Контроль за параметрами режиму буріння
Поточний контроль параметрів процесу буріння здійснюється в основному за допомогою таких приладів: індикатора маси (ваги), манометра, Моментоміри, тахометра, а також приладів для вимірювання механічної швидкості і проходки.
Мал. 7.15. Схема трансформатора тиску надлишкової маси:
1, 6 - роликові опори корпусу; 2 - поршень; 3 - гумова камера; 4 - роликовий опора поршня; 5 - корпус
Індикатор маси (ваги). Осьова навантаження на долото в кожен момент визначається за допомогою індикатора маси (ваги). З цього приладу знаходять також навантаження, дейсгвующую на гак талевої системи. Найбільшого поширення набули гідравлічні індикатори маси (ваги) (рис. 7.15). Основна частина індикатора маси (ваги) - трансформатор (мессдоза), який складається з корпусу 5 і поршня 2 в вигляді тарілки. Талевий канат проходить через роликові опори /, 6 корпусу і роликову опору 4 поршня, згинаючись під виразно заданим кутом. Трансформатор тиску зміцнюється на нерухомому кінці каната. Завдяки вигину осі каната виникають зусилля, діючі на поршень (мембрану), що спирається на гумову камеру 3, заповнену рідиною. Сприймається рідиною зусилля передається по системі трубок на який вказує і записує манометри.
Комплект індикатора маси (ваги) складається з трансформатора тиску, одного вказує манометра і одного самописного манометра з круглою діаграмою, що обертається годинниковим механізмом зі швидкістю один оборот за добу. Вказує манометр з умовною шкалою, градуйованою на 100 поділок, встановлюють на щиті біля посту бурильника. Дуже часто в комплект індикатора маси (ваги) входить верньєр, що представляє собою потужний зовнішній манометр зі стрілкою, замкнутої шкалою, розділеної на 40 поділок без цифрових позначень. Кожному поділу верньера відповідає половина ділення вказує манометра. Завдяки цьому, верньєром зручно користуватися для визначення навантаження на долото, так як при цьому відліки виробляються з великою точністю. Верньєр розрахований на тиск до 60 поділок по манометру. Якщо маса бурильної колони перевищує 60 поділів, верньєр треба вимкнути.
Перед установкою індикатора маси (ваги) необхідно переконатися в тому, що нерухомий кінець талевого каната на всьому своєму протязі від ролика кронблока до місця зміцнення проходить вільно, не зачіпаючи елементи ліхтаря вишки. Канат в місці кріплення трансформатора не повинен мати розірваних дротів і слідів видимого зносу.
Після того як індикатор маси (ваги) змонтований і перевірена його герметичність, встановлюють стрілку вказує манометра на розподіл 10 при вільному гаку. Це робиться для того, щоб можна було в будь-який момент помітити витоку рідини з трубочок в місцях із з'єднань.
Через кожні 6 міс індикатор маси (ваги) незалежно від його стану необхідно демонтувати для огляду і поточного ремонту. Ремонт індикатора маси (ваги) на буровій, пов'язаний хоча б з частковим розбиранням трансформатора тиску, укази-
Співвідношення між нагрузкойGна гаку і зусиллями в провідному і нерухомому кінцях талевого каната
Примітка. F. F2viFa- зусилля в провідному кінці талевого каната відповідно при підйомі, спуску і спокої, Н; RhR2 і ^ о - зусилля в нерухомому кінці талевого каната відповідно при підйомі, спуску і спокої, Н.
вающего і самописного манометрів, забороняється. Чи не дозволяється також заміна окремих приладів комплекту.
Вся гідравлічна система заповнюється водою, а в зимовий час - сумішшю води зі спиртом або гліцерином. Рідина, що заповнює систему, повинна бути нейтральною по відношенню до кислотності і лужності, володіти малим коефіцієнтом розширення, що не розчиняти гуму і замерзати.
Найбільш задовольняють цим умовам 50% -й розчин гліцерину в воді. При відсутності гліцерину застосовують розведений спирт (40% води).
В умовах спокою натяг решт в канаті
де т - число робочих роликів лівого блоку.
Одне і те ж показання індикатора маси (ваги) може відповідати в залежності від оснащення талевої системи різних дійсним масам бурильної колони (табл. 7.6).
До кожного індикатору маси (ваги) додається паспорт, в якому вказана ціна поділок для різних показань приладу. Ціна поділок на початку шкали манометра менше ціни поділок в кінці шкали. Це пояснюється зміною кута прогину каната в сторону зменшення в міру збільшення навантаження на гаку.
На практиці часто доводиться визначати ціну поділки індикатора, не користуючись паспортом приладу. У той момент, коли долото не стосується забою свердловини, маса бурильної колони G5 відповідає деякому показання індикатора маси (ваги) X. Знаючи, що умовний нуль індикатора маси (ваги) віднесений до 10-му поділу, легко визначити ціну поділів
Наближену масу бурильної колони зазвичай знаходять з наступного виразу:
де L - довжина колони бурильних труб, що дорівнює глибині свердловини в даний момент, м; q - маса погонного метра бурильних труб, кН; / - довжина однієї свічки, м; q3 - маса замку, кН.
Щоб визначити осьову навантаження (тиск на забій) в момент буріння, необхідно знати показання індикатора маси (ваги). Якщо показання індикатора маси (ваги) Y, то осьова навантаження становить
Відлік проводиться в наступному порядку. Спускається в свердловину бурильної колони з навінченной провідною трубою піднімають над забоєм на 2. 3 м і потім з обертанням і циркуляцією бурового розчину повільно опускають. У цей момент фіксують показання X стрілки манометра.
Після створення тиску (осьового навантаження) на забій частиною маси бурильних труб на долото визначають величину Y. Різниця між цими двома свідченнями, помножена на ціну поділки індикатора маси (ваги), і буде характеризувати осьову навантаження. Припустимо, що Ц = 7,24 кН, X = 35 поділок, Y = 31 поділ, тоді
Індикатори маси (ваги) застосовують не тільки при бурінні, а й при ловильних роботах, спуску проміжних і експлуатаційних колон і т.д. Пильне спостереження за індикатором маси (ваги) часто дозволяє запобігти аваріям під час спуску бурильної колони і в процесі інших робіт. За індикаторної діаграмі інженерно-технічні працівники вивчають процес буріння, розробляють режими буріння, контролюють дотримання заданих параметрів режиму.
Основними недоліками гідравлічного індикатора маси (ваги) є залежність показань від діаметра каната, температури навколишнього середовища і витоків рідини.
Крім описаного вище гідравлічного, існують електричний і механічний індикатори маси (ваги). Електричний індикатор маси (ваги) так само, як і гідравлічний, вимірює масу бурильного інструменту по зусиллю в нерухомому кінці талевого каната. Він складається з датчика з індукційним перетворювачем, призначення якого - сприймати натяг нерухомого кінця талевого каната і відображати це натяг пропорційної ЕРС. Він має також вимірювач записуючого або вказує типу. До основних переваг електричного індикатора маси (ваги) відносяться: незалежність показань від діаметра каната, можливість здійснення дистанційної передачі, легкість зміни чутливості приладу, велика точність.
Читання індикаторних діаграм. Реєструє, частина індикатора маси (ваги) дозволяє по діаграмі оцінювати роботу в свердловині, стежити за дотриманням бурової бригадою заданих параметрів режиму буріння. На діаграмі індикатора маси (ваги) зазначаються всі коливання маси інструменту на підйомному гаку протягом доби.
Діаграма гідравлічного індикатора маси (ваги) являє собою паперовий круг з розкресленими на ньому концентричними колами (рис. 7.16). Жирні чорні кола відповідають розподілам манометра в 0, 10, 20, 30. 100 одиниць. Простір між цими колами розділене на 10 частин, через які проходять тонкі окружності. Таким чином, інтервал між кожними двома сусідніми колами відповідає одному поділу манометра. Відмітки від 0 до 100 йдуть від центру до периферії. Зовнішня окружність розділена на 24 частини, відповідні годинами доби, а кожна з них, в свою чергу, розділена на 4 частини, що відповідають 15 хв. Через кожне з цих поділів проведені радіальні криві радіусом, рівним довжині пера від його центру обертання. Якщо лінія на діаграмі проходить паралельно одній з околиць, то це означає, що в цей відрізок часу маса на гаку не змінилася. Це може бути або при зупинці, або ж в процесі буріння при постійному навантаженні.
Якщо лінія проходить паралельно кривої радіальної лінії, то це є показником, що в даний момент часу відбулося миттєве зміна в масі бурильної колони на підйомному гаку. Останнє відбувається під час підйому бурильної колони з ротора, натяжки схопленого в свердловині бурильної колони і т.д. Різниця полягає в тому, що в останньому випадку крайня точка цієї кривої буде значно перевершувати найбільшу масу бурильної колони в даний момент.
Якщо посадити бурильну колону на елеватор, то цей момент буде відзначений такий же лінією, але з тією лише різницею, що в даному випадку вона покаже зменшення маси на підйомному гаку від якогось максимуму до умовного нуля (10-е поділ). Процес спуску починається після зміни долота, тобто при мінімальній масі на підйомному гаку, і характеризується поступовим збільшенням маси з кожної спущеною свічкою.
Мал. 7.16. індикаторна діаграма
Процес підйому бурильної колони зі свердловини є на діаграмі картину, зворотний спуску. З кожною свічкою маса на гаку зменшується. Але так як при підйомі від ротора до балкона верхового робочого маса бурильної колони залишається постійною, а підйом триває деякий час, то цей період буде на діаграмі позначатися невеликим майданчиком, паралельної кола і відповідної масі бурильної колони в даний момент. Тому на індикаторної діаграмі при підйомі кожної свічки будуть зафіксовані дві лінії, з'єднані на кінці площадочка.
Розглянемо, як буде фіксуватися на діаграмі процес буріння. Якщо осьова навантаження підтримувалася постійною, то майданчик паралельна окружності, що характеризує масу бурильної колони. Якщо ж в процесі буріння відбувалися коливання осьового навантаження на забій, то це буде характеризуватися змінами у вигляді ривків і хвилеподібних записів на діаграмі.
Осьова навантаження на забій може бути визначена як різниця між масою бурильної колони, піднесеною над забоєм, і масою бурильної колони, частково спирається на забій при бурінні. На діаграмі осьова навантаження буде визначатися за кількістю клітин між колами, відповідними максимального відхилення стрілки манометра при закінченні спуску бурильної колони і мінімальному відхиленню стрілки в процесі буріння. Поділу за манометром слід переводити в кілониотони.
Контроль за іншими параметрами режиму буріння. Тиск бурового розчину вимірюється датчиком, який монтується на трубопроводі між насосами і стояком або на стояку нагнітальної лінії бурових насосів.
Частота обертання ротора вимірюється тахометрами різних конструкцій. Є також прилади для вимірювання механічної швидкості проходки і ряд інших приладів, які реєструють і показують забійні параметри процесів буріння (число обертів вала турбобура, просторове положення вибою свердловини і т.д.).
Всі розглянуті вище прилади входять в комплект системи наземного контролю процесів буріння.
Номенклатура параметрів, контрольованих пультом контролю процесів буріння (ПКБ), визначається в залежності від потужності бурової установки. Постійно ведуться роботи по вдосконаленню системи контролю і управління процесом буріння свердловини.
Процес будівництва свердловин характеризується швидкою зміною ситуацій і дією численних взаємопов'язаних факторів, що змінюються в часі і просторі. Незважаючи на циклічність і повторюваність виробничих процесів при бурінні свердловин, кожен цикл характеризується своїми особливостями, зумовленими впливом конкретних геолого-технічних і організаційних чинників. Крім того, в процесі буріння часто виникають різні непередбачені ситуації, що порушують запланований хід виробництва і вимагають прийняття оперативних рішень. Ці ситуації обумовлюються, як правило, аваріями, геологічними ускладненнями при бурінні (відходами циркуляції, обвалами і ін.), Несподіваним виходом з ладу бурового обладнання та породоразрушающего інструменту і т.п.
За функціональним призначенням пристрої, призначені для контролю і управління процесом буріння свердловин, можна поділити: на засоби наземного контролю параметрів режиму поглиблення свердловин, засоби автоматичного регулювання подачі долота, засоби оперативної оптимізації процесів поглиблення свердловин, системи диспетчерського телеконтроля і управління буровими процесами, засоби збору та передачі технологічної інформації для подальшої обробки та використання.
Розроблені та застосовуються ряд пристроїв, що дозволяють оптимізувати окремі параметри режиму буріння, а також комплексні системи управління процесом буріння (поглиблення) свердловин на основі використання засобів автоматики, телемеханіки і ЕОМ.
В даний час досить широко використовують передачу параметрів режиму буріння на відстань як за допомогою дротяної, так і бездротового зв'язку. Це дозволяє обладнати на диспетчерських пунктах (ділянках) спеціальні пульти, на яких монтують показують і реєструють прилади параметрів режиму буріння кожної бурової установки. Диспетчер (інженер ділянки) отримує можливість цілодобово стежити за роботою бурових установок і при необхідності негайно вносити необхідні корективи в процес проводки свердловин.
Телеметрія забійних параметрів при бурінні свердловин є вирішальним фактором у створенні автоматичної системи управління процесом буріння.
В результаті вітчизняних і зарубіжних робіт створено досить велика кількість приладів для контролю забійних параметрів (під забійними параметрами розуміється напружений стан бурильної колони, швидкість обертання долота, температура і тиск на вибої свердловини, місце розташування стовбура свердловини в просторі і т.п.). Для зв'язку з поверхнею використовуються наступні види зв'язку:
електропровідний - за допомогою вбудованої в колону труб лінії зв'язку;
бездротовий - з передачею електричного сигналу по бурильної колоні і гірських порід і передачею гідравлічних імпульсів по промивної рідини, укладеної в бурильної колоні;
механічний - по тілу бурильної труби.
Існує два принципових методу передачі сигналу з забою по каналах зв'язку: безперервний і дискретний. Більш зручним і надійним в практичних цілях є другою.
В даний час знаходить все більше визнання ідея створення автономного забійного двигуна з одночасною реєстрацією забійних параметрів.
Пристрої для вибору оптимальних параметрів режиму буріння.
Як показала практика, в силу різноманітності умов проводки свердловин і безлічі змінних, від яких залежать показники, не представляється можливим, навіть за допомогою ЕОМ, заздалегідь абсолютно точно розрахувати і встановити величини параметрів, що відповідають оптимальному режиму. У будь-якому випадку в процесі буріння доводиться коригувати розрахункові параметри режиму буріння стосовно до конкретних умов. Однак це коригування залежить від індивідуальних здібностей бурильника і його кваліфікації і тому в ряді випадків пов'язана із зайвими витратами часу. Для того щоб максимально виключити вплив бурильника і разом з тим допомогти йому в прийнятті остаточних рішень, розроблені і використовуються, особливо за кордоном, пристрої для управління буровими операціями за допомогою ЕОМ головним чином персональних. Апаратура і датчики, розміщені в різних пунктах бурової установки, забезпечують ЕОМ вихідними даними, необхідними для оцінок. Обробляючи отриману інформацію, ЕОМ видає: прогноз проходки на долото до його зносу, прогноз часу роботи долота до його зносу, оптимальну величину навантаження на долото, оптимальну частоту обертання долота, а також інші рекомендації по проводці свердловини.