Винахід відноситься до області буріння свердловин і може бути використано при бурінні свердловин на нафту і газ при негативному диференціальному тиску. Замкнута циркуляція бурового розчину здійснюється насосом об'ємного типу, що входять в компоновку бурильного інструменту безпосередньо над долотом. Як насоса об'ємного типу використовується звернений гвинтовий забійний двигун. Частина оборотів бурильної колони витрачається на обертання ротора гвинтового насоса. Робота насоса виникає при додатку до статора навантаження у вигляді гідравлічних опорів потоку в бурильної колоні, долоті і кільцевому просторі і реакції забою при додатку осьового навантаження до долоту. Вся потужність, що витрачається на буріння, передається через бурильну колону гвинтовому насосу і долоту. На гирлі в маніфольді тиск бурового розчину, що подається звичайним шламових насосом, мінімально. Подача бурового розчину в маніфольд здійснюється в низьконапірний режимі. Аерація бурового розчину здійснюється шляхом подачі в маніфольд одночасно з розчином газу. Використовують гирлову обв'язку бурової установки, виконану з можливістю управління свердловиною при флюідопроявленіях. Роботою насоса об'ємного типу забезпечують всю гідравлічну потужність, затрачену на циркуляцію бурового розчину, в тому числі на подолання гідравлічних втрат в бурильної колоні, в кільцевому просторі, в соплах долота і з передачею необхідної гідравлічної потужності на забезпечення гідромоніторного ефекту виходять з сопел долота гідромоніторних струменів, а також гідравлічних втрат в гирлової обв'язки бурової установки. Технічний результат - зменшення енерговитрат, здешевлення робіт. 1 мул.
В даний час широко починає застосовуватися технологія буріння свердловин при низькому, нульовому чи від'ємному диференціальному тиску на вибої, виконувана з метою підвищення проходки на долото і механічної швидкості за рахунок зменшення пригнічувала тиску на забій свердловини і з метою розкриття продуктивних пластів при зменшенні негативного впливу бурового розчину на колекторські властивості розкривається пласта. Технологія реалізується шляхом застосування розчину низької щільності (вода, нафта), аерірованія розчину газом (повітрям, азотом, природним газом, який відходить газом двигунів внутрішнього згоряння).
Однак цю технологію важко реалізувати, тому що потрібно застосування високопродуктивних компресорів високого тиску, бустерів, азотних станцій і т.д. Це дуже потужний і дороге устаткування обмежує можливість застосування цієї технології, особливо у важкодоступних районах, в пошуково-розвідувального буріння. і це є недоліком цієї технології. Незважаючи на технічні та технологічні труднощі технологія на депресії знаходить все більш широке поширення; в даний час в світі вже близько 25% свердловин будуються при знижених або негативних диференціальних тисках [1].
В НПП OOO «Сібіроніка» розроблена технологія буріння з місцевою промивкою (Патент України 1691489), яка здійснюється шляхом застосування забійного насоса об'ємного типу. Технологія передбачає частина оборотів бурильної колони витрачати на забезпечення роботи забійного насоса, в якості якого може бути застосований звернений гвинтовий забійний двигун. Ця технологія може бути застосована і при замкнутої через гирло циркуляції. В цьому випадку виключаються недоліки загальноприйнятою технологією, що складаються, головним чином, в необхідності застосування високопродуктивних потужних компресорних машин і азотних станцій.
При розміщенні бурового насоса на забої свердловини забезпечується можливість буріння при негативному диференціальному тиску з замкнутою циркуляцією із застосуванням компресорів низького тиску або інших способів аерації бурового розчину.
Це досягається тим, що (див. Креслення) згідно з технічним рішенням [2] буріння долотом 1 здійснюється із застосуванням забійного насоса 2 об'ємного типу, наприклад перистальтичного або гвинтового. В якості останнього може бути прийнятий звернений гвинтовий забійний двигун, за допомогою якого створюється замкнута циркуляція через бурильну колону 4 в компонуванні 3, застосовуваної при звичайному бурінні. При цьому забійний насос забезпечує всю гідравлічну потужність, затрачену на циркуляцію бурового розчину, в т.ч. на подолання гідравлічних втрат в бурильної колоні, в кільцевому просторі, в соплах долота і з передачею необхідної гідравлічної потужності на забезпечення гідромоніторного ефекту виходять з сопел долота гідромоніторних струменів, а також гідравлічних втрат в гирлової обв'язки бурової установки. Таким чином, при обертанні бурильної колони з числом оборотів N і опорі долота на вибій з необхідною навантаженням забійний насос забирає буровий розчин з бурильної колони і з необхідним напором прокачує буровий розчин через сопла долота і піднімає розчин на поверхню. При такій схемі на поверхні досить тільки заповнювати регресний з бурильної колони буровий розчин. Таку гідравлічну роботу може виконувати насос низького тиску 13 (в низьконапірний режимі) з необхідною продуктивністю, наприклад відцентровий насос типу шламового насоса ВШН-150.
Таким чином, на ділянці трубопроводу між відцентровим (шламових) насосом 13 і провідною трубою 10 (до бурового шланга) створюється низьконапірний режим потоку. Це дозволяє на цій ділянці вводити через аератор 11 або забирати з атмосфери (від вихлопного колектора дизелів) повітря від компресорів низького тиску або відходить газ дизелів в кількості, що забезпечує необхідний ступінь аерації. При цьому буровий розчин, що виходить зі свердловини, направляється на дегазацію в сепаратор 16 і видалення шламу в блоці очищення 15 і далі знову забирається відцентровим (шламових) насосом 13 з резервуара очищеного розчину 14 і знову подається в свердловину.
Бурові насоси можуть використовувати під час керування свердловиною при флюідопроявленіях, а також і при бурінні з забійними насосом, але в низьконапірний режимі, виключно для поповнення спадної з бурильної колони бурового розчину.
Обв'язка гирла свердловини повинна відповідати вимогам, які забезпечують можливість управління свердловиною при флюідопроявленіях. З цією метою під ротором 9 на кондуктор або проміжну колону 5 встановлюється блок превенторів 6, ПУГ 7 і гирлової герметизатор 8 (обертається превентер). При надходженні з свердловини природного газу під час управління свердловиною з метою забезпечення контрольованого технологічного процесу він прямує від сепаратора 16 на факельну стійку 12.
Змінюється режим роботи бурильної колони: зростають обороти на величину, необхідну для забезпечення такого числа оборотів ротора гвинтового насоса, яке необхідно для забезпечення розрахункової витрати, і зростають напруги в бурильної колоні за рахунок передачі частини потужності на роботу забійного насоса з розрахунковим напором.
Глибина свердловини Н = 2500 м.
Діаметр долота Dд = 0,19 м.
Діаметр бурильної колони Dбт = 0,127.
Щільність бурового розчину ρ = 1300 кг / м 3.
Структурна в'язкість η = 0,015 Па · с.
Динамічне напруження зсуву τ про = 3 Па.
Моментоемкость шарошечного долота М кр = 400 кгм.
Мінімально допустима швидкість потоку бурового розчину в кільцевому просторі [3]
Мінімально допустимий витрата при зазначеній вище швидкості Vкп min
Згідно стендовим випробувань гвинтового забійного двигуна Д5-172 в режимі гвинтового насоса при Мкр = 400 кгм і nзн = 32 об / хв, q = 10 л / с, коли перепад тиску на насосі 8 кг / см 2. У зв'язку з цим приймаємо q = 0,01 м 3 / c.
Виконавши розрахунок гідравлічних втрат відомими методами, маємо:
- гідравлічні втрати в бурильної колоні
- гідравлічні втрати в кільцевому просторі
? Р кп = 3,1 кгс / см 2.
Для реалізації гідромоніторного ефекту до суми гідравлічних втрат в свердловині необхідно додати гідравлічні втрати в насадках долота. Для прийнятого діаметра долота достатня швидкість виходить з насадок струменя V н = 80 м / с. Умовно приймаємо, що через малу витрати q досить мати дві насадки.
Площа перетину однієї насадки ƒ
Діаметр кожної з двох насадок
Втрати тиску в насадках знаходимо за формулою
де А = 60 · 10 -8 - коефіцієнт витрати.
Таким чином, вся сума гідравлічних втрат, преодолеваемая забійним насосом, становить мінімум
Оскільки при зазначених параметрах q, Мкр і Р коефіцієнт корисної дії гвинтового забійного насоса становить σ = 42% [4], то підводиться до забійні насосу потужність повинна скласти [5]
Витрачається на роботу долота потужність при його оборотах
визначається за формулою
При цьому бурильну колону обертають з оборотами
Потужність витрачається на неодружене обертання бурильної колони
Загальна потужність, що витрачається на буріння із замкнутою циркуляцією із застосуванням забійного насоса об'ємного типу і передається через обертається бурильної колони дорівнює
Відомо, що гідравлічні втрати аерованого розчину при цій же вихідній щільності розчину на 25-30% нижче, ніж при дегазувати розчині [3]. З іншого боку, щільність аерованого розчину в кільцевому просторі за рахунок його збагачення шламом вище. Тому зазначене зменшення гідравлічних втрат через відсутність практичного досвіду за запропонованою технологією умовно можна прийняти рівним втрат, які мають місце при дегазувати розчині.
Буріння здійснюють при оборотах бурильної колони 90 об / хв і витраті бурового розчину 10 л / с, причому подачу здійснюють буровим або шламових насосом з мінімальним натиском 5-6 кгс / см 3. так як компресори низького тиску (наприклад, компресори, комплектуючі бурову установку ) забезпечують подачу стисненого повітря при робочому тиску не вище 7 кгс / см 2.
Таким чином, вся потужність на буріння свердловини передається через бурильну колону, тоді як при звичайному бурінні значна частина потужності передається буровим насосом через гідравлічний потік бурового розчину.
У цьому істотна відмінність технології буріння з забійними насосом від звичайної технології.
Якщо буріння виробляють по продуктивного пласту, то подачу бурового розчину виробляють таким чином, щоб за рахунок зниження його рівня на вході в бурильну колону відбувалося вакуумирование, що забезпечує забір газів, що відходять від дизелів бурової установки.
Переваги технології буріння на депресії із застосуванням забійного насоса перед відомою полягає в тому, що при збереженні переваг звичайною технологією буріння на депресії (збільшення механічної, рейсової і комерційної швидкостей, запобігання втрат розчину при ймовірних поглинаннях, забезпечення чистоти розтину продуктивного пласта) вона дозволяє звести до мінімуму енерговитрати, здешевити роботи, поширити її на роботи в важкодоступних районах, на розвідувальному бурінні, на бурінні свердловин будь-якого призначення.
3. Булатов А.І. Проселков Ю.М. Рябченко В.І. Технологія промивання свердловин. - М. Недра, 1981, 301 с.
формула винаходу
Спосіб буріння свердловини на депресії із застосуванням забійного насоса об'ємного типу, включеного в компоновку бурильної колони, в якості якого може бути використаний звернений гвинтовий забійний двигун в режимі бурового насоса, який відрізняється тим, що для підтримки на забої негативного диференціального тиску створюють замкнуту циркуляцію бурового розчину через бурильну колону, подачу бурового розчину в свердловину здійснюють в низьконапірний режимі, одночасно вводячи в нього повітря або інший газ, при цьому роботою з Бійня насоса об'ємного типу забезпечують всю гідравлічну потужність, затрачену на циркуляцію бурового розчину, в тому числі на подолання гідравлічних втрат в бурильної колоні, в кільцевому просторі, в соплах долота і з передачею необхідної гідравлічної потужності на забезпечення гідромоніторного ефекту виходять з сопел долота гідромоніторних струменів, а також гідравлічних втрат в гирлової обв'язки бурової установки, виконаної з можливістю управління свердловиною при флюідопроявленіях.
MM4A - Дострокове припинення дії патенту СРСР або патенту Укаїни на винахід через несплату у встановлений термін мита за підтримку патенту в силі