Способ регулирования процесса бурения и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК E21B45/00 

Изобретение отнйсится к автоматизации процесса бурения скважин и может быть использовано для прогнозирования оптимальных значений показателей работы долот в процессе механаческого бурения.

Известен способ управления процессом бурения и устройство для его осуществления, по которому измеряют текущие значения скорости проходки V i определяют текущее значениярейсовой скорости проходки Ур,для чего перед началом мёханиггеского бурения бурильщики задают время.спуско-подъемных и вспомогательных о11ераций tp.o контролируют текущее время бурения, задают требуемую (допускаемую для. данного типа долота) величину коэффициента С., и при выполнении соотношенияустанавливают момент подъема долота Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования процес са бурения путем задания уставок параметров бурения, измерения механической скорости проходки и времени бурения, поддержания заданного значе ния нагрузки на долото и частоты его вращения до момента подъема доло та. Известное техническое решение поз воляет получить точечный прогноз оптимального времени бурения в течение рейса долота и, тем сашам, дать команду на подъем долота. Недостатком способа является низкая точность принимаемого управленческого решения, так как в основу способа положены не вероятностностатистические методы определения опт мально го времени бурения в течение рейса долота. Изйестно устройство для. регулирования процесса бурения, содержащее последовательно соединенные блоки измерения текущей механической скорости проходки, блок преобразова|1ий и вычислительный блок с блоком отображения информации, задатчики уставки скорости проходки, нагрузки продолжительности работ, не входящие в бурение, и отношения стоимости до лота к стоимости часа работы бурово установки и исполнительный механизм

Однако известное устройство имеет низкую точность определения момента подъема долота.

Процесс жемеханического бурения 5 является по своей природе вероятностным процессом, а текущая скорость проходки имеет высокую вариабельность.

В этой связи прогноз оптимальных показателей работы долота (оптимапь10 ной проходки на долото, оптимального времени бурения) в течение меха- нического б,урения должен быть интервальным.

Целью изобретения является повышение точности определения момента подъема долота. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования процесса бурения путем задания уставок параметров бурения, измерения механической скорости проходки и времени бурения, поддержания заданного значения нагрузки на долото и частоты его вращения до момента подъема долота, задают интервалы времени усреднения и определяют усредненное значение скорости проходки к концу каждого интервала времени усреднения и при снижении усредненной скорости ниже заданного оптимального значения уставки увеличивают устав-ку нагрузки на долото на заданную величину и корректируют уставку времени подъема долота. Исходными данными для решения задачи управления процессом механического бурения являются: продолжительность работ, не входящих в механическое бурение, отношение стоимости долота к стоимости часа работы буровой установки, минимальное прогнозное значение скорости проходки,оптимальная нагрузка на долото и время начала обработки информации о характере изменения текущей механической скорости проходки. Устройство для регулирования процесса бурения, содержащее последовательно соединенные блоки измерения текущей механической скорости.проходки, блок преобразований и вычислительный блок с блоком отображения информации, задатчики уставки скорости проходки, продолжительности работ, не входящих в бурение, и отношения стоимости долота к стоимости часа работы буровой установки и исполнительный механизм, снабжено задатчиком нагрузки на долото и задатчиком интервала времени усреднения, при этом вых задатчиков нагрузки и интервала вре мёни соединены с входом вычислителБ ного блока, выход которого подключе к блоку отображения информации, а выход блока сравнения подключен к исполнительному механизму. На чертеже представлена схема ус ройства, Устройство содержит задатчик 1 продолжительности работ, не входящи в механическое бурение, задатчик 2 отношения стоимости долота к стоимости часа работы буровой установки задатчик 3 минимального прогнозного значения уставки скорости проходки, задатчик 4 загрузки на долото, задатчик 5 интервала времени усреднения блок 6 измерения текущей скорости проходки, блок 7 преобразования текущей скорости проходки в форму, уд бную для непосредственного ввода в вычислительный блок, вычислительный блок 8, блок 9 сравнения, блок 10 отображения информации и исполнител ный механизм 11. Выходы задатчика 1 продолжительности работ,, не входящих в механичес кое бурение, задатчика 2 отношения стоимости долота и стоимости часа работы буровой установки, задатчик 3 минимального прогнозного значения скорости проходки, задатчика 4 нагрузки на долото и задатчика 5 интервала времени усреднения подключены к входам вычислительного блока 8 выход блока 6 измерения текущей скорости проходки подключен на вход бло ка преобразования для непосредственного ввода в вычислительный блок 7, выход блока 7 подключен па вход вычислительного блока 8 с последовательно соединенными блоком 9 сравнения и блоком 10 отображения информации, в свою очередь, выход блока 9 сравнения связан с входом исполнительного механизма 11. Устройство работает следующим об разом. Перед началом механического бурения оператор задатчиком 1 устанавливает продолжительность работ, не вхо дящих в механическое бурение, задатчиком 2 - отношение стоимости долота к стоимости часа работы буровой .установки, задатчиком 3 - минимальное прогнозное значение скорости 32 проходки, задатчиком 4 - оптимальную нагрузку на долото и задатчиком 5 интервал времени усреднения. Сигналы от задатчиков 1-5 поступают на входы вычислительного блока 8. Блок 6 измерения текущей скорости проходки формирует сигналы значений текущей скорости бурения дискретно (через фиксированные интервалы проходки), данные сигналы поступают на вход блока 7, преобразуются там в форму, удобную для непосредственнцго ввода в вычислительный блок 8, т:; выхода блока 7 сигналы поступают на вход вычислительного блока 8,по окончании первой части прогнозного времени бурения вычислительный блок 8 . обрабатывает информацию о характере изменения текущей скорости проходки по специальной программе, в основу которой положены уравнение и статистический метод наименьших квадратов. () где V - оценка текущей скорости проходки, м/ч; оценка начальной скорости проходки, М/Ч-, оценка показателя изменения детерминированной.основы текущей скорости проходки, 1/Ч, и получает численное значение фактической скорости проходки за первую часть интервала времени бурения t. Сигнал с выхода вычислительного блока 8 поступает на вход блока 9 сравнения, блок 9 сравнения производит сравнение V|. с минимальным прогнозным значением скорости проходj. , , если Vj. , сигнал с t-1 win miti хода блока сравнения 9 подается на вход блока 10 отображения информации, если V Vf . , блок 9 сравнения формирует управленческий сигнал, который подается одновременно на входы исполнительного механизма 11 и блока 10 отображения информации. Исполнительный механизм 11 автоматически увеличивает нагрузку на долото на одну ступень (например, на 2 тс) и выдерживает ее неизменной в т чение второй части прогнозного времени бурения. При этом дискретное формирование сигналов Б блоке 6, преобразование лх в блоке 7 и поступление на вход блока 8 не прерывается, по окончании второй части прогнозноS ;11 го времзни бурения вычислительный блок 8 обрабатывает информацию о характере изменения текущей скорости проходки по той же программе, что и ранее, получаем численное значение .фактической скорости проходки за две части прогнозного времени бурения . ., Сигнал с выхода вьгаислительного блока 8 поступает на вход блока 9 сравнения, блок 9 сравнения производит сравнение М, с Vt . , если V 7 сигнал с выхЬда блока 9 срав нения ш) на вход блока 10 отобр эженяя янформаирш,- если же сравнения формирует уп раккбейческий сигнал, который подается одновременно на входы исполнитель кого мехаиязма И и блока 10 отображ&лУт информации, исполнительный мехаш ft автоматически увеличивает нагрузку на долото на одну ступень аьщерживает ее неизменной до конца механического бурения, при этом дискретное формирование сигналов в блоке 6, преобразование их в блоке 7 и постугшение на вход блока 8 не прерывается. При этом вычислитель- ими блрк 8 определяет оценки оптимального времени бурения и оптималь-нМ проходки на долото по формулам -т V. exp( где.,,т К«тсоответственно оценки оптимального времени бурения и оптималь2ной проходки на доло- то -, «®22 соответственно оценки начальной скорости прО ходки и показателя сни- жения детерминированной основы текущей скорости проходки за два интервала времени бурения, а оптимальное время бурения и оптимальную проходку на долото по формулам - onriE точность прогнозирования впт опт ри принятой надежности (вероятности). Сигнал с выхода вычислительного блока 8 подается на вход блока 10 отображения информации, по окончании механического бурения вычислительный блок 8 определяет фактическое значение рейсовой стоимости метра проходки и формирует сигнал, сигнал с выхода вычислительного блока 8 поступает на вход блока 10 отображения информации. Способ регулирования процесса бурения и устройство для его осуществления обеспечивает повышение точности и надежности прогнозирования оптимального времени бурения и оптимальной проходки на долото, что в конечном результате позволяет повысить -на 30-35% проходку на долото, сократить сроки строительства скважин на 20-25%.и снизить стоимость буровьпс работ на 15-20%.

9

//

1 .Способ регулирования процесса бурения путем задания установок параметров бурения, измерения механической скорости проходки и времени бурения, поддержания заданного значения нагрузки на долото и частоты его вращения до момента подъема долота, личающийся тем, что, с целью повышения точности определения момента подъема долота, задают интервалы времени усреднения и определяют усредненное значение скорости проходки к концу каждого интервала времени усреднения и при снижении усредненной скорости ниже заданного оптималь-, него значения уставки увеличивают уставку нагрузки на долото на заданную величину и корректируют уставку времени подъема долота. 2. Устройство для регулирования процесса бурения, содержсхщее последовательно соединенные блоки измере ния текущей механической скорости проходки, блок преобразований и вычислительный блок с блоком отображения информации, задатчики уставки J 4 скорости проходки, продолжительности ОО 00 работ, не входящих в бурение, и отношения стоимости долота к стоимоссо tc ти часа работы буровой установки и исполнительный механизм, отличающееся тем, что оно снабжено эадатчиком нагрузки на долото и задатчиком интервала времени усреднения, при этом выхода задатчиков нагрузки и интервала времени соединены с входом вычислительного блока, выход которого подключен к блоку отображения информации, а выход блока сравнения подключен к исполнительному механизму.