Способ снижения дифференциального давления в призабойной зоне при бурении скважины

(9) 1)5 Е 21 В 210 Е ния уре- неи со бой- ижнеи и занци ,иде вно- ициюсква- раща- нием О М ферена измети и ееется веослОж.рихват кважиИзвестеренциаль я диф- енения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники(56) Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.; Недра, 1974.Коваль О.Г. Исследование гидромеханических методов повышение показаний работы долот. Автореферат кандидатской диссертации, ГНИ, г. Грозный, 1983.(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к бурению скважин, а именно к бурению скважин вращательным способом с использованием промывочной жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности Изобретение относится к буренижин, а именно к бурению скважинтельным способом с использовпромывочной жидкости.Известен способ снижения дифциального давления, основанный ннении свойств промывочной жидкоедавления на забое.Недостатком этого способа являроятность возникновения серьезныхнений при бурении, таких как ибурильной колонны, обвал стенок сны.н также способ сниженифе ного давления путем изм снижения дифференциального давле без изменения параметров режима б ния, В процессе бурения производят прерывное удаление глинистой корк стенок скважины кольцевой приза ной зоны. При этом расстояние от ее н ней границы до поверхности забоя и ее высоту определяют из соотношения Н 1 З 0(К) ехр( ),К 1, 0(5 , где Н - высота кольцевой призабойнои зоны, мм; В - радиус скважины, мм; К - безразмерный коэффициент кольцевой при забойной зоны;- расстояние от ниж границы кольцевой зоны до поверхност боя, мм. Требуемое снижение диффере ального давления на забой задается в в безразмерного коэффициента эффекти стикольцевой зоны К, Значение коэфф ента К показывает, во сколько раз требуетсяснизить дифференциальное давление, Выбор значения зависит от конкретных условий бурения. проницаемости призабойной зоны за счет изменения свойств не всего объема промывочной жидкости, а только той его части, которая циркулирует вблизи призабойной зоны. В этом способе снижение содержания твердой фазы промывочной жидкости в призабойной зоне затрудняет образование на ее поверхности слабопроницаемой твердофазной корки. В результате проницаемость призабойной зоны возрастает, что, в свою очередь, приводит к снижению дифференциального давления на забой, Однако такой способ снижения дифференциального давления путем изменения свойств промывочной жидкости в п риза бойной зоненедостаточно эффективен, так как с помощью забойного сепаратора невозможно предотвратить образование на поверхности призабойной эоны твердофазной корки, так как сепарация не может полностью исключить попадание твердой фазы в призабойную зону. Кроме того, в процессе бурения образуется большое количество мелкодисперсных частиц разрушаемой породы, также способных создавать слабопроницаемую твердофазную корку,Цель изобретения - повышение эффективности снижения дифференциального давления без.изменения параметров режима бурения,Сущность изобретения состоит в том, что в процессе бурения производят непрерывное удаление глинистой корки со стенок скважины кольцевой призабойной зоны, а расстояние от ее нижней границы до поверхности забоя и ее высота находятся в следующей зависимости:Н130 (К - 1) ехр),К1, 0. ( 5 Я где Н - высота кольцевой призабойной зоны, мм;Я - радиус скважины, мм;К- безразмерный коэффициент кольцевой призабойной зоны;1 - расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм.Для того, чтобы обеспечить требуемое снижение дифференциального давления на забой, высота кольцевой зоны с повышенной проницаемостью должна определяться из вышеуказанного соотношения. Требуемое снижение задается в виде безразмерного коэффициента эффективности кольцевой зоны К. Значение коэффициента К показывает, во сколько раз требуется снизить дифференциальное давление, Выбор значения зависит от конкретных условий бурения. Соотношение, определяющее высоту кольцевой зоны, получено путем решения уравнения Лапласа:АР=О,где Л - оператор Лапласа;Р - пластовое давления в разбуриваемой горной породе.Уравнение описывает распределение порового давления в призабойной зоне скважины. При его решении предполагалось, что фильтрационный процесс через стенку скважины происходит по линейному закону, а паровое давление в породе вдали от забоя равно пластовому давлению. Указанное соотношение получено, исходя из условия, что расстояние до поверхности забояО, Это наиболее реальный случай,когда . = О, соотношение, определяющеевысоту зоны Н, примет другой вид: Н = 0,2 ххР. При таких условиях дифференциальноедавление на забой снижается до нуля.5 . Для вывода математической зависимости, определяющей высоту кольцевой призабойной зоны, с поверхности которойпроизводят непрерывное удаление слабопроницаемой корки, использовано уравне 10 ние пьезопроводности в осесимметричнойпостановке, это уравнение имеет видб 2 Р 1 б Р б 2 Рг бг15 где Р - поровое давление в призабойной, зоне пласта;г, Е- соответственно радиальная и вертикальная координаты,Уравнение решалось с помощью чис 20 ленных методов на ЭВМ при следующихграничных условиях. На стенке скважиныиз-за наличия слоя низкопроницаемой корки принимается условие отсутствия потокафильтрата промывочной жидкости, т.е,25 - =О.бРбгНа забое скважины, согласно законуДарси, будет справедливым следующее граничное условие:30 Р - Р= -К дбР0 =К, бфтде Ро - гидродинамическое давление вскважине;д - толщина глинизированного слоя;К и Кэ - проницаемость призабойнойзоны соответственно до кольматации и после нее.Анализ расчетов при различных значениях параметров Кз, К, д, Р 0, В, соответст 40 вующих реальным условиям бурения,показал, что угнетающее действие дифференциального давления обусловлено тем,что все дифференциальное давление срабатывается на поверхности призабойной зо 45 ны, Следовательно, уменьшить угнетающеедействие дифференциального давленияможно путем повышения парового давленияв массиве породы вблизи поверхностизабоя.В реальных условиях бурения очищать50 поверхность забоя от глинистой корки непредставляется.возможным, поэтому вдальнейших расчетах анализировалась эффективность повышения порового давленияпод забоем путем очистки кольцевой зонына стенке скважины вблизи забоя,Учитывая, что специально поставленные эксперименты показали, что на фильтрацию глинистых растворов через горныепороды при бурении, в основном, влияет,1716081 где Н - высота кольцевой призабойной зоны,м;Й - радиус скважины, мм;К - безразмерный коэффициент кольцевой призабойной зоны;- расстояние от нижней границы кольцевой зоны до поверхности забоя, мм. Составитель Д. ЛубяныйРедактор Э. Слиган Техред М.Моргентал Корректор Заказ 592 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 глинистая корка, а не закупорка поровых каналов, будем считать, что сопротивлением слоя кольматации в очищаемой зоне на стенках скважины можно пренебречь, т.е. правая часть в выражении (1) стремится к нулю. Поэтому выражение (1) в кольцевой 5 зоне примет вид Р = Ро.Анализ результатов численных расчетов показал, что эффективность очистки кольцевой области может быть выражена следующей аппроксимационной формулой: 10130(К)ехр(" ),К 1, О .5.й где Н - высота зоны, мм;В - радиус скважины, мм; 15 К - безразмерный коэффициент эффективности кольцевой зоны;.- расстояние от нижней границы коль- . цевой зоны до поверхности забоя, мм.Для осуществления способа в компо новку низа бурилъной колонны включают устройство для создания у забоя зоны с повышенной проницаемостью. В качестве устройства для удаления корки может быть использован, например, обычный 25 наддолотный переводник, по всей наружной поверхности которого размещаются щетки или скребки. Высота переводника определяется, исходя из указанного выше соотно= щения. Количество рабочих элементов на 30 поверхности переводника, их расположение.и форма должны быть такими, чтобы обеспечить непрерывное удаление корки со стенки скважины, не препятствуя движению шлама в кольцевом пространстве. Спо соб может быть реализован при вращательном бурении с использованием промывочной жидкости, содержащей твердую фазу. Разбуриваемые горные породы должны быть проницаемые, а дифференци альное давление - больше нуля. Тип долота и режим бурения могут быть любыми,Осуществляют бурение скважины див метром 2 Я=215,9 мм, Нижняя границакольцевой зоны с повышенной проницаемостью 45 удалена от забоя на расстоянии= 2 й = =215,9 мм, На основании практики бурения в данном районе установлено, что дифференциальное давление на забой скважины требуется снизить в 2 раза, т.е. К = 2, Под ставляя эти значения в указанное соотношение, получаем, что высота кольцевой эоны Н должна быть не менее 335 мм. В процессе углубления забоя устройство, вращаясь вместе с долотом и.контактируя своими скребками со стенкой скважины, непрерывно удаляет с ее поверхности слабопроницаемую корку, образующуюся при фильтрации промывочной жидкости, У забоя образуется кольцевая зона с повышенной проницаемостью, которая по мере углубления забоя перемещается вместе с ним, Дифференциальное давление на забой снижается и сохраняет свое пониженное значение на протяжении всего долбления.Изобретение позволяет полностью устранить слабопроницаемую корку, образующуюся на поверхности призабойной зоны. Создаются более благоприятные условия для снижения дифференциального давления, а следовательно, и для процесса разрушения забоя, что обеспечивает прирост механической скорости бурения и проходки на долото. Формула изобретения Способ снижения дифференциального давления в призабойной зоне при бурении скважины, заключающийся в увеличении проницаемости стенок скважины в призабойной зоне, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения эффективности снижения дифференциального давления без изменения параметров режима бурения, в процессе бурения производят непрерывное . удаление глинистой корки со стенок скважины кольцевой призабойной зоны, при этом, расстояние от ее нижней границы до поверхности забоя и ее высота находятся в следующей зависимости:Н130 (К - 1) ехр ( д )й1, 05 й