СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B47/08 E21B47/02 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для определения их профиля.

Известен способ определения профиля проницаемости нефтяного пласта (пат. РФ №2353767, оп. 27.04.2009). Техническим результатом изобретения является расширение границ его применения и получение возможности проведения количественного определения профиля проницаемости нефтяного пласта вдоль ствола скважин, повышение эффективности использования теплоносителя и уменьшения потерь в оборудовании при разработке месторождения путем предварительного прогрева нефтяного пласта перекрытия затрубного пространства скважины. При этом циркуляцию пара внутри скважины осуществляют в объеме, необходимом для частичного поглощения флюида в околоскважинном пространстве. Затем останавливают циркуляцию пара и измеряют температуру по всей длине скважины, на основании этих измерений строят модель кондуктивного теплообмена, по которой определяют профиль проницаемости пласта.

Недостатком изобретения является то, что определяется профиль проницаемости нефтяного пласта в процессе разработки месторождения, а не бурящейся скважины.

Увеличение диаметра скважины обусловлено образованием каверн против глинистых разрезов. Интенсивность разрушения глин зависит как от физико-химического их состава, так и промывочной жидкости. Фактический диаметр против крепких пород, безглинистого материала обычно совпадает с номинальным (d_с=d_н), определяемым диаметром долота. Определение профиля скважины обычно осуществляют после процесса бурения геофизическим прибором профилеметром (каверномером). Последовательное проведение рассматриваемых технологических операций, т.е. бурение и исследование, требует больших временных затрат, что и является недостатком последовательного проведения работ.

Задача изобретения - сокращение временных затрат путем совмещения технологических операций, т.е. непосредственно в процессе бурения определения профиля скважины.

Поставленная задача достигается тем, что способ определения профиля бурящейся скважины включает разделение частичное или полное промывочной жидкости, поступающей из скважины, на фракции с помощью комплекса вибросит, сбор шлама, разделенного на фракции, в емкостях, взвешивание их с помощью датчиков, данные которых поступают в блок обработки информации, в котором определяют разницу между текущими значениями выходного напряжения датчика силы, соответствующего весу выбуренной и собираемой в специальную емкость горной породы, и напряжением, соответствующим расчетному значению веса породы, определяемого номинальным диаметром скважины, а затем по этой разнице вычисляют приращение диаметра скважины против легко разрушаемых под действием промывочной жидкости пород по алгоритму

где ΔD - приращение величины диаметра;

U_ф - текущее значение выходного напряжения датчика, соответствующее фактическому весу выбуренной породы и измеренному датчиком силы;

U_т - расчетное (теоретическое) значение напряжения, соответствующее номинальному диаметру скважины, определяемому диаметром долота, т.е. установка или мера сравнения;

- размерный коэффициент;

U₀ - значение выходного напряжения датчика силы, соответствующее весу пустой емкости;

P₀ - известный вес пустой емкости;

ΔH=H_i-H_i-1 - интервал контролируемой глубины скважины;

D - диаметр долота;

ρ_п - плотность разбуриваемой горной породы.

Кроме того, фактическое выходное напряжение определяют как сумму напряжений, соответствующих весам фракций шлама, собранных в отдельные и взвешиваемые емкости, по алгоритму

где i=1, 2, 3, 4 - номера (индексы) фракций.

Кроме того, сравнивают величины напряжений датчиков, соответствующих весам фракций шлама между собой, например, с помощью отношений вида

; ; или ; ; ,

которые назовем шламовыми коэффициентами и на анализе которых можно получить информацию о характерных особенностях взаимодействия изнашиваемого вооружения различных типов долот в различных геологических забойных условиях, определяемых твердостью и абразивностью.

Способ поясняется чертежом, на котором приведена система определения профиля бурящейся скважины, на котором позициями указаны:

1. Желоб;

2. Вибросита;

3. Лотки;

4. Емкости для сбора фракций шлама;

5. Датчики силы;

6. Электропривод;

7. Емкость для сбора шлама (сбросовая емкость);

8. Блок управления, сбора, предварительной обработки информации и передачи ее на более высокий уровень;

9. Емкость для сбора очищенной промывочной жидкости;

10. Шламовый насос;

11. Гидроциклон.

Промывочная жидкость из затрубного пространства частично или полностью (на чертеже полностью) по желобу 1 сбрасывается на вибросита 2, на которых осуществляется отделение жидкой фазы промывочной жидкости от шлама, который, в свою очередь, сортируется на фракции с помощью вибросит 2. Каждая фракция шлама по лоткам 3 поступает в соответствующие емкости 4. Емкости взвешиваются с помощью датчиков 5, данные которых поступают в блок 8 для обработки по приводимым выше алгоритмам. По мере заполнения емкостей 5 срабатывает электропривод 6, выдвигающий днища емкостей, шлам из которых сбрасывается в сборную емкость 7. Фракция шлама, которая не удерживается самым мелким ситом и оседает в сборной емкости 9 для промывочной жидкости, подается шламовым насосом 10 в гидроциклон 11. В гидроциклоне за счет сепарирования отделяется самая мелкая фракция, которая затем поступает в емкость 9, в которой собирается шлам фракции.

Выходное напряжение датчика силы, на который воздействует сила веса пустой емкости с известным весом P₀, определяется выражением

из которого находим

где U₀ - величина выходного напряжения датчика силы (mВ);

k - коэффициент преобразования измерительной схемы (датчика), в которую может входить и усилитель;

q - ускорение свободного падения;

P₀ - известный вес емкости для сбора шлама.

Расчетное (теоретическое) значение выходного напряжения определяется выражением (mВ)

С учетом формулы (2) выражение (3) примет вид (mВ)

Аналогично получим для напряжения датчика силы, соответствующего фактическому весу выбуренной породы, которая имеет вид (mВ)

Разница между фактическим значением напряжения и теоретическим (установкой) будет

Расчетное (теоретическое) значение веса выбуренной породы из скважины, бурящейся в устойчивых горных породах и имеющей номинальный диаметр, определяется выражением

Фактический же вес выбуренной породы, собранной и взвешенной в виде шлама в емкости, можно определить по выражению

Подставим (7) и (8) в выражение (6), получим

Из (9) имеем

Полученное выражение (10) позволяет определить приращение диаметра скважины и его изменения против образующихся каверн, а в конечном варианте сформировать профиль бурящейся скважины. Величину U_ф можно представить в виде суммы напряжения датчиков, измеряющих вес всех фракций разрушаемой породы и собранных пофракционно в различные емкости, т.е.

где i - индекс фракции, которых существует четыре, причем каждая фракция определяется своим виброситом, имеющим сетку с соответствующим размером ячеек. С учетом (11) выражение (10) примет вид

Конструктивная реализация выражения (12) сложнее, чем выражения (10), поскольку реализация выражения (12) требует четыре емкости, четыре датчика силы по сравнению с одной емкостью и одним датчиком, реализующими выражение (10).

Однако в этом случае можно получить дополнительную информацию, например, в виде

; ; или ; ; .

Назовем эти отношения шламовыми коэффициентами. Анализируя значения этих коэффициентов, можно выявить характерные особенности взаимодействия изнашиваемого вооружения различных типов долот в различных геологических забойных условиях, определяемых твердостью и абразивностью.

Изобретение относится к бурению скважин и может найти применение при определении профиля скважин. Техническим результатом является сокращение временных затрат путем совмещения технологических операций, т.е. непосредственно в процессе бурения определения профиля скважины. Способ включает разделение промывочной жидкости, поступающей из скважины, на фракции с помощью комплекса вибросит, сбор шлама, разделенного на фракции, в емкостях, взвешивание их с помощью датчиков, данные которых поступают в блок обработки информации, в котором определяют разницу между текущими значениями выходного напряжения датчика силы, соответствующего весу выбуренной и собираемой в специальную емкость горной породы, и напряжением, соответствующим расчетному значению веса породы, определяемого номинальным диаметром скважины, а затем по этой разнице вычисляют приращение диаметра скважины против легко разрушаемых под действием промывочной жидкости пород по математическому алгоритму. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения профиля бурящейся скважины, включающий разделение промывочной жидкости, поступающей из скважины, на фракции с помощью комплекса вибросит, сбор шлама, разделенного на фракции, в емкостях, взвешивание их с помощью датчиков, данные которых поступают в блок обработки информации, в котором определяют разницу между текущими значениями выходного напряжения датчика силы, соответствующего весу выбуренной и собираемой в специальную емкость горной породы, и напряжением, соответствующим расчетному значению веса породы, определяемого номинальным диаметром скважины, а затем по этой разнице вычисляют приращение диаметра скважины против легко разрушаемых под действием промывочной жидкости пород по алгоритму

где ΔD - приращение величины диаметра;
U_ф - текущее значение выходного напряжения датчика, соответствующее фактическому весу выбуренной породы и измеренному датчиком силы;
U_т - расчетное (теоретическое) значение напряжения, соответствующее номинальному диаметру скважины, определяемому диаметром долота, т.е. установка или мера сравнения;
- размерный коэффициент;
U₀ - значение выходного напряжения датчика силы, соответствующее весу пустой емкости;
Р₀ - известный вес пустой емкости;
ΔH=H_i-H_i-1 - интервал контролируемой глубины скважины;
D - диаметр долота;
ρ_п - плотность разбуриваемой горной породы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фактическое выходное напряжение определяют как сумму напряжений, соответствующих весам фракций шлама, собранных в отдельные и взвешиваемые емкости, по алгоритму

где i=1, 2, 3, 4 - номера (индексы) фракций.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сравнивают величины напряжений датчиков, соответствующих весам фракций шлама, между собой, например, с помощью отношений вида
или
которые назовем шламовыми коэффициентами и на анализе которых можно получить информацию о характерных особенностях взаимодействия изнашиваемого вооружения различных типов долот в различных геологических забойных условиях, определяемых твердостью и абразивностью.