способ создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных и наклонно направленных скважин винтовым забойным двигателем с большими смещениями забоев от устья скважины

Формула изобретения

Способ создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных и наклонно направленных стволов с большими смещениями забоев от устья скважин, включающий углубление забоя долотом в сочетании с винтовым забойным двигателем ВЗД, отличающийся тем, что сначала по величине необходимой нагрузки на долото и удельного его момента определяют рабочий момент на валу двигателя, достаточный для вращения породоразрушающего инструмента под необходимой нагрузкой на долото, после этого по характеристике винтового забойного двигателя находят перепад давления на двигателе при работе с рабочим моментом и в холостом режиме его работы, затем после спуска бурильного инструмента с долотом и винтовым забойным двигателем до забоя скважины и выравнивания параметров бурового раствора регистрируют давление на стояке буровой установки в холостом режиме работы ВЗД (долото над забоем), после этого производится создание необходимой нагрузки на долото разгружением веса бурильной колонны на забой до тех пор, пока давление на стояке не вырастет на величину разницы давлений в рабочем и холостом режимах работы ВЗД, определенных по его характеристике, после этого величина нагрузки на долото в процессе бурения контролируется по этой величине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных стволов и наклонно направленных скважин винтовым забойным двигателем с большими смещениями забоев от устья скважины.

Известен способ бурения нефтяных и газовых скважин с использованием гидравлического забойного двигателя. При этом контроль за осевой нагрузкой на долото осуществляют по индикатору веса ГИВа, установленного рядом с рабочим местом бурильщика на буровой (см. книгу Ю.В.Вадецкого. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1973 г., стр.245).

Известен также способ контроля режима работы забойного двигателя в забойных условиях по показаниям забойного гидротахометра (см. тот же источник - книга Вадецкого Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1973 г., стр.59).

В этом способе, как и в вышеотмеченном способе, контроль за создаваемой осевой нагрузкой ведется по наземному индикатору веса, а частоту вращения долота - выходного вала двигателя контролируют по гидротахометру. Показание манометра на стояке в этом способе фиксирует остановку двигателя и сопутствующее этому резкое повышение перепада давления.

Известен также способ контроля режима работы породоразрушающего инструмента при бурении скважин винтовым забойным двигателем (см. описание к авторскому свидетельству №1376649, Е21В 4/02, опубл. в БИ №36, 30.09.90 г., прототип).

Известный способ предусматривает регистрацию давления, соответствующего режиму работы двигателя на забое без нагрузки после промывки забоя скважины, и стабилизацию перепада давления в нагнетательной линии и под нагрузкой, причем регистрацию давления в нагнетательной линии производят при постоянной нагрузке на долото, измеряемой по наземному индикатору веса. При этом допустимый износ породоразрушающего инструмента определяют из соотношения величин давлений, замеренных в начале бурения и его текущего значения. А контроль создаваемой осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент ведется так же, как и в аналогах по наземному индикатору веса.

Общим недостатком описанных аналогов и прототипа является то, что при бурении как горизонтальных, так и наклонно направленной скважины долотом в сочетании с винтовым забойным двигателем с большим смещением забоев от устья скважины определение нагрузки на долото по данным наземного индикатора веса не отражает истинную создаваемую забойную нагрузку на долото. Объясняется это тем, что из-за больших сил трения колонны бурильных труб о стенки наклонных и горизонтальных стволов передаваемая нагрузка на забой от колонны бурильных труб по своей величине значительно меньше. Это кратно снижает механическую скорость бурения, приводит к увеличению продолжительности бурения и затрат на строительство скважин.

Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим спуск и углубление забоя долотом в сочетании с винтовым забойным двигателем и создание нагрузки на долото разгружением веса бурильной колонны на забой. Новым является то, что сначала по величине необходимой нагрузки на долото G_Д и удельного его момента М _УД определяют момент на валу двигателя М _ДВ для вращения долота под нагрузкой G_Д , затем по характеристике двигателя находят перепад давления Р =Р_P-Р_X на двигателе, возникающий при реализации этого момента при расходе промывочной жидкости Q, где:

Р - перепад давления на двигателе (МПа);

Р _P - давление на двигателе, соответствующее моменту М _ДВ, (МПа);

P_X - соответствует давлению на двигателе в холостом режиме работы, (МПа).

Создание необходимой нагрузки на долото осуществляют разгружением веса бурильной колонны на забой до тех пор, пока давление на стояке не вырастет на величину упомянутого перепада давления Р_P-Р_X, затем величину нагрузки на долото в процессе бурения контролируют по этой величине.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображена скважина с горизонтальным стволом и со спущенной туда колонной бурильных труб с долотом в сочетании с винтовым двигателем, где видна часть бурильной колонны под собственным весом лежит на нижней стенке ствола. Это вследствие большой силы трения препятствует созданию нагрузки на долото разгружением веса бурильной колонны. Из-за этого определение истинной нагрузки на долото по индикатору веса ГИВ делается невозможным.

На фиг.2 приведена стендовая характеристика винтового двигателя ВЗД, который является машиной объемного типа. При бурении с ростом нагрузки на долото растет момент на валу двигателя, что в свою очередь приводит к увеличению перепада давления на двигателе Р. Изменение давления на двигателе приводит к росту давления на стояке буровой на такую же величину, поскольку при работе с постоянной производительностью остальные составляющие давления на стояке (в обвязке нагнетательной линии буровой, потери давления в долоте, в бурильных трубах, в кольцевом пространстве ствола скважины, в двигателе в холостом режиме его работы) остаются постоянными.

Способ заключается в следующем. По данным геолого-технического наряда или проекта сначала определяют нагрузку G_Д на долото 1, достаточную для эффективного разрушения горных пород забоя скважины 2, затем с использованием величины удельного его момента М _УД определяют момент на валу винтового двигателя 3, потребный для вращения породоразрушающего инструмента - долота при бурении. Например, если при бурении долотом типа ТЗ с диаметром 215,9 нагрузка на долото составляет 20 т, М _уд=10 кгм/т, М_дв=G _д×М_уд=20×10=200 кгм. По характеристике двигателя определяем давление в холостом режиме работы двигателя и при работе с моментом на валу 200 кгм (см. фиг.2) Р_Р=2,8 МПа и Р_х =0,9 МПа

Р =Р_Р-Р_Х =2,8-0,9=1,9 МПа,

следовательно, от создания нагрузки на долото 20 тс давление на стояке должно расти на величину 1,9 МПа.

Таким образом, для создания необходимой нагрузки на долото необходимо разгружать вес бурильной колонны 4 до тех пор, пока давление на стояке не вырастет на величину (Р _Р-Р_Х), в рассмотренном выше случае - 0,9 МПа. Затем величину нагрузки на долото в процессе бурения контролируют по этой величине.

Способ испытывался в промысловых условиях при бурении скважин №1762Б и №7336Г на месторождении нефти Татарстана. Так, перед началом углубления скважины №1762 Б с использованием предлагаемого способа глубина забоя составляла 1717 м, зенитный угол 60°. Проходимые породы - глинистые сланцы - аргиллиты, алевролиты.

Параметры использованного бурового раствора при проходке следующие:

1. Плотность бурового раствора, 1 кг/м 3	=1260
2. Условная вязкость, с	Т=65
3. Показатель фильтрации, см3/30 мин	Ф=3
4. Водородный показатель	pН=8
5. Статическое напряжение сдвига,
6. Пластическая вязкость, мПа·с	=28
7. Динамическое напряжение сдвига,

Компоновка низа бурильной колонны (КНБК):

Долото III 215,9 СЗГАУ

Винтовой забойный двигатель ДВР-176 м

Телесистема, бурильные трубы ТБПК - 127×9,19

Необходимая нагрузка на долото - 20-22 т,

М_уд=10 кгм/т, М_дв =G_д×М_уд=20×10=200 кгм

По характеристике двигателя находим (фиг.2):

при М_дв=0 Р_Х=0,9 МПа, при М_дв=220 кгм Р_Р =3,15 МПа, тогда

Р =Р_Р-Р_х =3,15-0,9=2,25 МПа

В начале бурения определили давление на стояке буровой установки в холостом режиме работы винтового забойного двигателя 3 (долото над забоем), которое составило 6 МПа. Затем при работающем винтовом двигателе при расходе промывочной жидкости 16 л/сек разгрузили вес бурильной колонны 4 на забой до тех пор, пока давление на стояке не выросло на 2,25 МПа и составило 8,25 МПа. Разница Р_Р-Р _х=8,25-6=2,25 МПа обеспечивает момент на валу двигателя 220 кгм и соответствует осевой нагрузке на долото 20-22 тс. Механическая скорость бурения с использованием предложенного способа составила 1,7 м/час против 1 м/час при обычном способе бурения без применения предлагаемого способа с нагрузкой на долото по ГИВ-2 18-20 т. Положительный эффект получен и при бурении условно горизонтального ствола длиной 150 м с углом наклона 79,1° в скважине 7336 Г. Здесь увеличение механической скорости составило 2, 3 раза при разнице Р_Р-Р_Х =10,5-8,5=2 МПа, что соответствовала 20 тс забойной осевой нагрузки на долото.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Его использование в сравнении с аналогами позволяет создавать необходимую нагрузку на долото при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин винтовыми забойными двигателями простым способом без применения дорогих специальных забойных контрольно-измерительных приборов. Создание необходимой нагрузки на долото и возможность ее контроля по показанию манометра на стояке в процессе бурения с ВЗД позволяет успешно пробуривать скважину в ускоренном темпе и, следовательно, значительно сократить затраты на ее строительство.

Источники информации

1. Кн. Ю.В.Вадецкого Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1973 г., стр.59, стр.245.

2. Описание к а.с. СССР №1376649, МПК Е 21 В 4/02, опубл. В БИ №36, 30.09.90 г.