Устройство для управления процессом бурения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 935603 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликпа далек нзабретеннй н аткрытнйДата опубликования описания 15.06.82(72) Авторы изобретен 11 я В.К,Бицута, В.Н.Есауленко и Ю.М.Дунаев;,Грозненский ордена Трудового Красного Знамени,нефтянойинститут им, акад. Миллионщикова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ СКВАЖИНИзобретение 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 давления пласта,Аномально высокие давления и температуры в недрах отдельных районов, находящихся в тектонически активных зонах, осложняют освоение месторождения. Это прежде всего относится к повышенной опасности нефтегаэопроявлений при бурении 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 забойнымдавлениями являются основной причиной тяжелых осложнений в скважинах5(выбросы, поглощения, прихваты бурового инструмента), а также снижения проходки за долбление и механической скорости и, как следствиеэтих явлений, ухудшение технико 10экономических показателей строительства глубоких скважин.Многочисленными исследованиямив СССР и за рубежом установлено,что при прочих равных условиях ме 15ханическая скорость проходки зависит от величины гидростатическогои дифференциального (под дифференциальным давлением понимается раз 20ность между забойным и пластовымдавлениями) давлений и не зависитот величины горного давления,Установлено, что наибольший темпизменения механической скорости буям наземных приборов путем изменениярасхода промывочной жидкости эа счетрегулирования числа оборотов привода бурового насоса 2,Недостатком этого устройства также является отсутствие автоматического оперативного регулирования забойного давления с целью буренияна равновесии ппастового и забойно 10 го давлений, а, следовательно, инизкая скорость проводки скважины,так как регулирование производитсяпо показаниям наземных приборов наосновайии опыта бурильщика.,15 Наиболее близким к предлагаемомуь- является устройство регулированияпроцесса турбинного бурения, в котором регулирование производится погидравлической характеристике турв- р 0 бины, имеющей смещенный в сторонуменьших оборотов безударный режимработы, путем поддержания постоянства давления за счет регулированиярасхода промывочной жидкости Насосом25 во время долбления датчиком давления, который воздействует на приводгрязевых насосов, датчик расхода взависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи30 долота 3 .Недостатком указанного устройстваявляется низкая точность регулирования н отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и за 35бойного давлений, а следовательно,и невысокая скорость проводки скважин, Это обуславливается тем, что регулирование давления осуществляетсяпо наземным приборам и расход про-мывочной жидкости регулируется в не 40больших 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 управ 3 935603рения (в 2 и более раз) и, очевидно, проходки эа долбление зависитот величины перепада давления в системе скважина-пласт и лежит в диапазоне 15-30 атм,Таким образом, практический интерес для интенсификации процессабурения представляет область, близкая к равновесному состоянию.Известно устройство управленияпроцессом бурения скважин путем .регулирования забойного давления, вкотором определяют забойное давление по показаниям наземных приборови поддерживают его на уровне пластового давления путем изменения уделного веса промывочной жидкости, закачиввемсй в скважину 1.В этом устройстве исключаетсяозможность автоматического оператиного регулирования забойного давления для поддержания равновесного илиблизкого к равновесному состояниюппастового и забойного давлений.Это объясняется тем, что процессопределения забойного давления глубинными манометрами-регистраторами, (МГП и МГГ) длительный и трудоемкий,а определение забойного давления попоказаниям наземных приборов имеетбольшую погрешность и регулированиепо этим показаниям может приводитьк аварийным ситуациям. Поэтому бурение производится с большим превышением давления в скважине над пластовым, что снижает скорость проводки скважины.Известно устройство управленияпроцессом бурения путем регулирования забойного давления посредствомизменения расхода промывочной жидкости насосом, например, применениемцилиндрованных втулок разного сечения 2.Управление процессом бурения,указанным в этом устройстве, исключает возможность автоматическогооперативного регулирования забойного давления дня обеспечения буренияна равновесии ппастового и забойного давлений, так как замена втулоктрудоемкий процесс, требующийостановки бурения, на что затрачивается непроизводительное время, аследовательно, снижается скоростьпроводки скважины.Известно устройство управленияпроцессом бурения, в котором регулируется забойное давление по показани" ления процессом бурения скважин, ос"нованном на изменении расхода промывочоной жидкости непрерывно измеряют забойное давление промывочнойжидкости в процессе бурения и передают этот сигнал по каналу связи наповерхность, принимают данный сигнал и сравнивают его с задаваемымсигналом, пропорциональным прогнозируемому пластовому давлению, при - этом выделяют сигнал, пропорциональный дифференциальному давлению промывочной жидкости иа 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 управленияи задатчиком прогнозируемого 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 рового насоса.Предлагаемое устройство управения процессом бурения позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давения и изменять забойное. давление эа счет изменения расхода промывочной жидкости. По разности между забойным РЗОВ и пластовым РОД давлениями определяют величину дифференциального давления промывочной жидкости на забое скважины: ЬР=Р -Р, (1)3 ь 6 Оь В свою очередь забойное давление промывочной жидкости в процессе бурения является функцией расхода промывочной жидкости:Р = -Юк 1 ф С 1ОТ, ( 2) 45 где у - удельный вес промывочнойжидкости г/см- глубина скважины, м," - расход с промывочной жидкости, а - коэффициент пропорциональ-, КОности, определяющих гидравлические потери в кольцевом55пространстве.На чертеже представлена структурная схема устройства для управления процессом бурения. Устройство содержит датчикЗа"бойного давления промывочной жидкости, канал связи 2, приемник 3,блок управления 4, регулируемый привод 5, задатчик 6 прогнозируемогопластового давления и буровой насос 7. В процессе бурения буровой,инструмент со встроенным над доло 1том датчиком 1 забойного давленияпромывочной жидкости опускают в скважину. Создают требуемые оборотыи осевую нагрузку на долото, а также необходимый расход промывочнойжидкости. При этом контролируют посредством датчика 1 давление промывочной жидкости на забое скважины.По каналу связи 2 (например, гидравлическому) передают данную информацию на поверхность к приемнику 3.Следовательно информация о величине давления промывочной жидкостина забое Р поступает на один входблока управления 4. При разбуриваниинефтяных и газовых площадей в результате проводимых испытаний имеют,данные о величине прогнозируемыхпластовых давлений Р 1, которые устанавливают с помощью задатчика 6.Задатчик 6 связан со вторым входом блока управления 4, в которомна основании сигналов с датчика 1и задатчика 6 определяют величинудифференциального давления по алгоритму 11, а затем автоматическиформируют управляющее воздействиепо требуемому закону регулирование,которое поступает на вход регулируемого привода 5 бурового насоса 7,что приводит к необходимому измене-,нию расхода промывочной жидкости иустанавливает требуемую величинудифференциального давления промывочной жидкости на забое скважиныв диапазоне +1,5 ИПа,На базе лабораторных и промысловых исследований было выполнено моделирование способа управленияпроцессом 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,Сте актор Л.Авраменко Тираж 623 Государственног елам изобретений Москва, 6-35, Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/5 ВНИИ по 11 ЗОФилиал ППН Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 механическую скорость проходки иснизить аварийность процесса бурения за счет предупреждения поглощений и проявлений. Устройство для управления процессом бурения скважин, оборудованное О буровым насосом с регулируемым приводом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 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 этомдатчик забойного давления промывочной жидкости установлен над долотоми подключен через канал связи кприемнику, а выход приемника и выход задатчика прогнозируемого пластового давления подключены к входам блока управления,. связанногос регулируемым приводом буровогонасоса,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Справочник инженера по бурению. М "Недра". т, 21973,2. Иеваго К.А. и др, Привод буровых установок, М., "Недра", 1964.3. Авторское свидетельство СССРУ 122104, кл. Е 21 В 44/00, 1958