Способ определения прочности горных пород в процессе проводки скважины

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 67555 я)5 Е 21 С 39/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ.ОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 створа Ота 1/и, аничепре- ловиях Изобреубленияазведочнием прочнабойных уано в райгаз. ого осится к процессу угческих, поисковых и , связано с определедости) горных пород в может быть использокого бурения на нефть тение отпараметрых скважиости (твесловиях ионах глубо мееву ние достницаемодки скв- павыдости не ессе и г,р( о )2(Е". о )0.43( О 0,2(Рго2 2д" 70 о о 022 (н ) О,г 15 о(1)( 1 + 0.1 Ь Р ) . 10 Ъ г й безразмерный коэф А - постояннциент (А = 2,5),где и - частота вр О - диаметр д 6 - осевая на р- плотность а,с щения долоолота, м;рузка на добурового ра то, Н;вора кг/мз,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам(56) Авторское свидетельство СССР М 1388557, кл, Е 21 С 39/00, 1986.Булатов В,В. Изменение твердости горных пород с глубиной их залегания: Сб, трудов ГрозНИИ "Бурение скважин и добыча нефти", 1962.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ ПРОВОДКИ СКВАЖИНЫ Цель изобретения ше о верности оценки твер про ых горных пород в проц ров а жин. Способ осуществляют следующим обра зом. Определяют параметры режима буре ния и промывки; осевую нагрузку на долото 6,. частоту вращения долота и, плотность бурового раствора р, диаметр долота О, ди аметр насадок бак средневзвешенный диа(57) Изобретение относится к разведочному бурению и м,б. использовано в районах глубокого бурения на нефть и газ. Цель - повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород, Для этого перед спуском долота на забой по кол-ву насадок в долоте на устье скважины определяют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь, После спуска долота на забой измеряют скорость истечения бурового раствора из этих насадок. Твердость непроницаемых горных пород определяют по математической ф-ле. Определение прочности горных пород в забойных условиях основывается на математической модели, в критериальной форме адекватно отображающей зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурения и промывки,метр насадок бн, расход буроО, скорость истечения из насадгорное давление Рго. Замеряскую скорость проходки 752. Дляют прочность горных породзабоя скважины по уравнению0 - расход бурового раствора, м /с;бн - средневзвешенный диаметр насадки, м;И - количество насадок в долоте,шт;Я - суммарная площадь промывочных 5 отверстий в долоте,м:Я=И7 г бн4Чп - скорость истечения из насадок долота, м/с,10О,Чп=Я 1Рго - горное давление, МПа на глубине г 1;Рг - гидродинамическое давление столба бурового раствора, МПа, плотностью р на глубине и;Рп - поровое давление,МПа, на глубине п;Гп - градиент порового давления МПа/м;ЬР - дифференциальное давление, МПа,ЬР = Рг - Рп,Чм - механическая скорость проходки,м/с,Формула (1) получена путем преобразования исходного уравнения2 2чм А 26 2 Кур о ),43 3 ци О 06.0 )02 ( Рго РДО 072 (бн )065Озп Ь Оотносительно величины твердости горныхпород сЪ. 35Уравнение (2) отображает зависимостьмеханической скорости проходки от параметров режима бурения (осевая нагрузка надолото 6, частота вращения долота и), интенсивности промывки забоя (скорости истечения Чп из насадок долота диаметранасадок бн, расхода бурового раствора 0),плотности бурового раствора р, твердостигорных пород в забойных условиях сЪ, горного давления Рго и диаметра долота О,К основным размерным комплексам,влияющим на среднюю механическую скорость бурения, относят; удельные механическую мощность ( - и) и гидравлическую 5060мощность в насадках долота2( - =,О). Поскольку одинаковуючг Чп02 02гидравлическую мощность можно реэлизовать при множестве сочетаний скорости истечения (Чп) и подачи насосов (0), товеличины Чп и 0 в общем случае должныбыть включены в раздельные критерии подобия.Предполагаемая неодинаковая степень влияния этих критериев на механическую скорость бурения и зависимость интенсивности разрушения горных пород от контактной поверхности прямого действия гидромониторной струи обуславливают необходимость изолированного учета среднего диаметра насадок долота бн) в соответствующем критерии подобия.Кроме того, на буримость горных пород оказывает влияние разность между горным (Рго) и гидродинамическим (Рг) давлениями, что также должно быть учтено отдельным критерием подобия.Установленные параметры составляют следующую функциональную зависимость;1 (Чм, и, О, - , сЪ, р Ч, О, (Рго6, гО- Рг) б 1=0 (3) В соответствии с л-теоремой Букингема выражение (3) преобразуют в критериальную зависимость, содержащую пять безразмерных определяющих критериев подобияО 1(1 г 2 л 5), (4)Чмгде Ч 2 О= - Дг =, з = бнЩ6О,Щ = - .Зависимость прочности глинистых пород (Оп)от дифференциального давления ЬР = (Рг. - Рп) отображают уравнениемОп= Оо (1+ КьР) (5) где Оо - прочность пород в забойных условиях при ЬР= О, МПа;К - размерный коэффициент, МПа (К ы 0,1);Рп - поровое давление, МПа.Критериальное уравнение (4) с учетом выражения (5) представляют в степенном виде Чм А 6)хОо О (1+0,1 ЬР)гз . т 4 . 7 г 35 пО Показател янный безраз нении (б) опре квадратов при ных,и степени а 1, а 2 а 5 и посто- мерный коэффициентА вуравделяют методом наименьших обработке промысловых данКоэффициенты выражения (6) вычисляют методом скользящего допуска на ЭВМ.В результате идентификации коэффициентов уравнения (6) получают критериальную обобщенную модель буримости вида1675551 рости проходки, осевой нагрузки на долото, частоты вращения долота, диаметра долота, перепада горного давления над забойным давлением, плотности бурового раствора с 5 последующим расчетом прочности разбуриваемых пород, от л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород, перед спуском долота на забой по 10 количеству насадок в долоте на устье скважины определяют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь, а после спуска долота на забой измеряют скоростьистечения бурового раствора из этих 15 насадок, при этом твердость непроницаемых горных пород определяют из выраже- ния 20 где р=0,9,После остановки насосов долото отворачивают от квадратной штанги, наворачивают на компоновку низа бурильной колонны и спускают в скважину на бурение.Определение прочности горных пород в забойных условиях основывается на математической модели, в критериальной форме 45 ,адекватно отображающей зависимость ме,- ханической скорости проходки от параметров режима бурения и промывки; частота вращения долота П входит в эту модель в степени меньше единицы (0,8).50 Чм А( 0 )гох и О Я Ог(1+0,1 ЬР) Р)о,4 з,у,г, р 7 г . 0.65где А-(2,5) .Скорость истечения Чп вначале определяют теоретически, как частное от деления величины расхода бурового раствора О на суммарную площадь промывочных отверстий гидромониторного долота 3. Величина 0 - действительная подача бурового (буровых) насоса, известна, Величину 3 определяют экспериментально путем замера диаметра бн( 1-й насадки долота, вычислениебн( ее площади по формуле 3(- 4 и суммированием этих величин И Я= Я(,где (ч - количество насадок долота,Таким образом0Чп =ЯПосле этого расчетную величину Чп уточняют по результатам гидравлического испытания долота перед спуском его в скважину. Для этого наворачивают долото на квадратную штангу и прокачивают через долото буровой раствор с теми же расходами, на которых планируется бурение. При этом с помощью манометра в нагнетательной линии замеряют давление Р и далее получают уточненное значение Чп из выражения Формула изобретения Способ определения прочности горных пород в, процессе проводки скважины, включающий измерение механической скоу 2 22( С )2(2 "0 11 )043( 0 02(Р 10-12)11 022 1)0000 112 0 3 0" " 0 11 а(1+01 ЛР 11 О Ъ 0 ц где А = 2,5 - постоянный безразмерный коэффициент;п - частота вращения долота, с 1, О - диаметр долота, м;(2 - осевая нагрузка на долото, Н;р - плотность бурового раствора кгlм;0 - расход бурового раствора,м /с;зОн - средневзвешенный диаметр насадок, м;Я - суммарная площадь промывочных отверстий в долоте;гЛбн4(ч - количество насадок в долоте, шт Чп - скорость истечения из насадок долота, м/с: О,Чп = -Я 1Рго - горное давление на глубине и, Па; Р - гидродинамическое давление столба бурового раствора на забое, плотностью р на глубине й, МПа;Рп - поровое давление на глубине и, МПа: Рп= ГпГп - градиент порового давления,МПа/м;ЬР - дифференциальное давление,МПа;2.0 Р = Рг - Рп,Чм - механическая скорость проходки,м/с,