P = 0,785 • d² • 2500 • 1,25 = 35,3 т при D_вн = 150 мм снижение веса колонны будет P = 0,785 • d² • 2500 • 1,25 = 55,2 т.

После поднятия верхней части бурильной колонны вместе с первым ловителем для облегчения подъема второй части вновь продавливают воздухом промывочную жидкость, клапан при продавливании входит в ловитель, раздвигает подпружиненный цанговый захват и когда проточка на штоке совпадает с цангой на ловителе, клапан фиксируется в этом положении. Герметичность достигается за счет уплотнения.

Облегчение колонны на несколько десятков тонн дает возможность углубить скважину до проекта, в случае с Кольской СГ-3 этот запас по весу позволит довести скважину до проектной глубины 15000 метров на существующем инструменте и оборудовании.

Отказ от принудительной циркуляции промывочной жидкости с поверхности позволит снизить огромные энергетические и материальные затраты на промывку.

Предлагаемый способ может быть использован в нефтедобывающей промышленности при бурении глубоких и сверхглубоких скважин.

Изобретение относится к горному делу, в частности к технологии бурения глубоких и сверхглубоких скважин. Изобретение решает задачу обеспечения достижения требуемой глубины проводки ствола сверхглубоких скважин, снижения материальных и энергетических затрат. Сущность изобретения заключается в том, что в предварительно заполненную промывочной жидкостью скважину спускают незаполненный жидкостью буровой инструмент с постоянным или дискретным доливом его до устья промывочной жидкостью, причем долив начинают при внешнем давлении, меньшем давления смятия Р_вн<P_см, при достижении глубины 2500 м долив внутрь колонны бурильных труб прекращают, инструмент, незаполненный жидкостью на эту высоту, спускают до забоя, производят разбуривание продуктивного пласта, промывку промывочной жидкостью с последующим продавливанием ее воздухом сверху вниз по бурильным трубам, трубке шламоуловителя, запорно-поворотному клапану, дросселю и долоту с применением специальных ловителей и подвижного клапана до прекращения втекания жидкости в бурильные трубы из затрубного пространства, затем осуществляют подъем освобожденного от промывочной жидкости бурового инструмента. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ бурения сверхглубоких скважин, включающий спуск в предварительно заполненную промывочной жидкостью скважину бурильного инструмента, разбуривание продуктивного пласта с обратной промывкой и постоянным доливом жидкости в затрубное пространство по мере падения уровня жидкости в упомянутом пространстве, подъем бурильного инструмента, отличающийся тем, что в скважину опускают незаполненный жидкостью бурильный инструмент до глубины, определяемой прочностью бурильных труб на смятие внешним давлением жидкости, заполняющей кольцевое пространство между колонной бурильных труб и стенками скважины, после чего бурильный инструмент доливают до устья жидкостью и вновь продолжают его опускать с постоянным или дискретным доливом промывочной жидкостью, пока до забоя не останется порядка 2500 м, после чего долив прекращают и продолжают опускать бурильный инструмент до забоя, после достижения которого производят разбуривание продуктивного пласта с обратной промывкой за счет разности высоты столбов жидкости за колонной бурильных труб и внутри ее, в момент появления промывочной жидкости на устье бурильных труб, бурение прекращают и перед подъемом бурильного инструмента производят продавливание промывочной жидкости в затрубное пространство из бурильных труб воздухом, подаваемым от устья сверху вниз с применением установленных внутри бурильных труб через определенные интервалы специальных ловителей и подвижного клапана. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину спускают бурильный инструмент в компоновке - долото, дроссель, запорно-поворотный клапан, расположенная внутри внизу бурильной колонны трубка шламоуловителя. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что продавливание воздухом промывочной жидкости осуществляют до тех пор, пока не прекратится вытекание жидкости из затрубного пространства. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют глинистый раствор с плотностью, достаточной для предупреждения проявления. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что плотность жидкости, заполняющей кольцевое пространство скважины, больше плотности жидкости в бурильной колонне.