Способ регулирования оптимальной нагрузки на долото при бурении скважин Советский патент 1985 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к бурению скважин, точнее к способам регулирования режимов бурения, и может быть использовано для предупреждения искривления скважин.

Известны способы регулирования оптимальной нагрузки на долото, основанные на использовании параметров колебаний бурильной колонны 1 и 2.

Недостатком указанных способов является то, что они не позволяют определить критическую нагрузку, при превышении которой происходит изгиб нижнего участка бурильной колонны.

Известен также способ регулирования нагрузки на долото путем ограничения критической величиной, в котором критическая нагрузка определяется расчетным путем по формулам для расчета потери устойчивости гибких упругих стержней 3.

Недостатком способа является то, что расчетный метод не позволяет определить истинное значение критической нагрузки в условиях скважины, так как оно зависит от скорости врандения бурильной колонны, производительности насосов, кривизны скважины и других факторен. В результате скважины бурятся при нагрузках на долото или ниже или превышающих критическую величину. В первом случае снижаются показатели бурения, а во втором - увеличивается вероятность искривления скважины.

Цель изобретения - повышение точноети регулирования.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу регулирования оптимальной нагрузки на долото при бурении скважин путем изменения нагрузки на долото и ограничения ее критической величиной, вызывающей продольный изгиб низа бурильной колонны, измеряют продольное перемещение бурильной колонны, определяют отношение этого перемещения к величине нагрузки на долото и по его значению судят о критической величине нагрузки.

Способ осуществляют следующим образом.

Нри опунхенной в скважину бурильной колонне изменяют нагрузку на долото (например, после наращивания очередной трубы) и измеряют при этом удлинение (или укорочение), бурильной колонны. Строится график зависимости: продольная -деформация (или приращение деформации) - нагрузка на долото (приращение нагрузки), По изменению отношения продольного перемещения колонны к величине нагрузки на долото определяют критическую величину нагрузки и поддерживают это значение при бурении. Для измерения деформации используется датчик перемещения бурильной колонны (например, ТЗ-204), а для измерения нагрузки - датчик веса (например, ДВ-2) или забойный датчик нагрузки. При

отсутствии на буровой датчика перемещения бурильной колонны измерение деформации можно осуществлять с помощью измерительной линейки.

На фиг. 1 показаны положения прямолинейной и изогнутой бурильной колонны I в скважине 2; на фиг. 2 - график изменения продольного перемещения колонны (ДЕ) в зависимости от приложенной нагрузки на долото (Pjip)., Согласно закона Гука при уменьшении или увеличении нагрузки на долото бурильная колонна изменяет длину, причем изменение продольной деформации прямолинейной колонны (фиг. 1а) прямо-пропорционально изменению нагрузки. На фиг. 2 этому случаю соответствует прямолинейный отрезок ОВ. При приложении нагрузки на долото выше критической величины первого порядка нижний участок колонны изгибается (фиг. 16) с образованием полуволны и к упругой линейной деформации добавляется деформация, вызванная изгибом колонны. На фиг. 2 этому случаю соответствует криволинейный участок ВС. При дальнейшем повыщении нагрузки до критической величины второго порядка изменение длины колонны происходит за счет деформации прямолинейной части колонны по закону Гука (отрезок СД на фиг. 2). При превышении нагрузки на долото критической величины второго порядка бурильная колонна изгибается дальше с образованием второй полуволны (фиг. 1в). На фиг. 2 этому случаю соответствует криволинейный участок ДЕ. Точки В и Д на фиг. 2 определяют соответственно первую (PiRp) и вторую (Рак);),, критические нагрузки. Бурение ведется при нагрузке на долото, лежащей вблизи точки В - критической величины нагрузки первого порядка.

Способ лишен недостатков, свойственных косвенным методам, и на его точность не оказывают практического влияния режим бурения, кривизна скважины и другие факторы.

Способ можно использовать как при отсутствии так и при наличии в бурильной колонне центрирующих средств.

пример. Способ проверен на скважине фи бурении в интервале 2820-2970 м. Скважина бурилась в солях и из-за опасности прихвата в результате течения солей цент-рирующие средства не применялись. Для создания нагрузки.на долото в нижней части бурильной колонны устанавливались спиральные утяжеленные бурильные трубы диаметром 232 мм. С целью предупреждения искривления скважина бурилась при нагрузке на долото 6-8 т (ниже критической величины первого порядка), которая определялась расчетным методом.

Измерения проводились следующим образом. После установки долота на забой

скважины задавалась постоянная скорость подачи бурильной колонны и с помощью установленных на буровой контрольно-измерительных приборов записывались изменение веса на крюке и перемещение верхней части бурильной колонны. Измерения проводились при тех же режимных параметрах (скорости вращения бурильной колонны и производительности насосов), при которых осуществлялось бурение скважины. Для исключения влияния углубления скважины на результаты измерений скорость подачи

кратно превышала скорость бурения и регулировалась с помощью автомата подачи бурильной колонны.

Регулирование оптимальной нагрузки на долото путем реализации предлагаемого способа позволило на данной скважине при бурении в солях (в интервале 1400/ 3100 м) увеличить механическую .скорость бурения не менее, чем на 20-26%, и проходку на долото на 20%, при этом вероятность искривления осталась такой же, как и при реализации известных способов.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН путем изменения нагрузки на долото и ограничения ее критической величиной, вызывающей продольный изгиб низа бурильной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, измеряют продольное перемещение бурильной колонны, определяют отношение этого перемещения к величине нагрузки на долото и по его значению судят о критической величине нагрузки. ff D / / / / / / / / / (Л сд | ьо