Способ определения механической скорости бурения

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения механической скорости V<SB POS="POST">м</SB> бурения. Для этого датчиком 4 измеряется скорость подачи V<SB POS="POST">п</SB> бурильной колонны. Датчиками 5 и 6 измеряются так же внутренние напряжения в бурильной колонне σ<SB POS="POST">к</SB>(T) и в линии нагнетания буровых насосов σ<SB POS="POST">н</SB>(T). С помощью преобразователей 13, 14 и 15, а также двух сумматоров 16 и 17 на выходе последнего получают значение механической скорости V<SB POS="POST">м</SB> в цифровом коде в соответствии с выражением V<SB POS="POST">м</SB> = V<SB POS="POST">н</SB> - A/E [Σ<SB POS="POST">к</SB> (T) - Σ<SB POS="POST">н</SB> (T)], где A - скорость звука в теле бурильной колонны, Е - модуль упругости бурильной колонны. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН щ) 5 E 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ Ф СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4260210/23-03 (22) 05. 05. 87 (46) 07.05.90. Бюл, Р 17 (75) В.В.Гущин (53) 622.24.082 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 899877, кл. E 21 В 44/00, 1980.

Айрапетов В.А. и др. Контроль параметров процесса бурения. М.: Недра, 1973. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ

СКОРОСТИ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения механической скоÄÄSUÄÄ 1562438 А 1

2 рости V бурения. Для этого датчиком 4 измеряется скорость подачи Vä бурильной колонны. Датчиками 5 и 6 измеряются также внутренние напряжения в бурильной колонне 6 „ (t) и в линии нагнетания буровых насосов 6, (с). С помощью преобразователей 13, 14 и 15, а также двух сумматоров 16 и 17 на выходе последнего получают значение механической скорости V в цифровом коде в .соответствии с выражением V

a/E 6„(с) — 6"м(t)g, где а скорость звука в теле бурильной колонны, Š— модуль упругости бурильной колонны.,1 ил.

1562438

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к способам контроля параметров процесса бурения.

Целью изобретения является повышение точности определения механической скорости бурения.

Бурильная колонна представляет собой протяженное и неразрывное с точки зрения внутренних упругих свойств физическое тело, главная ось симметрии в котором совпадает с главной осью инерции. Поэтому . внут" ренине упругие взаимодействия в бу! рильной колонне вдоль указанных осей описываются для каждого ее сечения одним уравнением.где V - продольная скорость деформирования,, а — скорость распространения продольных внутренних упругих взаимодействий (или скорость звука) в теле бурильной колонны, Š— .модуль упругости, $ d6 6" (t) - динамическая функция (кривая) внутренних напряжений во времени .t. !

Запись, последней в виде. интеграла от дифференциала Й6 подчеркивает, что функция G (t) существует только в том случае, если d 6 Р О. В панном случае 6"(t) есть результирующая динамическая кривая внутренних напряжений, возникающих в бурильной колонне под действием на нее в процессе бурения продольных и крутильных нагрузок одновременно с нагрузками от внутреннего давления бурового раствора и трения потока этого раствора о стенки бурильных труб, входящих в бурильную колонну, и стенки скважины. В связи с этим продольная скорость деформирова-. ния,. относящаяся только к механическим нагрузкам, возникающим

-вследствие разности скорости подачи и механической скорости бурения, т.е. разности У 1-V должна соответствовать разности между динамической кривой внутренних напряжений в бурильной колонне.и динамической кривой в линии нагнетания буровых насосов. Учитывая также, что на буровых применяют стальные трубы, близкие по своим упругим свойствам,. получают выражение для механической скорости бурения в виде

- (2) где < .(t) - динамическая функция (кривая) внутренних на10 пряжений, действующих в линии нагнетания буровых насосов.

Последняя учитывает также трение потока бурового раствора в едином гидравлическом канале линия нагнетания - бурильная колонна — скважина.

В то же время гибкий резиновый рукав, соединяющий линиию нагнетания буровых насосов с бурильной колонной, служит

20 глубоким демпфером для физического разделения упругих .зон действия динамических функций 6» (t) и бн,, (t) в твердых телах труб бурильной колонны и линии нагнетания соответст25 венно, следовательно, по уравнению (2) можно осуществлять прямой контроль механической скорости бурения.

На чертеже представлена одна из возможных схем реализации способа.

30 На буровой установке 1, например, под основанием 2 у бурильной колон-1 ны 3 установлен датчик 4 скорости подачи, здесь же установлен датчик 5 измерений внутренних напряжений. Дру35 гой датчик 6 внутренних напряжений установлен на линии 7 нагнетания буровых насосов 8, соединенной с бурильной колонной 3 гибким резиновым рукавом 9. Все датчики являются

40 бесконтактными о отношению к объектам контроля устройствами и содержат масштабирующие усилители !0-12, выходы которых подключены к преобразователям 13-15 аналоговых электричес45 ких сигналов fg! q f g к f ó В цифровой код, с выхода которых сигналы F, F и Уз. в цифровом коде поданы на входы цифровых алгебраических сумматоров

16 и 17. Выход сумматора 16 соединен

g0.с одним из двух входов сумматора 17, а с выхода последнего через заданные интервалы времени получают сигнал Р, отображающий механическую скорость бурения в цифровом виде.

Для определения механической ско. рости бурения датчик 4 скорости подачи бурильной колонны 3 предварительно тарируют на скорость движения последней, например, путем сравнения пере2438

35 где а — скорость звука в теле бурильной колонны,"

E — модуль упругости бурильной колонны.

Составитель В.Шилов

Редактор О.Головач Техред Л,Олийнык ° Корректор И.Шароши

Заказ 1042

Тираж 467

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5 . 156 мещения бурильной колонны в продольном направлении за определенное время со средним значением амплитуды аналогового электрического сигнала дат чика 4 за то же время, задавая таким образом количественную физическую размерность (например, в м/с) мас штаба аналогового электрического сиг нала f (отсчитываемого, например, в Вольтах). Масштабы аналоговых электрических сигналов f< и f от датчиков 5 и 6, соответствующие динамическим кривым внутренних напряжений, выравнивают между собой при помощи усилителей 11и 12, например, в процессе подачи бурового раствора через бурильную колонну без нагружения ее бурением, а затем, варьируя в процессе бурения масштабом сигнала -f при помощи усилителя 10, устанавливают этот масштаб таким, чтобы действующее значение сигнала F было наименьшим. При этом количественные физические размерности масштабов сигналов f и F совпадают между собой и соответствуют значению скорости движения, полученному для. датчика 4 в качестве тарировочной характеристики при дополнительной его тарировке. Результат настроики всех масштабов проверяют, сравнивая, например, действительную проходку бурения с той, которую определяют по сигналу

Р как механической скорости бурения,,помноженной на время данной проходки. После уточнения и. сверки всех масштабов получают возможность непрерывно контролировать механическую скорость бурения °

Эффективность от использования

5 предлагаемого способа обусловлена тем, что повышение информативности контроля технологических характеристик режима бурения повышает качество управления режимом бурения.!

О

Преимуществом способа является также возможность его применения для контроля и диагностики работы нефтепромыслового глубинно-насосного оборудования по динамике баланса нагрузок и скоростей движения колонны насосных штанг, являющейся протяженным твердым упругим телом.

20 Формула и з о б р е т ения

Способ определения механической скорости бурения, включающий измере". ние скорости подачи Чя бурильной

25 колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, непрерывно измеряют динамические функции внутренних напряжений в бурильной колонне 8@ (t) и в ли30 нии нагнетания буровых насосов ) (), а механическую скорость Ч,я определяют из выражения

V„=V,- /ЕF»()-6;(О),