Способ обратной циркуляции бурового раствора в скважине Советский патент 1987 года по МПК E21B21/00 

деформирований между долотом 4 и за-: боем; р - плотность БУШ; g - ускорение свободного падения; i h - разность столбов ВУЖ в кольцевом зазоре и в БИ; Q - технологически необходимая величина расхода ВУЖ; (/- коэффициент: d R R - R Г - (R I - R )V /1 (RJ/RI , где R, - внешний радиус БИ; Rj - радиус С1; h - расстояние от торца промывочного отверстия

1

Изобретение относится к бурению нефтянь х и газовых скважин, а именн к способам промьгаки скважин.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения скважины.

На фиг. 1 изображена схема промывки скважины с использованием специального переводника с шламоулови- телем; на фиг. 2 - принципиальная схема обратной циркуляции; на фиг. 3 - схема промывки скважины через усть е; на фиг. 4 - схема исходного положения уровня вязкоупругой жидкости и шламоуловителя в скважине на фиг. 5 - схема образования местной обратной циркуляции в скважине.

Сущность способа заключается в следующем. В скважину 1 опускают бурильный инструмент, состоящий из колонны 2 бурильных труб с центральным промывочным отверстием 3 и долота 4, и закачивают вязкоупругую жидкость 5 до достижения столбом вязко- упругой жидкости 5 высоты, определяемой из соотношения

Pa - Р

Qd+o/)

g 4h

(Tf7)

(1)

де R,

внутренний радиус бурильного инструмента; среднее значение вязкости рабочей среды при ее движении;

величина давления, вырабатываемого вязкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины;

31993

долота до забоя С1 ; - время релаксации ВУЖ 5. При последующем вращении- БИ в объеме ВУЖ 5 между торцовой частью долота 4 и забоем наряду с касательными развиваются нормальные напряжения. В итоге уровень ВУЖ 5 поднимается на некоторую высоту. Если ее слить в пространство метвду БИ и С1, возникает обратная циркуляция, 5 ил., 2 табл.

р - плотность вязкоупругой среды;

g - ускорение свободного падения;

4h - разность столбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре;

Q - технологически необходимая величина расхода вязкоупругой среды;

с/ - коэффициент:

20

,ь ..«,-к: -ub jh)

.где R внешний радиус бурильного

инструмента; RJ - радиус скважины. После этого производят вращение бурильного инструмента с угловой скоростью, определяемой из соотношения

(JJ 7

R.-r

(3)

где Ь - расстояние от торца промывочного отверстия долота до . :забоя скважины;,

У - время релаксации вязкоупру „ / - i гои жидкости (.константа жид

жидкости)..

При вращении бурильного инструмента в скважине 1, заполненной вязко- упругой жидкостью 5, в объеме жидкости, находящейся между торцовой ча- стью долота 4 и забоем скважины 1, наряду с касательными развиваются

3

нормальные напряжения (эффект Вайс- сенберга), которые создают продавливающее давление на входе в промывочное отверстие долота и тем самым обуславливают поднятие уровня вязко- упругой жидкости 5 в бурильном инструменте на некоторую высоту. Если обеспечить слив поднявшейся жидкости опять в кольцевое пространство между бурильным инструментом и скважиной 1, то возникает циркуляционное течение (обратная циркуляция).

Известно, что эффект Вайссенбер

га проявляется при сдвиговых тече- ниях (или близким к ним) у некоторых растворов полимеров, а также и у других, более сложных композиций на ос

нове полимерных растворов, обладающих вязкоупругими свойствами.20

Характер проявлений нормальных напряжений и возникновение циркуляционного потока наглядно демонстрируются на следующем лабораторном опыте (фиг. 2). В стеклянньй цилиндр 1 заливается вязкоупругая жидкость 2 , в которую погружается полая трубка 3 . При вращении трубки 3 с некоторой скоростью LJ вязкоупругая жидкость может подняться внутри ее на некоторую высоту h за счет нормальных напряжений, развивающихся в жидкости у основания трубы и днища цилиндра. Эти напряжения -направлены как по радиусу к оси вращения, так и параллельно ей. В результате их совместного действия создается напряжение (Зрр , продавливающее жидкость и действующее на срезе трубы.

Для наиболее полной реализации давления нормальных напряжений в ско ростной напор восходящего потока вяз коупругой среды целесообразно слив рабочего агента в скважину 1 (коль- цевой зазор) осуществлять при минимальных значениях ЛЪ. Для этого можно предусмотреть установку специального переводника с отверстиями 7 со щламоуловителем 8 Сфиг. 1) или любое 25 другое аналогичное по наз начению приспособление (один из вариантов шламо- уловителя изображен на фиг. 5). В этом случае экономится значительная часть напора (давления), развиваемо- 30 го нормальными напряжениями, а шламо- уловитель 8 после очередного наращивания бурильного инструмента освобождают от частиц выбуренной породы 9

Кроме того, способ может быть ис- 35 пользован для создания местной обратной циркуляции. Для этого скважину 1 от забоя до расчетной отметки заполняют вязкоупругой жидкостью 5, причем

глубина заполнения определяется так- Если в верхней части вращающейся по- 40 же конкретными геолого-техническими лой трубки выполнить отверстия 4 условиями в скважине, свойствами и

h,- то в процессе расходом вязкоупругой среды и оценивается по форьтуле (1). Остальная часть бурового раствора, замещенного 45 вязкоупругой жидкостью 5, из скважины откачивается. После этого в скважину спускают бурильный инструмент (фиг. 4 и 5).

Затем осуществляют вращение бу- 50 рильного инструмента, частота вращения определяется соотнощением (3). Механизм циркуляционного потока аналогичен приведенному вьше.

Пример. При бурении скважи- ствам для целей промывки при бурении gg ны под кондуктор долотом 4 диаметром скважин. 295,3 мм и обычной (прямой) схемой

Результаты расчетов, приведенные промывки технической водой на глуби- в табл. 2, показывают, что величины не 120 м происходит полное поглоще- расхода циркулирующей вязкоупругой кие промывочной жидкости. При этом

на. высоте h i вращения полой трубки возникает циркуляционное течение (фиг. 2). Циркуляция по каналу бурильных труб, сообщающихся с затрубным пространством, осуществляется аналогично приведенному вьппе прин1шпу.

В табл. 1 приведены опытные данные средних значений нормальных напряжений в зависимости от градиента скорости сдвига, полученные для некоторых вязкоупругих составов, подходящих по своим реологическим свойжипкости (Q) и скорости восходящего потока (v) являются приемлемыми для практических целей.

0

5

0

При соблюдении условия, приведенного в зависимости (3), нормальные напряжения, возникающие в среде вяз- коупругой жидкости 5 между торцовой частью долота 4 и забоем скважины 1. обеспечивают поднятие жидкости по колонне бурильного инструмента и слив ее через отводную трубу 6 в скважину 1 (в кольцевое пространство/.

Для наиболее полной реализации давления нормальных напряжений в скоростной напор восходящего потока вяз- коупругой среды целесообразно слив рабочего агента в скважину 1 (коль- . цевой зазор) осуществлять при минимальных значениях ЛЪ. Для этого можно предусмотреть установку специального переводника с отверстиями 7 со щламоуловителем 8 Сфиг. 1) или любое 5 другое аналогичное по наз начению при способление (один из вариантов шламо- уловителя изображен на фиг. 5). В этом случае экономится значительная часть напора (давления), развиваемо- 0 го нормальными напряжениями, а шламо- уловитель 8 после очередного наращивания бурильного инструмента освобождают от частиц выбуренной породы 9

Кроме того, способ может быть ис- 5 пользован для создания местной обратной циркуляции. Для этого скважину 1 от забоя до расчетной отметки заполняют вязкоупругой жидкостью 5, причем

динамический уровень устанавливаетс на глубине 90 м, а статический уровень - на глубине 95 м. Дальнейшее бурение осуществляется с испрльзова нием местной обратной промывки скважины 1. Для этого в скважину 1 спускают следующую компоновку бурильного инструмента; долото 4 диаметром 295,3 мм с центральным промывочным отверстием 3, УБТ диаметром 178 мм и длиной 25 м, т.е. до положения статического уровня, остальную част бурильного инструмента компектуют трубами ТБПВ 146x8 мм. После этого, способом прямой промывки в скважину закачивают вязкоупругую жидкость 5, приготовленную из 1%-ного водного раствора полиоксиэтилена и 14%-ного глинистого раствора из модифициро- ванного (метасом и содой) бентонита при объемном отношении этих растворов, равном 4,7.

Объем закачанной вязкоупругой жидкости 5 определяется положением статического уровня, т.е. скважина заполнена рабочим агентом до глубины 95 м, а техническая вода вынесне на в зону поглощения. Затем бурильный инструмент приподнимают и над УБТ устанавливают шламоуловитель 8, оставшуюся часть инструмента комплектуют бурильными трубами. После этого осуществляется процесс буреНи роторным способом с вращением бурил ного инструмента на BTopoii скорости ротора (120 об/мин). Механизм возникновения циркуляционного потока аналогичен приведенному вьппе. Объемный расход циркулирующей жидкости при данных соотношениях скважины, бурильного инструмента и глубины заполнения скважины 1 рабочим агентом ориентировочно составляет 8-10 л/с (табл. 2).

По мере углубления в скважину 1 производится долив вязкоупругой жидкости. 5 до положения статического уровня. Эта операция предпринимается с целью избежать разбавления ра- бочей жидкости пластовой водой из зоны поглощения.

По другому варианту осуществлени способа в скважину 1 диаметром 295,3 мм и глубиной 100 м спускают следующую компоновку бурильного инструмента: долото диаметром 295,3 м с Центральным промывочным отверсти- ем 3, УБТ диаметром 178 мм, длиной

50 м, остальную часть инструмента комплектуют бурильными трубами ТБПВ 146x8 мм. После этого осуществляют замену бурового раствора, находящегося в скважине 1, вязкоупругой жидкостью 5, закачивание которой производят с помощью цементировочного агрегата. В качестве вязкоупругой жидкости используют состав, приготовленный путем смешения 14%-ного раствора из бентонитового глинопорошка и 1%-ного раствора полиоксиэтилена при их объемном соотношении 1:4,7. Затем верхняя часть, бурильного инструмента, расположенная непосредственно после ведущей бурильной трубы, оборудуется специальным переводником со щламоуловителем 8, аналогичным приведенному на фиг. 1.

Вращением ротора на второй скорости (120 об/мин) бурильный инструмент приводят во вращательное движение. Возникающие при этом в среде вязко- упругой жидкости 5 нормальные напряжения обеспечивают возникновение циркуляционного потока с объемным расходом примерно 4 л/с (табл. 2) и со скоростью восходящего потока в трубах 0,5 м/с, что является достаточным условием (при вязкости раствора 2,5 И) для очистки забоя от шлама при роторном способе бурения.

Формула изобретения

Способ обратной циркуляции бурового раствора в скважине, включающий заполнение скважины рабочим агентом, спуск и вращение бурильного инструмента, отличающийся тем что, с целью повышения эффективности бурения, перед вращением бурильного инструмента скважину заполняют вязко- упругой жидкостью, причем высота столба вязкоупругой жидкости в скважине определяется из соотношения Is Р - Р h

8г д(1+Ю (1+)

н

где

а угловая скорость вращения бурильного инструмента определяется из следующего соотношения:

О) 7

ho

RТ

внутренний радиус бурильного инструмента;

71331993

- среднее значение вязкости рабочей среды при ее движении;

- величина давления, вырабатываемого вязкоупругой средой при ее деформировании между торцовой частью долота и забоем скважины;

- плотность вязкоупругой среды; о - ускорение свободного падения- - разность стопбов жидкости в бурильном инструменте и кольцевом зазоре;

- технологически необходимая 15 величина расхода вязкоупругой среды;

Полиоксиэтилен, мол.м, 2,2-10 Глинопорошок (модифицированный

8 0 - коэффициент:

-«:к-«; -

-If

- внешний радиус бурильного

инструмента; - радиус скважины; - расстояние от торца промывочного отверстия долота до забоя скважины;

- время релаксации вязкоупру- гой жидкости (константа жидкости) ,

Таблица. I

0,95

28,8

50

0,37

ср

Фиг.2

Фм.5

Изобретение относится к бурению газонефтяных скважин и позволяет по- . высить эффективность бурения скважины.. Способ включает заполнение скважины (с) рабочим агентом и спуск в нее бурильного инструмента (БИ). Затем С 1 заполняют вязкоупругой жид- костью (ВУЖ) 5. Высота ее столба определяется из соотношения ,-x X (Р,- f g ah)Q(l+)- dh/(l+df), а угловая скорость вращения БИ - из соотношения 2 г Де RO - внутренний радиус БИ; ч - среднее значение вязкости ВУЖ при ее движении; P(j - величина давления ВУЖ при ее (Л

Составитель И. Белогруд Редактор Н. Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор В, Бутяга

3777/28

Тираж 532 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4