Способ турбинного бурения одноразмерного интервала Советский патент 1990 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, в частности к бурению скважин с использованием гидравлических забойных двигателей.

Целью изобретения является повышение эффективности турбинного бурения одноразмерного интервала путем обеспечения оптимальных режимов при бурении различных по буримости пачек горных пород, составляющих данный интервал.

На чертеже изображена схема изменения режимов бурения одноразмерного интервала скважины по пачкам проходимых пород данным турбинным способом.

Режим бурения для интервала 1 скважины, состоящего из различных по свойствам и буримости пачек горных пород, включает несколько долблений 2, определяемых количеством отрабатываемых долот в этом интервале,

to

и характеризуется оптимальными частотами вращения долота п (поле значений 3) в различных пачках пород,рас ходом бурового раствора Q (кривая 4), Изменяемым с целью регулирования рабочей характеристики трубобура,и давлением нагнетания Р (кривая 5).

Способ заключается в следующем.

Бурение одноразмерного интервала скважины, т.е. интервала скважины, который бурится одним размером доло- га и который состоит из различных по свойствам и буримости пачек горных пород, ведут с использованием предвари- j гельно выбранного для всего интерзала типа турбобура с регулируемой характеристикой и проводят рядом долблений, определяемым количеством срабатываемых в этом интервале долот, 2Q с предварительно выбранными для каждого долбления долотными насадками.

Характеристика предварительно выбранного турбобура должна обеспечи- ,иать при минимально возможном расходе J25 to максимальной нагрузке на забой мини- бальную частоту вращения из всех ча- фтот, оптимальных для данного интервала, т.е. в соответствия со схемой построения технологии рабочая характеристика турбобура должна обеспечить устойчивую работу долота с минимальной частотой вращения п из оп- имальных частот п для всех пачек гор- jkbix пород интервала при расходе 0 .....

М W п

.ближайшем большем значении, чем технологически необходимый расход). Нагрузку на долото для упрощения можно считать постоянной.

Суммарная площадь сечения насадок долота должна обеспечить заданное предельное рабочее давление нагнетания при расходе, который обеспечи- йает максимальную частоту вращения из Частот, оптимальных для пачек горных rtopon,, проходимых, за данное долбление, т.е. в соответствии со схемой, гфиведенной на чертеже,, для обеспечения максимальной частоты вращения г1ри первом долблении п из оптимапь15835784

жимах, для чего для каждого долбления, например для первого, соответственно оптимальным частотам вращения п,, п„, п, и п., определяют значеj 2 з ния расхода бурового раствора Q/f, О , 03 п 0 для каждой пачки и с учетом выбранного для долбления размера насадок F2 определяют давления нагнетания буровых насосов Р „, Р„, Р, и Р,

30

35

40

45

Ных п4, п3, п4 и п,, требуется расход О и при предельном рабочем давлении , нагнетания буровых насосов Р на- Садки должны иметь суммарную площадь F2. Аналогично поступают и при выборе насадок долот при других долблениях .

Бурение каждой пачки горных пород интервала проводят на оптимальных ре50

55

1 г э 1 Переход на оптимальный для каждой

пачки режим бурения в процессе проведения долбления осуществляют изменением рабочей характеристики турбобура, для чего меняют расход до достижения заранее определенного значения давления нагнетания для данной точки, в результате частота вращения долота будет соответствовать оптимальному режиму. Буровые насосы должны обеспечивать регулирование расхода в требуемом диапазоне.

Так, например, при первом долблении для первой пачки горных пород оптимальными условиями бурения являются п

Ч

В процессе бурения

при переходе во вторую пачку требуется изменить режим на пг, Ог, Р4, который достигается переходом на новое значение расхода Q. Контролируют переход по достижению давления нагнетания Рг,

При переходе от одного долбления к другому возможно изменение рабочей характеристики турбобура за счет изменения типа и числа секций турбобура с учетом обеспечения минимального и максимального по частоте вращения режимов бурения.

Пример. Технологический процесс бурения под эксплуатационную колонну по предлагаемому способу испы тан при строительстве скважины. Геологический разрез представлен чередо- ванием глин, аргиллитов, алевролитов и песчанников. Характерной особенностью геологии является наличие про- пластков известковистых и полинито- вых песчанников повышенной твердости, имеющих незначительную (обычно менее 1 м) мощность,, Эти пропластки распространены по всему разрезу в свитах D, F, G.

Свиты А, С, Е, В составляют первую пачку горных пород по буримости, оптимальная частота вращения долота 800-900 . Эта же частота вращения соответствует оптимальным условиям отработки долот для 60% разреза

o

Q

25

жимах, для чего для каждого долбления, например для первого, соответственно оптимальным частотам вращения п,, п„, п, и п., определяют значеj 2 з ния расхода бурового раствора Q/f, О , 03 п 0 для каждой пачки и с учетом выбранного для долбления размера насадок F2 определяют давления нагнетания буровых насосов Р „, Р„, Р, и Р,

1 г э 1 Переход на оптимальный для каждой

пачки режим бурения в процессе проведения долбления осуществляют изменением рабочей характеристики турбобура, для чего меняют расход до достижения заранее определенного значения давления нагнетания для данной точки, в результате частота вращения долота будет соответствовать оптимальному режиму. Буровые насосы должны обеспечивать регулирование расхода в требуемом диапазоне.

Так, например, при первом долблении для первой пачки горных пород оптимальными условиями бурения явля5

0

5

0

5

0

5

ются п

Ч

В процессе бурения

при переходе во вторую пачку требуется изменить режим на пг, Ог, Р4, который достигается переходом на новое значение расхода Q. Контролируют переход по достижению давления нагнетания Рг,

При переходе от одного долбления к другому возможно изменение рабочей характеристики турбобура за счет изменения типа и числа секций турбобура с учетом обеспечения минимального и максимального по частоте вращения режимов бурения.

Пример. Технологический процесс бурения под эксплуатационную колонну по предлагаемому способу испы тан при строительстве скважины. Геологический разрез представлен чередо- ванием глин, аргиллитов, алевролитов и песчанников. Характерной особенностью геологии является наличие про- пластков известковистых и полинито- вых песчанников повышенной твердости, имеющих незначительную (обычно менее 1 м) мощность,, Эти пропластки распространены по всему разрезу в свитах D, F, G.

Свиты А, С, Е, В составляют первую пачку горных пород по буримости, оптимальная частота вращения долота 800-900 . Эта же частота вращения соответствует оптимальным условиям отработки долот для 60% разреза

свиты F. Оптимальная частота вращения при разбуриванни твердых пропла- стков 300-400 , при превышении частоты вращения более 450 происходит резкое снижение проходки на долото. Пачка горных пород низа свиты F должна разбуриваться при частоте вращения 700-800 мин f, свита К - при 500-600 мин . Оптимальная

нагрузка на долото 150-180 кН и уточняется в процессе бурения с целью получения максимальной механической скорости.

Значение технологически необходи- мого расхода бурового раствора, обеспечивающего нормальный вынос шлама по кольцевому пространству 26 л/с.

Бурение ведется трубобуром ТРХ (состоит из 110. ступеней А7 ПЗ и

220 ступеней 26/16,5), который при 26 л/с обеспечивает устойчивую работу долота при нагрузке до 180 кН с частотой вращения 400 мин -, перепад давлений при этой рабочей характери- стике 7 МПа. При расходе 35 л/с и этой же нагрузке частота вращения будет 900 мин -1, перепад давлений 12,7 МПа.

На первом долблении необходимо

иметь возможность работать на двух режимах: первый при частоте вращения 800-900 мин - второй - при 400 - ДэО „ Максимальное значение расхода при проведении первого долбления, удовлетворяющее этим условиям, 35 л/с, при этом расходе предельное давление нагнетания (с учетом надежности работы буровых насосов) 18 МПа и из расчета баланса давлений в сква- жине получаем размеры насадок - одна 13 мм и две по 15 мм. В конце первого долбления потери давления в скважине составляют 18 МПа при расходе 34 л/с и при этом расходе частота вращения долота 810 . При входе в твердые пропластки уменьшают расход до тех пор, пока давление на насосах не будет равно 11,5 МПа, т.е. величине потерь давления в скважине при расходе 26 л/с, при котором достигается оптимальный режим бурения с частотой вращения 400 . После выхода из пропластка расход опять увеличивается до достижения давления нагнетания 18 МПа.

На втором долблении устанавливаются насадки: одна 13 мм и две по 13 мм

g

5

0

5

0

о 5 0 е

5

В этом случае прецельное рабочее давление нагнетания 18 МПа в начале долбления получается при расходе 32 л/с и частоте вращения долота 750 мин-1 . На пропластках свиты G расход снижается до достижения давления 13МПа, а после входа в свиту К 16,5 МПа. За счет этого достигаются оптимальные условия отработки долот по всему разрезу.

Формула изобретения

„Способ турбинного бурения одноразмерного интервала, включающий выбор для каждого долбления этого интервала регулируемой рабочей характеристики турбобура и долот с насадками по предельному рабочему давлению нагнетания буровых насосов при использовании значений расхода бурового раствора, больших технологически необходимого для данных горно-геологических условий и размеров инструмента, с последующим выполнением ряда долблений одноразмерного интервала посредством турбобура и долот с насадками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения одноразмерного интеркала путем обеспечения оптимальных режимов при бурении различных по бури- мости пачек горных пород, составляющих данный интервал, рабочую характеристику турбобура выбирают в зависимости от минимального технологически необходимого для данного интервала расхода бурового раствора для режима бурения при максимальной осевой нагрузке на забой и минимальной частоте вращения из оптимальных значений для всех пачек горных пород интервала, а долота с насадками для каждого долбления выбирают в зависимости от расхода, обеспечивающего максимальную из оптимальных частот вращения при бурении пачек горных пород в каждом долблении, а в процессе каждого долбления при переходе из одной пачки горных пород в другую регулируют расход бурового раствора до значения, соответствующего оптимальной частоте вращения для данной пачки горной породы, и контролируют переход на новый режим по давлению нагнетания, определяемому дня каждой пачки горных пород.

Ишперда/r бурения

Изобретение относится к бурению глубоких скважин. Цель - повышение эффективности бурения одноразмерного интервала путем обеспечения оптимальных режимов при бурении, различных по буримости пачек горных пород, составляющих данный интервал. Для этого рабочую характеристику турбобура выбирают в зависимости от минимального технологически необходимого для данного интервала расхода бурового раствора для режима бурения при максимальной осевой нагрузке на забой и минимальной частоте вращения из оптимальных значений для всех пачек горных пород интервала. Долота с насадками для каждого долбления выбирают в зависимости от расхода, обеспечивающего максимальную из оптимальных частот вращения при бурении пачек вращения пород в каждом долблении. В процессе каждого долбления при переходе из одной пачки горных пород в другую регулируют расход бурового раствора до значения, соответствующего оптимальной частоте вращения для данной пачки горных пород. Контролируют переход на новый режим по давлению нагнетания, определяемому для каждой пачки горных пород. Характеристика предварительно выбранного турбобура должна обеспечивать при минимально возможном расходе и максимальной нагрузке на забой минимальную частоту вращения из всех частот, оптимальных для данного интервала. 1 ил.