RU2185611C2 - Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling - Google Patents

Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling Download PDF

Info

Publication number
RU2185611C2
RU2185611C2 RU2000124055A RU2000124055A RU2185611C2 RU 2185611 C2 RU2185611 C2 RU 2185611C2 RU 2000124055 A RU2000124055 A RU 2000124055A RU 2000124055 A RU2000124055 A RU 2000124055A RU 2185611 C2 RU2185611 C2 RU 2185611C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling fluid
well
drilling
pressure
flow rate
Prior art date
Application number
RU2000124055A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000124055A (en
Inventor
К.М. Тагиров
А.В. Кулигин
В.И. Чернухин
В.В. Подшибякин
В.И. Нифантов
Ю.К. Димитриади
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром" filed Critical Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром"
Priority to RU2000124055A priority Critical patent/RU2185611C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2185611C2 publication Critical patent/RU2185611C2/en
Publication of RU2000124055A publication Critical patent/RU2000124055A/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: quality inspection while drilling holes for oil and gas. SUBSTANCE: mechanical drilling is stopped, starting effort is formed in hole while it is continued to be washed with change of flow rate of drilling fluid with simultaneous fixing of discharge pressure of drilling fluid in drill pipe string in correspondence with mathematical inequality. Obtained data are used to plot graph of dependence of discharge pressure of drilling fluid on flow rate of drilling fluid, straight line is extrapolated to crossing with coordinate axis of discharge pressure. Discharge pressure of drilling fluid is found by value of cut off segment. Value of discharge pressure is within limits of laminar mode of flow of drilling fluid. Weighted average of values of dynamic stress of displacement ( with due account of depth of hole ) and of plastic viscosity are found by mathematical formulas. EFFECT: increased accuracy and timeliness of determination of rheological characteristics in process of drilling. 2 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в процессе контроля за качеством при бурении нефтяных и газовых скважин. The invention can be used in the process of quality control when drilling oil and gas wells.

Анализ существующего уровня показал следующее:
К реологическим характеристикам бурового раствора относятся динамическое напряжение сдвига τo и пластическая вязкость η (см. Булатов А.И., Габузов Г. Г. , Макаренко П.П. Гидромеханика углубления и цементирования скважин. -М.: ОАО "Издательство "Недра", 1999, с. 27).
Analysis of the existing level showed the following:
The rheological characteristics of the drilling fluid include dynamic shear stress τ o and plastic viscosity η (see Bulatov A.I., Gabuzov G.G., Makarenko P.P. Hydromechanics of deepening and cementing wells. -M.: Publishing House Nedra ", 1999, p. 27).

Известен способ определения вязкости бурового раствора в процессе бурения, по которому останавливают механическое бурение и промывку скважины, создают страгивающее усилие путем спуска бурильной колонны в скважину, замеряют время после начала спуска до начала выхода бурового раствора из скважины и определяют η в интервале спущенной колонны по математической формуле (см. а.с. 1244162 от 22.06.84 г. по кл. С 09 К 7/00, опубл. в ОБ 26, 1986 г.). A known method for determining the viscosity of the drilling fluid during the drilling process, by which mechanical drilling and flushing of the well is stopped, create a straining force by lowering the drill string into the well, measure the time after the start of descent before the drilling fluid exits the well and determine η in the interval of the lowered string by mathematical formula (see AS 1244162 dated 06.22.84 according to class C 09 K 7/00, published in OB 26, 1986).

Недостатком указанного способа является низкая точность определения η, т. к. остановлена циркуляция бурового раствора, а состояние покоя приводит к росту структурообразования раствора, т.е. повышению статического напряжения сдвига θ, что существенно искажает значение определяемой величины. Кроме того, η вычисляют через каждые 30-40 м в среднем один раз в два дня, т.е. поинтервально, а для получения средневзвешенной величины по всей глубине скважины необходимо провести спуск всей колонны, что требует значительных временных затрат, к тому же, заданная периодичность проведения спускоподъемных операций снижает оперативность определения. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining η, because the circulation of the drilling fluid is stopped, and the state of rest leads to an increase in the structure formation of the fluid, i.e. an increase in the static shear stress θ, which substantially distorts the value of the determined quantity. In addition, η is calculated every 30-40 m on average once every two days, i.e. intervalwise, and to obtain a weighted average value over the entire depth of the well, it is necessary to run the entire string, which requires significant time costs, in addition, the specified frequency of tripping operations reduces the speed of determination.

Известен способ определения динамического напряжения сдвига бурового раствора в процессе бурения, по которому останавливают механическое бурение и промывку скважины, создают страгивающее усилие путем спуска бурильной колонны в скважину, замеряют время начала спуска до начала течения бурового раствора из скважины в желоб и длину спущенных за это время бурильных труб, причем значение τo определяют в интервале спущенной колонны по математической формуле (см. а.с. 1035048 от 12.04.82 г. по кл. С 09 К 7/00, опубл. в ОБ 30, 1983 г.).A known method for determining the dynamic shear stress of a drilling fluid during drilling, by which mechanical drilling and flushing of the well is stopped, create a straining force by lowering the drill string into the well, measure the time of the start of descent before the start of the flow of the drilling fluid from the well into the trench and the length of the runoff during this time drill pipes, and the value of τ o is determined in the interval of the lowered string according to the mathematical formula (see AS 1035048 from 04/12/82, class C 09 K 7/00, published in OB 30, 1983).

Недостатком указанного способа является низкая точность определения τo, т. к. остановлена циркуляция бурового раствора, а состояние покоя приводит к росту структурообразования раствора, т.е. повышению статического напряжения сдвига θ, что существенно искажает значение определяемой величины. Кроме того, τo вычисляют через каждые 30-40 м в среднем один раз в два дня, т.е. поинтервально, а для получения средневзвешенной величины по всей глубине скважины необходимо провести спуск всей колонны, что требует значительных временных затрат, к тому же, заданная периодичность проведения спускоподъемных операций снижает оперативность определения.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining τ o , because the circulation of the drilling fluid is stopped, and the quiescent state leads to an increase in the structure formation of the fluid, i.e. increasing the static shear stress θ, which significantly distorts the value of the determined value. In addition, τ o is calculated every 30-40 m on average once every two days, i.e. intervalwise, and to obtain a weighted average value over the entire depth of the well, it is necessary to run the entire string, which requires significant time costs, in addition, the specified frequency of tripping operations reduces the speed of determination.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- повышается точность определения реологических характеристик бурового раствора в процессе бурения за счет отсутствия влияния тиксотропных свойств, а также учета фактических термобарических условий и геометрических особенностей по всей глубине скважины;
- повышается оперативность определения за счет сокращения времени определения средневзвешенных величин τo и η по всей глубине скважины, т.к. в любом случае время промывки скважины с необходимым для определения меньше времени спуска всей колонны бурильных труб.
The technical result that can be obtained by carrying out the invention is as follows:
- increases the accuracy of determining the rheological characteristics of the drilling fluid during drilling due to the absence of the influence of thixotropic properties, as well as taking into account the actual thermobaric conditions and geometric features throughout the depth of the well;
- increases the efficiency of determination by reducing the time to determine the weighted average values of τ o and η over the entire depth of the well, because in any case, the flushing time of the well with the necessary to determine less than the time of descent of the entire string of drill pipes.

Технический результат достигается с помощью известного способа путем остановки механического бурения, создания страгивающих усилий в скважине и определения средневзвешенной величины динамического сдвига, в котором создание страгивающих усилий осуществляют, продолжая промывку скважины и меняя расход бурового раствора с одновременным фиксированием давления нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб согласно неравенству
Qmin ≤ Qi ≤ Qmax
при этом

Figure 00000002

Figure 00000003

где Qmin - минимальный расход бурового раствора, определяемый технической характеристикой насосного агрегата и обеспечивающий турбулентный режим течения бурового раствора в кольцевом пространстве скважины, м3/с;
Qi - расход бурового раствора при i-м режиме промывки скважины, м3/с,
где i=1,...,k, при k≤n;
где n - максимальное количество вариантов подачи бурового раствора насосным агрегатом, определяемое его технической характеристикой;
Qmax - максимальный расход бурового раствора, определяемый технической характеристикой насосного агрегата и условием предотвращения поглощения бурового раствора, м3/с;
R2, R1 - средневзвешенные радиус скважины и наружный радиус бурильных труб, соответственно, м;
τo лаб - динамическое напряжение сдвига, определяемое в лабораторных условиях, Па;
ρ - плотность бурового раствора, кг/м3;
Pпг - давление поглощения, Па;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
Нпг - глубина залегания горизонта с минимальным давлением поглощения, м;
Lпг - длина бурильных труб до глубины залегания горизонта с минимальным давлением поглощения, м;
ηлаб - пластическая вязкость, определяемая в лабораторных условиях, Па•с,
и по полученным данным строят график зависимости давления нагнетания от расхода бурового раствора, экстраполируют прямую до пересечения с координатной осью давления нагнетания, по величине отсекаемого отрезка определяют давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, значение которого находится в пределах ламинарного режима течения бурового раствора, причем определение средневзвешенной величины динамического напряжения сдвига проводят с учетом всей глубины скважины по формуле
Figure 00000004

где τo - средневзвешенная величина динамического напряжения сдвига, Па;
P - давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, значение которого находится в пределах ламинарного режима течения бурового раствора, Па;
L - длина бурильных труб, м;
R - средневзвешенный внутренний радиусы бурильных труб, м,
а также дополнительно рассчитывают средневзвешенную по глубине скважины величину пластической вязкости по формуле
Figure 00000005

где η - средневзвешенная по глубине скважины величина пластической вязкости, Па•с;
Рнi - давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб при i-м установившемся режиме промывки скважины, Па.The technical result is achieved using the known method by stopping mechanical drilling, creating straining forces in the well and determining the weighted average value of the dynamic shear, in which creating straining forces is carried out by continuing to flush the well and changing the flow rate of the drilling fluid while fixing the injection pressure of the drilling fluid in the drill pipe string according to the inequality
Q min ≤ Q i ≤ Q max
wherein
Figure 00000002

Figure 00000003

where Q min is the minimum flow rate of the drilling fluid, determined by the technical characteristics of the pumping unit and providing a turbulent flow of the drilling fluid in the annular space of the well, m 3 / s;
Q i - the flow rate of the drilling fluid at the i-th mode of washing the well, m 3 / s,
where i = 1, ..., k, for k≤n;
where n is the maximum number of drilling fluid supply options by the pump unit, determined by its technical characteristic;
Q max - the maximum flow rate of the drilling fluid, determined by the technical characteristics of the pumping unit and the condition for preventing absorption of the drilling fluid, m 3 / s;
R 2 , R 1 - weighted average radius of the well and the outer radius of the drill pipe, respectively, m;
τ o lab - dynamic shear stress, determined in laboratory conditions, Pa;
ρ is the density of the drilling fluid, kg / m 3 ;
P PG - pressure absorption, Pa;
g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;
N PG - the depth of the horizon with a minimum absorption pressure, m;
L PG - the length of the drill pipe to the depth of the horizon with a minimum absorption pressure, m;
η lab - plastic viscosity, determined in laboratory conditions, Pa • s,
and according to the data obtained, a graph of the dependence of the injection pressure on the flow rate of the drilling fluid is extrapolated, the line is extrapolated to the intersection with the coordinate axis of the injection pressure, the pressure of the drilling fluid in the drill pipe string, the value of which is within the laminar flow regime of the drilling fluid, is determined by the size of the cut-off section, determination of the weighted average value of the dynamic shear stress is carried out taking into account the entire depth of the well according to the formula
Figure 00000004

where τ o is the weighted average value of the dynamic shear stress, Pa;
P o - drilling fluid injection pressure in the drill pipe string, the value of which is within the laminar flow regime of the drilling fluid, Pa;
L is the length of the drill pipe, m;
R is the weighted average internal radius of the drill pipe, m,
and also calculate the average viscosity value over the depth of the well for the plastic viscosity according to the formula
Figure 00000005

where η - weighted average over the depth of the well, the value of plastic viscosity, Pa • s;
P ni - the pressure of the injection of drilling fluid in the string of drill pipes at the i-th steady-state regime of flushing the well, Pa.

Существенному улучшению технико-экономических показателей процесса бурения скважины способствует рациональный выбор гидравлической программы, т. е. регулирование гидродинамических давлений за счет управляемых параметров (плотность и реологическая характеристика бурового раствора, режим промывки скважины и т.д.). A significant improvement in the technical and economic indicators of the well drilling process is facilitated by the rational choice of the hydraulic program, i.e., the regulation of hydrodynamic pressures due to controlled parameters (density and rheological characteristics of the drilling fluid, well flushing mode, etc.).

Прежде всего, составление гидравлических программ невозможно без правильного определения реологических характеристик буровых растворов (динамическое напряжение сдвига, пластическая вязкость) и, следовательно, гидравлических сопротивлений при циркуляции растворов в бурящейся скважине. Известно, что реологические характеристики большинства используемых буровых растворов неинвариантны, как предполагается, в результате влияния тиксотропных свойств (статическое напряжение сдвига), которые не фиксируются при замере на вискозиметрах различных типов, а также при существующих методах определения непосредственно в скважине. First of all, the preparation of hydraulic programs is impossible without the correct determination of the rheological characteristics of drilling fluids (dynamic shear stress, plastic viscosity) and, therefore, hydraulic resistance during the circulation of fluids in a well being drilled. It is known that the rheological characteristics of most drilling fluids used are not invariant, as expected, due to the influence of thixotropic properties (static shear stress), which are not recorded when measuring with various types of viscometers, as well as with existing methods of determination directly in the well.

Значительное повышение точности определения реологических характеристик бурового раствора обеспечивают отсутствием влияния статического напряжения сдвига, что достигается в условиях промывки скважины при установившемся течении бурового раствора. Кроме того, использование фактической устьевой информации при промывке скважины, когда долото находится непосредственно на забое (давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб в момент установившегося течения, расход бурового раствора), позволяет решить обратную задачу, т. е. определить средневзвешенные величины динамического напряжения сдвига, пластической вязкости бурового раствора с учетом реальных термобарических условий и геометрических особенностей (конструкция скважины и бурильной колонны) по всей глубине скважины. A significant increase in the accuracy of determining the rheological characteristics of the drilling fluid is ensured by the absence of the influence of static shear stress, which is achieved under conditions of flushing the well with a steady flow of drilling fluid. In addition, the use of actual wellhead information when flushing the well when the bit is directly on the bottom (drilling fluid injection pressure in the drill string at the moment of steady flow, drilling fluid flow rate) allows us to solve the inverse problem, i.e., to determine the weighted average dynamic stress values shear, plastic viscosity of the drilling fluid, taking into account real thermobaric conditions and geometrical features (well and drill string design) throughout the depth of important.

Согласно определению, динамическое напряжение сдвига и пластическая вязкость количественно характеризуют поведение буровых растворов при их течении или деформации и являются функциями скорости сдвига. В практике бурения применяются, в основном, буровые растворы, поведение которых можно описать при помощи модели Бингама. Уравнения Бакингема описывают движение бингамовских жидкостей
в трубах

Figure 00000006

в кольцевом пространстве
Figure 00000007

где Q - расход бурового раствора, м3/с;
Ркп, Рт - перепад давления в кольцевом пространстве и трубах, соответственно, Па;
Рокп, Рот - давление, необходимое для начала течения бурового раствора в кольцевом пространстве и трубах, соответственно, Па.According to the definition, dynamic shear stress and plastic viscosity quantitatively characterize the behavior of drilling fluids during their flow or deformation and are functions of shear rate. In drilling practice, drilling fluids are mainly used, the behavior of which can be described using the Bingham model. Buckingham equations describe the motion of Bingham fluids
in pipes
Figure 00000006

in the annular space
Figure 00000007

where Q is the flow rate of the drilling fluid, m 3 / s;
R KP , R t - pressure drop in the annular space and pipes, respectively, Pa;
P okp , P from - pressure required to start the flow of the drilling fluid in the annular space and pipes, respectively, Pa.

Создание страгивающих усилий непосредственно в скважине путем циркуляции бурового раствора позволяет определить величину давления Рон, которое пропорционально давлению необходимого для начала течения бурового раствора в бурильных трубах и кольцевом пространстве скважины. С этой целью используют зависимость давления нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, как сумму гидравлических потерь давления в трубах и кольцевом пространстве скважины, от расхода бурового раствора, полученную по результатам фактических замеров при разных режимах промывки скважины. Режимы промывки обусловлены конкретными геолого-техническими условиями: техническими характеристиками насосного агрегата, обеспечением турбулентного режима течения и предотвращением поглощения бурового раствора.The creation of straining forces directly in the borehole by circulating the drilling fluid makes it possible to determine the pressure P n , which is proportional to the pressure required to start the flow of the drilling fluid in the drill pipes and the annular space of the borehole. For this purpose, the dependence of the drilling fluid injection pressure in the drill string is used, as the sum of the hydraulic pressure losses in the pipes and the annular space of the well, on the flow rate of the drilling fluid, obtained from the results of actual measurements at different modes of well flushing. The flushing regimes are determined by specific geological and technical conditions: the technical characteristics of the pumping unit, ensuring a turbulent flow regime and preventing the absorption of drilling fluid.

На фиг.1 представлена зависимость давления нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб в момент установившегося течения от расхода бурового раствора. В области малых расходов бурового раствора график имеет заметную кривизну и соответствует ламинарному режиму течения (участок 1), получение линейной зависимости в области больших расходов свидетельствует об отсутствии пластичного ядра течения в потоке жидкости и соответствует турбулентному режиму течения бурового раствора (участок 2). Для получения линейной зависимости достаточно двух режимов промывки скважины (Qmin, Qmax). После аппроксимации данных линейного участка кривой методом наименьших квадратов необходимо экстраполировать линейный участок до пересечения с координатной осью давления нагнетания. Точка пересечения соответствует началу течения бурового раствора, т. е. при большем давлении Рон расход бурового раствора отличен от нуля. Погрешность подобной аппроксимации уменьшается с ростом прямолинейного участка кривой и составляет менее 6%.Figure 1 shows the dependence of the injection pressure of the drilling fluid in the drill string at the moment of steady flow from the flow rate of the drilling fluid. In the region of low flow rates of the drilling fluid, the graph has a noticeable curvature and corresponds to the laminar flow regime (section 1); obtaining a linear dependence in the region of high flow rates indicates the absence of a plastic flow core in the fluid flow and corresponds to the turbulent flow regime of the drilling fluid (section 2). To obtain a linear relationship, two well flushing modes are sufficient (Q min , Q max ). After approximating the data of the linear section of the curve by the least squares method, it is necessary to extrapolate the linear section to the intersection with the coordinate axis of the discharge pressure. The intersection point corresponds to the beginning of the flow of the drilling fluid, i.e., at a higher pressure P , the flow rate of the drilling fluid is non-zero. The error of such an approximation decreases with the growth of the rectilinear portion of the curve and is less than 6%.

Следует отметить, что неприемлемо использовать фактические данные при промывке скважины с расходом ниже Qmin, который соответствует ламинарному режиму течения бурового раствора, т.к. применяемый метод определения величин давления, необходимых для начала течения бурового раствора, становится неправомерным. При расходе, превышающем Qmax, происходит поглощение бурового раствора.It should be noted that it is unacceptable to use the actual data when flushing the well with a flow rate below Q min , which corresponds to the laminar flow regime of the drilling fluid, because the method used to determine the pressure required to start the flow of the drilling fluid becomes illegal. At a flow rate in excess of Q max , mud is absorbed.

Использование линеаризации позволяет упростить уравнения Бакингема, принимая

Figure 00000008
а также решать их относительно перепадов давления. При графическом методе решения задачи по величине отсекаемого участка определяют давление, пропорциональное давлению, при котором начнется течение бурового раствора в трубах и в кольцевом пространстве, т.е. расход бурового раствора равен нулю:
Figure 00000009

Учитывая, что динамическое напряжение сдвига бурового раствора в трубах равно динамическому напряжению в кольцевом пространстве
Figure 00000010

определяют давления, необходимые для начала течения в трубах
Figure 00000011

и в кольцевом пространстве
Figure 00000012

Подставляя полученные значения давлений, необходимых для начала течения бурового раствора, в формулы динамического напряжения сдвига τo, вычисляют его средневзвешенную величину.Using linearization allows us to simplify Buckingham equations by
Figure 00000008
and also to solve them regarding pressure differences. In the graphical method of solving the problem, the pressure proportional to the pressure at which the flow of the drilling fluid in the pipes and in the annular space begins, is determined by the size of the cut-off section, i.e. mud flow rate is zero:
Figure 00000009

Given that the dynamic shear stress of the drilling fluid in the pipes is equal to the dynamic stress in the annular space
Figure 00000010

determine the pressure required to start the flow in the pipes
Figure 00000011

and in the annular space
Figure 00000012

Substituting the obtained pressure values necessary to start the flow of the drilling fluid into the dynamic shear stress formulas τ o , calculate its weighted average value.

Учитывая, что давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб равно сумме гидравлических потерь давления в трубах и кольцевом пространстве, определяемых из упрощенного уравнения Бакингема, рассчитывают средневзвешенную величину пластической вязкости бурового раствора η.
Анализ изобретательского уровня показал следующее: известен способ определения θ по давлению нагнетания в бурильных трубах при восстановлении циркуляции (см. Маккрей А.У. и Коле Ф.У. Технология бурения нефтяных скважин. М. , Гостоптехиздат, 1963, с.326-329); известен лабораторный способ определения τo и η по перепаду давления между концами трубки и расходу бурового раствора, обеспечивающему турбулентный режим течения, с учетом уравнения Бакингема (см. Маковей Н. Гидравлика бурения. Пер. с рум. - М.: Недра, 1986, с. 198-199). На основании вышеизложенного нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого технического решения. Таким образом, последнее не следует явным образом из проанализированного уровня техники, т.е. имеет изобретательский уровень.
Considering that the drilling fluid injection pressure in the drill string is equal to the sum of the hydraulic pressure losses in the pipes and the annulus determined from the simplified Buckingham equation, the weighted average value of the drilling fluid plastic viscosity η is calculated.
An analysis of the inventive step showed the following: there is a known method for determining θ from the injection pressure in drill pipes during restoration of circulation (see McCray A.U. and Kole F.U. Oil drilling technology. M., Gostoptekhizdat, 1963, pp. 326-329 ); known laboratory method for determining τ o and η by the pressure drop between the ends of the pipe and the flow rate of the drilling fluid, providing a turbulent flow regime, taking into account the Buckingham equation (see Macovey N. Hydraulics of drilling. Trans. from room. - M .: Nedra, 1986, p. 198-199). Based on the foregoing, we have not identified technical solutions that are based on features that match the distinctive features of the claimed technical solution. Thus, the latter does not follow explicitly from the analyzed prior art, i.e. has an inventive step.

Более подробно сущность заявляемого способа поясняется следующим примером. In more detail, the essence of the proposed method is illustrated by the following example.

Пример. Продуктивный пласт представлен песчаниками валанжинских отложений, скважина 12 Южно-Парусная газоконденсатного месторождения. Используют буровую установку Уралмаш 3Д-76, насос У8-7М с цилиндрическими втулками диаметром 200 мм, который при коэффициенте наполнения 0,9 создает n=6 вариантов подачи бурового раствора: расход 0,028 м3/с при 40 двойных ходах в 1 мин; 0,031 м3/с - 45; 0,035 м3/с - 50; 0,038 м3/с - 55; 0,042 м3/с - 60; 0,045 м3/с - 65.Example. The reservoir is represented by sandstones of the Valanginian deposits, well 12 of the Yuzhno-Parusnaya gas condensate field. A Uralmash 3D-76 drilling rig and a U8-7M pump with cylindrical bushings with a diameter of 200 mm are used, which, with a fill factor of 0.9, creates n = 6 drilling fluid supply options: flow rate 0.028 m 3 / s at 40 double strokes in 1 min; 0.031 m 3 / s - 45; 0.035 m 3 / s - 50; 0.038 m 3 / s - 55; 0.042 m 3 / s - 60; 0.045 m 3 / s - 65.

Исходные данные:
Глубина забоя скважины Н, м - 3200
Глубина залегания пласта с минимальным давлением поглощения Нпг, м - 2300
Давление поглощения Рпг, МПа - 28,05
Средневзвешенный радиус скважины R2, м - 0,110
Средневзвешенный наружный радиус бурильных труб R1, м - 0,063
Средневзвешенный внутренний радиус бурильных труб R, м - 0,054
Плотность бурового раствора ρ, кг/м3 - 1200
Динамическое напряжение сдвига, определенное в лабораторных условиях τoлаб, Па - 3,6
Пластическая вязкость, определенная в лабораторных условиях ηлаб, Па•с - 0,02
На глубине 3200 м останавливают механическое бурение, продолжая промывку скважины с расходом бурового раствора 0,031 м3/с, фиксируют давление нагнетания в колонне бурильных труб, равное 5,0 МПа.
Initial data:
The bottom hole depth N, m - 3200
Depth of bed with a minimum absorption pressure N pg , m - 2300
Absorption pressure P pg , MPa - 28.05
The weighted average radius of the well R 2 , m - 0,110
The weighted average outer radius of the drill pipe R 1 , m - 0,063
Weighted average inner radius of drill pipes R, m - 0,054
The density of the drilling fluid ρ, kg / m 3 - 1200
Dynamic shear stress determined in laboratory conditions τ olab , Pa - 3.6
The plastic viscosity determined in laboratory conditions η lab , Pa • s - 0.02
Mechanical drilling is stopped at a depth of 3200 m, while continuing to flush the well with a drilling fluid flow rate of 0.031 m 3 / s, the injection pressure in the drill string is fixed at 5.0 MPa.

Определяют минимальный расход бурового раствора, обеспечивающий турбулентный режим течения в кольцевом пространстве скважины

Figure 00000013

и максимальный расход бурового раствора, определяемый предотвращением поглощения бурового раствора
Figure 00000014

С учетом технических возможностей насосного агрегата создают k=3 режима промывки скважины, последовательно меняя расход раствора.Determine the minimum flow rate of the drilling fluid, providing a turbulent flow regime in the annular space of the well
Figure 00000013

and maximum mud flow rate determined by preventing mud absorption
Figure 00000014

Taking into account the technical capabilities of the pumping unit, k = 3 well washing regimes are created, sequentially changing the flow rate of the solution.

Первый режим промывки скважины соответствует расчетному минимальному расходу и равному Qi= 0,035 м3/с, при этом давление нагнетания бурового раствора в колонну бурильных труб Pн1=5,4 МПа. Далее промывают скважину на втором режиме при Q2=0,038 м3/с, при этом Рн2=5,7 МПа и промывают скважину на третьем режиме, соответствующем расчетному максимальному расходу и равном Q3=0,042 м3/с при Рн3=6,0 МПа.The first mode of flushing the well corresponds to the estimated minimum flow rate and equal to Q i = 0.035 m 3 / s, while the pressure of the injection of drilling fluid into the drill string P n1 = 5.4 MPa. Next, the well is washed in the second mode at Q 2 = 0.038 m 3 / s, while P n2 = 5.7 MPa and the well is washed in the third mode, corresponding to the estimated maximum flow rate and equal to Q 3 = 0.042 m 3 / s at P n3 = 6.0 MPa.

По полученным данным строят график зависимости давления нагнетания от расхода бурового раствора, представленный на фиг.2. Экстраполируют прямую до пересечения с координатной осью давления нагнетания. По величине отсекаемого отрезка определяют давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, значение которого находится в пределах ламинарного режима течения бурового раствора, Рон=2,5 МПа.According to the data obtained, a graph of the dependence of the injection pressure on the flow rate of the drilling fluid, shown in Fig.2. The straight line is extrapolated to the intersection with the coordinate axis of the discharge pressure. The magnitude of the cut-off segment determines the injection pressure of the drilling fluid in the drill pipe string, the value of which is within the laminar flow regime of the drilling fluid, P it = 2.5 MPa.

Определяют средневзвешенную величину динамического напряжения сдвига с учетом всей глубины скважины по формуле

Figure 00000015

и рассчитывают средневзвешенную по глубине скважины величину пластической вязкости по формуле:
Figure 00000016

Сравнивают фактические значения τo и η с лабораторными τoлаб и ηлаб. Точность определения увеличилась в 2-2,5 раза.The weighted average value of the dynamic shear stress is determined taking into account the entire depth of the well by the formula
Figure 00000015

and calculate the weighted average over the depth of the well, the value of plastic viscosity according to the formula:
Figure 00000016

Compare the actual values of τ o and η with laboratory τ olab and η lab . The accuracy of determination increased by 2-2.5 times.

Определение реологических характеристик бурового раствора по данным устьевой информации в процессе промывки скважины повышает безопасность и качество бурения скважины за счет обеспечения требуемого забойного давления, снижения вероятности осложнений и аварий, связанных с зашламлением ствола, кольматацией коллектора, флюидопроявлениями и поглощениями бурового раствора, а также выполнения ограничений на изменение давлений в скважине при промывке, спускоподъемных операциях. Determining the rheological characteristics of the drilling fluid according to wellhead information during the flushing process increases the safety and quality of drilling by ensuring the required bottomhole pressure, reducing the likelihood of complications and accidents associated with clogging of the bore, mudding of the reservoir, fluid manifestations and absorption of the drilling fluid, as well as fulfilling restrictions pressure changes in the well during flushing, tripping operations.

Claims (1)

Способ определения реологических характеристик бурового раствора в процессе бурения путем остановки механического бурения, создания страгивающих усилий в скважине и определения средневзвешенной величины динамического напряжения сдвига, отличающийся тем, что создание страгивающих усилий осуществляют, продолжая промывку скважины и меняя расход бурового раствора с одновременным фиксированием давления нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб согласно неравенству
Qmin≤Qi≤Qmax,
при этом
Figure 00000017

Figure 00000018

где Qmin - минимальный расход бурового раствора, определяемый технической характеристикой насосного агрегата и обеспечивающий турбулентный режим течения бурового раствора в кольцевом пространстве скважины, м3/с;
Qi- расход бурового раствора при i-м режиме промывки скважины, м3/с, где i= 1, . . . , k, при k не более n; где n - максимальное количество вариантов подачи бурового раствора насосным агрегатом, определяемое его технической характеристикой;
Qmax - максимальный расход бурового раствора, определяемый технической характеристикой насосного агрегата и условием предотвращения поглощения бурового раствора, м3/с;
R2, R1 - средневзвешенные радиус скважины и наружный радиус бурильных труб, соответственно, м;
τ0лаб - динамическое напряжение сдвига, определяемое в лабораторных условиях, Па;
ρ - плотность бурового раствора, кг/ м3;
Рпг - давление поглощения, Па;
g - ускорение свободного падения, м/ с2;
Нпг - глубина залегания горизонта с минимальным давлением поглощения, м;
Lпг - длина бурильных труб до глубины залегания горизонта с минимальным давлением поглощения, м;
ηлаб - пластическая вязкость, определяемая в лабораторных условиях, Па•с,
и по полученным данным строят график зависимости давления нагнетания от расхода бурового раствора, экстраполируют прямую до пересечения с координатной осью давления нагнетания, по величине отсекаемого отрезка определяют давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, значение которого находится в пределах ламинарного режима течения бурового раствора, причем определение средневзвешенной величины динамического напряжения сдвига проводят с учетом всей глубины скважины по формуле
Figure 00000019

где τ0 - средневзвешенная величина динамического напряжения сдвига, Па;
Рон - давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб, значение которого находится в пределах ламинарного режима течения бурового раствора, Па;
L -длина бурильных труб, м;
R - средневзвешенный внутренний радиус бурильных труб, м,
а также дополнительно рассчитывают средневзвешенную по глубине скважины величину пластической вязкости по формуле
Figure 00000020

где η - средневзвешенная по глубине скважины величина пластической вязкости, Па•c;
Рнi - давление нагнетания бурового раствора в колонне бурильных труб при i-м установившемся режиме промывки скважины, Па.
A method for determining the rheological characteristics of a drilling fluid during drilling by stopping mechanical drilling, creating straining forces in the well and determining a weighted average value of the dynamic shear stress, characterized in that creating straining forces is carried out by continuing to flush the well and changing the flow rate of the drilling fluid while recording the drilling pressure solution in the drill string according to the inequality
Q min ≤Q i ≤Q max ,
wherein
Figure 00000017

Figure 00000018

where Q min is the minimum flow rate of the drilling fluid, determined by the technical characteristics of the pumping unit and providing a turbulent flow of the drilling fluid in the annular space of the well, m 3 / s;
Q i is the flow rate of the drilling fluid during the i-th flushing mode of the well, m 3 / s, where i = 1,. . . , k, for k no more than n; where n is the maximum number of drilling fluid supply options by the pump unit, determined by its technical characteristic;
Q max - the maximum flow rate of the drilling fluid, determined by the technical characteristics of the pumping unit and the condition for preventing absorption of the drilling fluid, m 3 / s;
R 2 , R 1 - weighted average radius of the well and the outer radius of the drill pipe, respectively, m;
τ 0lab - dynamic shear stress determined in laboratory conditions, Pa;
ρ is the density of the drilling fluid, kg / m 3 ;
R PG - pressure absorption, Pa;
g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;
N PG - the depth of the horizon with a minimum absorption pressure, m;
L PG - the length of the drill pipe to the depth of the horizon with a minimum absorption pressure, m;
η lab - plastic viscosity, determined in laboratory conditions, Pa • s,
and according to the data obtained, a graph of the dependence of the injection pressure on the flow rate of the drilling fluid is extrapolated, the line is extrapolated to the intersection with the coordinate axis of the injection pressure, the pressure of the drilling fluid in the drill pipe string, the value of which is within the laminar flow regime of the drilling fluid, is determined by the size of the cut-off section, determination of the weighted average value of the dynamic shear stress is carried out taking into account the entire depth of the well according to the formula
Figure 00000019

where τ 0 is the weighted average value of the dynamic shear stress, Pa;
P he - the pressure of the injection fluid in the drill string, the value of which is within the laminar flow regime of the drilling fluid, Pa;
L is the length of the drill pipe, m;
R is the weighted average inner radius of the drill pipe, m,
and also calculate the average viscosity value over the depth of the well for the plastic viscosity according to the formula
Figure 00000020

where η - weighted average over the depth of the well, the value of plastic viscosity, Pa • s;
P ni - the pressure of the injection of drilling fluid in the string of drill pipes at the i-th steady-state regime of flushing the well, Pa.
RU2000124055A 2000-09-19 2000-09-19 Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling RU2185611C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000124055A RU2185611C2 (en) 2000-09-19 2000-09-19 Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000124055A RU2185611C2 (en) 2000-09-19 2000-09-19 Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2185611C2 true RU2185611C2 (en) 2002-07-20
RU2000124055A RU2000124055A (en) 2002-08-10

Family

ID=20240253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000124055A RU2185611C2 (en) 2000-09-19 2000-09-19 Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2185611C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КИСТЕР Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972, с.230-234, 257-259. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cooke Jr et al. Field measurements of annular pressure and temperature during primary cementing
RU2362875C2 (en) Method of evaluating pressure in underground reservoirs
US7303008B2 (en) Methods and systems for reverse-circulation cementing in subterranean formations
US9328574B2 (en) Method for characterizing subsurface formations using fluid pressure response during drilling operations
EA036110B1 (en) Hydrocarbon filled fracture formation testing before shale fracturing
Postler Pressure integrity test interpretation
US6659197B2 (en) Method for determining drilling fluid properties downhole during wellbore drilling
CN1270052C (en) Method for obtaining survey of leakage and structum integrity by finite downhole pressure test
CN109915128B (en) Stratum pressure-bearing capacity dynamic testing method and well cementation method
EP2948619A1 (en) Systems and methods for monitoring and validating cementing operations using connection flow monitor (cfm) systems
US9988902B2 (en) Determining the quality of data gathered in a wellbore in a subterranean formation
Mostafavi et al. Model-based uncertainty assessment of wellbore stability analyses and downhole pressure estimations
CN109711090A (en) A kind of annular fluid comprehensive friction and resistance coefficient determines method and device
Chen et al. Modeling transient circulating mud temperature in the event of lost circulation and its application in locating loss zones
RU2185611C2 (en) Procedure determining rheological characteristics of drilling fluid in process of drilling
RU2189443C1 (en) Method of determining well, bottom-hole zone and formation characteristics
RU2202039C2 (en) Process of completion, examination of operation of wells
US10753203B2 (en) Systems and methods to identify and inhibit spider web borehole failure in hydrocarbon wells
Daccord et al. How fluid loss influences primary cementing: literature review and methodology
RU2684924C1 (en) Method of the cutting well research in the drilling process
US20230175392A1 (en) Method and system for estimating a depth injection profile of a well
RU2269000C2 (en) Method for permeable well zones determination
RU2320855C1 (en) Well operation device
CN110924928B (en) Test device and method for testing annular flow pressure drop of irregular well bore section
RU2661937C1 (en) Method for determining a leakage pressure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060920