SU1675551A1 - Method for determination of rock strength during drilling - Google Patents

Method for determination of rock strength during drilling Download PDF

Info

Publication number
SU1675551A1
SU1675551A1 SU894704251A SU4704251A SU1675551A1 SU 1675551 A1 SU1675551 A1 SU 1675551A1 SU 894704251 A SU894704251 A SU 894704251A SU 4704251 A SU4704251 A SU 4704251A SU 1675551 A1 SU1675551 A1 SU 1675551A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
bit
nozzles
pressure
mpa
rate
Prior art date
Application number
SU894704251A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
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 (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 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам filed Critical Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам
Priority to SU894704251A priority Critical patent/SU1675551A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1675551A1 publication Critical patent/SU1675551A1/en

Links

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

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 промывкиFIELD: exploration drilling, m. used in areas of deep drilling for oil and gas. The goal is to increase the reliability of the hardness assessment of impermeable rocks. To do this, before lowering the bit to the bottom by number of nozzles in the bit at the wellhead, the weighted average diameter of the nozzles and their total area are determined. After the bit is lowered to the bottom, the rate at which the drilling fluid flows from these nozzles is measured. The hardness of impermeable rocks is determined by the mathematical p-le. Determination of rock strength in downhole conditions is based on a mathematical model that, in the criteria form, adequately reflects the dependence of the mechanical penetration rate on the parameters of the drilling and flushing mode.

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.The invention relates to the process of deepening parametric, prospecting and exploration wells, associated with determining the strength (hardness) of rocks in the bottomhole conditions and can be used in areas of deep drilling for oil and gas.

Цель изобретени  - повышение достоверности оценки твердости непроницаемых горных пород в процессе проводки скважин .The purpose of the invention is to increase the reliability of the evaluation of the hardness of impermeable rocks during well drilling.

Спосо б осу щест в л   ют ел е ду ю щим образом .The methods can be implemented in a more concise way.

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.The parameters of drilling and flushing are determined: axial load on the bit G, bit rotation frequency n, mud density p, bit diameter D, nozzle diameter dHi, weighted average nozzle diameter dH, mud flow rate.

Q, скорость истечени  из насадок долота Vn,О4Q, discharge rate from the bit nozzles Vn, О4

гооное давление Pro. Замер ют механиче- 4jgoon pressure pro. 4j

скую скорость проходки VM. Далее опреде-Щhigh VM penetration rate. Next, define

л ют прочность горных пород 7о в услови х(Jthe strength of rocks is 7 ° under conditions (J

забо  скважины по уравнениюЈдbottom hole by equation

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

(D(D

.-1..-one.

А - посто нный безразмерный коэффициент (А 2,5), где п - частота вращени  долота, сA is a constant dimensionless coefficient (A 2.5), where n is the bit rotation frequency, s

D - диаметр долота, м;D - bit diameter, m;

G - осева  нагрузка на долото, Н;G - axial load on the bit, N;

р- плотность бурового раствора, кг/м ;p is the density of the drilling fluid, kg / m;

Q - расход бурового раствора, м3/с;Q - drilling fluid flow rate, m3 / s;

dH - средневзвешенный диаметр насадки , м;dH - weighted average nozzle diameter, m;

N - количество насадок в долоте, шт;N - the number of nozzles in the bit, pcs;

S - суммарна  площадь промывочных отверстий в долоте, мS - total area of flushing holes in the bit, m

2.2

S NS n

7TdH7TdH

Vn Vn

Vn - скорость истечени  из насадок долота , м/с,Vn - flow rate from bit nozzles, m / s,

Q . S Q. S

Pro - горное давление, МПа на глубине h;Pro - rock pressure, MPa at depth h;

Рг - гидродинамическое давление столба бурового раствора, МПа, плотностью р на глубине h;Pr - hydrodynamic pressure of the mud column, MPa, density p at a depth h;

Рп - поровое давление, МПа, на глубине h;Рп - pore pressure, MPa, at depth h;

Гп - градиент перового давлени  МПа/м;Гп - feather pressure gradient MPa / m;

АР - дифференциальное давление, МПа,AR - differential pressure, MPa,

ДР Рг-Рл;DR R-Rl;

VM - механическа  скорость проходки, м/с.VM - mechanical penetration rate, m / s.

Формула (1) получена путем преобразовани  исходного уравнени Formula (1) is obtained by converting the original equation

G ч2ГрУп Р2 N0.43G h2GrUp P2 N0.43

U (2)U (2)

nDnD

D2(TnD2 (Tn

02(J02 (J

0,650.65

0,2 ( (Pro Рг)Р2л0.72 0, 0.2 ((Pro Pr) P2l0.72 0,

(537) ( & 1 CD ) (537) (& 1 CD)

относительно величины твердости горных пород Сто.relative to the hardness of the rocks Sto.

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.Equation (2) shows the dependence of the mechanical penetration rate on the parameters of the drilling mode (axial load on the bit G, bit rotation frequency n), bottom wash rate (flow rate Vn from nozzle bits nozzle diameter dH, mud flow rate Q) hardness of rocks in the downhole conditions of stpp, rock pressure Pro and bit diameter D.

К основным размерным комплексам, вли ющим на среднюю механическую скорость бурени , относ т: удельные механиче/™чThe main dimensional complexes affecting the average mechanical speed of drilling include: specific mechanical / ™ h

скую мощность (рг п) и гидравлическую мощность в насадках долотаhigh power (wkp) and hydraulic power in bit nozzles

.Vn2 D2.Vn2 D2

Q). Поскольку одинаковуюQ). Since the same

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 .Since hydraulic power can be realized with multiple combinations of flow rate (Vn) and pump feed (Q), then Vn and Q values should generally be included in separate similarity criteria.

00

5five

00

5five

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 .The assumed varying degree of influence of these criteria on the mechanical drilling rate and the dependence of the intensity of rock destruction on the contact surface of the direct action of the jetting jet necessitate the isolation of the average bit diameter (dH) in the corresponding similarity criteria.

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 .In addition, the drillability of rocks is influenced by the difference between rock (Pro) and hydrodynamic (Pr) pressure, which should also be taken into account by a separate similarity criterion.

Установленные параметры составл ют следующую функциональную зависимость:The set parameters are the following functional relationship:

, n, 0,-%,стп,р- Vn2, Q,(Pro-Pr ), (3), n, 0, -%, stp, p-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 In accordance with the Buckingham l-theorem, expression (3) is transformed into a criterion dependence containing five dimensionless determining criteria for the similarity

fi(wi .л&Л5),(4)  fi (wi .l & L5), (4)

гдеWhere

30thirty

лз lz

QQ

D3nD3n

5five

00

5five

Зависимость прочности глинистых пород (стп) от дифференциального давлени  АР (Рг - Рп) отображают уравнениемThe dependence of the strength of clay rocks (stp) on the differential pressure AR (Pr - Pr) is shown by the equation

оь ст0 (1 + КДР),(5)oh st0 (1 + CDR), (5)

где Сто - прочность пород в забойных услови х при АР 0, МПа;where Hundred is the rock strength in the bottomhole conditions at AR 0, MPa;

К- размерный коэффициент, МПа (К к 0,1);K - dimensional coefficient, MPa (K to 0.1);

Рп - поровое давление, МПа.Pp - pore pressure, MPa.

Критериальное уравнение (4) с учетом выражени  (5) представл ют в степенном видеCriterion equation (4) with regard to expression (5) is represented in power form

VM -Ь-(G а VM -b- (G a

.-.ЗА Г.2 //, I л « Л Г .-. FOR D.2 //, I l «L G

nD ООА D2(1 + 0,1 АР)nD OOA D2 (1 + 0.1 AP)

XjTf2 -7Г|3 XjTf2-7G | 3

(6)(6)

Показатели степени ai, 32as и посто нный безразмерный коэффициент А в уравнении (6) определ ют методом наименьших квадратов при обработке промысловых данных .The exponents ai, 32as and the constant dimensionless coefficient A in equation (6) are determined by the least squares method when processing production data.

Коэффициенты выражени  (6) вычисл ют методом скольз щего допуска на ЭВМ.The coefficients of expression (6) are calculated by the rolling tolerance method on a computer.

В результате идентификации коэффициентов уравнени  (6) получают критериальную обобщенную модель буримости видаAs a result of identifying the coefficients of equation (6), a criterial generalized drillability model is obtained

Ум -А. nD -2vUm -A. nD -2v

О2,4 D(1 +0,1ЛР)O2,4 D (1 + 0.1LR)

2,02.0

(7)(7)

гдеА (2,5)2.whereA (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, вычислениеThe outflow rate Vn is initially determined theoretically as the quotient of dividing the flow rate of drilling fluid Q by the total area of the flushing holes of the drill bit S. The value Q, the actual flow of the drilling pump, is known. The value of S is determined experimentally by measuring the diameter dHi of the 1st bit nozzle, calculating

ее площади по формуле Siits area by the formula Si

л:с1н1l: s1n1

и суммированием этих величинand summing up these values

NN

s 2 si,s 2 si,

i 1i 1

где N - количество насадок долота, Таким образомwhere N is the number of bit nozzles, Thus

V - QV - Q

Vn- -5.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 After that, the calculated value Vn is refined by the results of hydraulic testing of the bit before lowering it into the well. To do this, drill the bit onto a square rod and pump drilling fluid through the bit with the same costs that drilling is planned for. In this case, the pressure P is measured using a pressure gauge in the injection line, and then the adjusted value Vn is obtained from the expression

, Р, R

где ц 0,9.where c 0.9.

После остановки насосов долото отворачивают от квадратной штанги, наворачивают на компоновку низа бурильной колонны и спускают в скважину на бурение.After the pumps stop, the chisel is turned away from the square rod, wrapped around the layout of the bottom of the drill string and lowered into the well for drilling.

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).Determining the strength of rocks in the downhole conditions is based on a mathematical model that, in the criteria form, adequately reflects the dependence of the mechanical penetration rate on the parameters of the drilling and flushing mode; The bit rotation frequency входит is included in this model in degrees less than one (0.8).

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ определени  прочности горных пород в процессе проводки скважины, gg включающий измерение механической скоThe method of determining the strength of rocks in the process of posting wells, gg includes the measurement of mechanical 10ten 1515 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 growth rate, axial load on the bit, bit rotation frequency, bit diameter, rock pressure differential over the bottomhole pressure, mud density, followed by calculating the strength of the drilled rocks, characterized in that, in order to increase the reliability of impermeable rocks hardness, The weighted average diameter of the nozzles and their total area is determined on the bottom by the number of nozzles in the bit at the wellhead, and after the bit is lowered to the bottom, the rate of mud flow is measured. ra of the nozzles, wherein the hardness of impermeable rock is determined from the expression 2020 HX( )«( -fv-o Ј) HX () "(-fv-o) ,;,; (i +oiApl m6/Vl(i + oiApl m6 / Vl где А 2,5 - посто нный безразмерный коэффициент;where A 2,5 is a constant dimensionless coefficient; п - частота вращени  долота, ,n is the frequency of rotation of the bit, D - диаметр долота, м;D - bit diameter, m; G - осева  нагрузка на долото, Н;G - axial load on the bit, N; р- плотность бурового раствора, кг/м ;p is the density of the drilling fluid, kg / m; Q - расход бурового раствора, м /с;Q - mud flow rate, m / s; - средневзвешенный диаметр насадок , м; - weighted average diameter of nozzles, m; S - суммарна  площадь промывочных отверстий в долоте;S - total area of flushing holes in the bit; S NS n N - количество насадок в долоте, шт.; Vn - скорость истечени  из насадок долота , м/с:N - the number of bits in the bit, pieces; Vn - flow rate from bit nozzles, m / s: -§:-§: Pro - горное давление на глубине h. Па;Pro - rock pressure at depth h. Pa; Рг - гидродинамическое давление столба бурового раствора на забое, плотностью р на глубине h, МПа;Pr is the hydrodynamic pressure of the mud column at the bottomhole, with density p at depth h, MPa; Рп - поровое давление на глубине h, МПа:Рп - pore pressure at depth h, MPa: Рп - Гп h;Рп - Гп h; Гп - градиент перового давлени , МПа/м;Гп - feather pressure gradient, MPa / m; ДР - дифференциальное давление, МПа; дР Рг-Рг ;DR - differential pressure, MPa; DR Pr-Pr; VM - механическа  скорость проходки, м/с.VM - mechanical penetration rate, m / s.
SU894704251A 1989-06-14 1989-06-14 Method for determination of rock strength during drilling SU1675551A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894704251A SU1675551A1 (en) 1989-06-14 1989-06-14 Method for determination of rock strength during drilling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894704251A SU1675551A1 (en) 1989-06-14 1989-06-14 Method for determination of rock strength during drilling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1675551A1 true SU1675551A1 (en) 1991-09-07

Family

ID=21453755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894704251A SU1675551A1 (en) 1989-06-14 1989-06-14 Method for determination of rock strength during drilling

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1675551A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA012933B1 (en) * 2004-12-16 2010-02-26 Шеврон Ю.Эс.Эй. Инк. Method for estimating confined compressive strength for rock formations utilizing skempton theory

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1388557,кл. Е 21 С 39/00,1986. Булатов В.В Изменение твердости горных пород с глубиной их залегани : Сб. трудов ГрозНИИ Бурение скважин и добыча нефти, 1962. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA012933B1 (en) * 2004-12-16 2010-02-26 Шеврон Ю.Эс.Эй. Инк. Method for estimating confined compressive strength for rock formations utilizing skempton theory

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109838279B (en) Method for improving salt cavern storage utilization rate by discharging brine from cavity bottom through communicating well
US20090260430A1 (en) Method and Apparatus for Measurement of Formation Fluid Loss
CN102330545B (en) Sand prevention method for heavy oil reservoir oil well
US2290408A (en) Exploration of boreholes
CN1643233A (en) Dynamic annular pressure control apparatus and method
EP0386810A3 (en) Method for improving a drilling process by characterizing the hydraulics of the drilling system
RU2688652C2 (en) Methods of operation of downhole equipment based on conditions in wellbore
CN110735629B (en) Water guide fracture zone height judging method based on upward drilling speed
CN108573095B (en) River-crossing sea shield tunnel reasonable earth covering setting method based on tunneling safety
US5511615A (en) Method and apparatus for in-situ borehole stress determination
Holster et al. Effect of bit hydraulic horsepower on the drilling rate of a polycrystalline diamond compact bit
US3667555A (en) Air drilling method using controlled split stream
CN100575659C (en) A kind of insufficient balance well completion method
CN112031760B (en) Risk assessment method for well killing process by direct pushing method
SU1675551A1 (en) Method for determination of rock strength during drilling
RU2394981C1 (en) Procedure for development of oil deposit
RU2313667C2 (en) Method to create and control necessary load to ba applied to drilling bit during horizontal and directional well drilling with the use of downhole drilling motor with large distance between well bottom and head
RU2820904C1 (en) Method for reducing the level of destructive stresses in bottomhole zones of wells of underground gas storages
RU2140536C1 (en) Method of determination of formation pressure in course of drilling
RU2439273C1 (en) Well cluster construction method
SU1199924A1 (en) Method of hydrodynamic studies while drilling
RU1807330C (en) Method of determination of rheological characteristics of drilling flushing fluid
Estes Techniques of pilot-scale drilling research
RU2145382C1 (en) Method of determination of current bottom-hole hydrodynamic pressure in course of well drilling
SU1640394A1 (en) Method for detecting the point of hydraulic fracturing of formation