Способ бурения скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B21/14 

(54) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

1

Изобретение относится к бурению скважин различного назначения, а именно к способам бурения скважин с создаваемой эрлифтом обратной промывкой.

Известны способы бурения с создаваемой эрлифтом (газлифтом) обратной промывкой, заключающиеся в том, что в колонну бурильных труб через смеситель, размещенный на некоторой глубине под уровнем жидкости в скважине, подается сжатый воздух (газ). В результате аэрирования жидкости в скважине нарушается гидравлическое равновесие. Промывочная жидкость, омывая забой и породоразрушающий наконечник, подхватывает выбуренную породу и поступает в бурильную колонну 1 .

Известен способ бурения скважин путем создания эрлифтом обратной промывки и выходом промывочной жидкости, несущей выбуренную породу на поверхность с доливом скважины в процессе углубления, при котором воздух к смесителю, размещенному на некоторой глубине под уровнем жидкости в скважине, подается по кольце1 му зазору в двойной колонне бурильных труб. Интенсивность промывки регулируется величиной погружения смесителя под

уровень жидкости в скважине и расходом сжатого воздуха. Во время работы эрлифта промывочная жидкость доливается в сообщающееся с атмосферой скважины 2}. Недостатком известного способа является необходимость применения специального оборудования и инструмента, вертлюгов с двумя каналами для специальных вращающихся головок для подачи .воздуха: ведущих труб с продольными каналами для воз,Q духа, двойных бурильных труб. Поэтому известный способ бурения с создаваемой эрлифтом обратной промывкой и выходом промывочной жидкости на поверхность при меняется ограничено, а при бурении с применением тяжелого бурильного инструмента,

15 например, при бурении скважин на нефть и газ, не используется вообще из-за отсутствия соответствующего специального оборудования и инструмента.

Цель изобретения - повыщение эффективности бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе бурения скважин путем создания эрлифтом обратной промывки и выходом промывочной жидкости, несущей выбуренную породу на поверхность, сжатый воздух

для работы эрлифта подается в герметизированное на устье кольцевое пространство между бурильной и обсадной колоннами, а ввод воздуха в бурильную колонну на глубине, обеспечивающей работу эрлифта, осуществляют через смеситель при давлении, , превыщающем статическое давление столба жидкости в кольцевом пространстве на глубине нахождения смесителя после углубления скважины на заданную глубину.

Необходимая величина оттеснения раздела воздух-вода в скважине определяется в общем случае величиной проходки за долбление. При этом рабочее давление воздуха в кольцевом пространстве состав (AH-l- K)V

Р-to

где р-рабочее давление воздуха;

АН - погружение смесителя под уровень жидкости в скважине перед началом очередного долбления; - величина проходки за долбление; К - расстояние от смесителя до раздела воздух-жидкость в конце долбления;

j - удельный вес жидкости, заполняющий скважину.

Если при расчете из соотношения величина долбления окажется выше максимального давления, развиваемого компрессором, или при данной проходке за долбление необходимо оттеснение раздела воздух-жидкость ниже подошвы непроницаемых пород, залегающих ниже башмака обсадной колонны, то в расчете из соотношения вместо величины Р используется величина Р , (;оставляющая некоторую часть от 1. В этом случае после углубления скважины на производится частичный подъем бурильной колонны, смеситель представляется на 1 метров выше по бурильной колонне и углубление скважины- продолжается. Т. е. смеситель перемещается постоянно в одном и том же интервале. Перестановку смесителя целесообразно совмещать с очередным наращиванием бурильной колонны.

Расход воздуха, необходимый для обеспечения заданной производительности эрлифта оценивается по известным формулам и уточняется опытным путем.

Создание и поддерживание в кольцевом пространстве давления воздуха из соотношения достигается конструкцией смесителя. Используемый при реализации способа смеситель представляет собой переходник, в боковой стенке которого имеется сквозное сверление, куда помещаются сменные диафрагмы. Площадь проходного сечения диафрагмы, принимается такой, чтобы даже при максимальном, снижении давления в бурильной колонне во время работы эрлифта, давление воздуха в кольцевом пространстве

не снижалось бы ниже рабочего давления, определенного соотношением.

Исходя из этого, площадь проходного сечения диафрагмы определяется по известным формулам, описывающим критическое

истечение газа через насадки.

Если в ходе работ оказывается, что вследствие недостаточного учета конкретных условий давление в кольцевом пространстве выше или ниже определяемого по соотношению, то производится замена диафрагмы смесителя соответственно на диафрагму с большим или меньшим отверстием.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа бурения с создаваемой эрлифтом обратной промывкой и выходом промывочной жидкости, транспортирующей выбуренную породу на поверхность для первого варианта, когда для промывки используется пластовая вода; на фиг. 2 - положение раздела воздух-жидкость в скважине после

спуска смесителя на величину ЛН ниже начального уровня жидкости Нн; на фиг. 3 - положение разделов воздух-жидкость, воздух-аэрированная жидкость после создания в кольцевом пространстве между бурильной и обсадной колоннами заданного давления

воздуха и оттеснения раздела воздух-жидкость на сумму величин АН, 1, К ниже первоначального положения на глубине Нн (1 - величина углубления скважины за долбление, К - расстояние между смесителем и разделом воздух-жидкость в конце дробления); на фиг. 4 - положение разделов в скважине, смесителя и долота после углубления скважины за очередное долбление на определенную величину; на фиг. 5 - укрупненное изображение отверстия смесителя.

Способ реализуется следующим образом.

Воздух от компрессора 1 подается в кольцевое пространство между обсадной колонной 2 и бурильной колонной 3, герметизированное на устье вращающимся превентором 4 или другим пригодным для данной цепи устройством. Подаваемый в кольцевое пространство воздух поступает в бурильную колонну 3 через диафрагму 5 смесителя 6. Вода из водоносного пласта 7 поступает в ствол скважины, омывает забой и породоразрушающий конечник 8, захватывает выбуренную породу и поднимается по бурильной колонне 3, проходит через

ведущую трубу (не показана), вертлюг 9 и по шлангу 10 попадает в емкость 11 для сбора воды и выбуренной породы. Вода из емкости 1 насосом 12 закачивается в герметизированное пространство между обсадной 2 и бурильной 3 колоннами. Если позволяют требования охраны окружающей среды, то вода из емкости 11 не закачивается в скважину, а сбрасывается в поверхностные водотоки.

По второму варианту для очистки забоя используется не пластовая вода, а промывочная жидкость, подаваемая насосом 12 в кольцевое пространство с расходом, равным производительности эрлифта.

Первый вариант, с использованием для промывки пластовой воды предназначен, в основном, для прохождения водоносных горизонтов, поглощающих промывочную жидкость при прямой промывке, а также для вскрытия водоносных горизонтов в буровых скважинах на воду. При использовании в качестве газообразного агента для работы газлифта природного или инерт ного газа имеется возможность вскрытия нефтяных пластов.

Второй вариант, с использованием для промывки промывочной жидкости, подаваемой в кольцевое пространство насосами, предназначен для вскрытия продуктивных пластов с регулируемым противодавлением на пласт, а также в других случаях.

По известным формулам устанавливается расход промывочной жидкости, необходимый для очистки забоя в данных условиях при осуществлении обратной циркуляции по формулам оцениваются основные гидравлические сопротивления (в долоте, бурильных трубах), а также дополнительное давление столба жидкости за счет содержания в ней выбуренной породы. Перепад давления, создаваемый эрлифтом, должен превышать суммарные гидравлические сопротивления. Исходя из обеспечения нормальной работы эрлифта, задается глубина погружения смесителя под уровень жидкости в скважине. По соотношению определяется величина рабочего давления воздуха в кольцевом пространстве. По величине давления в кольцевом пространстве и заданному расходу воздуха, принимая режим истечения критическим, по известным формулам газодинамики определяется диаметр, отверстия диафрагмы смесителя. Производится спуск бурильного инструмента в скважину. Кольцевое пространство между обсадной и бурильной колоннами герметизируется вращающимся превентором или другим пригодным для герметизации устройством. В кольцевое пространство подается воздух (долото в это время находится над забоем). После получения притока пластовой воды (при работах по первому вариан ту) и прекращения роста давления, обусловленного продолжающимся после выброса оттеснением воды ниже смесителя, производится замер расхода воды. Если расход воды или давление не соответствует заданным, то корректируется глубина погружения смесителя, величина отверстия диафрагмы. Если необходимости в корректировке нет, начинается углубление скважины. Поступающая из скважины вода через промежуточную емкость, где она освобождается от шлама, сбрасывается в поверхностные

водотоки или закачивается насосом в герметизированное кольцевое пространство. При работе по второму варианту имеются некоторые особенности. При начале работы эрлифта в кольцевое пространство насосом подается промывочная жидкость с расходом, равным производительности эрлифта, о чем судят по постоянству уровня жидкости в приемной емкости. Для регулирования противодавления на забой уроj вень жидкости в скважине перед началом циркуляции промывочной жидкости снижается на заданную величину.

Вращение долота осуществляется ротором или электробуром.

Бурение по предлагаемому способу осуществляется с применением обычного бурового оборудования. Это позволяет снизить затраты на оборудование и расширить область применения бурения с создаваемой эрлифтом обратной промывкой и выходом промывочной жидкости на поверхность, использовать, его в тех областях, где оно ранее не применяется из-за отсутствия соответствующего специального оборудования и инструмента, в частности при бурении на нефть и газ. Применение предлагаемого способа

5 при бурении на нефть и.газ способствует сокращению затрат на бурение, так как в ряде случаев отпадает необходимость в проведении дорогостоящих мероприятий по борьбе с поглощениями промывочной жидкости, повышается и качество вскрытия пластов путем регулирования противодавления на продуктивный пласт в процессе бурения.

Формула изобретения

Способ бурения скважин путем создания эрлифтом обратной промывки и выходом промывочной жидкости, несущей выбуренную породу на поверхность, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности бурения, сжатый воздух для работы эрлифта подается в герметизированное на устье кольцевое пространство между обсадной и бурильной колоннами, а ввод воздуха в бурильную колонну на глубине, обеспечивающей работу эрлифта, осуществля5 ют через смеситель при давлении, превышающем статическое давление столба жидкости в кольцевом пространстве на глубине нахождения смесителя после углубления скважины на заданную величину.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Волков А. С. и Волокитенков А. А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. М., «Недра, с. 39- 41, 1970.

7

/ . Аэраро анмо

Ж

Ш

гд:

-U-L

JL

фуг.