Способ турбинного бурения Советский патент 1992 года по МПК E21B3/00 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин гидравлическими забойными двигателями, в частности к турбинному бурению горных пород различной проницаемости.

Известен способ турбинного буренця, в котором поддерживается проектная величина нагрузки на долото.

Недостатком способа является то, что механическая скорость бурения при этом не достигает максимального значения, которая моглабыть получена, например, при другой нагрузке.

Известен способ турбинного бурения, включающий поддержание частоты вращения вала турбобура регулированием уровня нагрузки на долото в рабочей зоне, положение которой может изменяться, например, от региона ведения работ.;

Для обеспечения более стабильного вращения турбина должна работать ближе к режиму разгонных оборотов. Такое положение используется в восточных районах, т.е. рабочая зона удалена от оптимального проектного режима в сторону холостых оборотов. В южных районах используется рабочая зона, близко примыкающая к частоте, равной половине частоты холостых оборотов. Известно, что эти рабочие зоны служат границами режима гидравлической разгрузки осевой опоры, наиболее благоприятного режима ее работы, когда полностью отсутствуют осевые усилия. Механическая скорость бурения в диапазоне используемых в этих зонах нагрузок примерно одинакова, с незначительным падением в отдельных случаях по мере увеличения нагрузки.

Недостатком способа является то, что при выборе рабочих зон не учитываются физико-механические свойства разбуриваемых горных пород, что, в свою очередь, не позволяет использовать весь диапазон частот вращения вала турбобура из-за нестабильности его работы в непосредственной близости к тормозному режиму.

Разбуривание пород различной проницаемости показывает на значимое различие в характере зависимости механической скорости от Нагрузки, При бурении непроницаемых пород увеличение нагрузки сопровождается ростом механической скорости вплоть до линии гидравлической разгрузки осевой опоры шпинделя. Затем наблюдается некоторое падение скорости при росте нагрузки до величины, соответствующей частоте, равной половине частоты холостого хода. Дальнейшее увеличение нагрузки, вплоть до остановки турбобура, сопровождается ростом скорости. Максимальная скорость вблизи тормозного режима, т.е. перед останкой туробобура, приблизительно равна максимальной скорости на линии гидравлической разгрузки осевой опоры. У проницаемых пород зависимость скорости от нагрузки имеет аналогичный характер с той лищь разницей, что у тормозного режима величина скорости значительно больше (до 2 раз), нежели в режиме гидравлической разгрузки осевой опоры„

Целью изобретения является повышение эффективности бурения путем расширения диапазона используемых частот и его дифференцированного применения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу при бурении непроницаемых горных пород частоту вращения поддерживают в диапазоне от частоты холостого хода до частоты, равной ее половине, и проницаемых - от частоты холостого хода до частоты, равной 1/4 частоты холостого хода.

Перед началом бурения, по предварительным данным, по геолого-техническому наряду с корректировкой на выносимый с забоя шлам определяют степень проницаемости породы. После запуска турбобура производят нагружениедолота. Нагрузку подбирают таким образом, чтобы при разбуривании непроницаемых горных пород, частота вращения вала турбобура находилась в диапазоне от частоты холостого хода до частоты, равной ее половине, где механическая скорость имеет максимальное значение. При бурении проницаемых пород додото нагружают вплоть до остановки турбобура, определяя таким образом положение тормозного режима, с последующим незначительным снижением нагрузки, что обеспечивает работу турбобура на частоте, равной 1/4 частоты холостого хода. Экспериментальные исследования показывают, что чем выше проницаемость (по ПС-диаграмме, получаемой при геофизических исследованиях скважины), тем больше превосходство по механической скорости

0 зоны в 1/4 частоты холостого хода над зоной, от частоты холостого хода до частоты, равной ее половине. В непроницаемых породах, например глинистых, это превосходство отсутствует, но работа на частоте в 1 /4

5 частоты холостого хода требует более высокой нагрузки и, следовательно, снижается время работы долота. Поэтому непроницаемые, породы разбуривают на минимальной нагрузке, обеспечивающей достаточную эф0 фективНость бурения.

На фиг. 1 представлена зависимость механической скорости от нагрузки для проницаемой 1 и непроницаемой 2 горных пород; на фиг. 2 7 моментная характеристика турбобура, заимствованная из известных источников информации в масштабе фиг. 1 (где Пх - частота холостого хода; Пт - тормозной режим; А - линия гидравлической разгрузки осевой опоры шпинделя турбобура);

0 на фиг. 3 - зависимость механической скорости от нагрузки и совмещенная с ней моментная характеристика турбобура с развернуто осью абсцисс - частотой вращения (где,1 проницаемая порода; 2 непроницаемая порода; 3 крутящий момент; А линия гидравлической разгрузки осевой опоры; Пх частота вращения при режиме холостого хода; Пт частота вращения в тормозном режиме).

0 Из фиг. 1 видно значимое превосходство механической скорости вблизи режима холостого хода над режимом у линии гидравлической разгрузки А-для проницаемой породы 1 и отсутствие такового у непрони

5 цаемой породы 2 (фиг. 3), полученное совмещением фиг. 1 и 2 с разворотом по оси абсцисс, носит демонстративный характер и определяет зоны рекомендуемых режимов, в частности применяемый в практике

0 режим в диапазоне частот от частоты холостого хода Пх до Пх/2 справа и слева от линии А, а также предлагаемый для проницаемых пород режим с частотой в 1 /4 частоты холостого хода вблизи режима

5 торможения Пт.

Из фиг. 1 и 3 (кривая 2) видно, что бурение непроницаемых пород целесообразно, вести в диапазоне от nk до Пх/2, поскольку переход на частоты, близкие к Пт, т.е. в 1/4

частоты холостого хода, не дает прироста механической скорости. В то же время для проницаемых пород (крива) 1) режим в 1/4 частоты холостого хода вблизи частот Пт превосходит другие частоты по уровню механической скорости бурения.

Способ осуществляется следующим образом.

При разработке проекта на скважину, в ГТН, после заложения литолого-стратиграфической колонки, выбора типа долота, типа турбобура, расхода промывочной жидкости, закладывают нагрузку на долото, которая обеспечивает работу турбобура на частоте вращения в диапазоне от частоты холостого до частоты, равной ее половине, при бурении непроницаемых пород и у тормозного режима на частоте в 1,/4 частоты холостого хода, если породы проницаемы. В конкретном долблении перед бурением определяют, .к каким породам по степени проницаемости относятся планируемые к разбуриванию. Если это непроницаемые породы, после запуска турбобура нагружают долото до достижения максимальной механической .скорости. Частота вращения вала турбобура изменяется при этом в диапазоне от частоты холостого хода до частоты, равной ее половине. При бурении проницаемых пород долото нагружают до остановки турбобура, где частота изменяется от частоты холостого хода до частоты режима торможения, после чего снижают нагрузку до достижения максимальной механической скорости, которая имеет место

при частоте в 1 /4 частоты холостого хода в режиме, близком к режиму торможения. Выбранная нагрузка поддерживается в процессе бурения. При смене пород, что может быть определено по изменению механической скорости и выносимому шламу выбуренной породы, а также ГТН, производят смену режима. Формула изобретения

Способ турбинного бурения, включающий спуск бурового инструмента на забой скважины, подачу промывочной жидкости, создание нагрузки на долото и поддержание частоты вращения вала турбобура регулированием нагрузки на долото, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем расширения диапазона используемых частот вращения вала турбобура, при бурении непроницаемых горных пород часТоту вращения вала турбобура поддерживают в диапазоне от частоты холостого хода до частоты, равной 1 /2 частоты холостого хода, а при бурении проницаемых горных пород - от частоты холостого хода до частоты, равной 1/4 частоты холостого хода.

Изобретение относится к бурению глубоких скважин гидравлическими забойными двигателями, а именно к турбинному бурению. Целью изобретения является повышение эффективности бурения путем расширения диапазона используемых частот вращения вала турбобура. Способ турбинного бурения включает спуск бурового инструмента на з.абой скважины, подачу промывочной жидкости, создание нагрузки на долото и поддержание частоты вращения вала турбобура регулированием нагрузки на долото. При бурении непроницаемых горных пород частоту вращения вала турбобура поддерживают в диапазоне от частоты холостого хода до частоты, равной 1/2 частоты холостого хода, при бурении проницаемых горных пород - от частоты холостого хода до частоты, равной 1 /4 частоты холостого хода. Применение данного способа позволяет повысить механическую скорость бурения и проходку на долото за счет учета физико-механических свойств разбуриваемых горных пород при выборе режимных параметров процесса бурения. 3 ил.слс