Устройство для управления процессом бурения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61 ) Допол н ител ьное к а вт. с вид- ву (22) Заявлено 25.07. 79 (2! ) 2801494/22-03 с присоединением заявки № (28) П риорнтет

Опубликовано 15.06 ° 82 ° Бюллетень № 22 (51)M. Кл.

Е 21 В 44/00

3Ъеударственный комитет

СССР (53) УДК622. 24 . 08 (088. 8 ). па далем изобретений н аткрытнй

Дата опубликования описания 15.06.82 (72) Авторы изобретения

В.К.Бицута, В.Н.Есауленко и Ю.M.Äóíàåâ;,, t

f

Грозненский ордена Трудового Красного Знамени,нефтяной институт им. акад. Миллионщикова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефте добывающей промышленности, а именно к технике и технологии бурения скважин и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и под держания его на уровне давления пласта.

Аномально высокие давления и температуры в недрах отдельных районов, находящихся в тектонически активных зонах, осложняют освоение месторо>кдения. Это прежде всего относится к повышенной опасности нефтегаэопроявлений при бурений скважин на нефть и газ.

Современная технология бурения осуществляет предупреждение нефтегазопроявлений за счет метода подавления, при котором высокому давлению в пластах противопоставляется более высокое гидростатическое давление бурового раствора в скважине.

Опыт глубокого бурения свидетель- ствует, что именно большие перепады между пластовым и забойным давлениями являются основной причиной тяжелых осложнений в скважинах

5 (выбросы, поглощения, прихваты бурового инструмента), а также снижения проходки за долбление и механической скорости и, как следствие этих явлений, ухудшение технико10 экономических показателей строительства глубоких скважин.

Многочисленными исследованиями в СССР и за рубежом установлено, что при прочих равных условиях ме15 ханическая скорость проходки зависит от величины гидростатического и дифференциального (под дифференциальным давлением понимается раз20 ность между забойным и пластовым давлениями) давлений и не зависит от величины горного давления.

Установлено, что наибольший темп изменения механической скорости буям наземных приборов путем изменения расхода промывочной жидкости эа счет регулирования числа оборотов привода бурового насоса (2).

Недостатком этого устройства так же является отсутствие автоматического оперативного регулирования забойного давления с целью бурения на равновесии пластового и забойно10 го давлений, а, следовательно, и низкая скорость проводки скважины, так как регулирование производится по показаниям наземных приборов на основайии опыта бурильщика..

15 Наиболее близким к предлагаемому ь- является устройство регулирования процесса турбинного бурения, в котором регулирование производится по гидравлической характеристике турв- р0 бины, имеющей .смещенный в сторону меньших оборотов безударный режим работы, путем поддержания постоянства давления за счет регулирования расхода промывочной жидкости Насосом

2g во время долбления датчиком давления, который воздействует на привод грязевых насосов, дат чик расхода в зависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи зо долота (3).

Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования н отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и за35 бойного давлений, а следовательно, и невысокая скорость проводки скважин, Это обуславливается тем, что регулирование давления осуществляется по наземным приборам и расход про- мывочной жидкости регулируется в не40 больших пределах для уменьшении вибрации колонны труб с целью стабилизации осевой нагрузки, что не обеспечивает возможности бурения на равновесии.

Цель изобретения — повышение скорости проводки скважин как при турбинном, так и при роторном бурений.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве управ3 935603 рения (в 2 и более раз) и, очевидно, проходки эа долбление зависит от величины перепада давления в системе скважина-пласт и лежит в диапазоне 15-30 атм.

Таким образом, практический интерес для интенсификации процесса бурения представляет область, близкая к равновесному состоянию.

Известно устройство управления процессом бурения скважин путем регулирования забойного давления, в котором определяют забойное давление по показаниям наземных приборов и поддерживают его на. уровне пластового давления путем изменения удел ного веса промывочной жидкости, за качиввемсй в скважину (I j.

В этом устройстве исключается

«озможность автоматического операти ного регулирования забойного давления для поддержания равновесного или близкого к равновесному состоянию ппастового и забойного давлений.

Это объясняется тем, что процесс определения забойного давления глубинными манометрами-регистраторами, (ИГП и ИГГ) длительный и трудоемкий, а определение забойного давления по показаниям наземных приборов имеет большую погрешность и регулирование по этим показаниям может приводить к аварийным ситуациям. Поэтому бурение производится с большим превышением давления в скважине над пластовым, что снижает скорость проводки скважины.

Известно устройство управления процессом бурения путем регулирова ния забойного давления посредством изменения расхода промывочной жидкости насосом, например, применением цилиндрованных втулок разного сечения $2).

Управление процессом бурения, указанным в этом устройстве, исключает возможность автоматического оперативного регулирования эабойного давления дня обеспечения бурения на равновесии ппастового и забойного давлений, так как замена втулок трудоемкий процесс, требующий остановки бурения, на что затрачивается непроизводительное время, а следовательно, снижается скорость проводки скважины.

Известно устройство управления процессом бурения, в котором регулируется забойное давление по показаниления процессом бурения скважин, основанном на изменении расхода промывочоной жидкости непрерывно измеряют забойное давление промывочной жидкости в процессе бурения и передают этот сигнал по каналу связи на поверхность, принимают данный сигнал и сравнивают его с задаваемым сигналом, пропорциональным прогно935603 зируемому пластовому давлению, при— этом выделяют сигнал, пропорциональный дифференциальному давлению промывочной жидкости на забое скважины, после чего автоматически формируют управляющее воздействие на регулируемый привод бурового насоса.

Такое устройство управления процессом бурения скважин может быть осуществлено устройством новой кон- !О струкции, включающим буровой насос с регулируемым приводом и дополнительно снабженным датчиком забойного давления промывочной жидкости, каналом связи, приемником, блоком 15 управления и задатчиком прогнози-. руемого пластового давления, при этом датчик забойного. давления про,мывочной жидкости установлен над долотом и подключен через канал свя- З! эи к приемнику, а выход приемника . совместно с выходом задатчика прогноэируемого пластового давления подключен к блоку управления, свя-. ,занному с регулируемым приводом бу- щ

I рового насоса.

Предлагаемое устройство управения процессом бурения позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давения и изменять забойное. давление

I эа счет изменения расхода промывочной жидкости. По разности между забой РЗОВ и пасто м РОл дащпениями определяют величину дифферен» циального давления промывочной жидкости на забое скважины:

ЬР=Р -Р, (! }

Зпб йл

В свою очередь забойное давление промывочной жидкости в процессе бурения является функцией расхода промывочной жидкости.

Ъ б т к! jf С 4 ОТ, (2) 45 где у — удельный вес промывочной жидкости г/см — глубина скважины, м," — расход с промывочной жидкости, а — коэффициент пропорциоиаль-, Krl ности, определяющих гидравлические потери в кольцевом

SS пространстве.

На чертеже представлена структурная схема устройства для управления процессом бурения.

Устройство содержит датчик забойного давления промывочной жидкости, канал связи 2, приемник 3, блок управления 4, регулируемый привод 5, задатчик 6 прогнозируемого пластового давления и буровой насос 7. В процессе бурения буровой ,инструмент со встроенным над доло1 том датчиком 1 забойного давления промывочной жидкости опускают в скважину. Создают требуемые обороты и осевую нагрузку на долото, а также необходимый расход промывочной жидкости. При этом контролируют посредством датчика 1 давление промывочной жидкости на забое скважины.

По каналу связи 2 (например, гидравлическому1 передают данную информацию на поверхность к приемнику 3.

Следовательно информация о величине давления промывочной жидкости на забое Р с, поступает на один вход блока управления 4. При разбуривании нефтяных и газовых площадей в результате проводимых испытаний имеют ,данные о величине прогнозируемых пластовых давлений Р„, которые устанавливают с помощью задатчика 6.

Задатчик 6 связан со вторым входом блока управления 4, в котором на основании сигналов с датчика 1 и задатчика 6 определяют величину дифференциального давления по алгоритму (1), а затем автоматически формируют управляющее воздействие по требуемому закону регулирование, которое поступает на вход регулируемого привода 5 бурового насоса 7, что приводит к необходимому измене- нию расхода промывочной жидкости и устанавливает требуемую величину дифференциального давления промывочной жидкости на забое скважины в диапазоне +1,5 MIIa.

На базе лабораторных и промысловых исследований было выполнено моделирование способа управления процессом бурения скважин и определены основные параметры качества регулирования дифференциального давления предлагаемым устройством. Постоянное время регулирования составляет не более 20 с, степень затуха— ний 34,5%. Проведены технико-экономические расчеты и определена зкономическая эффективность от внедрения предлагаемого устройства управления процессом бурения. Использование устройства позволяет повысить, 935603

Формула изобретения

Составитель Г.Данилова

Техред А. Ач Корректор Н. Ст еп

Редактор Л.Авраменко

Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 механическую скорость проходки и снизить аварийность процесса бурения за счет предупреждения поглощений и проявлений.

Устройство для управления процессом бурения скважин, оборудованное 10 буровым насосом с регулируемым приводом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цепью повышения скорости проходки скважин как при турбинном, так и. при роторном бурейии, 15 оно снабжено датчиком забойного давления промывочной жидкости, каналом связи, приемником, блоком управления и эадатчиком прогнозируемого пластового давления, при этом датчик забойного давления промывочной жидкости установлен над долотом и подключен через канал связи к приемнику, а выход приемника и выход задатчика прогнозируемого пластового pàâëåíèÿ подключены к входам блока управления,. связанного с регулируемым приводом бурового насоса, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник инженера по бурению. М., "Недра". т, 2 ° 1973.

2. Иеваго К.А. и др. Привод буровых установок. М., "Недра", 1964.

3. Авторское свидетельство СССР

У 122104, кл. Е 21 В 44/00, 1958 (прототип).