Способ контроля аварийных ситуаций при бурении скважин

 

Изобретение относится к алмазному бурению скважин и позволяет повысить надежность обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности определения порогов распознавания аварийных ситуаций. Для этого последовательно взвешивают бурильную колонну /БК/, спускают ее на забой, нагружают долото и бурят. Во время взвешивания измеряют вращающий момент, давление и расход промывочной жидкости /ПЖ/ на выходе буровых насосов и задают их в качестве пороговых. Задают также в качестве пороговых значения механической скорости бурения /МСБ/, близкой к нулю и измеренной в процессе спуска БК на забой. При выходе параметров в процессе бурения за данные пороговые значения идентифицируют обрыв БК, промыв БК или самозаклинивание керна. При нагружении измеряют давление и расход ПЖ на выходе буровых насосов. Задают измеренные значения, а также значение МСБ, равной 0,5 м/ч, в качестве пороговых. При выходе параметров в процессе бурения заданные пороговые значения идентифицируют зашламование забоя или начало прижога алмазной коронки. При бурении измеряют и задают в качестве пороговых давлений ПЖ на выходе буровых насосов и расход ПЖ на выходе из скважины. Выход в процессе бурения давления ПЖ на выходе буровых насосов и расхода ПЖ на выходе из скважины за данные пороговые значения, а также МСБ и расходы ПЖ на выходе буровых насосов за пороговые значения, установленные при нагружении, свидетельствуют об отказе насоса, начале прижога или поглощении ПЖ. 4 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„14902 0 (51)4 Е 21 В 44 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вД

СО

CO

1, Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4317445/23-03 (22) 14.10.87 (46) 30.06.89. Бюл. У 24 (71) Свердловский горный институт им.В.В.Вахрушева (72) Е.В.Калыгин, Г.Н.Глухов, Г.А.Багаутинов, Т.Н.Кравцова и Т.Н.Яковлева (53) 622.248(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 713978, кл, E 2 1 В 44/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 1035204, кл. Е 21 В 44/00, 1981. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к алмазному бурению скважин и позволяет повысить надежность обнаружения аварийных ситуаций эа счет увеличения точности определения порогов распознавания аварийных ситуаций. Для этого последовательно взвешивают бурильную колонну (БК), спускают ее на забой, нагружают долото и бурят. Во время взвешивания измеряют вращающйй момент, давление и расход промывочной жидкости (ПЖ) на выходе буровых насосов и задают их в качестве пороговых. 3аИзобретение относится к технике контроля процесса бурения, в частности к способам распознавания аварийных ситуаций в процессе алмазного буре ния.

Цель изобретения — повышение надежности обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности дают также в качестве пороговых зна чения механической скорости бурения (МСБ), близкой к нулю и измеренной в процессе спуска БК на забой. При выходе параметров в процессе бурения за данные пороговые значения идентифицируют обрыв БК, промыв БК или самозаклинивание керна. При нагружении измеряют давление и расход ПЖ на выходе буровых насосов. Задают измеренные значения, а также значение МСБ, равной 0,5 м/ч, в качестве пороговых, При вьмоде параметров в процессе бурения заданные пороговые значения идентифицируют зашламование забоя или начало прижога алмазной коронки.

При бурении измеряют и задают в качестве пороговых давлений ПЖ на выходе буровых насосов и расход ПЖ на выходе из скважины. Выход в процессе бурения давления ПЖ на выходе буровых насосов и расхода ПЖ на выходе из скважины за данные пороговые значения, а также МСБ и расходы ПЖ на выходе буровьм насосов эа пороговые значения, установленные при нагружении, свидетельствуют об отказе насоса, начале прижога или поглощении

ПЖ, 4 ил. определения порогов распознавания аварийных ситуаций.

На фиг. 1 приведен пример функциональной схемы устройства для реализации способа контроля аварийных си-, % туаций при бурении скважин; на фиг. 2— схемы блока уставки порогов, соответствующего операции "Взвешивание", и з

149026 определения факта обрыва или промыва тела бурильной колонны, или самозаклинивания керна; на фиг. 3 — схемы блока уставки порогов, соответствующего операции "Нагружение (начало процесса бурения) и определения факта зашламования забоя или начала прижога породоразрушающего инструмента из-за эашпамования забоя; на фиг. 4 — схемы 10 блока уставки порогов, соответствующего операции "Бурение" и определения факта отказа бурового насоса, начала прижога породоразрушающего инструмента из-за отказа бурового насоса или промыва тела бурильной колонны.

Техническая сущность изобретения состоит в следующем, При бурении скважин параметры технологического процесса не остаются постоянными с изменением глубины скважины. Каждому рейсу бурового снаряда присущи свои . значения технологических параметров.

С увеличением глубины скважины повышается вращающий момент на холостое 25 вращение, т.е. вращение бурильной колонны без разрушения породы, повышается давление промывочной жидкости, вследствие роста сил сопротивления стенок скважины и тела бурильной 30 колонны, изменяется также количество промывочной жидкости, подаваемое в скважину, иэ-эа повышения давления и нежесткой характеристики бурового насоса.

Процесс бурения изменчив также по причине износа породоразрушающего инструмента и самозаклинивания керна в колонковой трубе или опор долот, Износ алмазных коронок по высоте мат- 40 рицы может привести к прижогу бурового снаряда. Перед началом прижога всегда происходит истирание алмазосодержащего слоя коронки до конца, если прижог происходит из-за отсутст- 45 вия подачи промывочной жидкости на забой. Установлено, что началу при жога соответствует падение механической скорости, снижение ее до нуля и новое повьппение во время прижога.

Поэтому уровень порога механической

1 скорости для определения начала прижога должен быть выбран таким, чтобы алмазная коронка могла быть пригодна для дальнейшей работы, если прижог вызван отказом подачи промывочной жидкости на забой, или износилась по торцу матрицы незначительно, чтобы не оставался металл на забое. Наиболее благоприятным следует считать порог падения скорости ниже половины метра в час .

Самозаклинивание керна в колонковой трубе может вызвать резкое сниже ние механической скор ости до нуля или, при неполном самозаклинивании, снижение скорости, близкой к нулевому значению.

Обрывы бурильной колонны могут быть двоякими, В первом случае при обрыве бурильная колонна не расстыковывается, например обрыв в реэьбовом соединении, или расстыковывается, но верхняя часть бурильной колонны остается неподвижной относительно продопьной оси скважины иэ-за малости ее диаметра. Во втором случае происходит поступательное движение вниз верха колонны, если проходят скважины большого диаметра, когда два диаметра бурильной колонны меньше диаметра скважины. При обрыве вес снаряда уменьшается и происходит уменьшение давления на забой, что вызывает увеличение скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны при гидравлической подаче бурового снаряда и при работе автоматических стабилизаторов. осевой нагрузки. Поэтому во втором случае порог механической скорости следует устанавливать с учетом скорости перемещения верха колонны от системы подачи.

При поглощении промывочной жидкости в скважине может произойти частичное или полное поглощение. Достаточным признаком для определения факта поглощения служит уменьшение расхода промывочной жидкости, вытекающей из скважины, так как на процесс разрушения породы эта ситуация не сказывается. Уровень порога расхода промывочной жидкости, вытекакщей из скважины, должен быть установлен в ходе рабочего процесса бурения, равным количеству промывочной жидкости, вытекающей иэ скважины, так как всегда происходит малое поглощение жидкости в скважине.

На фиг. 1 изображены датчики: вращающего момента 1, давления 2 и расхода 3 промывочной жидкости на выходе насосов, механической скорости бурения 4 и расхода 5 промывочной жидкости на выходе из скважины, первые четыре из которых подключены к блоку

6 уставки порогов "Взвешивание", ко! 490260 торый соединен с запатчиками: лоро ов механической скорости бурения 7 и 8, вращающего момента 9, расхода промывочной, жидкости 10 и давления промывочной жидкости 11 на выходе насосов. Блок 12 уставки порогов "НаII гружение соединен с датчиками давления 2 и расхода 3 промывочной жидкости на выходе насосов и механической скорости бурения 4 и с задатчиками: механической скорости 13, расхода 14 и давления 15 промывочной жидкости на выходе насосов. Блок 16 уставки порогов "Бурение" соединен с

15 датчиками давления промывочной жидкости 2 и расхода промывочной жидкости 3 на выходе насосов механической скорости бурения 4 и расхода промывочной жидкости 5 на выходе из скважины и с задатчиками механической скорости 13, расхода 14 и давления 17 промывочной жидкости на выходе насосов и расхода промывочной жидкости 18 на выходе из скважины. 25

В качестве датчика вращающего момента может быть использован ограничитель момента типа ON-40. Для измерения давления промывочной жидкости используется датчик типа Г!УД-1. 30

Для измерения механической скорости используется датчик ДМС вЂ” 1, для измерения расхода промывочной жидкости может быть использован расходомер типа 3NP-2.

Способ осуществляют следующим образом.

При взвешивании бурового снаряда, когда нижний конец бурильной колонны оторван от забоя, измеряют вращающий 4р момент, давление и расход промывочной жидкости. С помощью задатчика 9 устанавливают пороговый Г! „ вращающий момент, равный измеренному, задатчиком 10 расхода промывочной жидкости 4на выходе насоса устанавливают пороговый Ц „, расход промывочной жидкости, равный измеренному, и задатчиком 11 давления про1ывочной жидкости на выходе насоса устанавливают порого-50 вое P и, давление промывочной жидкости, равное измеренному, Далее задатчиком 7 устанавливают значение порога механической скорости V для определения момента самозаклинивания керна (опор долот), близкое к нулевому значению, После взвешивания бурового снаряда опускают его на забой,при опускании измеряют скорость перемещения верхнего конца бурильной колонны и задатчиком 8 механической скорости бурения устанавливаеют уровень порога V „механической скорости, равный измеренной скорости перемещения.

В начале технологического процесса бурения (нагружения) с помощью датчиков расхода 3 и давление 2 промывочной жидкости на выходе насосов измеряют эти параметры и задатчиком

14 расхода промывочной жидкости устанавливают пороговый Q „„ расход промывочной жидкости, равный измеренному, а задатчиком 15 давления промывочной жидкости устанавливают пороговое P „ давление промывочной жидкости, равное измеренному. С помощью задатчика 13 механической скорости бурения устанавливают пороговую механическую скорость Ч „ равную половине метра в час.

В процессе бурения с помощью датчиков 2 и 5 измеряют давление промывочной жидкости на выходе насосов и расход промывочной жидкости, вытекающей из скважины. Задатчиком 17 давления промывочной жидкости устанавливают пороговое значение P „ давления промывочной жидкости на выходе насосов и задатчиком 18 количества промывочной жидкости устанавливают пороговое значение „ расхода про-. мывочной жидкости на выходе из скважины, равные измеренным.

При бурении в случае возникновения обрыва бурильной колонны без ее расстыковки происходит снижение текущего значения вращающего момента ниже порогового М,„, так как часть бурильной колонны не вращается, уменьшение давления промывочной жидкости на выходе насосов ниже порогового P „и, и увеличение расхода промывочной жидкости на выходе насосов выше порогового 0 „„из-за снижения гидравлического сопротивления в скважине и нежесткой характеристики насоса, Происходит также уменьшение механической скорости ниже порогового значения V „,, при этом на выходе элементов 19, 20 и 21 (фиг, 2) появляются сигналы, которые поступают на вход элемента И 22. Сигнал с выхода элемента И 22 подается на первые входы элементов И 23 и 24 на втором входе элемента И 23 также присутствует сигнал "1" с выхода элемента 25

1490260 сравнения, поэтому на выходе элемента И 23 появляется сигнал, соответствующий состоянию обрыва бурильной колонны без расстыковки, который про- 5 ходит также на выход элемента ИЛИ 26 и свидетельствует об обрыве бурильной колонны.

Если обрыв произошел с расстыковкой бурильной колонны, то скорость перемещения верхнего конца бурильной колонны превысит пороговый уровень

Ч„„ и на второй вход элемента И 24 с выхода элемента 27 сравнения поступит сигнал "1". Появившиеся при этом сигналы на выходе элемента И 24 свидетельствуют об обрыве бурильной колонны с расстыковкой, а на выходе элемента ИЛИ 26 — об обрыве бурильной колонны. Этот же сигнал поступает 20 через инвертор 28 на первые входы элементов И 29 и 30, блокируя тем самым сигнализацию "Промыв" и самозаклинивание "керна". При промыве тела бурильной колонны на второй и третий входы элемента И 29 поступают сигналы с выходов элементов сравнения 20 и 21. При самозаклинивании керна в колонковой трубе на второй вход элемента И 30 поступает сигнал с выхода элемента 25 сравнения.

При возникновении предприжогового состояния породоразрушающего инструмента, когда сигналы с датчиков 2, 3, 4 выйдут за пороговые уровни,, Р „ и V „„, на входы элемента И 31 (фиг. 3) с выхода элементов сравнения

32, 33 и 34 поступят сигналы "1".

Сигнал на выходе элемента И 31 свиде" тельствует о начале прижога и через инвертор 35 поступает на первый вход 40 элемента И 36, блокируя индикацию состояния зашламования забоя, которое характеризуется появлением сигнала на выходе элемента И 36, 45

Если предприжоговое состояние инструмента возникло из-за отказа насоса промывочной жидкости, то на входы элемента И 37 (фиг, 4) от элементов сравнения 32, 34 и 38 поступают сигналы "1" Сигнал на выходе элемента

И 37 свидетельствует о начале прижога из-за отказа насоса и через инвертор 39 блокирует индикацию ситуации простого отказа насоса и поглощения промывочной жидкости. При откаse бурового насоса, характеризующегося снижением расхода ниже порогового Q nq и давления ниже порогового

Р „з, сигналы с выходов элементов сравнения 32 и 38 поступают на входы элемента И 40. Появление сигнала на выходе элемента И 40 свидетельствует об отказе насоса и через инвертор 41 блокирует индикацию состояния поглощения промывочной жидкости.

При поглощении промывочной жидкости сигнал с выхода датчика 5 расхода промывочной жидкости »а выходе скважины станет ниже порогового Q „,„ и сигнал с выхода элемента 42 сравнения вызовет появление "1" на вьо оде элемента И 43, что свидетельствует о начале поглощения промывочной жидкости.

Данный способ отличается высокой точностью обнаружения аварийных ситуаций, в нем уточнены как уровни порогов, при достижении которых происходит правильная классификация сложившегося осложнения или аварийной ситуации, так и последовательность операций над объектом, при выполнении которых значения уровней порогов могут быть выставлены.

Формула изобретения

Способ контроля аварийных ситуаций при бурении скважин, включающий измерение вращающего момента, механической скорости бурения, а также давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса, сравнение измеренных параметров процесса бурения с пороговыми и идентификацию аварийных ситуаций, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности определения порогов распознавания аварийных ситуаций, измеряют расход промывочной жидкости на выходе из скважины, а в процессе определения порогов распознавания аварийных ситуаций осуществляют взвешивание бурового инструмента, спуск его на забой, нагружение бурового инструмента и бурение, при этом при взвешивании бурового инструмента измеряют вращакщий момент, давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса и устанавливают уровни порогов вращающего момента, давления и расхода промывочной жидкости, равные измеренным значениям, один уровень порога механической скорости бурения близким к нулю, а другой уро0

in порогов, то судят о начале прижога породораэрушакщего инструмента иэ-эа зашламования забоя, в процессе бурения измеряют расход промывочной жидкости на выходе из скважины и устанавливают его уровень порога равным измеренному, измеряют давление промывочной жидкости на выходе насоса и устанавливают его уровень порога, равным минимально возможному для выноса шлама и при снижении давления промывочной жидкости на выходе насоса ниже порогового, установленного в процессе бурения, и расхода промывочной жидкости на выходе насоса ниже порогового уровня, установленного в процессе нагружения, судят об отказе бурового насоса, если при.этом механическая скорость бурения упадет ниже порогового уровня, равного

0,5 м/ч, то судят о начале прижога породораэрушакицего инструмента иэ-sa отказа бурового насоса, а если снизится ниже порогового уровня только расход промывочной жидкости на выходе из скважины, то судят о поглощении жидкости.

9 149026 вень порога механической скорости бурения равным скорости спуска буриль ной колонны от системы подачи, измеренной при ее спуске, и в процессе

5 бурения, когда вращакиций момент, давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса и механической скорости бурения выйдут за установленные уровни порогов, то судят об обрыве бурильной колонны, если снизится давление и повысится расход промывочной жидкости на выходе насоса, то судят о промыве тела бурильной колонны, а если уменьшится только механическая скорость до нуля, то судят о самозаклинивании керна в колонковой трубе ипи о самозаклинивании опор шарошек, в процессе нагружения бурового инструмента измеряют давление и расход 2О. промывочной жидкости на выходе насоса, устанавливают их уровни порогов, равные измеренным, а уровень порога механической скорости, равным 0,5 м/ч, и при бурении, когда давление и рас- 25 ход промывочной жидкости на выходе насоса и механическая скорость бурения выйдут эа установленные уровни

1490260 ф .г фаа Ф

Составитель В.Шилов

Техред М.Ходанич Корректор В,Гирняк

Редактор М,Товтин

Заказ 3677/34 Тираж 514 Подписное

ВНККПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101