Спосіб промивки свердловин

1. Спосіб промивки свердловин, який включає нагнітання рідини по циклах в бурильні труби до вибою і вихід його зі шламом на денну поверхню по кільцевому просторі, який відрізняється тим, що спочатку проводять оптимальний цикл нагнітання в бурильні труби рідини в кількості, яка визначається по механічнім швидкості буріння і діаметра породоруйнівного інструменту, а потім проводять форсований цикл нагнітання в бурильні 30287 роботи долота на вибої (відсутня "шламова подушка", зменшується диференційний тиск і т.п.). Експериментальні роботи на 4 свердловинах в інтервалі 2500...5000 метрів показали, що при бурінні стовбурів на оптимальній подачі механічна швидкість збільшилася в залежності від порід на 17...55%, а витрати гідравлічної потужності зменшилася на 15...33,2%. Величини оптимальних значень подачі для інших значень механічної швидкості буріння не приводимо. Це представляє собою інформацію, без якої реалізувати формулу винаходу практично неможливо. Для своєчасного транспортування шламу на денну поверхню в деяких випадках, щоб одержати швидкість вихідного пороку більше 0,5 м/с, необхідно оптимальну подачу збільшити на деяку величину, щоб одержати вказану швидкість висхідного потоку. Не значне збільшення подачі рідини в свердловину можна досягти шляхом збільшення числа подвійних ходів насосів або включенням в роботу іншого насосу, в якому встановлені пари втулка-поршень більшого діаметру. Промивка при бурінні з врахуванням своєчасного винесення шламу на денну поверхню проводиться циклами без зупинки промивки. Оптимальна подача чергується з повишеною подачею для своєчасного транспортування шламу на денну поверхню. Для своєчасного і повного транспортування зруйнованої породи на денну поверхню відомі способи інтенсифікації промивки. А.Е. Кулієв для ефективної промивки кільцевого вибою (А.Э. Кулиев "Промывка кольцевого забоя при пилотной проводке скважин", Изв. АН АзССР, серия - Науки о Земле, 1986, № 2, стр. 140...144) пропонує весь потік бурової рідини направляти із бокових насадок долота з таким розрахунком, щоб осі струмена перетинали площину кільця на відстані 1/3 його ширини в сторону осі долота. Відома також технологія покращення очистки вибоїв і свердловин великого діаметру від зруйнованої породи за рахунок періодичної зворотної промивки (В.П. Дерусов "Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин". М., Недра, 1984 г., стр. 168...169). Згідно цієї технології буріння ведуть в наступній послідовності - протягом 23 годин пряма промивка, потім буріння і промивку зупиняють і здійснюють ерліфтну зворотну промивку протягом 1-1,5 години. Після ерліфтної зворотньої промивки знову ведуть пряму промивку. Недостатки вказаного способу наступні: - для зворотньої промивки треба мати складне по конструкції спеціальне обладнання гирла свердловини; - необхідно зупиняти промивку, що приводить до зашламування свердловини і можливих аварій з бурильними трубами і долотом; - величина циклів точно вказана в часі: 2-3 години і 1-1,5 години, що не примінимо при бурінні глибоких свердловин, де цикли визначаються тільки розрахунками в залежності від глибини, діаметру свердловини, швидкості потоку рідини в труба х і в кільцевому просторі. Це рішення прийнято за прототип. В основу пропонуємого винаходу "Спосіб промивки свердловин" поставлено задачу уникнути вказаних недостатків, створивши спосіб промивки, який дозволяє збільшити механічну швидкість буріння свердловин і економити енергоносії в процесі буріння глибоких свердловин на нафту і газ. Наряду з іншими факторами механічну швидкість можна збільшити за рахунок зменшення диференційного тиску на вибій, виключенням "пригнічуючих" тисків, якісного очищення вибою свердловини від шламу, які досягаються регулюванням кількості подачі рідини через бурильні труби до вибою – оптимальної її величини. Ця задача вирішується таким чином. При прямій закачці рідини у в бурильні труби її подають почергово циклами - оптимальний цикл з подачею рідини в кількості, яка визначається по механічній швидкості буріння і має різні величини в залежності від діаметру породоруйнівного інструменту, і форсований цикл із закачкою рідини, кількість якої визначається з умов забезпечення швидкістю висхідного потоку для своєчасного виносу шламу на денну поверхню. Час циклу оптимальної подачі визначається по формулі: H H t опт = + , Vтр Vвисх а час форсованого циклу - по формулі: H tфор = , Vвисх де Н - глибина свердловини, м Vтр - швидкість рідини в бурильних труба х, м/с; Vвис х - швидкість висхідного потоку в кільцевому приборі, м/с. В кожному конкретному випадку в залежності від геологічних умов, темпу поглиблення свердловини, діаметру породоруйнівного інструменту визначають оптимальну величину подачі рідини в труби з метою якісного і своєчасного очищення вибою від шламу і транспортування його в кільцевий надвибійний простір. На основі експериментальних досліджень установлено, що величина оптимальної подачі рідини на 30-40% менша ніж подача рідини, яка існує зараз при бурінні свердловин при тих же діаметрах доліт і величинах механічної швидкості. Висхідний потік рідини транспортує шлам по кільцевому затрубному просторі на денну поверхню. За визначений час шлам, піднімаючись від вибою до поверхні, насичує рідину висхідного потоку. Для прискорення транспортування шлама на денну поверхню необхідно збільшити швидкість висхідного потоку, щоб вона була, наприклад, 0,5 м/с і більше. Це досягається шляхом збільшення подачі бурової рідини, щоб одержати необхідну швидкість висхідного потоку в кільцевому просторі. Збільшення подачі можна досягати не перериваючи потоку рідини шляхом збільшення числа подвійних ходів працюючого насосу або включення в роботу другого насосу із втулками більшого діаметру і виключенням з роботи працюючого насосу з втулками меншого діаметру. Тобто ми маємо промивку циклами, які чергуються: буріння ведеться з оптимальною подачею (вона менша ніж зараз приміняється) деякий час, а потім, не перериваючи промивку, збільшують на певний час подачу для прискорення виносу шламу на денну поверхню. В зв'язку із приміненням оптимальної (зменшеної) подачі рідини затрати гідравлічної потужності 2 30287 суттєво зменшаться. Наприклад, якщо буріння вести при подачі (Q) 17 л/с з тиском 80 атм, то гідравлічна потужність буде 129,4 кВт, а при 14 л/с 65 атм - 86,6 кВт. Тобто гідравлічна потужність зменшиться на 33,2%. На таку ж величину зменшаться і витрати енергоносіїв. Після цього циклу в свердловину закачують більше рідини. Цей цикл назвемо форсованим. Після цього циклу, час якого вираховують по формулі, кількість рідини зменшується до оптимальної величини. Запропонований спосіб для його реалізації не потребує додаткових механізмів, промивка ведеться без переривів, що виключає ускладнення в стовбурі свердловини. При цьому суттєво зменшуються витрати енергоносіїв і збільшується механічна швидкість буріння. Суттєвою (істо тною) ознакою новизни пропонуємого способу являється те, що в бурильні труби при циркуляції без її перериву закачують почергово промивну рідину циклони: цикл з оптимальною подачею рідини, яка визначена по величині механічної швидкості для різних діаметрів доліт і цикл з форсированою закачкою рідини, кількість якої визначається з умов, щоб забезпечити швидкість висхідного потоку рідини в кільцевому просторі для повного викиду шламу на денну поверхню. Суттєвою відміною являється те, що величина циклів визначається в залежності від глибини свердловини і швидкостей потоку рідини в трубах і в кільцевому затрубному просторі. Запропонований спосіб був випробуваний при бурінні 4 свердловин в інтервалі 2500-5600 м. Механічна швидкість в залежності від порід збільшилася на 17-55% при зменшенні витрат енергоносіїв на 15-33,2% що підтверджує ефективність і корисність нового способу. Таким чином, запропонований спосіб промивки має суттєві відмінності від існуючи х, елементи новизни, які при випробуванні на 4 свердловинах дозволили збільшити механічну швидкість буріння на 17-55% при зменшенні витрат енергоносіїв на 15-33,2%. Привожу приклад конкретного застосування технології "Спосіб промивки свердловин", використовуючи всі ознаки, наведені в формулі винаходу, і математичні формули. Свердловина діаметром 215,9 мм поглиблюється при вибої 3000 м (Н) з механічною швидкістю буріння (Vмех) - 2 м/г. Для якісного очищення ви бою і привибійної зони від шламу (зруйнованої породи) насос повинен подавати в бурильні труби згідно наших експериментальних даних оптимальну кількість рідини (Qопт) - 15 л/с (0,015 м 3/с). Таку кількість рідини забезпечує згідно технічної характеристики насос У8-6МА при 55 подвійних ходах поршня на циліндрових втулках діаметром 130 мм (такий тип насосів монтується на всіх надглибоких свердловинах). Швидкість висхідного потоку рідини в кільцевому просторі (Vвис х) буде 0,6 м/сек, що задовільняє єдиним технічним правилам буріння нафтових і газових свердловин. При вказаній оптимальній подачі промивної рідини буріння ведеться протягом часу, який визначається по формулі: tопт=(Н/Vтр)+(Н/Vвис х), де Н - глибина вибою свердловини, м; Vтp - швидкість рідини в бурильних тр убах, м/сек; Vтр=Q опт/fтр, де fтp - поперечний переріз внутрішнього простору бурильних труб , м 2. В наведеному прикладі 3000 3000 t опт = + = 0,015 0,09 0,015 0,62 = 6603 сек = 1 год 50 хв. Таким чином, величина оптимального циклу складає 1 годину 50 хвилин. Після цього часу виключають насос з циліндровими втулками діаметром 130 мм і включають другий насос, на якому встановлені втулки більшого діаметру, наприклад, 140 мм. Згідно технічній характеристиці при 65 подвійних ходах поршня насос подає в бурильні труби 23 л/с (0,023 м 3/с). Це буде форсований цикл закачки в бурильні труби рідини. Час форсованого тиску згідно формули винаходу визначається: 3000 t фор = H Vвисх = = 3000 сек = 50 хв. 0,023 : 0,023 Час форсованого циклу складає 50 хвилин і він на 1 годину менший оптимального циклу. В процесі буріння цикли чергуються. Подача в труби оптимальної кількості рідини, чергування циклів її подачі згідно експериментальних даних при бурінні 4-х глибоких свердловин зменшили витрати енергоносіїв (дизпаливо, електроенергія) на 15-33,3%, збільшили механічну швидкість буріння на 17-55%. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3