СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2003 года по МПК E21B7/00 E21B44/00 

Изобретение относится к области строительства скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые и может быть использовано для управления процессом бурения.

Известен способ бурения скважин с автоматической подачей долота (З.А. Вольгемут, В. К. Исачсенко и др. Устройство подачи долота для бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1969). Приведенные способы бурения основаны на автоматизации процесса бурения по регистрации изменения веса бурильной колонны (БК - бурильная колонна состоит из компоновки низа бурильной колонны - КНБК и колонны бурильных труб - КБТ "Инструкция по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин". М., 1977) на крюке либо с использованием датчиков веса на забое.

Приведенные способы имеют заложенную методическую погрешность, возникающую вследствие влияния сил трения, действующих в опорах и на поверхности роликов датчиков веса, сил сопротивления БК о стенки скважины, инерции буровой лебедки, сил трения на тормозных шайбах и т.д. В связи с чем регистрируемые параметры недостоверны, особенно осевая нагрузка. Все это приводит к ухудшению технологических показателей бурения.

Наиболее близким техничеким решением является (а.с. СССР 644936, по кл. Е 21 В 17/00, опубл. 30.01.79. ОБ 4, 1979) устройство для создания нагрузки на долото, позволяющее осуществить способ бурения скважин, согласно которому спускают бурильную колонну, вращают породоразрушающий инструмент, создают осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент и поддерживают ее постоянной при зафиксированном от перемещения верхнем конце бурильной колонны путем подачи посредством подвижного соединения части компоновки низа бурильной колонны относительно колонны бурильных труб.

Недостатком технического решения является невозможность автоматически поддерживать постоянную осевую нагрузку в процессе бурения. Стабилизация выбранной расчетной нагрузки осуществляется только при одной нагрузке, определенной весом КНБК, расположенной ниже штока. Существенное влияние на осевую нагрузку оказывает давление, создаваемое промывочной жидкостью при циркуляции. Наличие канала, сообщающего внутреннюю полость устройства с затрубным пространством, не компенсирует гидравлические колебания давления при прохождении раствора через устройство при наличии по току движения ряда местных сопротивлений (радиальные и осевые каналы), где давление постоянно будет изменяться в зависимости от реологических свойств раствора. Обеспечить стабилизацию даже при одной заданной нагрузке невозможно. Изменение нагрузки на забой за счет талевой системы приводит к обычному режиму бурения, когда подают верхний конец бурильной колонны, приводит к искажению регистрируемых параметров бурения, приведенных в аналоге.

Следовательно, частичная стабилизация расчетной нагрузки осуществима только при одном весе КНБК.

В основу настоящего изобретения поставлена задача: автоматическое поддержание оптимальных параметров процесса бурения, повышение скорости бурения при одновременном сокращении аварийности.

Для достижения технического результата в способе бурения скважин, согласно которому спускают бурильную колонну, вращают породоразрушающий инструмент, создают осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент и поддерживают ее постоянной при зафиксированном от перемещения верхнем конце бурильной колонны путем подачи посредством подвижного соединения части компоновки низа бурильной колонны относительно колонны бурильных труб, отличающийся тем, что дополнительную осевую нагрузку создают путем дополнительной подачи подвижных в осевом направлении, расположенных над подвижным соединением частей компоновки низа бурильной колонны.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие заявленный способ бурения, где дополнительную осевую нагрузку создают путем дополнительной подачи подвижных в осевом направлении, расположенных над подвижным соединением частей компоновки низа бурильной колонны.

Изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, то есть соответствует условию изобретательского уровня. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными операциями рассматриваемого способа и их последовательностью.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: бурение скважин осуществляют созданием осевой нагрузки путем дополнительной подачи подвижных в осевом направлении, расположенных над подвижным соединением частей компоновки низа бурильной колонны.

Нижняя часть КНБК в процессе бурения постоянна, это в основном утяжеленные бурильные трубы - УБТ (определенной длины и веса), которая заранее определяется, исходя из геолого-технических условий. За счет нижней части КНБК создают осевую нагрузку на породоразрушаюший инструмент, а т.к. она постоянна по весу и свободно перемещается в осевом направлении (вверх-вниз), то нагрузка, создаваемая нижней частью КНБК, постоянна в процессе бурения, при этом КБТ и верхняя часть КНБК неподвижны в осевом направлении. Кроме того, за счет возможности осевого перемещения нижней части КНБК относительно колонны бурильных труб происходит гашение колебаний, генерируемых породоразрушающим инструментом. Колебания гасятся инерционной массой КНБК, свободно перемещающейся в осевом направлении относительно КБТ. И решена проблема вибрации бурильной колонны, которая значительно влияет на осевую нагрузку. Изменение осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент при вибрации достигает 25-50% средней замеренной. Вследствие чего облегчаются условия работы бурильной колонны, упрощается процесс регулирования осевой нагрузки. Дополнительно осевую нагрузку создают очередной подвижной частью КНБК, которая также свободно перемещается в осевом направлении относительно КБТ. Т.е. если осевой нагрузки недостаточно, то ее дополнительно создают частью КНБК, расположенной над нижним подвижным соединением.

Осуществление способа поясняется чертежом.

Для осуществления способа бурения с поддержанием постоянной нагрузкой на долото бурильная колонна содержит колонну бурильных труб - 1, компоновку низа бурильной колонны, включающую утяжеленные бурильные трубы (УБТ) - 2, подвижное соединение - 3, утяжеленные бурильные трубы (УБТ) - 4, подвижное соединение - 5, утяжеленные бурильные трубы (УБТ) - 6, турбобур - 7 и долото - 8.

Разбив разрез на пачки буримости, где заданы параметры бурения, осевая нагрузка, скорость вращения долота при заданных условиях промывки, легко с использованием данного способа автоматически поддерживать процесс бурения в заданных технологических показателях, что исключено в известных способах бурения.

Способ осуществляется следующим образом.

Согласно геолого-технического наряда параметры бурения для условий турбинного способа следующие: скорость вращения долота 300 об/мин, осевая нагрузка 8 тн, расход промывочной жидкости 56 л/сек, долото 169СГНУ, утяжеленные бурильные трубы 146 мм, бурильные трубы 127 мм, турбобур ЗТСШ140.

Для создания осевой нагрузки 8 тн необходимо набрать 82 м УБТ. На поверхности собирают БК, состоящую из породоразрушающего инструмента - 8 (долото СГНУ169 мм), переводника, турбобура ЗТСШ140 - 7, нижней части УБТ - 6 диаметром 146 мм, длиной 82 м, подвижного соединения - 5, соединяющего УБТ - 6 с верхней частью УБТ - 4, через подвижное соединение - 5, очередного подвижного соединения - 3, УБТ - 2 и КБТ - 1. Собранную компоновку бурильной колонны спускают в скважину и с навеса прирабатывают породоразрушающий инструмент - 8. После приработки КБТ - 1 и КНБК подают вниз на ход нижнего подвижного соединения - 5. При этом часть бурильной колонны, расположенная над подвижным соединением - 5, находится в растянутом состоянии, а осевую нагрузку 8 тн создают нижней частью КНБК УБТ - 6 длиной 82 м, расположенной между турбобуром - 7 и подвижным соединением - 5, которая автоматически поддерживается в процессе всего интервала бурения. При этом барабан лебедки заторможен и соответственно часть бурильной колонны над верхним подвижным соединением - 5 не перемещается.

Пробурив интервал разреза равным ходу верхнего подвижного соединения - 5, что будет видно по увеличению веса на крюке, вновь подают бурильную колонну вниз на длину хода подвижного соединения - 5 и барабан лебедки вновь затормаживают до бурения очередного интервала. Таким образом, осуществляют бурение очередного интервала.

Если в процессе бурения выясняется, что необходимо увеличить осевую нагрузку, то дополнительно подают БК вниз и разгружают часть КНБК, состоящей из УБТ - 4 в подвижном соединении - 3. Таких частей КНБК может быть несколько.

Уменьшение осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент - 8 осуществляют путем натяжения БК, расположенных на подвижном соединении - 5.

В случае бурения с отбором керна в компоновку бурильной колонны необходимо включить керноотборный снаряд. При этом способ бурения не изменяется, но могут изменяться технологические показатели бурения, осевая нагрузка, скорость вращения колонкового долота, расход промывочной жидкости, что заранее задается геолого-техническим нарядом на бурении скважины.

При роторном способе бурения из компоновки исключается турбобур - 7.

В предлагаемом способе бурения осевая нагрузка поддерживается автоматически и одновременно гасятся механические колебания бурильной колонны. Предлагаемый способ бурения является простым, надежным, дешевым и эффективным по сравнению с существующими опирающимися на сложную систему управления процессом бурения. Предлагаемое техническое решение позволит повысить скорость бурения, снизить аварийность.

Изобретение относится к строительству скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые и может быть использовано для управления процессом бурения. Сущность изобретения заключается в том, что способ бурения скважин включает спуск бурильной колонны, вращение породоразрушающего инструмента, создание осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и поддерживание ее постоянной при зафиксированном от перемещения верхнем конце бурильной колонны путем подачи посредством подвижного соединения части компоновки низа бурильной колонны относительно колонны бурильных труб, при этом дополнительную осевую нагрузку создают путем дополнительной подачи подвижных в осевом направлении, расположенных над подвижным соединением частей компоновки низа бурильной колонны. Изобретение позволяет автоматически поддерживать оптимальные параметры процесса бурения и повысить скорость бурения при одновременном снижении аварийности. 1 ил.

Способ бурения скважин, согласно которому спускают бурильную колонну, вращают породоразрушающий инструмент, создают осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент и поддерживают ее постоянной при зафиксированном от перемещения верхнем конце бурильной колонны путем подачи посредством подвижного соединения части компоновки низа бурильной колонны относительно колонны бурильных труб, отличающийся тем, что дополнительную осевую нагрузку создают путем дополнительной подачи подвижных в осевом направлении, расположенных над подвижным соединением частей компоновки низа бурильной колонны.