способ очистки ствола скважины

Формула изобретения

1. Способ очистки ствола скважины, включающий спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству дополнительной порции вязкого бурового раствора, отличающийся тем, что для удаления застойных зон вместе со скопившимся в них шламом вначале измеряют статическое и касательное напряжения сдвига рабочего бурового раствора в соответствующих термобарических условиях, определяют касательное напряжение сдвига дополнительной порции вязкого бурового раствора в тех же термобарических условиях и рассчитывают высоту дополнительной порции вязкого бурового раствора из соотношения:

F F_y или _дпр h_дпр+ _бр h_бр l , при том, что h_бр= l - h_дпр,

где _дпр, _бр - касательные напряжения сдвига на поверхности застойного слоя, соответственно дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, Па;

h_дпр, h_бр - высота столба в кольцевом пространстве скважины, соответственно дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, м;

F - силы сопротивления на поверхности застойной зоны, возникающие при движении дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, Н;

F_у - удерживающие силы (силы реакции), зависящие от прочности структуры бурового раствора застойной зоны, Н;

l - глубина скважины, м;

- статическое напряжение сдвига бурового раствора, циркулирующего в скважине, замеренное за время стабилизации роста его значения, Па,

затем приготавливают дополнительную порцию вязкого бурового раствора в объеме:

V_дпр= S_к.п h_дпр,

где V_{дпр –} объем дополнительной порции вязкого бурового раствора, м³ ;

S_к.п.- площадь кольцевого пространства скважины, мІ ,

и прокачивают ее по бурильной колонне и кольцевому пространству скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные порции вязкого бурового раствора приготавливают из рабочего бурового раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области глубокого бурения скважин и может быть использовано для очистки ствола скважины от шлама при вскрытии неустойчивых пород, склонных к осыпям и обвалам с образованием каверн.

Известен способ очистки ствола скважины по пат. РФ №2041338, МПК₆ Е 21 В 21/08. Способ включает спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству порции дополнительного бурового раствора с плотностью на 500 кг/м³ больше или меньше плотности рабочего бурового раствора.

"Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности", М., 1998 г. - РД 08-200-98 не допускается отклонение плотности бурового раствора, находящегося в циркуляции, более чем на 200 кг/м³ от установленной проектом величины. Недостатком способа также является и то, что он не очищает скважину от образующихся застойных зон со скопившимся в них шламом.

Наиболее близким решением является способ бурения скважины по авт. св. №1072546, МПК Е 21 В 21/00. Способ включает разрушение горных пород, непрерывную циркуляцию промывочной жидкости и периодическую циркуляцию порции дополнительной жидкости вязкоупругого состава, состоящего из 1-0,6% водного раствора полиакриламида, 37-40% формальдегида и 4-10% водного раствора гексарезорциновой смолы.

Недостатки данного способа:

- не учитывается высота порции дополнительной жидкости и ее реологические характеристики, а именно пристенные касательные напряжения сдвига, возникающие при движении бурового раствора по кольцевому пространству скважины. Отсутствие этих данных не позволяет установить сдвигающее усилие для разрушения застойных зон и удаления их со скопившимся в них шламом;

- порцию дополнительной жидкости приготавливают из компонентов, не входящих в состав рабочей промывочной жидкости.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности бурения скважин за счет снижения затрат непроизводительного времени на проработку ствола скважины.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки ствола скважины, включающем спуск в скважину бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора и периодическую прокачку по бурильной колонне и кольцевому пространству дополнительной порции вязкого бурового раствора, вначале для удаления застойных зон вместе со скопившимся в них шламом измеряют статическое и касательное напряжения сдвига рабочего бурового раствора, определяют касательное напряжение сдвига и высоту дополнительной порции вязкого бурового раствора из соотношения

F F_y или _дпр h_дпр+ _бр h_бp l ,

при том, что h_бр=l - h_дпр,

где _дпр, _бр - касательные напряжения сдвига на поверхности застойного слоя соответственно дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, Па;

h_дпр, h_бр - высота столба в кольцевом пространстве скважины соответственно дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, м;

F - силы сопротивления на поверхности застойной зоны, возникающие при движении дополнительной порции вязкого бурового раствора и рабочего бурового раствора, Н;

F_y - удерживающие силы (силы реакции), зависящие от прочности структуры бурового раствора застойной зоны, Н;

l - глубина скважины, м;

- статическое напряжение сдвига бурового раствора, циркулирующего в скважине, замеренное за время стабилизации роста его значения, Па,

затем приготавливают дополнительную порцию вязкого бурового раствора в объеме

V_дпр=S_кп h_дпр,

где S_кп - площадь кольцевого пространства скважины, м²,

и прокачивают ее по бурильной колонне и кольцевому пространству скважины. Дополнительные порции вязкого бурового раствора приготавливают из рабочего бурового раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину спускают бурильную колонну с породоразрушающим инструментом и прорабатывают зашламленный интервал.

В процессе промывки скважины отбирают пробу рабочего бурового раствора и измеряют статическое напряжение сдвига рабочего бурового раствора в соответствующих термобарических условиях за время стабилизации этого значения и касательное напряжение сдвига рабочего бурового раствора, возникающее при его движении.

Определяют касательное напряжение сдвига дополнительной порции вязкого бурового раствора. Рассчитывают высоту дополнительной порции вязкого бурового раствора при ее прокачивании по кольцевому пространству скважины по формуле

Затем определяют объем дополнительной порции вязкого бурового раствора исходя из площади кольцевого пространства скважины по формуле

V_дпр=S_кп h_дпр,

где S_кп - площадь кольцевого пространства скважины, м².

После этого приготавливают дополнительную порцию вязкого бурового раствора путем обработки рабочего бурового раствора химическими реагентами, например, каустической содой, бентонитовой глиной и другими реагентами. Дополнительную порцию вязкого бурового раствора прокачивают по бурильной колонне и кольцевому пространству скважины.

Бурение или проработку продолжают до появления признаков зашламленности ствола скважины, после чего операцию повторяют.

Пример:

Скважина глубиной 3000 м. Диаметр долота D_дол.=394 мм, бурильный инструмент диаметром d=140 мм.

Проведение спускоподъемных операций осложнилось длительными проработками из-за накопления шлама в стволе скважины. Для очистки ствола скважины необходимо найти объем дополнительной порции вязкого бурового раствора.

Прежде всего спустили в скважину бурильную колонну с породоразрушающим инструментом до появления признаков зашламленности ствола скважины, и осуществили непрерывную циркуляцию рабочего бурового раствора. Замерили статическое напряжение сдвига рабочего бурового раствора за время стабилизации этого значения и определили динамическое напряжение сдвига рабочего бурового раствора _бр в соответствующих термобарических условиях. В результате измерений было установлено следующее:

=20 Па,

_бр=5 Па.

После этого задали значение касательного напряжения сдвига дополнительной порции вязкого бурового раствора _дпр.

_дпр=30 Па.

Исходя из этого, нашли высоту дополнительной порции вязкого бурового раствора h_дпр при ее движении по кольцевому пространству скважины по формуле

отсюда определили

h_дпр 1800 м.

Приготовили дополнительную порцию вязкого бурового раствора из рабочего бурового раствора, обработанного бентонитовой глиной с добавлением каустической соды, в объеме

V_дпр=S_кп h_дпр,

где S_кп - площадь кольцевого пространства скважины, м²,

Тогда V_дпр=0,106 1800=191 м³.

Прокачали по циклу скважины дополнительную порцию вязкого бурового раствора.

Таким образом, способ очистки ствола скважины основан на определении расчетным путем реологических параметров дополнительной порции вязкого бурового раствора до его приготовления из рабочего бурового раствора, что позволяет исключить из производственного процесса непроизводительное время на проработку ствола скважины и сократить материальные затраты при разбуривании неустойчивых отложений, склонных к осыпям и обвалам.