СПОСОБ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ Российский патент 2014 года по МПК E21B7/00 E21B21/00 

Описание патента на изобретение RU2526032C2

Изобретение относится к способу бурения горизонтальных и наклонных скважин в высокопроницаемых горных породах, которыми слагаются, в том числе, промышленные пласты углеводородов.

Известен способ бурения, в котором промывочная жидкость используется для выноса выбуренной породы на поверхность [1] (аналог). Недостатком известного способа является то, что промывочная жидкость не обеспечивает устойчивость стенок скважины и безопасность ведения работ (выбросы).

Этого недостатка лишен способ бурения, включающий, в том числе, бурение высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин, принятый за прототип [2], в котором используется промывочная жидкость разного состава различной плотности, гарантирующая безопасность ведения работ (выбросы) и устойчивость стенок скважины. В известном способе бурения стремятся минимизировать перепад давления столба промывочной жидкости (гидростатическое давление) и порового давления пластового флюида, т.е. перепад давления в системе «скважина-пласт» в надежде повышения скорости бурения.

Разрез горных пород осадочного комплекса, в которых, в основном, залегают углеводороды, представлен на 70% непроницаемыми горными породами, 25% - слабопроницаемыми и 5% - высокопроницаемыми. Отрицательное влияние гидростатического столба промывочной жидкости в скважине и величины ее плотности на скорость бурения непроницаемых и слабопроницаемых горных пород ввиду их полновесной представительности хорошо изучены, в отличие от незначительной презентабельности (5%) высокопроницаемых пород. Автором изобретения экспериментальным бурением в течение ряда лет установлено неоднозначное влияние перепада давления в системе «скважина-пласт» на скорость бурения высокопроницаемых горных пород. В определенном диапазоне перепада давления в системе «скважина-пласт», задаваемого, в том числе, плотностью промывочной жидкости, установлено положительное влияние этого перепада на скорость бурения. Установлено также расширение диапазона, в котором наблюдается это положительное влияние при увеличении плотности жидкости. Кроме того, при анализе результатов исследований просматривается тенденция расширения диапазона перепада давления, в котором отмечается рост скорости бурения в зависимости от управляемых факторов: нагрузки на долото, частоты его вращения и плотности промывочной жидкости.

С широким развитием строительства наклонных и горизонтальных скважин, в которых разбуриваемая мощность высокопроницаемых пород колоссально возросла, эффективность прохождения этих пород приобрело особую актуальность.

Целью изобретения является увеличение скорости бурения при разбуривании высокопроницаемых горных пород в наклонном и горизонтальном бурении.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создается дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости.

На фиг.1 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔP в системе «скважина-пласт» с различными частотами вращения долота n, причем n3>n2>n1, при разбуривании непроницаемой горной породы на технической воде.

На фиг.2 показаны зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔP в системе «скважина-пласт» при разбуривании слабопроницаемой горной породы (известняк) на глинистом растворе в тех же частотах вращения долота n.

На фиг.3 представлены зависимости V(ΔP) при бурении высокопроницаемых горных пород (песчаник) с промывкой забоя технической водой на тех же частотах вращения долота n3>n2>n1. Ромбиками 2 и 3 на оси ординат отмечены результаты бурения этого же песчаника той же проницаемости на частотах вращения долота n2 и n3 с очисткой забоя воздухом.

На фиг.4 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений ΔP с частотами вращения долота n3>n2>n1 при разбуривании высокопроницаемой горной породы (песчаник) на глинистом растворе. Ромбиками 2 и 3 на оси ординат выделен результат бурения этого же песчаника с очисткой забоя воздухом на частотах вращения долота n2 и n3. Точкой 1 на оси ординат отмечено положение так называемой «критической» скорости, при которой она отображает скорость перемещения кольматационного слоя поверхности забоя при бурении. «Критическая» скорость определяет характер процесса бурения: если значение V ниже точки 1, характер графика зависимости V(ΔP) формируется по траектории n1, при этом разбуривается кольматированный слой поверхности забоя; если V выше точки 1, график зависимости V(ΔP) видоизменяется в соответствии закономерностям близким n2 и n3 с разбуриванием девственной (некольматированной) поверхности забоя.

Следует отметить, что дело здесь не столько в частоте вращения долота, сколько в абсолютной величине скорости бурения, которая находится в зависимости от целого ряда технико-технологических параметров.

Штриховой линией A обозначен перепад давления в системе «скважина-пласт», создаваемый плотностью (удельным весом) промывочной жидкости (глинистый раствор), используемый для очистки забоя скважины. Линией A1 обозначен перепад давления после увеличения плотности промывочной жидкости.

Автором изобретения процесс бурения горных пород различной проницаемости с очисткой забоя различными средами изучен достаточно подробно в эксперименте и предлагается к реализации в бурении наклонных и горизонтальных скважин, где высокопроницаемые породы представляют толщи больших мощностей и где положительный эффект может быть значимым.

Из фиг.3 и фиг.4 следует, что бурение высокопроницаемых пород с выносом выбуренной породы промывочной жидкостью могут существенно превосходить бурение с продувкой забоя воздухом (точки 2 и 3 на оси ординат фиг.3 и фиг.4). Сравнивая графики зависимости V(ΔP) на фиг.3 и фиг.4 при очистке забоя скважины промывочной жидкостью различной плотности установлено, что плотность промывочной жидкости расширяет диапазон роста скорости бурения и увеличивает абсолютную величину этой скорости.

Последовательность реализации заявленного способа с привязкой к фиг.4 следующая. В начале бурения (долбления) с включением насосов перепад давления в системе «скважина-пласт» ΔP определяется положением линии А. Скорость бурения при постоянной нагрузке изменяется от значения на графике зависимости V(ΔP) при частоте n1 по линии А через n2 до n3. Повышение плотности промывочной жидкости перемещает линию А в положение линии A1, при котором на частоте n1 скорость бурения падает, на частоте n2 не изменяется, а на частоте n3 растет. Используя частоту n3, следует и дальше повышать плотность промывочной жидкости для увеличения скорости бурения, даже с использованием утяжелителя.

Как было сказано ранее, на положение и характер графика зависимости влияет абсолютная величина скорости бурения, которая находится в подчиненности от целого ряда технико-технологических параметров и в определенной мере частотнонагрузочной характеристики процесса бурения.

Источники информации

1. Вадецкий Ю.В. Справочник бурильщика.- М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 416 с. (аналог).

2. Калинин А.Г., Никитин Б.А. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник./ Под ред. А.Г. Калинина. - М.: Недра, 1997. - 648 с. (прототип).

Похожие патенты RU2526032C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ БУРЕНИЯ ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2501945C1
Способ бурения пород различной проницаемости в глубоких скважинах 1987
  • Синев Станислав Васильевич
SU1613570A1
СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ В ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГАЗОСОДЕРЖАЩИХ ПЛАСТАХ 1996
  • Дубенко В.Е.
  • Андрианов Н.И.
  • Кулигин А.В.
RU2121558C1
Способ турбинного бурения 1989
  • Синев Станислав Васильевич
SU1714068A1
ЗУБОК ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2517656C2
PDC-БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2545201C2
ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2507363C2
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ШАРОШЕЧНЫЙ БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2513650C2
ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 1987
  • Синев Станислав Васильевич
RU2009306C1
СТУПЕНЧАТЫЙ ЛОПАСТНОЙ PDC-ИНСТРУМЕНТ 2012
  • Синев Станислав Васильевич
RU2541994C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 526 032 C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к области бурения. Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных породах включает формирование перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет изменения плотности промывочной жидкости. С целью увеличения скорости бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создают дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 526 032 C2

Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных породах, включающий формирование перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет изменения плотности промывочной жидкости, отличающийся тем, что с целью увеличения скорости бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создается дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2526032C2

ЕРМОЛАЕВА Л.В
Буровые промывочные растворы: учеб.пособие
Самара
Самар
гос
техн
ун-т, 2009, стр.9-10, 26
ИВАЧЕВ Л.М
Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин: Справочное пособие
Москва, «Недра», 1989, стр.18
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 526 032 C2

Авторы

Синев Станислав Васильевич

Даты

2014-08-20Публикация

2012-11-08Подача