Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин

 

Изобретение относится к контролю и измерению параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин. Задачей изобретения является повышение точности регулирования осевой нагрузки на долото. Для этого в начальный момент бурения вычисляют положительные α₁ и отрицательные α₂ выбросы колебаний осевой нагрузки на долото и принимают их значения в качестве критерия оптимальности. Оптимальную осевую нагрузку на долото в процессе бурения поддерживают путем сохранения текущих значений положительных и отрицательных α^тек_1,2 выбросов колебаний осевой нагрузки в пределах соответственно α^т₁^ек ≅ α₁ и α^т₂^ек ≅ α₂. 2 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, и преимущественно может быть использовано при разработке рациональных режимов бурения, а именно для поддержания заданной осевой нагрузки на долото, а также при разработке автоматических систем управления процессом бурения.

Известен способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин путем измерения колебаний бурильной колонны (Авторское свидетельство СССР, N 413263, кл. E 21 C 1/00,1974 г.).

Известен способ формирования осевой нагрузки на долото, основанный на нагружении долота, создании на забое гидравлических импульсов и фиксировании их на устье скважины, по которым осуществляют формирование осевой нагрузки (Авторское свидетельство СССР N 1265295, E 21 B 45/00,1986 г.) Однако указанные способы мало надежны, т.к. используемые при их реализации параметры - частота колебаний бурильной колонны и амплитуда гидравлических импульсов зависит от ряда различных случайных причин, не связанных с режимами бурения (биения, неравномерности работы насосов и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин путем измерения колебаний бурильной колонны, замере упругой энергии колебаний, расходуемых в бурильной колонне, по минимуму которых определяют оптимальное значение осевой нагрузки на долото (Авторское свидетельство СССР N 717299, E 21 B 45/00, 1980 г.).

В данном решении замеряют упругую энергию колебаний, расходуемых в бурильной колонне, спектр которых весьма разнообразен, что приводит к затруднениям при регистрации колебаний.

Изобретение решает техническую задачу повышения точности регулирования осевой нагрузки на долото.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе регулирования осевой нагрузки на долото при бурении скважин, включающем измерение колебаний осевой нагрузки и определение критерия оптимальности, согласно изобретению определяют положительные α₁ и отрицательные α₂ выбросы колебаний осевой нагрузки на долото в начальный момент времени бурения, принимают значения α₁ и α₂ за оптимальные, а в процессе бурения поддерживают оптимальную осевую нагрузку на долото путем сохранения текущих значений положительных α^т₁^ек выбросов колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₁^ек≅ α₁, и текущих значений отрицательных выбросов α^т₂^ек колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₂^ек≅ α₂. На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин. Устройство содержит приемник сигналов (датчик), блок нормирования, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и управления, блок индикации, пульт управления. На фиг. 2 - реализация непрерывного (дифференцируемого) случайного процесса колебаний осевой нагрузки длительностью Т.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На устье скважины, а именно на неподвижном конце талевого каната или гидравлическом индикаторе веса устанавливается любой приемник сигналов (датчик) (фиг. 1 ) .

Далее сигнал поступает на блок нормирования, который обеспечивает согласование диапазона выходных сигналов датчика с диапазоном входных сигналов аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Блок обработки и управления формирует управляющие сигналы и вычисляет положительные α₁ и отрицательные α₂ выбросы колебаний осевой нагрузки на долото в начальный момент бурения, а именно после приработки долота и установления оптимального режима бурения (фиг. 2). [Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Учеб. пособие для вузов /Под ред. В.И.Тихонова, 1980. с. 391- 411, Выбросы случайных процессов/] . Значения α₁ и α₂ принимаются в качестве эталонных или пороговых, и при дальнейшем бурении оптимальную осевую нагрузку на долото необходимо поддерживать в границах между значениями α₁ и α₂. Блок индикации предназначен для визуального контроля за изменением текущих положительных и отрицательных выбросов колебаний осевой нагрузки α^т₁^ек и α^т₂^ек, и сохранения оптимального режима бурения путем поддержания текущих значений положительных α^т₁^ек выбросов колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₁^ек≅ α₁, и текущих значений отрицательных α^т₂^ек выбросов колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₂^ек≅ α₂. Пульт управления служит для ввода оператором необходимых параметров, изменениями которых сопровождается процесс бурения скважины. А именно - изменения типа породы, долота, забойного двигателя, режима бурения; и соответственно при каждом изменении параметра, регулируются эталонные значения α₁ и α₂, , а процесс бурения осуществляется при соблюдении α^т₁^ек≅ α₁ и α^т₂^ек≅ α₂. Предлагаемый способ может найти применение при бурении скважин для поддержания оптимального режима бурения, рациональной отработки породоразрушающего инструмента и забойного двигателя.

При разработке месторождений предлагаемый способ можно использовать при диагностировании нефтепромыслового оборудования, например центробежного насоса для системы ППД, а также в других областях, где ведется оценка технического состояния механизмов путем измерения колебаний, представленных в виде стационарного случайного процесса.

Формула изобретения

Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин, включающий измерение колебаний осевой нагрузки и определение критерия оптимальности, отличающийся тем, что определяют положительные α₁ и отрицательные α₂ выбросы колебаний осевой нагрузки на долото в начальный момент времени бурения, принимают значения α₁ и α₂ за оптимальные, а в процессе бурения поддерживают оптимальную осевую нагрузку на долото путем сохранения текущих значений положительных α^т₁^ех выбросов колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₁^ех ≅ α₁, и текущих значений отрицательных α^т₂^ех выбросов колебаний осевой нагрузки на долото в пределах α^т₂^ех ≅ α₂.о

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2