Способ снижения дифференциального давления в призабойной зоне при бурении скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B21/00 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к бурению скважин вращательным способом с использованием промывочной жидкости.

Известен способ снижения дифферен циального давления, основанный на изменении свойств промывочной жидкости и ее давления на забое.-V

Недостатком этого способа является вероятность возникновения серьезных ослрж- неНий при бурении, таких как прихват бурильной колонны, обвал стенок скважины.

Известен также способ снижения дифференциального давления путем изменения

проницаемости призабойной зоны за счет изменения свойств не всего объема промывочной жидкости, а только той его части, которая циркулирует вблизи призабойной зоны. В этом способе снижение содержания твердой фазы промывочной жидкости в призабойной зоне затрудняет образование на ее поверхности слабопроницаемой твердофазной корки. В результате проницаемость призабойной зоны возрастает, что, в свою очередь, приводит к снижению дифференциального давления на забой. Однако такой способ снижения дифференциального давления путем изменения свойств промывочной жидкости в призабойной зоне

О

о

00

недостаточно эффективен, так как с помощью забойного сепаратора невозможно предотвратить образование на поверхности призабойной зоны твердофазной корки, так как сепарация не может полностью иск- лючить попадание твердой фазы в приза- бойную зону. Кроме того, в процессе бурения образуется большое количество мелкодисперсных частиц разрушаемой породы, также способных создавать слабо- проницаемую твердофазную корку.

Цель изобретения - повышение эффективности снижения дифференциального давления без изменения параметров режима бурения.

Сущность изобретения состоит в том, что в процессе бурения производят непрерывное удаление глинистой корки со стенок скважины кольцевой призабойной зоны, а расстояние от ее нижней границы до повер- хности забоя и ее высота находятся в следующей зависимости:

R

31ч

Н (К-1)6ехр () ,К 1,0

,

где Н - высота кольцевой призабойной зоны, мм;

R - радиус скважины, мм;

К - безразмерный коэффициент кольцевой призабойной зоны;

L- расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм.

Для того, чтобы обеспечить требуемое снижение дифференциального давления на забой, высота кольцевой зоны с повышен- ной проницаемостью должна определяться из вышеуказанного соотношения. Требуемое снижение задается в виде безразмерного коэффициента эффективности кольцевой зоны К. Значение коэффициента К показывает, во сколько раз требуется снизить дифференциальное давление. Выбор значения зависит от конкретных условий бурения. Соотношение, определяющее высоту кольцевой зоны, получено путем решения уравнения Лапласа:

ДР 0, где А-оператор Лапласа;

Р -пластовое давления в разбуриваемой горной породе.

Уравнение описывает распределение порового давления в призабойной зоне скважины. При его решении предполагалось, что фильтрационный процесс через стенку скважины происходит по линейному закону, а поровое давление в породе вдали от забоя равно пластовому давлению. Указанное соотношение получено, исходя из условия, что расстояние до поверхности забоя L 0. Это наиболее реальный случай,

когда L 0, соотношение, определяющее высоту зоны Н, примет другой вид: Н 0,2х хР. При таких условиях дифференциальное давление на забой снижается до нуля.

Для вывода математической зависимости, определяющей высоту кольцевой призабойной зоны, с поверхности которой производят непрерывное удаление слабопроницаемой корки, использовано уравнение пьезопроводности в осесимметричной постановке, это уравнение имеет вид ,d2 Р -, 1 d Р d2 Р п

77 где Р - поровое давление в призабойной зоне пласта;

г, Z - соответственно радиальная и вертикальная координаты.

Уравнение решалось с помощью численных методов на ЭВМ при следующих граничных условиях. На стенке скважины из-за наличия слоя низкопроницаемой корки принимается условие отсутствия потока фильтрата промывочной жидкости, т.е.

#-«

На забое скважины, согласно закону Дарси, будет справедливым следующее граничное условие:

Р -Р- К .6dP

к° к Ks dZ

где Ро - гидродинамическое давление в скважине;

д - толщина глинизированного слоя; - К и Ks - проницаемость призабойной зоны соответственно до кольматации и после нее.

Анализ расчетов при различных значениях параметров Ks, К, д, Ро. R, соответст- вующих реальным условиям бурения, показал, что угнетающее действие дифференциального давления обусловлено тем, что все дифференциальное давление срабатывается на поверхности призабойной зоны. Следовательно, уменьшить угнетающее действие дифференциального давления можно путем повышения порового давления, в массиве породы вблизи поверхности забоя.

В реальных условиях бурения очищать поверхность забоя от глинистой корки не представляется возможным, поэтому в дальнейших расчетах анализировалась эффективность повышения порового давления под забоем путем очистки кольцевой зоны на стенке скважины вблизи забоя.

Учитывая, что специально поставленные эксперименты показали, что на фильтрацию глинистых растворов через горные породы при бурении, в основном, влияет

глинистая корка, а не закупорка норовых каналов, будем считать, что сопротивлением слоя кольматации в очищаемой зоне на стенках скважины можно пренебречь, т.е. правая часть в выражении (1) стремится к нулю. Поэтому выражение (1) в кольцевой зоне примет вид Р Р0.

Анализ результатов численных расчетов показал, что эффективность очистки кольцевой области может быть выражена следующей аппроксимационной формулой:

)6exp(),, 0.

н

где Н - высота зоны, мм;

R - радиус скважины, мм;

К - безразмерный коэффициент эффективности хольцевой зоны;

расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм.

Для осуществления способа в компо- новку низа бурильной колонны включают устройство для создания у забоя зоны с повышенной проницаемостью. В качестве устройства для удаления корки может быть использован, например, обычный наддолотный переводник, по всей наружной поверхности которого размещаются щетки или скребки. Высота переводника опреде ляется, исходя из указанного выше соотношения. Количество рабочих элементов на поверхности переводника, их расположение и форма должны быть такими, чтобы обеспечить непрерывное удаление корки со стенки скважины, не препятствуя движению шлама в кольцевом пространстве. Спо- соб может быть реализован при вращательном бурении с использованием промывочной жидкости, содержащей твердую фазу. Разбуриваемые горные породы должны быть проницаемые, а дифференци- альное давление - больше нуля. Тип долота и режим бурения могут быть любыми.

Осуществляют бурение скважины диа1- метром2Р 215,9мм. Нижняя граница кольцевой зоны с повышенной проницаемостью удалена от забоя на расстоянии L 2R 215,9 мм. На основании практики бурения в данном районе установлено, что диффе- ренциальное,давление на забой скважины требуется снизить в 2 раза, т.е. К 2. Под-

0

5

0 5 - 0 5 0

5 0

ставляя эти значения в указанное соотношение, получаем, что высота кольцевой зоны Н должна быть не менее 335 мм. В процессе углубления забоя устройство, вращаясь вместе с долотом и -контактируя своими скребками со стенкой скважины, непрерывно удаляет с ее поверхности слабопроницаемую корку, образующуюся при фильтрации промывочной жидкости. У забоя образуется кольцевая зона с повышенной проницаемостью, которая по мере углубления забоя перемещается вместе с ним. Дифференциальное давление на забой снижается и сохраняет свое пониженное значение на протяжении всего долбления.

Изобретение позволяет полностью устранить слабопроницаемую корку, образующуюся на поверхности призабойной зоны. Создаются более благоприятные условия для снижения дифференциального давления, а следовательно, и для процесса разрушения забоя, что обеспечивает прирост механической скорости бурения и проходки на долото.

Формула изобретения Способ снижения дифференциального давления в призабойной зоне при бурении скважины, заключающийся в увеличении проницаемости стенок скважины в призабойной зоне, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности снижения дифференциального давления без изменения параметров режима бурения, в процессе бурения производят непрерывное удаление глинистой корки со стенок скважины кольцевой призабойной зоны, при этом расстояние от ее нижней грёницы до поверхности забоя и ее высота находятся в следующей зависимости:$

Н s(K-i)6exp.(),

где Н - высота кольцевой призабойной зоны, м;

R - радиус скважины, мм;

К- безразмерный коэффициент кольцевой призабойной зоны;

L- расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм.

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к бурению скважин вращательным способом с использованием промывочной жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности снижения дифференциального давления без изменения параметров режима бурения. В процессе бурения производят непрерывное удаление глинистой корки со стенок скважины кольцевой призабой- ной зоны. При этом расстояние от ее нижней границы до поверхности забоя и ее высоту определяют из соотношения JL(K-1)6exp(), Н , где Н - высота кольцевой призабойной зоны, мм; R - радиус скважины, мм; К - безразмерный коэффициент кольцевой призабойной зоны; L - расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм. Требуемое снижение дифференциального давления на забой задается в виде безразмерного коэффициента эффективности кольцевой зоны К. Значение коэффициента К показывает, во сколько раз требуется снизить дифференциальное давление. Выбор значения зависит от конкретных условий бурения.