Устройство регулирования забойного давления бурового раствора

Авторы патента:

E21B44/06 - в соответствии с расходом или давлением рабочей текучей среды привода

Владельцы патента RU 2362011:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) (RU)

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии бурения скважин, и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне пластового. Техническим результатом является повышение точности и сокращение времени регулирования забойного давления бурового раствора. Устройство оборудовано буровым насосом с регулируемым приводом, датчиком забойного давления, каналом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления. Устройство дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технике и технологии бурения скважин, и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне пластового.

Известно устройство регулирования процесса турбинного бурения, в котором регулирование производится по гидравлической характеристике турбины, имеющей смещенный в сторону меньших оборотов безударный режим работы, путем поддержания постоянного давления за счет регулирования расхода промывочной жидкости насосом во время долбления датчиком давления, который воздействует на привод грязевых насосов, датчик расхода в зависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи долота (см. а.с. СССР №122104, 1958).

Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования и отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и забойного давлений, а следовательно и невысокая скорость проводки скважин. Это обусловлено тем, что регулирование давления осуществляется по наземным приборам и расход промывочной жидкости регулируется в небольших переделах для уменьшения вибраций колонны труб с целью стабилизации осевой нагрузки, что не обеспечивает возможности бурения на равновесии.

Прототипом является устройство для управления процессом бурения, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом. Недостатком данного устройства является погрешность в установившемся режиме, вызванная применением статического регулятора, (см. а.с. СССР №935603, 1982).

Техническая задача - создание точного устройства для автоматического регулирования забойного давления бурового раствора непосредственно в процессе бурения скважин.

Технический результат - повышение точности и сокращение времени регулирования забойного давления бурового раствора как при турбинном так и при роторном бурении скважин.

Он достигается тем, что устройство управления дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса.

Предлагаемое устройство изображено на фиг.1. Устройство содержит датчик забойного давления 1, канал связи 2, приемник 3, блок управления 4, задатчик прогнозируемого давления бурового раствора 5, интегрирующий блок 6, демпфер 7, регулируемый привод 8 и буровой насос 9.

Устройство работает следующим образом:

Выходной сигнал с датчика 1 забойного давления бурового раствора подается на вход гидравлического канала связи 2 забоя с устьем скважины. На устье скважины сигнал с выхода канала связи поступает на вход приемника 3, где фильтруется от помех и усиливается. Выделенный и усиленный полезный сигнал, пропорциональный величине забойного давления с выхода приемника, подается на один из входов блока управления 4 и сравнивается с сигналом, поступающим на второй вход блока управления, с задатчика 5 прогнозируемого пластового давления, величину которого задают на основе имеющихся данных, полученных в результате бурения поисковых скважин. По величине полученного сигнала рассогласования в блоке 4 формируется управляющее воздействие и подается на вход интегрирующего блока 6, где формируется интегральная составляющая воздействия, которая подается на один из входов демпфера 7, предназначенного для предотвращения резких изменений значений управляющего воздействия, выполненного в виде апериодического звена первого порядка. Выход управляющего блока соединен со вторым входом демпфера. Сформированное в демпфере 7 конечное управляющее воздействие подается на вход регулируемого привода 8, связанного с буровым насосом, в результате чего изменяется число оборотов привода в соответствии с законом регулирования и величиной забойного давления бурового раствора. Это приводит к необходимому изменению расхода бурового раствора на выкиде насоса и устанавливает требуемую величину давления бурового раствора на забое скважины в диапазоне 0-1,5 МПа.

Предлагаемое устройство управления процессом бурения позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давления и изменять забойное давление путем изменения расхода бурового раствора. Забойное давление бурового раствора определяется по формуле:

где: γ - удельный вес бурового раствора, г/см;

L - глубина скважины, м;

Q - расход бурового раствора, м³ /с;

α_КП - коэффициент пропорциональности, учитывающий гидравлические потери давления в кольцевом пространстве.

По разности между забойным Р_з и пластовым Р_пл давлениями определяют величину давления бурового раствора на забой по алгоритму

Управляющее воздействие формируется по ПИ-закону регулирования, ,

где: - давление рассогласования, г/см;

k_П - пропорциональный коэффициент настройки регулятора;

k_И - интегральный коэффициент настройки регулятора.

Для исключения статической ошибки предлагается использовать пропорционально-интегральный закон регулирования, для чего в блок управления вводится интегрирующий блок, вырабатывающий сигнал, равный интегралу от входной величины (рассогласования), взятому за время регулирования.

Передаточная функция системы автоматического регулирования забойного давления, реализуемая предлагаемым устройством (фиг.1) имеет вид:

где

- передаточная функция объекта управления,

- передаточная функция ПИ-регулятора.

На основе лабораторных исследований было произведено моделирование предлагаемого устройства управления процессом бурения скважин и определены основные параметры качества регулирования забойного давления предлагаемым устройством. Переходные процессы, полученные при использовании прототипа и данного устройства, предоставлены на фиг.2. Здесь под номером 1 изображен переходный процесс, полученный при использовании прототипа, а под номером 2 - переходной процесс предлагаемого устройства регулирования забойного давления бурового раствора, t1 и t2 - время регулирования. В обоих случаях запаздывание принималось равным 4 с. Время регулирования в CAP, оснащенной предлагаемым устройством, составляет не более 17 секунд, статическая ошибка стремится к нулю.

Данное устройство позволяет повысить точность регулирования забойного давления и сократить время этого процесса.

Источника информации

1. Авторское свидетельство СССР №122104, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР №935603, 1982 / (прототип).

Устройство регулирования забойного давления бурового раствора, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом, датчиком забойного давления, каналом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса.

Изобретение относится к контролю параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями. .

Способ создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных и наклонно направленных скважин винтовым забойным двигателем с большими смещениями забоев от устья скважины // 2313667

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам создания и контроля необходимой нагрузки на долото при бурении горизонтальных стволов и наклонно направленных скважин винтовым забойным двигателем с большими смещениями забоев от устья скважин.

Способ управления подачей машины для бурения горной породы и устройство для его осуществления // 2235199

Изобретение относится к способу и устройству управления подачей машины для бурения горной породы, приводимой в действие напорной текучей средой, когда бурильный молоток подают вперед посредством двигателя подачи, приводимого в действие напорной текучей средой и выполнения вспомогательных операций, обеспечивающих подготовку машины к процессу выполнения операции бурения.

Система управления гидроприводной буровой установкой // 2209306

Изобретение относится к эксплуатации бурового оборудования, а именно к системам управления гидроприводной буровой установкой. .

Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента // 2188939

Изобретение относится к области контроля параметров бурения скважин и может быть использовано при диагностике состояния породоразрушающего инструмента. .

Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента // 2182659

Способ и устройство для управления подачей при бурении горной породы // 2173384

Изобретение относится к управлению подачей машины для бурения горной породы. .

Система автоматического управления режимом бурения // 1677283

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для автоматического управления режимами бурения скважин. .

Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой // 1548418

Изобретение относится к бурению скважин с использованием гидравлического механизма подачи и позволяет повысить надежность за счет предотвращения поломки бурового инструмента при внезапном отключении электроэнергии.

Гидравлическая бурильная машина // 1535980

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения шпуров. .

Способ и устройства для изменения рабочих характеристик скважинного инструмента // 2370645

Изобретение относится к двигателям, приводимым в действие текучей средой

Способ, установка и клапан для регулирования бурения по породе // 2370646

Изобретение относится к способу, установке и клапану для управления бурением по породе

Способ управления работой буровой установки и буровая установка // 2397305

Изобретение относится к способу управления работой буровой установки, в котором определяют расход потока промывочной среды буровой установки и управляют работой буровой установки на основании этого расхода потока промывочной среды

Режим автоматического бурения с постоянным параметром с управлением по производной давления // 2426872

Способ автоматизации подачи долота и устройство для реализации этого способа // 2447254

Изобретение относится к области бурового оборудования и может применяться в нефтяной, газовой и горной промышленности для автоматизации подачи долота при бурении скважин с промывкой

Способ бурения высокопроницаемых горных пород при строительстве горизонтальных скважин // 2501945

Изобретение относится к способам бурения скважин, а именно способу бурения высокопроницаемых горных пород. Техническим результатом является повышение скорости проходки при разбуривании высокопроницаемых горных пород в наклонном и горизонтальном бурении. Способ включает создание перепада давления в системе «скважина - пласт» за счет плотности промывочной жидкости, создание гидродинамической составляющей перепада давления запуском буровых насосов при приближении долота к забою, а также вывод долота на проектную нагрузку и частоту его вращения. При этом перепад давления промывочной жидкости на забое поднимают до прекращения роста скорости бурения с дальнейшим поддержанием установленного режима. 4 ил.

Бурение с оптимизацией давления непрерывной бурильной колонной насосно-компрессорных труб // 2565299

Изобретение относится к способу бурения ствола скважины. Способ включает бурение ствола скважины посредством непрерывной бурильной колонны насосно-компрессорных труб, измерение по меньшей мере одного параметра посредством оптического волновода в бурильной колонне, причем измерение включает в себя этап, на котором определяют оптическое обратное рассеяние вдоль оптического волновода, и регулирование штуцера, тем самым вызывая приток флюида в ствол скважины или потерю флюида из ствола скважины, при этом измерение по меньшей мере одного параметра дополнительно включает в себя этап, на котором определяют приток или потерю флюида. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил.

Оптимизированное бурение // 2572093

Изобретение относится к способу оптимизации скорости бура, приводимого в действие от ротора и статора гидравлически или пневматически, при бурении им ствола скважины в толще пород. Причем способ включает: (a) измерение первого набора эксплуатационных параметров ротора и статора, включая нагрузку, приложенную к буровому долоту, скорость вращения ротора и крутящий момент ротора для первого периода времени, (б) генерирование первого набора соотношений из первого набора эксплуатационных параметров для того, чтобы обеспечить прогнозируемость скорости ротора и крутящего момента ротора в диапазоне значений эксплуатационных параметров, (в) определение скорости бурения для первого периода времени, исходя из измерения нагрузки, приложенной к долоту, и скорости вращения, (г) определение следующего: может ли любое другое сочетание нагрузки, приложенной к долоту, и скорости вращения долота, обусловленное соотношениями, установленными на этапе (б), обеспечить более высокую скорость бурения, и (д) регулирование, по меньшей мере, одного эксплуатационного параметра для изменения нагрузки, приложенной к долоту, и/или скорости вращения долота в направлении сочетания, которое обеспечивает первую более высокую скорость бурения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ оптимизации бурения с забойным бескомпрессорным двигателем // 2572629

Описывается оптимизация работы бура, приводимого в действие от ротора и статора гидравлически, при бурении им ствола скважины в земле. Оптимизация бурения предусматривает измерение первого набора эксплуатационных параметров ротора и статора, включая скорость вращения ротора и крутящий момент ротора для первого периода времени, генерирование первого набора соотношений из первого набора эксплуатационных параметров для того, чтобы обеспечить прогнозируемость скорости ротора и крутящего момента ротора в диапазоне значений эксплуатационных параметров, определение из соотношений первого более оптимального режима работы и изменение, по крайней мере, одного эксплуатационного параметра для перемещения работы ротора и статора в направлении к более оптимальному режиму работы. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование результатов измерения давления в скважине во время бурения для выявления притоков и для их уменьшения // 2592583

Изобретение относится к способу и системе бурения скважин. Техническим результатом является повышение точности регулирования давления в стволе скважины. Способ включает бурение ствола скважины и циркуляцию текучей среды через ствол скважины во время бурения, моделирование потери давления на жидкостное трение, определение калибровочного коэффициента, который применяют к моделируемым потерям давления на жидкостное трение, управление бурением, основанное на изменении калибровочного коэффициента и члена Hydrostatic в уравнении: WHP = Desired - Friction - Hydrostatic, где WHP - давление, приложенное к стволу скважины на или вблизи поверхности ствола скважины, Desired - требуемое давление в каком-либо месте ствола скважины, Friction - фактическое жидкостное трение в стволе скважины, Hydrostatic - гидростатическое давление в стволе скважины. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.