способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных породах

Классы МПК:E21B7/00 Особые способы или устройства для бурения
E21B21/00 Способы и устройства для промывки буровых скважин, например с использованием отработанного воздуха двигателя
Патентообладатель(и):Синев Станислав Васильевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-11-08
публикация патента:

Изобретение относится к области бурения. Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных породах включает формирование перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет изменения плотности промывочной жидкости. С целью увеличения скорости бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создают дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости. 4 ил. способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032

способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032

Формула изобретения

Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных породах, включающий формирование перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет изменения плотности промывочной жидкости, отличающийся тем, что с целью увеличения скорости бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создается дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу бурения горизонтальных и наклонных скважин в высокопроницаемых горных породах, которыми слагаются, в том числе, промышленные пласты углеводородов.

Известен способ бурения, в котором промывочная жидкость используется для выноса выбуренной породы на поверхность [1] (аналог). Недостатком известного способа является то, что промывочная жидкость не обеспечивает устойчивость стенок скважины и безопасность ведения работ (выбросы).

Этого недостатка лишен способ бурения, включающий, в том числе, бурение высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин, принятый за прототип [2], в котором используется промывочная жидкость разного состава различной плотности, гарантирующая безопасность ведения работ (выбросы) и устойчивость стенок скважины. В известном способе бурения стремятся минимизировать перепад давления столба промывочной жидкости (гидростатическое давление) и порового давления пластового флюида, т.е. перепад давления в системе «скважина-пласт» в надежде повышения скорости бурения.

Разрез горных пород осадочного комплекса, в которых, в основном, залегают углеводороды, представлен на 70% непроницаемыми горными породами, 25% - слабопроницаемыми и 5% - высокопроницаемыми. Отрицательное влияние гидростатического столба промывочной жидкости в скважине и величины ее плотности на скорость бурения непроницаемых и слабопроницаемых горных пород ввиду их полновесной представительности хорошо изучены, в отличие от незначительной презентабельности (5%) высокопроницаемых пород. Автором изобретения экспериментальным бурением в течение ряда лет установлено неоднозначное влияние перепада давления в системе «скважина-пласт» на скорость бурения высокопроницаемых горных пород. В определенном диапазоне перепада давления в системе «скважина-пласт», задаваемого, в том числе, плотностью промывочной жидкости, установлено положительное влияние этого перепада на скорость бурения. Установлено также расширение диапазона, в котором наблюдается это положительное влияние при увеличении плотности жидкости. Кроме того, при анализе результатов исследований просматривается тенденция расширения диапазона перепада давления, в котором отмечается рост скорости бурения в зависимости от управляемых факторов: нагрузки на долото, частоты его вращения и плотности промывочной жидкости.

С широким развитием строительства наклонных и горизонтальных скважин, в которых разбуриваемая мощность высокопроницаемых пород колоссально возросла, эффективность прохождения этих пород приобрело особую актуальность.

Целью изобретения является увеличение скорости бурения при разбуривании высокопроницаемых горных пород в наклонном и горизонтальном бурении.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе бурения путем дифференцированного использования диапазона перепада давления, в котором скорость бурения растет, создается дополнительный перепад давления повышением плотности промывочной жидкости.

На фиг.1 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P в системе «скважина-пласт» с различными частотами вращения долота n, причем n3>n2>n 1, при разбуривании непроницаемой горной породы на технической воде.

На фиг.2 показаны зависимости механической скорости V от перепада давлений способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P в системе «скважина-пласт» при разбуривании слабопроницаемой горной породы (известняк) на глинистом растворе в тех же частотах вращения долота n.

На фиг.3 представлены зависимости V(способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P) при бурении высокопроницаемых горных пород (песчаник) с промывкой забоя технической водой на тех же частотах вращения долота n3>n2>n1. Ромбиками 2 и 3 на оси ординат отмечены результаты бурения этого же песчаника той же проницаемости на частотах вращения долота n2 и n3 с очисткой забоя воздухом.

На фиг.4 приведены зависимости механической скорости V от перепада давлений способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P с частотами вращения долота n3>n2 >n1 при разбуривании высокопроницаемой горной породы (песчаник) на глинистом растворе. Ромбиками 2 и 3 на оси ординат выделен результат бурения этого же песчаника с очисткой забоя воздухом на частотах вращения долота n2 и n3 . Точкой 1 на оси ординат отмечено положение так называемой «критической» скорости, при которой она отображает скорость перемещения кольматационного слоя поверхности забоя при бурении. «Критическая» скорость определяет характер процесса бурения: если значение V ниже точки 1, характер графика зависимости V(способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P) формируется по траектории n1, при этом разбуривается кольматированный слой поверхности забоя; если V выше точки 1, график зависимости V(способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P) видоизменяется в соответствии закономерностям близким n2 и n3 с разбуриванием девственной (некольматированной) поверхности забоя.

Следует отметить, что дело здесь не столько в частоте вращения долота, сколько в абсолютной величине скорости бурения, которая находится в зависимости от целого ряда технико-технологических параметров.

Штриховой линией A обозначен перепад давления в системе «скважина-пласт», создаваемый плотностью (удельным весом) промывочной жидкости (глинистый раствор), используемый для очистки забоя скважины. Линией A1 обозначен перепад давления после увеличения плотности промывочной жидкости.

Автором изобретения процесс бурения горных пород различной проницаемости с очисткой забоя различными средами изучен достаточно подробно в эксперименте и предлагается к реализации в бурении наклонных и горизонтальных скважин, где высокопроницаемые породы представляют толщи больших мощностей и где положительный эффект может быть значимым.

Из фиг.3 и фиг.4 следует, что бурение высокопроницаемых пород с выносом выбуренной породы промывочной жидкостью могут существенно превосходить бурение с продувкой забоя воздухом (точки 2 и 3 на оси ординат фиг.3 и фиг.4). Сравнивая графики зависимости V(способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P) на фиг.3 и фиг.4 при очистке забоя скважины промывочной жидкостью различной плотности установлено, что плотность промывочной жидкости расширяет диапазон роста скорости бурения и увеличивает абсолютную величину этой скорости.

Последовательность реализации заявленного способа с привязкой к фиг.4 следующая. В начале бурения (долбления) с включением насосов перепад давления в системе «скважина-пласт» способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P определяется положением линии А. Скорость бурения при постоянной нагрузке изменяется от значения на графике зависимости V(способ бурения горизонтальных скважин в высокопроницаемых горных   породах, патент № 2526032 P) при частоте n1 по линии А через n2 до n3. Повышение плотности промывочной жидкости перемещает линию А в положение линии A1, при котором на частоте n1 скорость бурения падает, на частоте n2 не изменяется, а на частоте n3 растет. Используя частоту n3, следует и дальше повышать плотность промывочной жидкости для увеличения скорости бурения, даже с использованием утяжелителя.

Как было сказано ранее, на положение и характер графика зависимости влияет абсолютная величина скорости бурения, которая находится в подчиненности от целого ряда технико-технологических параметров и в определенной мере частотнонагрузочной характеристики процесса бурения.

Источники информации

1. Вадецкий Ю.В. Справочник бурильщика.- М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 416 с. (аналог).

2. Калинин А.Г., Никитин Б.А. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник./ Под ред. А.Г. Калинина. - М.: Недра, 1997. - 648 с. (прототип).

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2526032

patent-2526032.pdf

Класс E21B7/00 Особые способы или устройства для бурения

устройство и способ для расширения скважины -  патент 2529038 (27.09.2014)
способ разработки изометрических залежей природного битума -  патент 2528760 (20.09.2014)
сборный буровой инструмент -  патент 2528318 (10.09.2014)
буровая установка, способ регулирования температуры ее оборудования привода и системы жидкостного охлаждения -  патент 2527990 (10.09.2014)
способ разработки месторождения сверхвязкой нефти -  патент 2527984 (10.09.2014)
способ проведения встречных выработок при их сбойке -  патент 2527955 (10.09.2014)
устройство отклонителя для неподвижной буровой или фрезерной режущей коронки -  патент 2527048 (27.08.2014)
универсальный шарнир высокой нагрузки для скважинного роторного управляемого бурового инструмента -  патент 2526957 (27.08.2014)
способ разработки залежи высоковязкой и тяжелой нефти с термическим воздействием -  патент 2526047 (20.08.2014)
способ разработки битумных месторождений изометрической формы -  патент 2524705 (10.08.2014)

Класс E21B21/00 Способы и устройства для промывки буровых скважин, например с использованием отработанного воздуха двигателя

Наверх