Способ промывки буровой скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B21/00 

Изобретение относится к технологии бурения, в частности к способам промывки кавернозных скважин.

Известен способ промывки буровой скважины, включающий спуск в скважину колонны бурильных труб, закачку в колонну промывочной жидкости и повышение ее подъемной силы путем увеличения скорости вращения труб

Недостатком указанного способа является невозможность создания в кольцевом пространстве скорости восходящего потока, достаточной для удаления шлама из каверны и выноса его на поверхность земли

из-за недостаточной мощности буровых насосов.

Известен способ промывки, включающий спуск в скважину колонны труб ниже каверны в стволе скважины и вымывание скоплений шлама из каверны через узел с гидромониторными насадками, установленный в трубной колонне в интервале каверны.

Недостатками указанного способа являются: ослабление прочности обсадной колонны и нарушение ее герметичности в связи с включением в компоновку обсадной колонны узла с гидромониторными насадками Кроме того, создание высокого перепаО

ю

да давлений в гидромониторных насадках, необходимого для удаления из глубоких каверн шлама, может привести к разрыву обсадных колонн. В некоторых неустойчивых породах может произойти эрозия скважины. Применение этого способа с использованием колонн бурильных труб, с точки зрения предотвращения ее разрушения, практически осуществимо. Однако очистка ствола скважины выполняется не только удалением из каверн шлама. Качественная очистка ствола осуществляется удалением шлама мз каверн, их размельчением и выносом на поверхность земли. При отсутствии условий для размельчения шлама его вынос обеспечится только при создании высокой скорости восходящего потока в кольцевом пространстве.

Таким образом, известный способ малоэффективен,

Известен также способ промывки, включающий спуск в скважину бурильной колонны с утяжеленными трубами большого диаметра, устанавливаемыми над долотом, поток жидкости, образуемый между наружной поверхностью элемента и стенкой скважины в каверне, и удаление шлама из каверны за счет использования эффекта разрыва сплошности кавитирующего потока с вакуумообразованием

Основным недостатком указанного способа является нарушение целостности ствола скважины под элементом большого диаметра из-за образования вакуума

Кроме того, при нахождении в каверне указанного элемента большого диаметра не будет достигнут эффект, достаточный для удаления шлама из каверны, не исключены возможности поглощения промывочной жидкости при обратной промывке и повторном осаждении в каверне неразмельченных частиц твердых пород, а также образование сальника под элементом из-за сцепления их с помощью вязких глин при прямой промывке

Таким образом, указанный способ малоэффективен и может привести к серьезным осложнениям.

Целью изобретения является повышение эффективности удаления шлама из каверны за счет использования эффекта расширения сечения восходящего потока в каверне при ударе его о поток движущийся по инерции во встречном направлении

Указанная цель достигается тем, что в извертном способе промывки буровой скважины, включающем спуск в скважину бурильной колонны с элементом большого диаметра, установленным над долотом, и осуществление промывки скважины, спуск

бурильной колонны производят для подошвы каверны, затем осуществляют подачу жидкости в скважину, проводят промежуточную промывку, создают удар встречных

потоков в кольцевом пространстве скважины на уровне расположения каверны периодическими подъемами и спусками бурильной колонны, после чего при превышении протяженностью каверны длины элемента большого диаметра удаляют шлам из кольцевого пространства промежуточной промывкой снизу вверх с равными интервалами длиной, равной длине элемента большого диаметра. При этом выполняется

условие:

У + Упр

V1 + Упр

К

vn

где vi - скорость восходящего потока в кольцевом пространстве между стенками скважины и элементом бурильной колонны большого диаметра, м/с, определяется из соотношения:

VI

D2-d2

Uc,

30

Vnp - скорость восходящего потока, связанная с промывкой буровыми насосами,и определяется по формуле.

35

Vnp

4Q

jr(tf-d2)

где D , d и Uc - диаметры ствола скважины, элемента бурильной колонны большого ди- аметра и скорость спуска бурильного инструмента, м/с:

Q - производительность насосов, м3/с; vn - скорость движения потока по инерции в направлении забоя скважины после прекращения подъема, м/с, определяется из соотношения:

vn

D2-d2

Un,

где Un - скорость подъема бурильного инструмента, м/с,

Fi - площадь поперечного сечения потока до входа в кавернозную зону, м2:

FK - площадь поперечного сечения каверны м ,

К - коэффициент расширения потока после выхода в каверну (выбирается по справочным данным)

На чертеже схематически показан пример выполнения способа, где обозначено 1

- скважина; 2 - каверна в стенке скважины; 3 - шлам в каверне; 4 - бурильная колонна; 5 - заколонное пространство; б - нижняя часть бурильной колонны большого диаметра.

Способ осуществляют следующим образом.

В пробуренной скважине 1 производят кавернометрические работы и определяют местоположение и форму каверны 2, заполненную шламом 3. Спускают в скважину колонну бурильных труб 4 с нижней ее частью большого диаметра 6. Спуск бурильной колонны осуществляют до подошвы каверноз- ной зоны ствола скважины. Затем осуществляют подачу жидкости в скважину и производят промежуточную промывку. Создают удар встречных потоков в кольцевом пространстве скважины на уровне рас- положения каверны периодическим подъемом и спуском бурильной колонны.

При движении колонны труб вверх происходит движение потока жидкости в кольцевом пространстве в обратном направлении J3 момент прекращения подъема колонны бурильных труб движение потока из-за его инерции не прекращается. В это время мгновенное изменение направления движения колонны бурильных труб с момента начала спуска бурильного инструмента приводит к движению потока жидкости без опоздания вверх. По всему стволу в кольцевом пространстве происходит встреча и удар двух противоположных потоков. В результате этого увеличивается сопротивление движению восходящего потока и создается условие расширению его сечения. При этом ввиду свойства несжимаемости жидкости и принужденности потока расши- рение его сечения происходит только в каверне. Путем выбора определенного соотношения параметров промывки сечение потока увеличивается до сечения каверны и размывается шлам. Неоднократное повторение встречи потоков интенсифицирует удаление шлама от стенки ствола. После удаления шлама от стенки ствола в каверне производят промывку в течение времени, достаточного для подъема частиц выбуренной породы на длину нижней части бурильной колонны с большим диаметром. Затем поднимают колонну бурильных труб на высоту, равную длине нижней ее части, производят расхаживание колонны и про- мывку Таким образом, указанный процесс повторяют до кровли кавернозной зоны ствола скважины, после чего производят промывку до полной очистки ствола скважины

Параметры промывки каверн определяют с использованием следующих соотношений.

Расходы жидкости в кольцевом пространстве перед входом в каверну Си и выше (в каверне) Q2, соответствующие максимальной скорости спуска колонны бурильных труб, определяют по формуле;

Qi vi Fi,

(1)

Q2 - v2 F2.(2)

где Fi и F2 - площади поперечных сечений потока соответственно для каверны и в каверне;

vi и V2 - скорости восходящего потока в кольцевом пространстве между стволом скважины и элементом бурильной колонны большого диаметра соответственно до входа в каверну и в каверне. Определяются по формулам:

V1

D2-d2

uc,

(3)

Опк

d2

Uc

(4)

где D, Опк, d и va - диаметры ствола скважины, потока в каверне, элемента бурильной колонны большого диаметра и скорость спуска бурильного инструмента.

Известно, что при входе в каверну происходит расширение поперечного сечения потока. Кроме того, расширение потока в каверне происходит из-за встречи его с потоком, движущимся по инерции в противоположном направлении после прекращения подъема бурильного инструмента. Поэтому скорость потока после входа в каверну уменьшается и будет:

V1

vn

(5)

где К- коэффициент, характеризующий расширение потока после входа в каверну, определяется экспериментальным путемvn - средняя скорость движения потока в направлении забоя скважины, соответствующая периоду увеличения скорости спуска до его максимального значения(имеется ввиду, что спуск начинается мгновенно после прекращения подъема). Определяется по формуле

л

vn

D2-d2

Un,

(6)

где un является скоростью подъема бурильного инструмента.

Из-за неразрывности струй расход жидкости не изменяется и будет:

Qi Q2 и из (1) и (2) получим:

(7)

Подставив значения V2 в (7), будем иметь:

V1

Ј-

Fi.

(8)

С учетом промывки ствола скважины формула (8) примет вид:

F2 V2 + F1-

(9)

использования эффекта расширения сечения восходящего потока в каверне при ударе его об поток, движущийся по инерции во встречном направлении, спуск бурильной

колонны производят до подошвы каверны, затем осуществляют подачу жидкости в скважину и проводят промежуточную промывку, создают удар встречных потоков в кольцевом пространстве скважины на уровне расположения каверны периодическими подъемами и спусками бурильной колонны, после чего удаляют шлам из кольцевого пространства скважины промывкой, при этом выполняется условие

V1 +Упр

(VI + Vnp)/К - Vn

Fi Fx

где vi - скорость восходящего потока в коль- цевом пространстве между стенками скважины и элементом бурильной колонны большего диаметра, определяемая из соотношения:

Использование: относится к технологии бурения, в частности к способу промывки кавернозных скважин. Сущность изобретения: способ промывки буровой скважины включает спуск в скважину бурильной колонны с элементом большого диаметра, установленным над долотом, и осуществление промывки скважины. Спуск бурильной колонны производят до подошвы каверны, затем осуществляют подачу жидкости в скважину. Проводят промежуточную промывку, создают удар встречных потоков в кольцевом пространстве окважины на уровне расположения каверны периодическими подъемами и спусками бурильной колонны,после чего удаляют шлам из кольцевого пространства- скважины промывкой. При этом выполняется условие: V1 + Vnpr - IvT+ vn--ГДе: V1 СК°Р°СТЬ -vn восходящего потока в кольцевом пространстве между стенками скважины и элементом бурильной колонны большого диаметра, м/с; Vnp - скорость восходящего потока, связанная с промывкой буровым насосом, м /с; FI - площадь поперечного сечения потока до входа в кавернозную зону, м2; FK - площадь поперечного сечения каверны, м ; К - коэффициент расширения потока после входа в каверну (выбирается по справочным данным). 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

где Vnp - скорость восходящего потока, связанная с промывкой буровыми насосами, и определяется по формуле:

Vnp:

4Q

tt()

(10)

где Q - производительность насосов.

Для обеспечения удаления шлама из каверны полученная по указанной выше формуле (9) площадь поперечного сечения потока в каверне должна быть больше площади сечения каверны, т.е. должно быть выполнено условие:

F2 FK,

где F к- площадь поперечного сечения ка- верны.

Из полученного выражения (9) видно, что площадь сечения восходящего потока в каверне увеличивается с ростом vn. Поэтому спуск бурильной колонны следует осущест- влятьтаким образом, чтобы встреча потоков в кольцевом пространстве произошла при высоких значениях vn. С этой целью необходимо скорость спуска довести до ее максимального значения на небольшой промежуток времени.

Формула изобретения

ВКЛЮЧаЮЩИЙ СПуСК В СКВаЖИНу бурИЛЬНОЙ

колонны с элементом большего диаметра, установленным над долотом, и осуществление промывки скважины, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности удаления шлама из каверны за счет

25

VI

ис, м/с;

30

Vnp - скорость восходящего потока, связанная с промывкой буровыми насосами, определяемая по формуле

Vnp;

4Q

;r(tf-d2)

D, d и ис - диаметры ствола скважины, элемента бурильной колонны большого диаметра и скорость спуска бурильного инструмента, м/с;

Q - производительность насосов, м3/с;

VH - скорость движения потока по инерции в направлении забоя скважины после прекращения подъема, определяемая из соотношения:

Л.

Vn

Un, м/с;

D -d

Un - скорость подъема бурильного инструмента, м/с;

FI - площадь поперечного сечения потока до входа в кавернозную зону, м2;

FK - площадь поперечного сечения каверны, м ;

К - коэффициент расширения потока после входа в каверну (выбирается по справочным данным).

2. Способ поп 1,отличающийся тем, что при превышении протяженностью каверны длины элемента большого диаметpa, промежуточные промывки осуществля- ной, равной длине элемента большого диа ют снизу вверх с равными интервалами дли- метра.