Устройство для управления процессомбурения

 

Союз Советски к

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

„„840312

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 761699 (22) Заявлено 04.09.79 (21) 2814532/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23). Приоритет— (51) М. Кл. з

Е 21 В 45/00

Государственный комитет

Опубликовано 23.06.81. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 03.07.81 (53) УДК 62I..:3! 6

7: 622. 24. 08 (088.8) по делам изобретений и открытий

И. И. Рабин, Г. М. Кузнецов, Б. Г. Соколов, A. А. Гтогарекий, и К. A. Чефранов (72) Авторы изобретения

Грозненское научно-производственное объединение

«Промавтоматика» (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

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 (2).

Однако данное устройство предназначено для оптимизации только турбинного способа бурения и не пригодно для роторного.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик расхода промывочной жидкости, датчи к веса, соединенный с вычислителем удельной осевой нагрузки и с одним из входов регулятора подачи, датчик проходки, соединенный с Входами преобразователя механической скорости и вычис,.ителя времени спуско-подъемных операций, датчик оборотов долота, соединенный с преобразователем скорости вратт1 щения долота и одним из входов регулятора оборотов, 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 (3) .

Недостатком данного устройства является то, что оно не учитывает влияние расхода промывочной жидкости и П1дравлической

840312 характеристики долота, которые оказывают существенное влияние на выбор оптимальных оборотов долота и оптимальной осевой нагрузки, особенно при использовании гидромониторных долот.

Pon — — (0,67+ 0,26 1дп — 0,49.к I g =" ) )»

Ф Рф .(0,33 + 0,67 ();

25 п = — (880-+ (220,4 — 69 !пппб) К) g- опт

Рф 1

Р,п - скорректированное значение оптимальной осевой нагрузки отнесенной к диаметру долота, Т/см; — скорректированное значение

35 опт оптимальных оборотов долота, об/мин;

ТО, . — время спуско-подъемных операции;

Пф, Рф,Х/ — измеренные значения оборотов 40 долота, осевой нагрузки, отнесенной к диаметру, и механической

К - корректирующий коэффициент где

К О 582 + 0 45 о о,1зз (цз (.) - расход промывочной жидкости; коэффициент гидравлического сопротивления сопел долота: удельный вес промывочной жидкости.

Взаимодействие долота с породой определяется известным выражением. ап (- р-

М (+ 04 Р -4 где М„„- механическая скорость бурения; и - обороты долота;

45 где

55

Цель изобретения — повышение точности определения оптимальных режимных параметров процесса бурения.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снабжено вычислителем гидравлической мощности на долоте и блоком коррекции, причем вход вычислителя гидравлической мощности на долоте соединен с датчиком расхода промывочной жидкости, а его выход — — со входом блока коррекции,,выход которого соединен с входами вычислителя оптимальной скорости вращения долота и вычислителя оптимальной осевой нагрузки на долото.

Осевую нагрузку и скорость вращения долота корректируют в зависимости от расхода промывочной жидкости и гидравли- 20 ческой характеристики долота, определяя скорректированные значения указанных парамегров по формулам

«р - удельная осевая нагрузка,приведенная к единице диаметра (Т/см);

О,d.,Ú - параметрические коэффициенты, причем коэффициент «b» характеризует степень очистки забоя от выбуренной породы.

Оптимальные значения удельной. осевой нагрузки Р<,пт и оборотов долота п,п .,обеспечивающие максимум рейсовой скорости, определяются выражениями

4 /1-d. опт, / +, Известно, что степень очистки забоя от выбуренной породы определяется гидравлической мощностью на долоте, которая определяется по формуле

IU .= 0,133$ (, Зу где — коэффи циент гидр авл и ческого сопротивления в отверстиях долота.

Cl — расход промывочной жидкости.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 показаны экспериментальные графические зависимости изменения механической скорости бурения от режимных параметров (удельной осевой нагрузки P и оборотов ротора n) для обычных трехшарошечных долот с Ха,= 150 л. с.— пунктирная линия и гидромониторных долот

Ng =- 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 оптима IbnbIx режимных параметров понт — — — (880+ (220,4 — 691gn) — К)-К . (2) с.п

Р = (0,67+ 0,261дпф — 0,49K)gV )» (3) опт р, »(0,33+ 0,67 — „);

К = 0,582 +;45 (т Н, (4)

Nq где Т и — время спуско-под ьем ных операций;

Мт150 л. с.

Р— измеренные значения оборотов долота и удельной осевой нагрузки соответственно если Ъ,ЪЗ м/ч

Н=

0,84, если V (3 м/ч, 840312

Таким образом, измеряя расход промывочной жидкости Q и зная гидравлические характеристики долота определяют гидравлическую мощность на долоте по формуле (1), корректирующий коэффициент К по формуле (4) и корректируют оптимальные значения режимных параметров Ропт и По 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 мощности на долоте, где согласно формулы (1) определяется гидравлическая мощность на долоте Ng. В блоке 13 коррекции по вычисленному значению гидравлической мощ45

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 вращения 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 10 скорости вра- щения долота и блока 13 коррекции соеди- зп 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 вращения 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 11 оборотов в зависимости от рассогласования сигналов на его входах воздействует на исполнительный орган (не показан), приводя это рассогласование к нълю.

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

1= 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 изобретения

Устройство по авт. св. Ке 761699, отличаюи(ееся тем, что, с целью повышения точности определения оптимальных режимных параметров процесса бурения, оно снабжено датчиком расхода промывочной жид840312 кости, вычислителем гидравлической мощности на долоте и блоком коррекции, при этом выход датчика расхода промывочной жидкости подключен через вычислитель гидравлической мощности на долоте ко входу блока коррекции, выход которого подключен к вычислителю оптимальной скорости вращения долота и вычислителю оптимальной осевой нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2217522, кл. Е 21 В 45/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 248591, кл. Е 21 В 45/00, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 761699, кл. E 21 В 45/00, 1978 (прототип).

840312

v; м/ч

Z0

r,а фиг.2

Составитель Г. Данилова

Редактор Т. Киселева Техред А. Бойкас Корректор Г. Назарова

Заказ 4698/43 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4