Способ гидромеханического бурения скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B21/00 E21B7/18 

(5) СПОСОБ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Изобретение относится к бурению скважин, а точнее к гидромеханическо му бурению. Известно, что при гидромеханичес ком бурении промывочный агент насоса ми нагнетается в бурильную колонну и подается на забой через насадки гидромонтирного долота в виде высоконапо ных струй, которые совместно с воору жением долота приводят к разрушению забоя. Выбуренная порода транспортируется на поверхность потоком промывочного агента, движущимся в затрубном пространстве ООднако эффективность такого разрушения мала из-за недостаточного перепада давления в насадках долота. Более эффективен способ гидромеханического бурения скважин, включаю щий подачу по промывочному каналу бурильной колонны на забой скважины основного промывочного агента, подачу на забой дополнительного промывоч ного агента с плотностью большей ПЛОТНОСТИ основного промывочного агента и разрушение забоя скважины высоконапорной струей дополнительног6 агента. Подача дополнительного агента осуществляется по автономному каналу, а транспортировка обоих агентов на поверхность производится по общему каналу. Перепад давления в насадках, определяемый разностью давлений в автономном канале и затрубном пространстве, увеличивается на величину разницы гидростатических давлений столба дополнительного агента и столба смеси двух агентов, которая с углублением скважины возрастает. В результате перепад давления в насадках достигает величины, достаточной для эффективного разрушения забоя 2. Однако известный способ ViMeeT ограничения по применению, связанные с тем, что при использовании бурильных труб малого диаметра размещение в них дополнительного автономного канала, рассчитанного на высокие внутренние давления, становится пра тически невозможным исходя из прочностных характеристик современных материалов и величин гидравлических сопротивлений, возникающих при прокачке основного и дополнительног агентов. Цель изобретения - расширение об ласти применения. Указанная цель достигается тем, что подачу обоих агентов производят по промывочному каналу поочередно, причем промывочный канал в процессе разрушения забоя скважины высоконапорной струей частично перекрывают. На чертеже-представлена схема ос ществления способа гидромеханическо бурения. Долото 1 с промывочным каналом 2 управляемым с поверхности клапаном для перекрытия промывочного канала 2 соединено с бурильной колонной , с занной через буровые насосы 5 и 6 с |амбаром 7, з котором находятся пром вочный агент 8 и дополнительный аге 9. Внутренняя полость 10 бурильной КОЛОННЫ сообщается через промывоч ный канал 2 долота 1 с затрубным пространством 11, которое свя|рано с амба.ром 7 жалобной системой 12. Процесс бурения начинается после того, как дополнительный агент 9, нагнетаемый насосом 6 в бурильную колонну k, заполнит ее внутреннюю полость 10. Затрубное пространство 11 в этот момент заполнено промывочным агентом 8. В процессе бурения дополнительный агент 9 подается в виде высоконапорной струи на забой через частично прикрытый клапаном 3 проходной канал 2 долота 1. После наращивания в бурильную колонну насосом 5 нагнетается промывочный агент 8. При этом клапан 3 обеспечивает полное открытие проходного канала 2. Время, в течение которого продолжается нагнетание промывочного агента 8 в бурильную колонну k, равн разнице между временем полного цикла циркуляции промывочного агента 8 в бурильной колонне k и затрубном пространстве 11 и временем заполнения дополнительным агентом 9 внутренней полости 10 при одном и том же значении расхода. После нагнетания промывочного агента 8 В бурильную 9 54 , колонну ц насосом 6 в течение времени, необходимого для заполнения внутренней полости 10, нагнетается дополнительный агент 9.К моменту заполнения внутренней полости 10 дополнительным агентом 9 завершается полный цикл циркуляции. За это время затрубное пространство полностью заполняется промывочным агентом 8. После заполнения внутренней полости 10 дополнительным агентом 9 проходной канал 2 долота 1 вновь частично перекрывается клапаном 3, расход дополнительного агента 9 уменьшается и процесс бурения повторяется до следующего наращивания бурильной колонны А. Промывочный агент 8 и дополнительный агент 9 из затрубного пространства 11 по желобной системе 12 попадают в амбар 7. Так как эти агенты различаются по плотности, они легко разделяются в амбаре 7. Моторесурс долота 1 более рационально используется, если разрушение забоя долотом 1 производится только во время подачи на забой дополнительного агента 9- Если в качестве промывочного агента 8 использовать, например, техническую воду с плотностью 1,0 г/см, а в качестве дополнительного агента -„тетрабромэтан плотностью 2,5 г/см ,то на глубине 000 м в начале процесса бурения согласно предлагаемому способу разница гидростатических давлений столбов дополнительного агента 9 и промывочного агента 8 составит 600 кг/см . Эта величина при расходе дополнительного агента 9 равном 5,0 л/с и площади живого сечения струи 7,2 мм , согласно расчету, проведенному во ВНИИБТ на основании экспериментальных данных, создает напор струи, который при совместном действии с вооружением долота обеспечивает механическую скорость проходки свыше 200 м/ч. При современном буровом оборудовании максимальный интервал бурения между двумя наращи ваниями составляет 25 м/ч, время бурения этого интервала со скоростью, например, 125 м/ч (величина которой ограничивается необходимостью очистки призабойной зоны от выбуренной породы) равно. 12 мин. За это время в затрубное пространство 11 при вышеуказанном расходе будет подано ЗбОО л дополнительного агента 9 При диаметре Ь равном 21 мм, и бурильной колонне t с наружным диаметром П мм этот объем вместе с выбуренной породой образует в затрубном пространстве 11 столб высотой 137 м, что при плотности породы, равной, 2,5 г/см, уменьшает разницу гидростатических давлений в бурильной колонне k и затнубном пространстве 11 на 20,7 кг/см . Такое уменьшение давления практически не снижает эффективности разушенйя забоя на всем протяжении интервала бурения между двумя наращиваниями бурильной колонны J. Время, в течение которого происхо дит нагнетание промывочного агента 8 в бурильную колонну k при расходе, например, 25 л/с, составляет в нашем примере 79,5 мин, а время, необходимое для заполнения внутренней полост 10 дополнительным агентом 9 при том же расходе, составляет 8,5 мин. Суммарное время, затраченное на полный цикл циркуляции, составляет 88 мин. С учетом этого времени (в те чение которого для более рационального использования моторесурса долота оно не вращается и не разрушает забой) средняя механическая скорость бурения составляет 15,0 м/ч. Однако проходка на долото будет определятьс механической скоростью бурения, равНОЙ в нашем примере 125 м/ч, что обеспечивает значительный рост технико-экономических показателей предлагаемого способа по сравнению с известными. Формула изобретения Способ гидромеханического бурения скважин, включающий подачу по промывочному каналу бурильной колонны на забой скважины основного промывочного агента, подачу на забой допол- . нительного промывочного агента с плотностью большей плотности основного промывочного агента и разрушение забоя скважины высоконапорной струей дополнительного агента, отличающийся тем, что, с целью расширения oблactи применения, подачу обоих агентов производят по промывочному каналу поочередно, причем промывочный канал в процессе разрушения забоя скважины высоконапорной струей частично перекрывают.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Мительман 5.И. и Гусман A.M. Гидромеханическое и эррозионное буре - ВНИИОЭНГ, 1971, с. 6-26. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 23)2030/22-03, кл. Е 21 В 21/00, 1976 (прототип).