Информационно-измерительные системы для контроля режима бурения и управления им

Параметры режима бурения и критерии его эффективности. Особенности бурения глубоких скважин

Основными параметрами режима бурения являются:

1 Осевая нагрузка на долото. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент характеризует параметр режима бурения, определяющий усилие, приложенное по оси бурильной колонны к породоразрушающему инструменту.Осевая нагрузка на долото в процессе бурения создается весом утяжеленных бурильных труб и колонной бурильных труб.

2 Скорость вращения долота. Влияние скорости вращения долота на эффективность разрушения породы зависит от осевой нагрузки, степени очистки забоя, физико-механических свойств породы и глубины скважины. При выборе скорости вращения долота учитывают интервал глубины бурения.

3 Параметры промывочной жидкости. К числу основных параметров промывки скважины, оказывающих влияние на качественные показатели бурения, относятся: удельный вес, вязкость промывочной жидкости, а также количество подаваемой на забой промывочной жидкости и скорость восходящего потока в затрубном пространстве.

Основным параметром при бурении глубоких скважин является грузоподъемность буровой установки, определяющая конструкцию и характеристики бурового и энергетического оборудования, входящего в состав установки. Установки для глубокого поисково-разведочного и эксплуатационного бурения отличаются наибольшей грузоподъемностью, общая мощность привода их достигает 3000–4000 л. с., а грузоподъемность до 400 т.

Понятие о режиме бурения

Режим бурения - это совокупность тех факторов, которые влияют на эффективность разрушения породы, определяют интенсивность износа долота и которыми можно управлять в процессе работы долота на забое. Оптимальный режим бурения - обеспечивает наилучшие показатели работы долота и углубления скважины (интервала). Специальный режим бурения - обеспечивает выполнение специальных операций (набор или стабилизация угла наклона ствола скважины; предотвращение искривления ствола скважины; отбор керна; вскрытие продуктивного пласта; аварийные работы в скважине и др.).

Приборы для контроля параметров режима бурения

Для контроля параметров режима бурения может использоваться аппаратура комплексного контроля и контроля отдельных параметров. Технические средства комплексного контроля: контрольно-измерительная аппаратура КУРС-613, предназначена для регистрации нагрузки на породоразрушающий инструмент, контроля механической скорости бурения, частоты вращения бурового снаряда, расхода и давления промывочной жидкости, крутящего момента на вращателе.          Технические средства контроля отдельных параметров режима бурения:

1 измеритель осевой нагрузки МКН-2

2 измеритель скорости бурения ИСБ

3 расходомер промывочной жидкости ЭМР-2

4 измеритель промывочной жидкости МИД-1

5 измеритель частоты ударов (гидроударника) И4

6 ограничитель крутящего момента ОМ-40

7 самопишущий ваттметр Н-395

Информационно-измерительные системы для контроля режима бурения и управления им

Текущий контроль параметров процесса бурения осуществляется с помощью следующих основных приборов: индикатора веса, манометра, моментомера, тахометра, а также приборов для измерения механической скорости и проходки.

Индикатор веса. Осевая нагрузка на долото в каждый момент определяется индикатором веса. По этому прибору находят также нагрузку, действующую на крюк талевой системы. Наибольшее распространение получили гидравлические индикаторы веса. Комплект индикатора веса состоит из трансформатора давления, одного указывающего манометра и одного самопишущего манометра с круглой диаграммой, вращаемой часовым механизмом со скоростью 1 об/сут. Указывающий манометр с условной шкалой, градуированной на 100 делений, устанавливают на щите у поста бурильщика. Очень часто в комплект индикатора веса входит верньер, представляющий собой мощный наружный манометр со стрелкой, замкнутой шкалой, разделенной на 40 делений без цифровых обозначений.

Давление бурового раствора измеряется датчиком, который монтируется на трубопроводе между насосами и стояком или на стояке нагнетательной линии буровых насосов. Частота вращения ротора измеряется тахометрами разных конструкций. Существуют также приборы, измеряющие механическую скорость проходки, а также регистрирующие и показывающие забойные параметры процессов бурения (число оборотов вала турбобура, пространственное положение забоя скважины и т. д.).

Все эти приборы входят в комплект системы наземного контроля процессов бурения ПКБ (пульт контроля процессов бурения).

По функциональному назначению устройства, предназначенные для контроля и управления процессом бурения скважин, можно подразделить на средства наземного контроля параметров режима углубления скважин; средства автоматического регулирования подачи долота; средства оперативной оптимизации процессов углубления скважин; системы диспетчерского телеконтроля и управления буровыми процессами; средства сбора и передачи технологической информации для последующей обработки и использования.

7. Оптимизация режимов бурения

Для сокращения затрат на строительство скважин необходимы оптимизация как выбора породоразрушающих инструментов, так и режима их работы.

При принятии решения об оптимальности варианта породоразрушающего инструмента и режима его работы используются экстремальные значения показателей работы долота.

Критерии оптимизации:

Н (проходка на долото) → max

V_м (механическая скорость) → max

V_р (рейсовая скорость) → max

C (стоимость) → min

На сегодняшний день пользуются типовой методикой ВИШБТ при сопоставлении новых и применяемых (базовых) вариантов долот и режимов их работы.

При принятии решения проводятся параллельные испытания вариантов, сравнение по критерию С → min, далее оценка статистической значимости различия вариантов одним из вариантов статистики.

Чаще применяются статистический метод сравнения средних арифметических значений сопоставляемых вариационных рядов с использованием t – критерия Стьюдента.

8. Технологии отработки долот с использованием различных критериев эффективности режимов бурения                      В процессе углубки скважины происходит постоянный износ вооружения долота, а для шарошечных долот и опоры, что приводит к снижению механической скорости бурения.Для того, чтобы не происходило чрезмерного износа долота и его поломки, т.е. аварии, необходимо вовремя произвести подъем и смену породоразрушающего инструмента.В то же время, если долото не выработало свой ресурс, и произведена его замена, то возрастают затраты времени на спуско-подъемные операции, и, как следствие, себестоимость метра скважины. Для определения рационального времени работы долота на забое разработано достаточно много критериев. К их числу относятся:          1достижение максимума рейсовой скорости бурения;                               2 равенство механической и рейсовой скорости бурения; 3 темп падения мгновенной механической скорости бурения;                               4 по достижению минимума стоимости метра скважины; 5 максимум произведения проходки на долото на механическую скорость бурения;                               6 достижение максимума произведения текущей механической скорости на время от начала рейса;

 Следует отметить, что все перечисленные выше критерии относятся к вооружению долота. Для шарошечных долот зачастую раньше изнашиваются опоры, что приводит к заклиниванию шарошек. В этом случае при роторном бурении резко (в 2-3 раза) повышается крутящий момент на роторе, возрастает ток в цепи электродвигателя, а при бурении с помощью гидравлических забойных двигателей – существенно снижается механическая скорость бурения. При появлении этих признаков следует произвести подъем инструмента. Рациональным износом шарошечных долот считается ВЗПЗ по классификатору износа.