Способ бурения скважин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСИИХРЕСПУБЛИН 27 1 а Оо 21/08 Т СССРОТНРЬГПФ СУДАРСТНЕННЫЙ НОМ 0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВ У Н АВТ в(71) Гроэненс Красного Знам им. акад. М.Д (53) 622.24(72) В,Е.Дубенко и Н. А.Коле кий ордена Трудовоени нефтяной инсти(54)(57) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, вкшочакавй снижение дифференциальногодавления иа забое путем доставки цустотеюх ампул потоком бурового раствора к разбуриваемой юшеркиости и раздавливаиие к иероивчюм долотом прижатиемлоследиего к раэбураваемой поверхности,о т л и ч а в щ и й с я тев что, с целью повциеиия эффективности разруае иия гориык пород, раздавливаиие пустотелых ампул осуществляют иа ввриферйЪ забоя после погружения зубцов долота и породу иа глубину, ири которой формируются трещины отрюваИзобретение относится к способамбурения скважин с периодически изменяемым дифференциальным давлением иприменяется преимущественно для бурениятрудноразбуриваемых и абразивных горных пород.Известен способ вращательного бурения с регулированием дифференциальногодавления путем выборочной обработкибурового раствора, циркулирующего по 1 Оскважине. Укаэанную часть бурового раствора разделяют на два потока: потокШлама с высокой плотностью, содержащий фазу с тяжелыми твердыми частицами, и вытекающий поток с низкой плотпостыл, содержащий фазу с легкимитвердыми частицами.Плотность бурового раствора, цирку.пирующего в скважине, уменьшают путемвозвращения потока с низкой плотностью 20в буровой раствор и направлении потока сс высокой плотностью на хранение. Вдругие периоды, например, для предотвращения фонтанирования скважины в случаедлительной остановки процесса углубления 25скважин шлем с высокой плотностьювводят в буровой раствор, увеличиваяплотность последнего1.Недостатками способа являются опасность потери устойчивости стенок сква- З 0жины при снижении давления жидкости наних и опасность фонтанирования скважины (выброс Потому невозможно создание отрицательного дифференциальногодавления, при котором разрушение наиболее эффективно.Наиболее близким к изобретению потехиическо сущности и достигаемомурезультату является способ бурения скважин включающий снижение дифференци 40альиого давления на забое путем доставки.пустотелых ампул потоком буровогораствора к раэбуриваемой поверхности иразаввливание их шарошечным долотомприжатием последнего к разбуриваемой 4поверхности, вследствие чего возникает имплозия, так как циркулирующая жидкость ввээапно занимает зону, занятую прежде хрупкими телами,Вследствие имплозии возникают ударные волны, повышающие напряжение сжатия породы и при достижении давления гидроудара о забой, превышающего предельное нвщзжение сжатия породы, проис-ходит ев разрушение 12Однако известный способ бурения эф 55 фективен лишь при бурении на больших глубинах - не менее 15 км, когда возникают давления в несколько сотен мегапаскаль. При меньших глубинах бурения (до15 км) выходная мощность ударных волнстановится недостаточной для разрушенияпороды, разрушение ее происходит тольковследствие работы долота.Наиболее сущес твенным недостаткомизвестного способа. является резкое возрастание дифференциального давлениявследствие.гидроудара и усиления действия ударных волн при отражении их отнаправляющих поверхностей в долоте,что увеличивает силу прижатия отделяемых от массива частиц породы зубцамидолота и снижает, в результате, эффективность разрушения,Целью изобретения является повышение эффективности разрушения горных породе Поставленная цель достигается тем,что согласно способу бурения скважинвключающему снижение дифференциальногодавления на забое путем доставки пустотелых ампул потоком бурового растворак разбуриваемой поверхности и раздавливание Йх шарошечным долотом прижатиемпоследнего к разбуриваемой поверхности,раздавливание пустотелых ампул осуществляют. на периферии забоя после погружения зубцов долота в породу на глубину,при которой формируются трещины отрыва.Доставка .и раздавливание ампул топько на периферии забоя, где сопротивляемость горных пород к разрушению наибольшая, а не по всей поверхности забоя,снижает их расход,Глубину, соответствующую зарождениюи развитию трещин, отделяющих от массива частицы породы, определяют экспериментально на керновом материале, полученном из ранее пробуречных скважин.Снижение дифференциального давленияпроисходит вследствие существования вскважине на забое зоны пониженногодавления в тот момент, когда предварительно погруженное в породу долото соэдаст условия для роста трещин разрушения, а затем раздавит ампулу. Этоприводит к снижению силы, потребнОйдля отрыва долотом частицы породы,чему способствует пластовое давление,а также увеличивает силу прижатия долота к забою эа счет разности давлениянад ним и в области пониженного давления еЭффективность способа тем выше, чембольше диаметр ампул и тиксотропныесвойства бурового раствора. Это увеличивает время имплозии, а следовательно, время существования на забое отрицательного дифференциального давления.Способ осушествляется следующимобразом.Используют обычный способ вращательного буренияс промывкой и пустотелыеампулы из хрупкого и недорогого материала: стекло, керамика, чугун и т.л.,внутри которых может быть лишь воздухпри атмосферном давлении. Ампулы вво Одят в поток бурового раствора, которыйаоставляет их через специальную насадку в долоте на периферию забоя, Периферийный венец шарошечного долота захватывает эти ампулы и раздавливает их 15после погружения в породу его зубцов наопределенную глубину. Для этого диаметрампул. принимают меньше высоты зубцовна величину, приблизительно равную глубине предварительного их погружения. 20Буровой раствор типа глинистого применяют с высокими тиксотропными свойствами, а диаметр ампул, по возможности,большим,Разрушению подвергали неизолированный образец плотного известняка венцомшарошечного долота в среде глинистогораствора под давлением 40 МПа. Передначалом опыта образец насыщали водойдо Р = 40 МПа, что обеспечивалодифференциальное давление равным нулю,Во всех опытах брали венец с постояннойвысотой зубцов 13 мм.П р и м е р 1. Вдоль поверхностиплотного известняка прокатывали венецшарошечного долота (ампулы на поверхность породы не закладывали). При прокатывании венца его зубцы погружалисьв породу на 1,5-2 мм. Глубина лунки выкола пороаы 3-4 мм, объем лунки 0,150,3 см. Поскольку дифференциальное давление равно нулю, в этом случае получают результаты, соответствующие высшим показателям при промышленном бурении (бурение на равновесии).45 П р и м е р 2. Вдоль поверхности образца плотного известняка укладывали стеклянные пустотелые ампулы диамет; ром 20 мм, давление воздуха в которых равно атмосферному, и прокатымли венец.Диаметр ампулы, больше высоты зубцов венца долота, и она раздавливалась ао погружения зубцов в породу (т.е. условия раздавливания аналогичны извест ным) .Глубина лунки выкола пороаы 3-4 мм, а объем лунки 0,15-0,3 см Как видно, раздавливание ампул ао погружения зубца в породу не приводит к увеличению объема разрушенной породы в сравнении с известным способом разрушения без ампул (пример 1).Это обусловлено тем, что поскольку ампулы разаавливались до погружения зубца венца, процесс схлолымния образованной области пониженного давления завершался до того момента пока были сформиромны трещины разрушения.Возникающее в момент схлопыванияотрицательное дифференциальное давление,в данных условиях (отсутствие трещинв породе) не может произвести самосто-,.яте льного разрушения,Последуюшее же погружение зубцов впороду вызывало развитие трещин, ио вусловиях отсутствия отрицательного дифференциального давления, Суммирукяцийэффект разрушения резко снижался, таккак эффект имплозии завершился ранее.П р и м е р 3. Стеклянные ампулыдиаметром 11 мм укладывали,на поверхности породы (плотного известняка)и прокатывали венец долота (высота зубцов 13 мм).В процессе дрокатымиия венца долота(при выбранном соотношении диаметреампул и высоты эуьцов венца) первоначально зубцы погружались в породу иа1,5-2 мм, после .чего происходило рвэаавливание ампул.Глубина лунки выкола породы 18 мм,а объем разрушенной породы 1 О-ЗО смз(средние данные из серии опытов).Как видно из приведенных данных,объем разрушенной породы увеличилсяв несколько десятков раэ по сравнениюс разрушением породы долотом без применения ампул (пример 1),Объем разрушенной породы полученнойэкспериментально, может быть рассчитан, зная время, в течение которого иазабой аействует отрицательное дифферент-циальное давление при разаавливании ампул после погружения зубца венца долота(по предлагаемому способу) в породу.Время схлопывания образомнной области пониженного давления (т.е, время сущетвомния отрицательного дифФереэ анального давления на забое) определяют по известной формуле1=09 К "рс