Способ подвода к забою скважины гидравлической мощности Советский патент 1980 года по МПК E21B21/08 

I

Изобретение относится к области вращательного бурения нефтяных сквахчнн и может быть использовано при работе буровыми насосами С регулируемым приводом.

Г оказатели работы долот, особенно в турбинном бурении алмазным инструмен том, в большой степени зависят от подводимой к забою гидравлической мощное™ ти. Увеличение этой мощности лимитируется допустимым рабочим давлением в на сосах.

Известен способ подвода гидравлической Мощности, при котором для поддержа- Н51Я оптимального режима бурения по ме ре углубления на определенных глубинак произвоаят замену цилиндрических втулок буровых насосов l . .

Недостатком данного способа является то, что. изменение расхода промывочной жидкости производится скачкообразно, что ис позвопяйт полностью использовать MoiiiHOCTf-, буровых HacotOB.

Известен также способ подвода к за- бою скважины гидравлической мощности, заключающийся в регулировании расхода промывочной жидкости с помощью регу лируемого привода Sj.

Однал-со такое регулирование не обес- печивает получение максимума забойной мощности, который достигается при определенном соотношении между гидравлическими потерями и полезно используе0мым перепадом давления.

Цель изобретения - повышение эффективности использования мощности буровых насосов за счет приближения на всем интервале бурения скважины гид5раБЛКческой забойной мощности к ее максимальной величине, соответствующей оптимальному расходу промывочной жидкости.

Указанная цель достигается тем, что бурение ведут при расходе промывочной жидкости в пределах 0,86-1,14 от оптимального расхода, причем начинают бурение при расходе промывочной жид3кости о,86 от оптимального расхода и по мере углубления скважины плавно его изменяют до величины 1,14 от оптимального, поддерживая постоянное дав ление в насосах, а затем расход скачкообразно уменьшают до 0,86 от оптималь ного расхода путем изменения гидравли ческой характеристики забойного двигателя и долота, после чего при дйльне{ - шем углублении скважины цикл повторя- ют. На фиг. 1 схематически показана зависимость забойной мощности от расхода промывочной жидкости; на фиг. 2 график изменения гидравлической мощности по мере углубления скважины при постоянном давлении на выходе насосов при обычном бурении; на фиг. 3 - график изменения расхода и забойной мощности по данному способу. При постоянном давлении на выкиде насосов гидравлическая мощность, подводимая к забою, определяется выражениемзaБ-PиQ-(.)r. (1) Q - расход промывочной жидкости;q - коэффициенты гидравлических сопротивлений в манифольде и скважине (трубы, затруб- ное пространство); 1 - глубина скважины; V- - удельный вес промывочной жидкости. Указанная зависимость (Q) графически показана на фиг. 1. Максимум N)(/о „g достигается при оп ределенном расходе Q , когда потери давления на гидравлические сопротив ления в циркуляционной системе в два раза меньще давления полезно используемого в забойном двигателе (турбобуре) и долоте. Это условие можно записать следую щим образом l() клан- скв - коэффициент перепада да лений в зэбойном двигателе и долоте. Из выражения (2) следует, что при обеспечении максимума забойной мощно ти во всем интервале бурения необходи мо по мере углубления скважины непрерывно менять и гидравлическую кара 7 еристику системы забойный двигатель олото. Это условие невыполнимо, так ак изменение характеристики забойных еханизмов дискретно. В практике бурения изменение подаи насосов осуществляют, стремясь тольо поддерживать максимально допустиое давление в насосах, независимо от идравлических характеристик забойного вигателя, что приводит к нерациональому использованию мoщнocтИJ создавамой буровыми насосами. На фиг. 2 показан график изменения идравлической мощности в координатах q , у но мере углубления скважины при постоянном давлении на выкиде насосов. Прямая 1 - мощность, создаваемая насосами, 2 - максимальная забойная мощность. Кривые . . . . Ь -функции f(q) для соответствующих глубин LQ,,. U . Кривая 3 представляет собой изменение забойной мощности по мере углубления скважины одинаковой компоновкой забойного двигателя и долота при непрерывном регулировании расхода. Из рассмотрения кривой 3 видно, как по мере углубления скважины увеличивается разница между фактической забойной мощностью и максимально возможной. Настоящий способ основан на том, что криваяW.jgg -f(Q) ( фиг. 1) в области своих максимальных значений сильно выложена.; Это позволяет довольно широко варьировать расходом при незначительном снижении -j-fj. относительно ее максимума. Зависимость между ртнощениями расходов и мощностей выражается jL.2cos (ьо°± f arcoos - (Ъ опт ч заБтпатч/ где О опт - расход, при котором гидравлическая забойная мощность достигает своего максимального значения. Известно, что снижение забойной мощности до 3% от максимальной практически не влияет на показатели работы Подставляя в выражение (3) S. 0,97, получим q CO,86.--(H4)Q опт - 1 5(q,o,-. В этом соотношении и предлагается поддерживать расход промывочной жид- 57 кости при его регулировании в процессе углубления скважины. Регулирование расхода происходит следующим образом. В начале бурения интервала долотом данного размера гидравлические характеристики забойного двигателя и долота выбирают такими, чтобы получить расход Q на нижнем пределе равенства (4), где он равен 0,86 от оптимального расхода промывочной жидкости. По мере углубления скважины расход снижают, поддерживая постоянным давление на вмквде насосов. При этом величина расхода постепенно приближается к верхней границе своего значения в равенстве (4), где она равна 1,14 от оптимального расхода. На глубине, при которой расход дости гает эгой грани 1ы, компоновку забойного двигателя и долота заменяют более высоконапорной, обеспечивая скачкообразное уменьшение расхода до нижнего значения и выражения (4), где оно опят равно 0,86 от оптимального расхода. На фиг. 3 графически показано изменение, расхода и забойной мощности при настоящем способе регулирования на при мере бурения интервала 10ОО-350О м долотом 19О мм, на бурильных трубах 114 мм, при рабочем давлении в насосах P. кг--/см и удельном весе промывочной жидкости 1,6 г/см . кривая АБ воспроизводит изменение мощности при регулировании расхода обычным способом. Кривые ВГ и ДЕ соответствуют регулированию настоящим способом. Из графика внано, что на глубине 2500 м произведена, замена компо новки забойного двигателя и долота (точ ки Г и Д) . Графики фиг. 3 свидетельствуют об эффективности настоящего способа, позволяющего существенно увеличить гидрав лическую мощность, доведя ее до величи 76 ны, близкой к максимальной (98%), и значительно снизить расход энергии на привод буровых насосов. В рассматрива§мом случае при бурении интервала 25ОО-35ОО м достигается увеличение забойной мощности по сравнению с обычным регулированием на 25% при снижении мощности в насосах на ЗО%. Формула изобретения Способ подвода к забою скважины гидравлической мощности, заключающийся в регулировании расхода промывочной жидкости с помощью регулируемого привода, обличающийся тем, что, с цепью повышения эффективности использования мощности буровых насосов за счет приближения на всем интервале бурения скважины гидравлической забойной мощности к ее максимальной величине, соответствующей оптимальному расходу промывочной жидкости, бурение веду при расходе промывочной жидкости в пределах 0,86-1,14 от оптимального расхода, причем начинают бурение при расходе промьгаочной жидкости 0,86 от оптимального расхода и по мере углубления скважины плавно его изменяют до величины 1,14 от оптимального, поддерживая постоянное давление в насосах, а затем расход скачкообразно уменьшают до О,86 от оптимального расхода путем изменения гидравлической характеристики забойного двигателя и долота, после чего при дальнейшем углублении скважины цикл повторяют. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Справочник инженера по бурению. М., Недра, 1973, с: 473-474. 2.Панрфенов В. М. и Моцохейн В. И. Разработка и внедрение регулируемого электропривода, М., Энергия, 1971, с, 27-30.

ЪОО

SO О iOO

Д

I

iO15

30