Способ определения забойной мощности при вращательном бурении скважин

 

Изобретение м. б. использовано при управлении процессом бурения на основе информации о забойной мощности. Способ включает измерение полной мощности и мощности на вращение станка только при двух значениях нагрузки (Р) на забой и частоты ( со) вращения ( од Ро) и ( од Pi) и вычисление забойной мощности по приведенной формуле. Причем измерения повторяют каждый раз после перехода на новый по частоте вращения режим бурения. Это позволяет повысить оперативность и точность определения забойной мощности за счёт уменьшения в два раза числа установок режима бурения и соответственно числа измерений, а также за счет упрощения алгоритма вычисления забойной мощности . 1 табл.5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) I I I ) (я)s Е 21 В 45/00

Г С

B ll (Г С

УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

OMCTBO СССР

ПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИД

855354/03

7.07.90

7.02.93. Бюл. ¹ 5 сесоюзный научно-исследовательский итут методики и техники разведки и .Н,Алексеев и И.M.Ãèíçáóðã вторское свидетельство СССР

92479, кл. Е 21 В 45/00, 1988.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.ЗАБОЙНОИ

НОСТИ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕ-

СКВАЖИН

Изобретение м. б. использовано при влении процессом бурения на основе рмации о забойной мощности. Способ чает измерение полной мощности и

-обла крет осно ной сква изме вращ режи и выч форм где Ж жающ забой) ной м станка (21 4 (22 2 (46 0 (71 В ин т (72) В (56) А

¹- 15 (54)

МО

НИ (57) упр инф вкл редлагаемое изобретение относится к ти разведочного бурения, а более коно к управлению процессом бурения на е информации о забойной мощности. звестен способ определения забой ошности при вращательном бурении ин по а, с. ¹ 1592479, включающий ение полной мощности и мощности на ние станка при четырех комбинациях ных параметров(а, Р))(i = t,2; j =0,1) сление забойной мощности (W) по ле:

W i Wro Wi>+We >+ +MFjq+ о al2 "C!PI (9

, И/ц (1 = 1,2; j = 0,1) — индексы. отрае частоту вращения и нагрузку на — значения измеренных затрат полщности и мощности на вращение мощности на вращение станка только при двух значениях нагрузки (Р) на забой и частоты (в) вращения (в) Po) и (в) Р1) и вычисление забойной мощности по приведенной формуле, Причем измерения повторяют каждый раз после перехода на новый по частоте. вращения режим бурения. Это позволяет. повысить оперативность и точность определения забойной мощности за счет уменьшения в два раза числа установок режима бурения и соответственно числа измерений, а также за счет упрощения алгоритма вычисления забойной мощности. 1 табл, 5 ил.

Po, PI — два фиксированных значения нагрузки на забой (Po Р1); си1, са — два фиксированных значения частоты вращения (6)I Фш ), причем в) )со и и р >щ где щ — критическая частота вращения, определяемая из соотношения вк «05 19g P — P

3 Врр. где Q — ускорение свободного падения, Р -усилие, создаваемое буровым станком,  — жесткость бурильных труб на изгиб, р,po — вес единицы длины труб в промывочной жидкости и в воздухе, — длина сжатой части бурильной колонны, Р, в — значения нагрузки на забой и частоты вращенйя, прй которых определяется искомая забойная мощность (О/ ).

Недостатком данного способа является

его малая оперативность (измерение мощ1793045 и двух значениях нагрузки на забой) по авнению со способом по а. с. ¹ 1592479; фиг. 5 — зависимости забойной мощности частоты вращения, построенные по одм и тем же исходным данным; (1) — no а. с. М 1592479; (2) — по предлагаемому способу с поорностью операций; (3) — экспериментальная.

По данному способу измеряем два знания полной мощности Wlo и \Ч11 и мощнои на вращение станка Wlo и W11 при двух жимах бурения с параметрами и1, Ро и, P1. Далее составляем два уравнения:

W1o W1o +W1o +W1o (3)

W11 = W» + W11" + W»3 (4)

УчитываЯ, что пРи а1 >мкWloK = W» . и вычитании (3) иэ (4) имеем:

W» - W1o = Я» - Wlo - W» + W1o (5)

Значение Wlo и W11 измеряют предвательно перед бурением.

Из фиг, 1 находим, что линейная зависисть забойной мощности (W@i. р) от наузки на забой имеет вид:

@ Ю1 — Nlfo (6)

Р1 Ро

Теперь при фиксированной нагрузке P ссмотрим забойную мощность как функю частоты вращения. Для этого в коордитной системе И/51, р -а (фиг. 2) найдем чку А с координатами (о1,ЯЬ1, р). Так к искомая функция — линейная вида

Ъ, P = с Рщ, то она проходит через нало координат (О, О) и для ее построения статочно провести прямую линию через чки О (О, 0) и А (el, В/Ь1 . р), Как следует чертежа фиг. 2 и выражений (6) и (5) коэфциент пропорциональности этой функи определяется отношением; у/Ь1, р vv> в4 Р а1 ности при четырех комбинациях режимных (пр параметров) и невысокая точность опреде- ср ления забойной мощности. на

Целью предполагаемого изобретения от является повышение оперативности и точ- 5 ни ности способа определения забойной мощности.

Указанная цель достигается тем, что в вт известном способе определения забойной мощнбсти, включающем измерение полной 1О мощности и мощности на вращение станка че при четырех комбинациях режимных пара- ст метров (а, P } (! = 1,2; ) = 0,1) измерение ре полной мощности и мощности на вращение со1 станка производят при двух значениях нагрузки на забой и повторяют эти измерения каждый раз после перехода на новый по частоте вращения режим бурения, tlP

Это приводит к повышению оперативности определения забойной мощности и соответственно повышению производи- ри тельности бурения за счет уменьшения числа установок режима бурения (в два раза) и соответственно числа измерений, а также к

rð повышени1о точности определения забойной мощности с упрощением алгоритма ее вычисления, который теперь принимает вид: уз / /» Wlo "/ 1+ / о р (2) 30

P1 — Ро ци

При этом точность определения забойной мощности повышается не только за счет уменьшения количества установок режимов бурения и измерений, но и за счет повтор- 35 ности измерений после установки нового по частоте вращения режима бурения, Введение повторности операций несколько усложняет способ по сравнению с то прототипом, однако в итоге получаемая за- 40 из висимость забойной мощности от частоты фи вращения представляет собой ломаную линию, с небольшим приближением отражающую экспериментальную зависимость, в отличие от строго линейной зависимости 45 прототипа. B этом и состоит существенное отличие предлагаемого способа по а. с, №

1592479.

На фиг. 1 показаны графические зависимости полной мощности и ее составляющих от осевой нагрузки при со1 ) со,; на фиг. 2графическая иллюстрация построения зависимости забойной мощности от частоты вращения по предлагаемому способу (с использованием измерений полной мощности при двух значениях нагрузки на забой); на фиг. 3 — то же по известному способу; на фиг, 4 — схема для объяснения причины повышения точности определения забойной мощности предлагаемым способом

Откуда получаем искомую зависимость в следующем виде:

50 „@ р, (7)

Заметим, что в прототипе для построения зависимости 04, Р= с Рв исполь55 зуется не нулевая точка О с координатами (О, О), а точка В с координатами(WQ, р, а2), что требует дополнительных измерений. В этом случае искомую прямую АВ (фиг, 3) 1793045 (1) ок и

Ф и

О) ст

М в зу ус ко ле о гp н с ж м н и те ет б в о за вс ль

40 б ст ж

Я са ж ал н

45 ст вк и н оводим через точки А (W3)j р,в1) и В

@2 Р, й)2).

Принципиальной разницы в формулах и (7) нет. Однако на практике формула (7) залась существенно Gohee точной, Это ясняется на графике фиг. 4, на котором нкция W (в, P) изображена прямой, з оходящей через начало координат (точку и точки А и В, Заштрихованные окрестноточек А и В, ограниченные окружностя1 и 2, определяют некоторые области зможных значений W(и и (j = 1,2), обращиеся из-за погрешностей измерений и ановки режимов бурения.

Из чертежа фиг. 4 видно, что при одинавых абсолютных погрешностях в опредении положения точек А и В (даже при

vIHBKoBoM их разнесении (ОА = АВ) пошность в определении искомой функции много меньше, если для ее определения пользуются точки ) и А (или О и В) по авнению со способом определения этой функции по точкам А и В.

Операции по определению забойной щности с целью еще большего повышея точности ее определения каждый раз вторяют после установки нового по частовращения режима бурения, Это позволяучесть локальные особенности процесса рения, характерные для данной частоты ащения, и, следовательно, более точно ределять забойную мощность, При уканой повторности операций в формуле (7) гда o) = mj, и она принимает вид форму(2).

Способ реализовали нэ специальном ровом стенде, оснащенном буровым нком, скважиной глубиной 30 м, обсанной обсадной колонной размера

73/61 мм, бурильной колонной ССК-59, опишущим киловаттметром Х-348, а такпоказывающими приборами для визуьного измерения частоты вращения и грузки на забой.

Формула изобретения

Способ определения забойной мощнопри вращательном бурении скважин, ючающий измерение полной мощности ощности на вращение станка и вычислее забойной мощности {W ) по формуле

Поэтапно измерялись затраты мощности при изменении частоты вращения в диапазоне OT 300 до 2000 об/мин и нагрузки на забой от 700 до 2000 кг на вращение станка (W ), для чего на тех же режимах, что и при бурении, производилось вращение станка с опорой ведущей трубы на подшипниковую пяту, установленную на устье; затем на вращение станка и бурильной колонны на пяте (W + W") и, конец, на бурение (W + W" + W ). Это позволило с точностью потерь мощности в подшипниковой пяте вычислить забойную мощность (W ) по формуле:

1 з (W + к + А з) (W + к) (8) и, кроме того, получить исходные данные для расчета W по Формулам (1) и (2).

На основе измерений полной мощности (W) и мощности W (см. акт) вычисляли забойную мощность (W ) по формуле (8).

Для сравнения в таблице приведены данные о забойной мощности, рассчитанные по формулам (1), (2) и (8), на основе одних и тех же исходных данных, Как следует из таблицы, а также из фиг.

5, графически ее отражающей, рассчитан- ные по формуле (2) значения забойной мощности с наибольшей точностью совпадают с экспериментальными значениями, определенными по выражению (8), по сравнению со значениями забойной мощности, рассчитанными по формуле (1), Затраты мощности {кВт) на забое скважины, определенные по предлагаемому способу и по способу-прототипу, вычисленные по формулам (2) и (1), в сравнении с экспериментальными данными, определяемыми по алгоритму (8), приведены в таблице.

Экономический эффект предлагаемого способа достигается за счет повышения оперативности и точности определения забойной мощности. где W(j, Wij (i = 1,2; ) = 0,1 — индексы, отражающие частоту вращения и нагрузку нэ забой) — значения измеренных затрат полной мощности и мощности на вращение станка;

P0, P> — два фиксированных значения нагрузки на забой (Ро N Р1); в ; са — двэ фиксированных значения частоты вращения (ж1 в2), причем а1 >м, и а2 >а ., где вк — критическая

1793045 ота ения, ин

2000

1200

1000

1500 кг.А А . Ь А

19112 22L14 2bi)17 27I22 37)29

2 56 2 5b 2 56 3 22 3 55

733

2 9 l 1 0 3 4 I„2 2 4 0 12 6 4 1 13 3 5 5J 4 4

3,56, 4,26 4,ЬЬ 5,00 6,55

1113

39 24 4«5 3«0 053 35 55 44 75 59

4,56 E,ЬЬ 5,2b b, ÎÜ 7,65

1493 по Формуле по Формуле z 1 L » по алгоритму (8(эксперимента

Примечание. частота вращения, определяемая из соотношения ши 0,5 1/19 д,Р - Рф, З Врр.1 где g — ускорение свободного падения;

Р* — усилие, создаваемое буровым станком;

 — жесткость бурильных труб на изгиб;

p,p0 — все единицы длины труб в промывочной жидкости и в воздухе;

L — длина сжатой части бурильных колонны, Р, N — значения нагрузки на забой и частоты вращения, при которых определяется искомая забойная мощность (W ), отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности спо. соба определения забойной мощности, измерение полной мощности и мощности на вращение станка производят при двух комбинациях нагрузки на забой и частоты вращения в1 Ро и в1 Р1 и повторяют эти измерения каждый раз после перехода на новый по частоте вращения режим бурения.

17930 35

+0

Жй к

%и

1ф с

Мо

С

"й

Э м 3

Pg

Фиг. 1 г

Фиг. 2

1793045

17930 г5

Редак

Заказ

Составитель В. Алексеев ор С. Кулакова Техред M,Ìîðãåêòàë Корректор M. Андрушенко

485 Тираж Подписное

ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5 роиаеодстеенно-издательский аоибинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 1Î!