Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность регулирования осевой нагрузки (ОН) при бурении перемежающихся по свойствам пород. Для этого из условия обеспечения лучших технико-экономических показателей бурения скважин ; в данном режиме выбирается значение величины коэффициента модуляции К упругих капебаний бурильной колонны пульсациями промьшочной жидкости, соответствующее оптимальной ОН. Б процессе бурения измеряют текущее значение К д. и сравнивают его с заданным . В зависимости от величины и знака рассогласования текущего К и заданного управляют скоростью подачи бурового инструмента, т.е. ОН на буровой инструмент, так,чтобы соблюдалось равенство текущего и заданного значений К,. Способ позволяет опера- ™ тивно получать информацию о степени загрузки забойного двигателя и поддерживать оптимальную ОН независимо от сил сопротикпения. 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1469105 А1 (51)4 E 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4 170558/23-03 (22) 25.12.86 (46) 30.03.89. Бюп. № - 12 (71) Тюменское специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством (72) В.Г.Горожанкин,В.Г.Тимченко, А.В.Барычев, Э.Е,Лукьянов и M.ß.ÑBèðùåâ (53) 622,323(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 846718, кл. E 21 В 45/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР № .717299, кл. Е 21 В 45/00, 1977, (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО ПРИ

БУРЕНИИ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность регулирования осевой нагрузки ° (ОН) при бурении перемежающихся по

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при поддержании рациональных режимов бурения и создании автоматических систем управления процессом бурения.

Цель изобретения — повышение точности регулирования Осевой нагрузки при бурении перемежающихся по свойствам пород.

На фиг. 1 представлены изменения в процессе бурения коэффициента модуляции К„упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости и нагрузки на крюке буровой установки; на фиг. ? — схема устройства, реализующего способ регусвойствам пород. Для этого из условия обеспечения лучших технико-экономических показателей бурения скважин в данном режиме выбирается значение величины коэффициента модуляции К,„ упругих колебаний бурильной колонны пульсациями промывочной жидкости, соответствующее оптимальной ОН. В процессе бурения измеряют текущее значение К „,и сравнивают его с заданным. В зависимости от величины и знака рассогласования текущего К и заданного управляют скоростью подачи бурового инструмента, т.е. ОН на буровой инструмент, так,чтобы соблюдалось равенство текущего и заданного значений К„. Способ позволяет оперативно получать информацию о степени загрузки забойного двигателя и поддерживать оптимальную ОН независимо от сил сопротивления. 3 ил.

4:ь

1Ь . лирования; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Анализ данных, приведенных на фиг. 1, показывает, что изменения коэффициента модуляции К„упругих ко- СЛ лебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости при неизменных режимно-технологических параметрах процесса бурения обусловлены изменением физико-механических )1 свойств горных пород и не зависят от Й. . глубины скважины, т.е. величина К прежде всего определяется степенью контакта флота с забоем, который, в свою очередь, определяется степенью гидравлической загрузки забойного где U — амплитуда входного сигнала.

Таким образом, сигнал на выходе фильтра 9 нижних частот можно представить в виде

Р з 146910 двигателя . Это позволяет использовать знание К„ в качестве критерия регулирования осевой нагрузки. Значение величины коэффициента модуля5 ции, соответствующее оптимальной осевой нагрузке, выбирается из условия . обеспечения лучших технико-экономических показателей бурения скважин в данном регионе и задается в качестве оптимального. В процессе реализации способа измеряют текущее значение К„, сравнивают с заданным и посредством регулирования: осевой нагрузки устраняют рассогласование. 15

Устройство, реализующее способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин (фиг ° 2) содержит задатчик 1 колебаний (пульсаций) давления промывочной 2р жидкости, который через канал 2 воздействия по буровому раствору связан с параметрическим элементом 3, установленным в бурильную колонну над долотом 4 и оединенным через информа-.25 ционный канал 5 связи с приемником 6 механических колебаний, выход которого через последовательно соединенные блок 7 фильтрации и первый двухполупериодный выпрямитель 8 подключен к Зр входам фильтра 9 нижних частот и первого интегратора 10. Выход последнего соединен с первым входом делителя 11 и инверсным входом сумматора 12, прямой вход которого связан с выходом фильтра 9 нижних частот, а выход через последовательно соединенные второй двухполупериодный выпрямитель 13 и второй интегратор 14 соединен с вторым входом делителя 11 Выходы делителя 11 и задатчика 15 коэффициента модуляции упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости подключены к соответствующим входам элемента 16 сравнения, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 17 (регулятора подачи долота).

Колебания, создаваемые долотом 4 при бурении горных пород, передаются через параметрический элемент 3 и информационный канал 5 связи на приемник 6 механических колебаний. Пульса-! ции давления промывочной жидкости, создаваемые задатчиком 1 колебаний давления промывочной жидкости, пере- даются по каналу 2 воздействия по буровому раствору на параметрический элемент 3 и изменяют его амплитудночастотную характеристику, что приводит к изменению параметров колебаний, создаваемых долотом 4 и принимаемых приемником 6 механических колебаний., В качестве параметрического элемента 3 может быть использован турбобур с резино-металлической пятой, жесткость которой — заданная функция от величины приложенной к ней гидравлической и осевой нагрузки. Глубина модуляции упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости зависит при этом от степени загрузки забойного двигателя.

Электрические сигналы от приемника 6 механических колебаний поступают на блок 7 фильтрации для исключения помех, создаваемых буровым оборудованием. Блок 7 фильтрации представляет собой полосовой фильтр с заданной полосой пропускания. Форма сигнала на его выходе представлена на фиг ° 3 а. Исследуемый сигнал выпрямляется двухполупериодным выпрямителем

8 (форма сигнала приведена на фиг.Зб) и подается на входы фильтра 9 нижних частот и первого интегратора 10.

В аналитическом виде напряжение на выходе первого двухполупериодного выпрямителя 8 можно представить в виде

U, =/(U„+U„sin „t) sin „t/, (1) где U и U „„- амплитуды несущего и модулирующего сигналов;

ы„и ы„- частоты несущего и модулнрующего сигналов.

В фильтре 9 нижних частот частота среза незначительно превышает частоту работы буровых насосов (задатчика 1 колебаний давления промывочной жидкости). При прохождении фильтра 9 нижних частот сигнал (фиг.Зб) интегрируется, причем высокочастотная составляющая сигнала усредняется, а низкочастотная составляющая практически не изменяется. Средним значением выпрямленного сигнала является величина

Поэ

П у Пд + Uv sin < (3)

Форма сигнала изображена на фиг.Зв.

05 6 элемента 16 сравнения. В зависимости от величины и знака рассогласования текущего и заданного эначений К исполнительный элемент 17 управляет скоростью подачи бурового инструмента, т.е. осевой нагрузкой на буровой инструмент, таким образом, чтобы соблюдалось равенство текущего и заданного значений Км.

5 14691

Время интегрирования первого интегратора 10 выбрано равным периоду изменения модулирующего сигнала. Следовательно на выходе первого интеУ

5 гратора 10 будет поддерживаться напряжение (фиг.Зг), равное

U Ug.

2 (4)

Сигналы с выходов фильтра 9 нижних частот и первого интегратора 10 подаются на вход сумматора 12, один из входов которого является инверсным. Результатом сложения будет сигнал, представленный на фиг. Зд

Использование предлагаемого способа позволяет оперативно получать информацию о степени загрузки забойного двигателя и поддерживать оптимальную осевую нагрузку независимо от сил сопротивления, кривизны скважины и т.д., что способствует повышению технико-экономических показателей процесса бурения нефтяных и газовых скважин.

U< = U„since t. (5) После прохождения второго двухполупериодного выпрямителя 13 и второго интегратора 14, время интегрирования которого также равно периоду изменения модулирующего сигнала, на второй вход целителя !1 поступает сигнал

Формула из обретения

Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин, включающий измерение упру. гих колебаний бурильной колонны, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования осевой нагрузки при бурении перемежающихся по свойствам пород, упругие колебания бурильной колонны модулируют давлением промывочной жидкости, задают коэффициент модуляции упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости, измеряют его текущее значение, сравнивают с заданным и путем регулирования осевой нагрузки поддерживают равенство текущего и заданного значений коэффициента модуляции упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости.

06 11м э (6) !!

При делении этого сигнала на сигнал U поступающий на первый вход делителя 11, получают на его выходе

U -= — =К . (7)

11 м н

Таким образом, величина сигнала на выходе делителя 11 пропорциональна величине текущего коэффициента 35 модуляции К„упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промывочной жидкости.

Сигнал с выхода делителя ii поступает на первый вход элемента 16 40 сравнения, где происходит его сравнение с заданной величиной К, поступающей с задатчика 15 на второй вход

Составитель В. Шилов

Редактор И. Касарда Техред А.Кравчук Корректор В, Гирняк

Заказ 1331/34 Тираж 514 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101