Способ определения начала проявления и выброса при бурении скважин и устройство для его осуществления

 

(72) Авторы нзобретення

Г.Н. Кавунов, В.А. Нанна, В.Г. Леонов н Л.н. Канина., ! втоматиэ ации гейЬЫг СССР

Специальное проектно-конструкторское бюро глубокого разведочного бурения Министерств (7I) Занвнтель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛА ПРОЯВЛЕНИЯ

И ВЫБРОСА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО

ДПЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения предназначены для ис пользования при бурении скважин на нефть и газ, в частности для распознавания аварийных ситуаций в процессе бурения.

Известны многочисленные способы определения начала проявления и выброса при бурении скважин. Все способы заключаются в регистрации и наблюдении во времени изменения различных параметров (признаков), количество ко«10 торых меняется от одного до девяти.

Известен способ с использованием многих параметров — удельного веса промывочной жидкости на выходе из скваS5 жины, газосодержания, скорости изменения газосодержания, дифференциального расхода жидкости, давления на выкиде насосов (на стоянке), эффективной вязкости, которые не могут быть получены оперативно (1) .

Известен также способ определения

Ъ выброса при бурении скважин, при котором производится одновременное изме,рение и запись во времени следующих показателей: механической скорости проходки объема выходящего из скважины раствора в процентах от закаченного объема (разность расходов), объема раствора s,ïðèåìíûõ емкостях, удельного веса выходящего иэ скважины бурового раствора f2).

Изменение механической скорости при вхождении в пласт с аномально высоким пластовым давлением, свидетельствующее о начале выброса, неоднозначно, а в ряде случаев вообще отсутствует. Это связано с прочностью раэбуриваемых пород.

Снижение удельного веса раствора на выходе иэ скважины происходит только тогда, когда ппастовый флюид достигает дневной поверхности. Это связано с большой потерей времени, что в условиях превышения пластового давления на@ забойным может привести к развитию выброса в открытый фонтан.

С двлГгой стороны не всегда снижение удельного веса выходящего раствора является опасным. Если при этом забойное давление остается больше пластового, то нет оснований для прекращения процесса бурения. 5

Следовательно. использование таких признаков, как изменение механической скорости и удельного веса выходящего раствора, не позволяет однозначно и своевременно распознать проявле- 10 ние и выброс.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий распознавание одного параметра — разности расходов жидкости на входе и выходе иэ скважины (31.

Но этот способ не всегда позволяет однозначно оценить сложившуюся ситуацию, так как разность расходов может быть получена и вследствие других р0 осложнений: образования сальника обвала, набухания стенок скважины и др.

Цель изобретения — повышение точности определения начала проявления и выброса при бурении скважин. 25

Это достигается тем, что используется совокупность двух наиболее информативных признаков — объема (уровня ) промывочной жидкости в приемных емкостях и давления на стояке, и выполняется следующий порядок действий: перед началом долбления рассчитывают значение допустимого прироста объема жидкости в приемных емкостях по формуле

+ где Ч допустимый прирост объема жидкости в приемных емкостях, исключая прирост эа счет ввода различных добавок в циркулирующий раствор, получаемый путем поступления пластового флюида в скважину (определяется на начало каждого долбз л ения), м — площадь поперечного сечения кольцевого пространства скважности, м

50 — глубина скважины, м;

Рг „ — ппастовое давление по геолого-техническому наряду для глубины скважины на начало очередного долбления 55 к гс/ с м)-; в начале бурения после выхода на проектный режим промывки замеряют и

887803 фиксируют исходные значения объема (уровня) промывочной жидкости в приемных емкостях и давления на стояке

СН в процессе бурения замеряют текущие значения объема жидкости в приемных емкостях V и давления на стояке Рс и сравнивают их с исходными значениями; при превьпнении текущего объема жидкости над исходным (Ч V0) вычисляют разность между текущим V и исходным

V0 значениями объема жидкости. Эту разность (V — V0) сравнивают с величиной допустимого прироста объема жидкости V вычисленного перед началом долбления. При этом обращают внимание на характер изменения давления на стояке. Если разность объемов равна или больше допустимого прироста (V — V0 т V+), а текущее давление на стояке не превышает исходное (Рс < Рся ), то фиксируют выброс. Если эта разность объемов меньше допустимого прироста (Ч вЂ” Vо e V ), а давление на стояке также не превышает исходное (Рс < Р „) то фиксируют проявление; при превышении текущего объема жидкости и давления на стояке над их исходными значениями (V < Чб и Р о

) Q) фиксируют выброс.

Известно устройство для определения выброса при бурении скважин, которое определяет начало выброса по снижению удельного веса выходящей промывочной жидкости по сравнению с удельным весом жидкости на входе в скважину. Удельный вес жидкости замеряется при помощи специальных датчиков, установленных на входе и выходе из скважины ° Система оборудована сигнально-звуковым предупредительным устройством, которое включается, когда удельный вес жидкости больше или меньше допускаемых величин, Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое устанавливает начало выброса по разности расходов промывочной жидкости на выходе и входе в скважину $9). Основу системы составляют два расходомера, подключенные к блоку сигнализации, включающемуся при определенной разности расходов, указывающих на возможность выброса, Однако известные устройства не различают неопасные проявления и опасный вброс, Устройство для реализации предложенного способа в отличии от извест887803 ного, содержащего датчик объема промывочной жидкости, снабжено реле времени, двумя запоминающими элементами, тремя схемами сравнения, вычнтающим элементом, датчиком давления промывочной жидкости, блоком уставки, тремя схемами И, схемой ИЛИ и двумя индикаторами, при этом выход датчика объема промывочной жидкости через первый ключ подключен к реле времени и к входу второго запоминающего элемента, выход которого подключен к входу . второй схемы сравнения и к одному из входов вычитающего элемента, другой вход которого подключен к выходу датчика объема промывочной жидкости и

\ через вторую схему сравнения подключен к входам первой и третьей схем И, а выход второй схемы сравнения подключен через второй ключ, последовательно соединенные первый запоминающий элемент и первую схему сравнения к входам второй и третьей схем И, выход которой подключен к входу второг6 индикатора, причем выход датчика давления подключен ко второму ключу и через последовательно соединенные первую схему сравнения, первую схему И и схему ИЛИ к входу первого индикатора, при этом выход вычитающего элемента подключен через последовательно соединенные третью схему сравнения и вторую схему И к входу схемы ИЛИ, а выход блока уставки подключен через третью схему сравнения к входу третьей схемы И.

На чертеже представлена блок-схема этого устройства.

Устройство содержит датчик 1 давления, датчик 2 объема, реле 3 времени, схему 4 уставкн, ключи 5 и 6, запоминающие элементы 7 и 8, вычитающий элемент 9, схемы 10-12 сравнения, схемы И 13-15, схему ИЛИ 16, индикаторы 17 и 18.

Сигнал пуска после включения бурового насоса поступает на реле 3 времени, которое осуществляет задержку, необходимую для стабилизации уровня промывочной жидкости и приемных емкостях, после чего отпираются ключи 5 и 6. Исходное значение объема промывочной жидкости в приемных емкостях, измеренное датчиком 2 объема, поступает в запоминающий элемент 7, где принимается равным V, после чего ключи 5 и 6 закрываются. Схема !1 сравнивает текущее значение объема жидкости с запомненным значением Vo н при V = Vg вы10 !

3S

iS

55 рабатывает сигнал логического "0" на выходе, подключенном к входам схем

И 13 и 15. В случае, когда V > V, схема вырабатывает сигнал логической " l"

Текущее давление на стояке PC измеренное датчиком 1 давления, через ключ 6 поступает в запоминающий элемент 8. При поступлении сигнала от реле времени закрывается ключ 6, и значение Р, запомненное элементом 8, принимается равным Р, . Схема 10 сравнивает текущее значение давления Р с запомненным значением Р ни прн

Рс ) Р н вырабатывает сигнал логической "1" на выходе, подключенном к схеме И 13, и сигнал логического "0" на выходе, подключенном к схемам И 14 и !5. При Р Р сигнапы из схемы

10 поступают наоборот — логическая

"1" к схеме И 14 и 15, а логический

"0" к схеме И 13. Элемент 9 вычитает из текущего значения объема жидкости

V запоминающее значение Ч и вырабатывает сигнал, пропорциональный разности V — Чо . Далее схема 12 сравнивает значение допустимого прироста объема жидкости V получаемого из схем 4 уставки, с разностью Ч вЂ” V> и при V — V0 V+ вырабатывает сигнал логической "1" на выходе, подключенном к схеме И 14, и логического "О" на выходе, подключенном к схеме И 15. При V — Чп (V" сигналы по-. ступают наоборот — логическая "1" 3< схеме И 15, а логический "0" к схеме

И 14. Сигналы с выходов схем сравнения

l0-l2 поступают на входы схем И 1315, которые вырабатывают сигналы логической "1" при V ) Чо и P ) сн (схема 13), V — V> Ъ V и Р Р „ (схема 14), V - Ч, V - Чб(Ч и Р<Р (схема 15). В остальных случаях схемы И 10"12 вырабатывают сигнал логического "0".

Сигналы с выходов схем И 1! и 12 поступают на схему ИЛИ 16 которая вырабатывает сигнал логической "l" при

Ч)VQ и Рс о Рс„или ЧО + Ч и

Р 6 Рсц . Этот сигнал включает индикатор 17, что соответствует ситуации

"выброс". В остальных случаях схема

16 вырабатывает сигнал логического нуля ° Сигнал логической "1" от схемы И 15 включает индикатор 18, что соответствует ситуации "проявление".

Использование новой совокупности признак6в и последовательности измерения параметров с разработкой соответствующего устройства позволяет

88?803 своевременно распознавать выброс на 1 ранней стадии его развития. Это способствует предотвращению развития выброса в открытый фонтан, а также ликвидации выброса в минимальные сроки и с минимальными затратами, Возможность различать неопасное проявление. и опасный вброс позволяет в случае проявления продолжать процесс бурения. Все это снижает стоимость буровых работ и повышает их безопасность.

Формула изобретения

5S проявление -- V ) Чб и

1/- /о < / при Р Р ц выброс — Ч ) V0 и или /) ЧО при Pð> Рс,55 45 где V — текущий объем промывочной жидкости в приемных емкоз стях м

V — объем промывочной жидкости

О в приемных емкостях на начало бурения после установления проектного режима нроз мывки, м

V — допустимый прирост объема жидкости в приемных емкостях за счет поступления,пластового флюида в скважину,м

Р. — текущее давление на стояке, кгс/см ;

1. Способ определения начала проявления и выброса при бурении скважин, включающий измерение и запись во времени объема промывочной жидкости в приемных емкостях, о т л и ч а ю — щ шийся тем, что, с целью повышения точности определения, перед началом долбления рассчитывают допустимое значение прироста объема жидкости в приемных емкостях, в начале процесса бурения после выхода на проектный режим промывки определяют одновременно исходные значения объема промывочной жидкости в приемных емкостях и давления на стояке, в процессе бурения одновременно измеряют текущие значения объема и давления жидкости, сравнивают их с исходными значен55ями, а фактический прирост объема жидкости в приемных емкостях —. с его допустим5м зна35 чением и по изменению объема и давления судят о наличии проявления и выброса в соответствии со следующими неравенствами:

Р— давление на стояке на начаCH ло бурения после установления проектного режима промывки, кгс/см

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее датчик объема промывочной жидкости в приемных емкостях, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено реле времени, двумя запоминающими элементами, тремя схемами сравнения, вычитающим элементом, датчиком давления промывоч.й ной жидкости, блоком уставки, тремя схемами И, схемой ИЛИ и двумя индикаторами, при этом выход датчика объема промывочной жидкости через первый ключ подключен к реле времени и к входу второго запоминающего элемента, выход которого подключен к входу второй схемы сравнения и к одному из входов вычитающего элемента, другой вход которого подключен к .выходу датчика объема промывочной жидкости и через вторую схему сравнения подключен к входам первой и третьей схем И, а выход второй схемы сравнения подкл5очен через второй ключ, последовательно соединенные первый запоминающий элемент и первую схему сравнения к входам второй и третьей схем И, выход последней подключен к входу второго индикатора, причем выход датчика давления подключен ко второму ключу и через последовательно соединенные первую схему сравнения, первую схему И и схему ИЛИ к входу первого индикатора, при этом выход вычитающего элемента подключен через последовательно соединенные третью схему сравнения и вторую схему И к входу схемы ИЛИ, а выход блока уставки подключен через третью схему сравнения к входу третьей схемы И.

Иеточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Отчет по теме 15 76-6. Разработка методических указаний по предупреждению выбросов и фонтанов при бурении нефтяных и газовых скважин. Баку, 197? .

2. Предупреждение выбросов при бурении скважин, ОЗЛ., М., ВНИИОЭНГ, 1971, с. 40.

3. Средства и методы для автомати" ческого обнаружения осложнений, ОЭЛ., М., ВНИИОЭНГ, 1975.

4. Информация для руководящих ра» ботников нефтяной промыщпенности, М., ВНИИОЭНГ, 1974, вып. 20, 887803

Заказ )0696/6

Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4

Составитель Г. Данилова

Редактор T. Коподцева ТехредЖ.Кастелевич Корректор М. Коста