SU1675551A1

SU1675551A1 - Способ определени прочности горных пород в процессе проводки скважины

Info

Publication number: SU1675551A1
Application number: SU894704251A
Authority: SU
Inventors: Генадий Гайкович Габузов; Вадим Георгиевич Гераськин; Владимир Михайлович Сугак; Валентин Вадимович Стрельченко
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1991-09-07

Abstract

Изобретение относитс к разведочному бурению и м.б. использовано в районах глубокого бурени на нефть и газ. Цель - повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород Дл этого перед спуском долота на забой по кол-ву насадок в долоте на устье скважины определ ют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь. После спуска долота на забой измер ют скорость истечени бурового раствора из этих насадок. Твердость непроницаемых горных пород определ ют по математической ф-ле. Определение прочности горных пород в забойных услови х основываетс на математической модели, в критериальной форме адекватно отображающей зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурени и промывки

Description

Изобретение относитс к процессу углублени параметрических, поисковых и разведочных скважин, св зано с определением прочности (твердости) горных пород в забойных услови х и может быть использовано в районах глубокого бурени на нефть и газ.

Цель изобретени - повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород в процессе проводки скважин .

Спосо б осу щест в л ют ел е ду ю щим образом .

Определ ют параметры режима бурени и промывки: осевую нагрузку на долото G, частоту вращени долота п, плотность бурового раствора р, диаметр долота D, диаметр насадок dHi, средневзвешенный диаметр насадок dH, расход бурового раствора.

Q, скорость истечени из насадок долота Vn,О4

гооное давление Pro. Замер ют механиче- 4j

скую скорость проходки VM. Далее опреде-Щ

л ют прочность горных пород 7о в услови х(J

забо скважины по уравнениюЈд

f0 (Ј ) (i°l )««да « (-doi )07S (|+01Др)

(D

.-1.

А - посто нный безразмерный коэффициент (А 2,5), где п - частота вращени долота, с

D - диаметр долота, м;

G - осева нагрузка на долото, Н;

р- плотность бурового раствора, кг/м ;

Q - расход бурового раствора, м3/с;

dH - средневзвешенный диаметр насадки , м;

N - количество насадок в долоте, шт;

S - суммарна площадь промывочных отверстий в долоте, м

2.

S N

7TdH

Vn

Vn - скорость истечени из насадок долота , м/с,

Q . S

Pro - горное давление, МПа на глубине h;

Рг - гидродинамическое давление столба бурового раствора, МПа, плотностью р на глубине h;

Рп - поровое давление, МПа, на глубине h;

Гп - градиент перового давлени МПа/м;

АР - дифференциальное давление, МПа,

ДР Рг-Рл;

VM - механическа скорость проходки, м/с.

Формула (1) получена путем преобразовани исходного уравнени

G ч2ГрУп Р2 N0.43

U (2)

nD

D2(Tn

02(J

0,65

0,2 ( (Pro Рг)Р2л0.72 0,

(537) ( & 1 CD )

относительно величины твердости горных пород Сто.

Уравнение (2) отображает зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурени (осева нагрузка на долото G, частота вращени долота п), интенсивности промывки забо (скорости истечени Vn из насадок долота диаметра насадок dH, расхода бурового раствора Q), плотности бурового раствора р, твердости горных пород в забойных услови х стп, горного давлени Pro и диаметра долота D.

К основным размерным комплексам, вли ющим на среднюю механическую скорость бурени , относ т: удельные механиче/™ч

скую мощность (рг п) и гидравлическую мощность в насадках долота

.Vn2 D2

Q). Поскольку одинаковую

гидравлическую мощность можно реализовать при множестве сочетаний скорости истечени (Vn) и подачи насосов (Q), то величины Vn и Q в общем случае должны быть включены в раздельные критерии подоби .

0

5

0

5

Предполагаема неодинакова степень вли ни этих критериев на механическую скорость бурени и зависимость интенсивности разрушени горных пород от контактной поверхности пр мого действи гидромониторной струи обуславливают необходимость изолированного учета среднего диаметра насадок долота (dH) в соответствующем критерии подоби .

Кроме того, на буримость горных пород оказывает вли ние разность между горным (Pro) и гидродинамическим (Рг) давлени ми, что также должно быть учтено отдельным критерием подоби .

Установленные параметры составл ют следующую функциональную зависимость:

, n, 0,-%,стп,р- Vn2, Q,(Pro-Pr ), (3)

В соответствии с л-теоремой Букинге- ма выражение (3) преобразуют в критериальную зависимость, содержащую п ть безразмерных определ ющих критериев подоби

fi(wi .л&Л5),(4)

где

30

лз

Q

D3n

5

0

5

Зависимость прочности глинистых пород (стп) от дифференциального давлени АР (Рг - Рп) отображают уравнением

оь ст0 (1 + КДР),(5)

где Сто - прочность пород в забойных услови х при АР 0, МПа;

К- размерный коэффициент, МПа (К к 0,1);

Рп - поровое давление, МПа.

Критериальное уравнение (4) с учетом выражени (5) представл ют в степенном виде

VM -Ь-(G а

.-.ЗА Г.2 //, I л « Л Г

nD ООА D2(1 + 0,1 АР)

XjTf2 -7Г|3

(6)

Показатели степени ai, 32as и посто нный безразмерный коэффициент А в уравнении (6) определ ют методом наименьших квадратов при обработке промысловых данных .

Коэффициенты выражени (6) вычисл ют методом скольз щего допуска на ЭВМ.

В результате идентификации коэффициентов уравнени (6) получают критериальную обобщенную модель буримости вида

Ум -А. nD -2v

О2,4 D(1 +0,1ЛР)

2,0

(7)

гдеА (2,5)2.

Скорость истечени Vn вначале определ ют теоретически, как частное от делени величины расхода бурового раствора Q на суммарную площадь промывочных отверстий гидромониторного долота S. Величина Q - действительна подача бурового (буровых ) насоса, известна. Величину S определ ют экспериментально путем замера диаметра dHi 1-й насадки долота, вычисление

ее площади по формуле Si

л:с1н1

и суммированием этих величин

N

s 2 si,

i 1

где N - количество насадок долота, Таким образом

V - Q

Vn- -5.

После этого расчетную величину Vn уточн ют по результатам гидравлического испытани долота перед спуском его в скважину . Дл этого наворачивают долото на квадратную штангу и прокачивают через долото буровой раствор с теми же расходами, на которых планируетс бурение. При этом с помощью манометра в нагнетательной линии замер ют давление Р и далее получают уточненное значение Vn из выражени

, Р

где ц 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 услови х основываетс на математической модели, в критериальной форме адекватно отображающей зависимость механической скорости проходки от параметров режима бурени и промывки; частота вращени долота П входит в эту модель в степени меньше единицы (0,8).

Claims

Формула изобретени

Способ определени прочности горных пород в процессе проводки скважины, gg включающий измерение механической ско

10

15

рости проходки, осевой нагрузки на долото, частоты вращени долота, диаметра долота, перепада горного давлени над забойным давлением, плотности бурового раствора с последующим расчетом прочности разбуриваемых пород, отличающийс тем, что, с целью повышени достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород, перед спуском долота на забой по количеству насадок в долоте на устье скважины определ ют средневзвешенный диаметр насадок и их суммарную площадь, а после спуска долота на забой измер ют скорость истечени бурового раствора из этих насадок, при этом твердость непроницаемых горных пород определ ют из выражени

20

HX( )«( -fv-o Ј)

,;

(i +oiApl m6/Vl

где А 2,5 - посто нный безразмерный коэффициент;

п - частота вращени долота, ,

D - диаметр долота, м;

G - осева нагрузка на долото, Н;

р- плотность бурового раствора, кг/м ;

Q - расход бурового раствора, м /с;

- средневзвешенный диаметр насадок , м;

S - суммарна площадь промывочных отверстий в долоте;

S N

N - количество насадок в долоте, шт.; Vn - скорость истечени из насадок долота , м/с:

-§:

Pro - горное давление на глубине h. Па;

Рг - гидродинамическое давление столба бурового раствора на забое, плотностью р на глубине h, МПа;

Рп - поровое давление на глубине h, МПа:

Рп - Гп h;

Гп - градиент перового давлени , МПа/м;

ДР - дифференциальное давление, МПа; дР Рг-Рг ;

VM - механическа скорость проходки, м/с.