Устройство для управления процессомбурения

Союз Советски кСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ840312 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл з Е 21 В 45/00 Государственный комитет Опубликовано 23.06.81. Бюллетень23Дата опубликования описания 03.07.81(53) УДК 62 .3 6. 7: 622.24. 08 (088.8) по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения объединецие озненское научно-производственноПромавтоматика 1) Заявите ЕССОМ БУРЕНИЯ СТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИ 2 Изобретение относится к управлению процессом бурения нефтяных и газовых,скважин,Известно устройство автоматического обеспечения оптимальной скорости бурения, согласно которому оптимальные режимные параметры определяются известными поисковыми методами 1,Недостатком этого устройства является значительные затраты времени на осуществление поиска оптимальных режимных параметров и как результат этого - его малая эффективность.Известно также устройство, в котором нагрузка на долото турбобура доводится до значения, близкого к тормозному и подача инструмента прекращается. Затем регистрируется кривая изменения осевой нагрузки без подачи инструмента. По этой кривой отыскивается осевая нагрузка, соответствующая точке перегиба, которая и обеспечивает максимальную механическую скорость бурения 12. Однако данное устройство предназначенодля оптимизации только турбинного способабурения и не пригодно для роторного. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик расхода промывочной жидкости, датчик веса, соединенный с вычислителем удельной осевой нагрузки и с одним из входов регулятора подачи, датчик проходки, соединенный с входами преобразователя механической скорости и вычисителя времени спуско-подъемных операций, датчик оборотов долота, соединенный с преобразователем скорости вра щения долота и одним из входов регулятораоборотов, вычислитель оптимальной скорости вращения долота и вычислитель оптимальной осевой нагрузки, входы которых соединены с выходами преобразователя механической скорости, вычислителя времени спуско-подъемных операций, преобразователя скорости вращения долота, вычислителя удельной осевой нагрузки, а выходы - с вычислителем оптимального времени работы долота и со вторыми входами соответственно регулятора оборотов и регулятора подачи 13.Недостатком данного устройства являетсято, что оно не учитывает влияние расхода промывочной жидкости и п 1 дравлической1 -- 0,133(-,Зу где 45 где 50 характеристики долота, которые оказывают существенное влияние на выбор оптимальных оборотов долота и оптимальной осевой нагрузки, особенно при использовании гидромониторных долот. Цель изобретения - повышение точности определения оптимальных режимных параметров процесса бурения.Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снабжено вычислителем гидравлической мощности на долоте и 10 блоком коррекции, причем вход вычислителя гидравлической мощности на долоте соединен с датчиком расхода промывочной жидкости, а его выход -- со входом блока коррекциивыход которого соединен с входами вычислителя оптимальной скорости врашения долота и вычислителя оптимальной осевой нагрузки на долото.Осевую нагрузку и скорость вращения долота корректируют в зависимости от расхода промывочной жидкости и гидравли ческой характеристики долота, определяя скорректированные значения указанных парамегров по формулам Ропт = 067+0,26 дп - 0,49 кдЪ) к Ф х(0,33 + 0,67);п= - 880+ (220,4 - 69 дпф) 1 К К-оптр30 Р,п - скорректированное значениеоптимальной осевой нагрузкиотнесенной к диаметру долота, Т/см;- скорректированное значение35оптоптимальных оборотов долота,об/мин;Т, . - время спуско-подъемных операции;Пф, РфХ/ - измеренные значения оборотов 40долота, осевой нагрузки, отнесенной к диаметру, и механическойК - корректирующий коэффициент К = 0,582+ 0,450,1 ззцС) - расход промывочной жидкости;коэффициент гидравлическогосопротивления сопел долота:удельный вес промывочнойжидкости.Взаимодействие долота с породой определяется известным выражением.ап( р-М,+4 ргле М- механическая скорость бурения;й - обороты долота; р - удельная осевая нагрузка,приведенная к единице диаметра (Т/см);О,сС,Ь - параметрические коэффициенты, причем коэффициент Ь характеризует степень очистки забоя от выбуренной породы.Оптимальные значения удельной. осевой нагрузки Ропт и оборотов долота п,п .,обеспечиваюшие максимум рейсовой скорости, определяются выражениями Известно, что степень очистки забоя от выбуренной породы определяется гидравлической мощностью на долоте, которая определяется по формуле гле- коэффициент гидравлическогосопротивления в отверстиях долота.О - расхол промывочной жидкостиНа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 показаны экспериментальные графические зависимости изменения механической скорости бурения от режимных параметров (удельной осевой нагрузки Р и оборотов ротора и) для обычных трехшарошечных долот с Х,=150 л. с, - пунктирная линия и гидромониторных долот хд =- 300 л. с. - сплошная линия.На графике также нанесены линии оптимальных удельных осевых нагрузок. Из графика очевидно влияние гидравлической мошности на выбор оптимальных режимных параметров. Исключая параметрические коэффициенты а и К и используя результаты экспериментов получаем приближенные зависимости для определения оптимальных режимных параметровп= - 880+ (220,4 - 69 дп)= - К.К ; (2)опт Р = 0,67+ 0,26 дпф - 0,49 КооптРфх(0,33+ 0,671 );К = 0,582 +;45 -т Н , (4)й где Тс и - время спуско-под ьем ных опе-.раций;М 1 дОР - измеренные значения оборотов долота и удельной осевойнагрузки соответственноесли Ъ,ЪЗм/чН=0,84, если Ч, (3 м/ч,Таким образом, измеряя расход промывочной жидкости Я и зная гидравлические характеристики долота определяют гидравлическую мошность на долоте по формуле (1), корректирующий коэффициент К по формуле (4) и корректируют оптимальные значения режимных параметров Р и И по (2 и 3). Устройство работает следующим образом, Информация о режимных параметрах процесса бурения (механической скорости проходки, весе инструмента, скорости вращения долота, времени спуско-подъемных операций), получаемая соответствующими датчиками 1 - 3 после преобразования соответствующими преобразователями 8 и 10 и вычислителями 6 и 9 поступает в вычислитель 14 оптимальной скорости вращения долота и в вычислитель 15 оптимальной осевой нагрузки на долото.Одновременно измеренное датчиком 4 значение расхода промывочной жидкости поступает в вычислитель 12 гидравлической мошности на долоте, где согласно формулы (1) определяется гидравлическая мощность на долоте Х. В блоке 13 коррекции по вычисленному значению гидравлической мош 45 50 55 Устройство содержит датчики веса 1, проходки 2, оборотов ротора 3, расхода промывочной жидкости 4, подключенные своими входами к объекту 5 управления.Выход датчика 1 веса инструмента подключен ко входу вычислителя удельной осевой нагрузки 6, кроме того, выход датчика 1 веса соединен с одним из входов регулятора 7 подачи. Выход датчика 2 проходки соединен с входами преобразователя механической 8 и с входом вычислителя 9 времени спуско-подъемных операций.Выход датчика 3 оборотов соединен с преобразователем 10 скорости врашения 20 долота и с одним из входов регулятора 11 оборотов. Выход датчика 4 расхода промывочной жидкости соединен с входом вычислителя 12 гидравлической мощности на долоте, выход которого соединен с блоком 13 коррекции.Выход вычислителя 6 удельной осевой нагрузки, преобразователя 8 механической скорости, вычислителя 9 спуско-подъемных операций, преобразователя О скорости вра-шения долота и блока 13 коррекции соеди- зо нены с входами вычислителя 14 оптимальной скорости вращения долота и вычислителя 15 оптимальной осевой нагрузки, выходы которых подключены ко входу вычислителя 16 оптимального времени работы долота, индикаторам (на чертеже не показаны) и к вторым входам регулятора 11 оборотов и регулятора 7 подачи соответственно,Выход вычислителя 16 времени работы долота подключен к индикатору 17 времени работы долота. ности на долоте определяют корректирующий коэффициент К по формуле (4), Значение корректирующего коэффициента с выхода блока 13 коррекции поступает на соответствующие входы вычислителя 14 оптимальной скорости врашения долота и вычислителя 15 оптимальной осевой нагрузки, где согласно формул (2 и 3) определяются значения оптимальных режимных параметров(оптимальных оборотов долота и оптимальной осевой нагрузки). Сигнал, пропорциональный значению оптимальных оборотов, поступает на вход регулятора 11 оборотов, на другой вход которого поступает значение фактических оборотов долота от датчика 3. Регулятор 1 оборотов в зависимости от рассогласования сигналов на его входах воздействует на исполнительный орган (не показан), приводя это рассогласование к нлю.Одновременно на выходе вычислителя 15 оптимальной осевой нагрузки формируется сигнал, пропорциональный оптимальному весу согласно (3), который поступает на один из входов регулятора 7 подачи, на другой вход которого поступает сигнал, характеризующий фактические значения веса инструмента от датчика 1 веса. Регулятор 7 подачи в зависимости от рассогласования сигналов на его входах воздействует на исполнительный механизм подачи (на чертеже не показан) приводя это рассогласование к нулю.Таким образом, в процессе бурения режимные параметры автоматически поддерживаются на оптимальном уровне, который может меняться в зависимости от разбуриваемых пород и износа долота.Время бурения определяется вычислителем оптимального времени работы долота 1 б,в зависимости от оптимальных режимных параметров, например, по формуле и фиксируется на индикаторе 17.Предлагаемое изобретение значительно повышает точность определения оптимальных режимных параметров, поскольку учитывает влияние промывочной жидкости на процесс бурения, что в конечном итоге повышает эффективность бурения, т. е. повышает рейсовую скорость, снижает себестоимость 1 м проходки.Формула изобретенияУстройство по авт. св, Мо 761699, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения оптимальных режимных параметров процесса бурения, оно снабжено датчиком расхода промывочной жид 840312кости, вычислителем гидравлической мощности на долоте и блоком коррекции, приэтом выход датчика расхода промывочнойжидкости подключен через вычислитель гидравлической мощности на долоте ко входублока коррекции, выход которого подключен ьк вычислителю оптимальной скорости вращения долота и вычислителю оптимальнойосевой нагрузки. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции2217522,кл. Е 21 В 45/00, 1972.2. Авторское свидетельство СССР248591, кл. Е 21 В 45/00, 1970.3. Авторское свидетельство СССР761699, кл. Е 21 В 4500, 1978 (прототип).840312 К м// 7 У р т,а фиг.2 нилова 1303лиал 4/5 тная, едактор Т. Кисеаказ 4698/43ВНИ Составитель Г. ва Техред А. Бойка Тираж 627 ИПИ Государственного ком о делам изобретений и о Москва, Ж - 35, Раушска ПП Патент, г. Ужгород, Корректор Г. Наза Подписное тета СССР крытий наб., д. л. Проек 4