Способ промывки проявляющей газом скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E21B21/00 E21B21/10 

Изобретение относится к области бурения скважин различного назначения и может быть использовано в процессе борьбы с. газопроявлениями.

Цель изобретения - уменьшение потерь раствора, снижение энергетических затрат и расширение области применения.

На фиг,1 показана зависимость давления насыщения газом воды и глинистых растворов различной плотности от содержания в них растворенного газа при температуре 75°С; на фиг.2 - устройство, общий вид, разрез; на фиг.З - зависимость энергетических затрат от глубины перепуска бурового раствора.

Способ включает циркуляцию бурового раствора по трубному и затр убному пространству в скважине, периодическую циркуляцию бурового раствора с увеличенным расходом на период усиления газопроявлений в скважине, перепуск увеличенной части расхода циркулирующего бурового раствора в затрубное пространство в интервале до глубины, где давление равно от 1 до 1.3 давления начала выделения растворенного газа в буровом растворе затрубного пространства, циркуляцию бурового раствора в трубном пространстве с неизменным расходом от места перепуска до долота; прокачку бурового раствора и газонасыщенного раствора по затрубному пространству до устья скважины.

Для осуществления способа производят спуск бурильной колонны и устанавливают устройство так, чтобы при разбуривании пласта, из которого ожидается проявление, устройство располагалось на глубине, где начнется выделение растворенного газа при ожидаемой максимальной концентрации в буровом растворе. Осуществляют промывку и бурение скважины с расходом бурового раствора в соответствии с проектом. При появлении разгазирован- ного раствора, концентрация газа в котором

мала, промывку или бурение продолжают вести с тем же расходом бурового раствора. При появлении признаков формирования пробкового режима выхода газа, что сопровождается увеличением его концентрации, резким уменьшением плотности бурового раствора, появлением всплесков, выбросов раствора на устье, расход бурового раствора увеличивают путем подключения дополнительного насоса. Такое двукратное увеличение расхода вызывает увеличение гидравлических потерь на устройстве, в связи с чем в нем открывается клапан, перепускающий поток бурового раствора в

затрубное пространство. Площадь перепускного отверстия подбирается так, чтобы обеспечить сохранение расхода через долото.

Это условие контролируется по давлению нагнетания, которое будет больше давления нагнетания с заданным по проекту (первоначальным) расходом на величину АР, определяемую по формуле

25

дрЛй.Г.

МПа, (1)

где PI -давление нагнетания с заданным по проекту (первоначальным) расходом, МПа;

Рд - гидравлические потери на долоте, МПа;

h - глубина установки устройства, м;

L - длина бурильной колонны, м; СИ производительность насосов (расход), заданный по проекту, л/с;

Qa - увеличенная производительность насосов (расход), при промывке по данному способу, л/с.

При снижении концентрации газа в растворе до безопасных (с точки зрения возникновения пробкового режима его течения) величин уменьшают производительность до прежнего уровня. При этом клапанное устройство прекращает перепуск жидкости в затрубное пространство, и промывка ведется обычным способом.

Пример. После спуска обсадной колонны диаметром 340 мм были вскрыты в интервале 3870- 5022 м верхне и нижнемайкопские отложения, представленные глинами и алевролитами. Бурение осуществлялось трехшарошечным долотом диаметром 295 мм, роторным способом с использованием бурильных труб диаметром 145 мм в компоновке с утяжеленными бурильными трубами. При бурении применялся буровой раствор на водной основе, утяжеленный баритом, ингибированный глинистый раствор.

Ствол скважины осложнился; несмотря на длительные проработки инструмент ниже глубины 4400 мм пропустить не удавалось. Проработки сопровождались закупорками, потерей циркуляции, выносом значительного количества шлама и постоянным разгазированием раствора, дегазацию которого осуществляли двумя вакуумными дегазаторами ДВС-П.

Плотность бурового раствора постепенно была доведена до 2320 кг/м3, промывка осуществлялась с расходом 24 л/с.

Периодически пузырьковый режим выхода газа переходил в пробковый (длительностью несколько часов) с выбросом порций бурового раствора выше ротора и сильной загазованностью устья скважины. Промывка через отводы превентера при герметизированном устье оказаласьь невозможной из-за засорения штуцерных камер крупными кусками породы , сопровождаемых повышением давления в скважине, гидроразрывом пород, потерей циркуляции.

В этой ситуации был опробован данный способ промывки. При нахождении инструмента на глубине 3860 м осуществляли промывку с производительностью 24 л/с при давлении нагнетания 9,0 МПа. На устье скважины наблюдались выбросы раствора, выход пробок газа.

Периодичность выбросов раствора и продолжительность выхода пробок газа была различна, но в среднем можно принять, что выход газированного раствора, заканчивающийся выплескиванием, продолжался 13 с и сменялся перерывом циркуляции в течение 7 с, во время которого на устье выходил чистый газ. По периодичности выбросов раствора и продолжительности выхода пробок газа путем несложных расчетов было определено, что, с учетом газонасыщенности выходящего раствора (определенной по его плотности и составляющей

10-15%), объемное содержание газа в растворе составляло около 50%.

Для определения давления начала выделения растворенного газа (давления на 5 сыщения) были использованы зависимости (см. фиг. 1), полученные на основании сведений о растворимости углеводородных газов в воде и глинистых растворах.

На фиг.1 представлена зависимость 10 давления насыщения жидкости газом от его содержания в ней при 75°С, На оси абсцисс отложены значения содержания газа в жидкости в процентах и в объемных долях (MV/M ), а по оси ординат - давление насы- 5 щения жидкости газа (МПа). Кривая 3 показывает зависимость для воды, кривые 2 и 1 - зависимости для глинистых растворов плотностью соответственно 1300 и 2320 кг/м3.

0 Для определения давления насыщения необходимо на оси абсцисс найти точку, соответствующую содержанию растворенного в жидкости газа в м3/м3 или в % (точка А) и восстановить перпендикуляр дня пересе- 5 чения с кривой зависимости для соответствующей жидкости (например, для воды - в точке В). Проведя отточки В горизонталь на ось ординат, получим искомое значение давления насыщения воды углеводородным 0 газом (точка С) при 75°С.

В нашем случае, то точки на оси абсцисс, соответствующей 50% содержанию газа, восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой 1 и, проведя от гочки 5 пересечения горизонталь на ось ординат, находим значение давления насыщения раствора плотностью 2320 кг/м газом, равное 13 МПа. Такое давление создается столбом раствора плотностью 2320 кг/м на 0 глубине 560 м.

Подняли 560 м бурильных труб, установили распределительное устройство (фиг.2) и спустили бурильные трубы на прежнюю глубину. Восстановили циркуляцию бурово- 5 го раствора с постоянным расходом 24 л/с по трубному и затрубному пространству скважины при давлении нагнетания 9,0 МПа. При возобновлении пробкового режима выхода газа на устье (выплескивание ртс- 0 твора) осуществляли циркуляцию с увеличенным расходом - 48 л/с.

В каналах распределитетьного устройства увеличился перепад давления, что вызывало перемещение подвижных втулок 5 вниз и ожрытие калиброванных отверстий для движения по ним бурового раствора в полость и дэлее через радиальные отверстия в затрубное пространство, где давление равно давлению начала выделения растворенного газа. При этом циркуляция

но трубному пространству от места перепу- с кз до долота осуществлялась с неизменным расходом, т.е. 24 л/с. В этом можно было убедиться по давлению нагнетания, которое равнялось 12,5 МПа, т.е. увеличение давления ДР при двукратном увеличе- Иии расхода составило 3,5 МПа, что совпадает с величиной, определенной расчетным путем по формуле (1).

Из скважины в пробковом режиме выходил газ, что сопровождалось выплескивани- / порций раствора выше ротора. Однако Спустя 15 мин после подключения второго насоса выплескивание раствора прекратилось и из скважины стал выходить сильно перебитый газом раствор. В процессе промывки по данному способу пробкового режима движения газа на устье скважины не наблюдалось, концентрация его в раство- ое составляла 20-35%. Промыоку по данно- №у способу (с дегазацией раствора через дегазаторы) осуществляли в течение четы- joex чаиэв, пока концентрация газа в раство- Ье не снизилась,до 10%. После этого расход раствора снизили с 48 л/с до первоначального (24 л/с) путем отключения второго насоса и по даолению нагнетания (9 МПа) убедились, что перепуск раствора в затруб- ное пространство через устройство прекра- |тилс51. В дальнейшем промывку поданному способу осуществляли неоднократно.

Промывка с перепуском части раствора при давлении значительно больше, чем давление начала выделения растворенного газа, даст технологический эффект, аналогичный эффекту при промывке по данному способу, однако существенно увеличит энергетические зат раты, обусловленные ростом давления нагнетания. Если перепуск будет осуществляться при давлении, меньшем, чем давление начала выделения растворенного газа, то выделившиеся пузырьки могут соединяться с образованием газовых пробок еще до поступления свежего раствора, в связи с чем технологический эффект способа будет занижен.

Устройство (распределительное) содержит корпус 1, который сверху имеет муфтовую резьбу 2, а снизу ниппельную резьбу 3. Сверху в осевом проходном канале 4 на корпусе 1 выполнена цилиндрическая резьба 5, которая затем переходит в гладкоствольное отверстие 6, а ниже оно расширяется в полость 7. Полость 7 с за- трубным (кольцевым) пространством сообщается радиальными каналами (отверстиями) В. Далее полость 7 переходит в расточку 9, а расточка 9 в канал (отверстие) 10. В расточке корпуса 1 размещена опорная шайба 11, на которую опираются тарельчатые пружины 12, установленные последовательно друг на друге, регулировочный узел 13 в виде набора шайб 14, отражатель 15, выполненный в виде усеченного конуса 1 б с

отверстием 17, и фланец 18, в котором помимо центрального отверстия 19 на поле фланца 18 выполнено несколько отверстий 20, имеющих в верхней части расточки 21. В расточку 21 упирается подвижная втулка 22,

0 имеющая калиброванный канал (отверстие) 23 и сверху конусную фаску 24, Отверстия 20 соосны калиброванным каналам 23. Втулки 22 размещаются в корпусе 1 в центраторе 25. Центратор 25 представлен флан5 цем 26 и патрубком 27, выполненными заодно. Фланец 26 центратора 25 помимо расточки 8 имеет центральный осевой проходной канал 29 и несколько малых отверстий 30, расположенных вокруг него для

0 размещения втулок 22. Верхний торец 21 фланца 26 упирается в шайбу 32, которая помимо центрального отверстия (канала) 33 имеет на своем поле несколько малых отверстии 34, в которых неподвижно закреплены

5 ножки 35 дроссельных конусов 36. Сверху шайбу 32 поджимает гайка 37, которая снаружи имеет цилиндрическую резьбу 38, а в центральной части шестигранное (или шли- цевое) отверстие (канал) 39. Разобщение и

0 герметизация каналов отверстий и полостей осуществляется уплотнительными кольцами 40-43.

Узел перекрытия радиальных каналов (отверстий) 8 подпружинен пружиной 12 от5 ноеительно корпуса 1, установлен в последнем и объединяет в себя подвижные втулки 22 с калиброванными каналами 23, установленные в корпусе 1(центраторе 25) вокруг осевого канала 29 с опорой своими нижни0 ми концами на фланец 18 и образующие гидравлическую связь трубного пространства с радиальными каналами 8 при сжатии пружины 12, установленной между регулировочным узлом 13 и корпусом 1 (опорной

5 шайбой 11), и дроссельные конуса 36, установленные в корпусе 1 (шайбе 32) для взаимодействия с верхними концами, подвижных втулок 22 при разжатии пружины 12,

0 Устройство работает следующим образом.

В процессе бурения буровой раствор движется по каналам.39, 33, 29, 10 вниз к долоту. Промывка производится с произво5 дительностью, достаточной для выноса шлама с забоя. Каналы 23, 20 и 8 перепуска в этом случае перекрыты. Перекрытие происходит за счет того, что втулки 22 вследствие воздействия на них тарельчатых пружин 12 через отражатель 15 и фланец 18 своей конусной фаской 24 надвигаются на дроссельные конусы 36, перекрывая тем самым калиброванные отверстия 23.

При обнаружении проявления, например, описанными способами производительность увеличивается в 1,5-2 раза, в результате чего перепад давления в каналах 4, 39, 33 и 29 увеличивается (в сравнении с обычным бурением), что и вызывает перемещение втулок 22 вниз. При перемещении втулок 22 вниз открываются калиброванные отверстия 23 для движения по ним бурового раствора вниз через отверстия 20 в полость 7 и далее через радиальные каналы 8 в за- трубное пространство. Тарельчатые пружи- ны 12, регулировочные шайбы 14 регулировочного узла 13 подбираются таким образом, чтобы обеспечить надежное перекрытие калибровочных отверстий 23 втулок 22 при обычной промывке, достаточной для выноса шлама с забоя, а также открытие калибровочных отверстий 23 за счет отходоа втулок 22 от дроссельного конуса 36 при увеличении производительности насосов в 1,5-2 раза.

Например, при производительности насосов Q 15 л/с и диаметра центрального проходного канала 29, равным 15 мм, перепад давления (Pi) перед втулками 22 будет составлять 0,57 МПа, а если производительность увеличится в 2 раза, то перепад давления (Р2) перед втулками 22 будет составлять 2,3 МПа.

Формула изобретения

1. Способ промывки проявляющей газом скважины, включающий осуществление циркуляции бурового раствора по трубному и затрубному пространствам скважины, периодическое увеличение расхода бурового раствора на период усиления газопроявления, перепуск части раствора в затрубное

пространство, циркуляцию бурового раствора в трубном пространстве от места перепуска до долота и прокачку раствора по затрубному пространству до устья скважи- 5 ны, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь раствора, снижения энергетических затрат и расширения области применения, перепуск части раствора в затрубное пространство осуществляют при

0 давлении, равном или превышающим давление начала выделения растворенного газа в затрубном пространстве, а циркуляцию бурового раствора в трубном пространстве от места перепуска до долота осуществляют

5 с неизменным расходом.

2. Устройство для промывки проявляющей газом скважины, включающее корпус с осевым и радиальными каналами, установленный в корпусе и подпружиненный отно0 сительно последнего узел перекрытия радиальных каналов, отличающееся тем, что оно снабжено установленными последовательно друг на друге регулировочным узлом, отражателем и фланцем, узел

5 перекрытия радиальных каналов выполнен в виде подвижных втулок с калиброванными каналами, установленных в корпусе вокруг осевого канала с опорой своими нижними концами на фланец и образующими гидрэв0 лическую связь трубного пространства с радиальными каналами при сжатии пружины, установленной между регулировочным узлом и корпусом, и дроссельных конусов, установленных в корпусе для взаимодействия

5 с верхними концами подвижных втулок при разжатии пружины, причем фланец имеет отверстия, соосные с калиброванными каналами подвижных втулок, а регулировочный узел выполнен в виде набора шайб,

0 установленных между пружиной и отражателем.

I

V эо

I

1

s

I

3

40 SO

во

70SO

Содержат/ racmtopfttworo г&ма.

Фиг. У

Изобретение относится к бурению скважин различного назначения и м.б. использовано в процессе борьбы с газопроявлениями. Целью изобретения является уменьшение потерь раствора, снижение энергетических затрат и расширение области применения. При усилении газопроявления осуществляют увеличение расхода бурового раствора и перепускают его часть в затруб- ное пространство на глубине, обеспечиваю

0.1

Фиг.Ъ

Редактор М.Бандура

Составитель А.Меньшиков

Техред М.МоргенталКорректор С.Шевкун

a.f