Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин Советский патент 1989 года по МПК E21B44/02 

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

Цель изобретения - повышерше точности регулирования Осевой нагрузки при бурении перемежаюгцихся 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. 2 - схема устройства, реализующего способ рагу.лирования; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Анализ данных, приведенных на фиг. 1, показывает, что изменения коэффициента модуляции К„ упругих колебаний бурильной колонны пульсациями давления промьшочной жидкости при неизменных реж11мно-технологических параметрах процесса бурения обусловлены изменением физико-механических свойств горных пород и не зависят от

.глубины скважины, т.е. величина К„ прежде всего определяется степенью контакта флота с забоем, который, в свою очередь, определяется ciепенью гидравлической загрузки забойного

4

05 СО

ел

двигателя. Это позволяет использовать знание К в качестве критерия регулирования осевой нагрузки. Значение величины коэффищ1ента модуляции, 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 заданньм и посредством регулирования : осевой нагрузки устра

няют рассогласование.

Устройство, реализующее способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин (фнг. 2) содержит задатчик 1 колебаний (пульсаций) давления промывочной жидкости, который через канал 2 воздействия по буровому раствору связан с параметрическим элементом 3, установленным в бурильную коло нну над

частотную характеристику, что приводят к изменению параметров колебагагй, 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 д ункция 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 обору- .дованием. Блок 7 фильтрации представляет собой полосовой фильтр с заданной полосой пропускания. Форма сигнала на его выходе представлена на фиг. 3 а. Исследуемый сигнал выпрям

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

долотом 4 и оединенным через информа-. 25 ляется двухполупериодным выпрямителем

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

ционный канал 5 связи с приемником 6 механических колебаний, выход которого через последовательно соединенные блок 7 фильтрации и первый двухполу- периодный выпрямитель 8 подключен к 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 двухпйлупериодный выпрямитель 13 и второй интегратор 14 соединен с вторым вход ом 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 ин- формационньш канал 5 связи на приемник 6 механических колебаний. Пульсации давления промывочной жидкости, создаваемые задатчиком 1 колебаний давления промьшочной жидкости, передаются по каналу 2 воздействия по буровому раствору на параметрический элемент 3 и изменяют его амплитудно

ляется двухполупериодным выпрямителем

8 (форма сигнала приведена нафиг.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

и, /() siпШцt/, (1)

где UH и и - амплитуды несущего и

модулирующего сигналов; tOu и частоты несущего и модулирующего сигналов. В фильтре 9 нижних частот частота среза незначительно превышает частоту работы буровых насосов (задатчика 1 колебаний давления промьшочной 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

(2)

и

- и

к 0

где и,5 -.амплитуда входного сигнала.

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

иг-|и

+ и., sin и: t

(3)

Форма сигнала изображена на фиг.Зв.

ЯН

Ц5

Hi

Vt

«/ в

е. д 1703.0

vXi/v

t8ia.0{i teoe.i

,

Фиг. 5

Составитель В, Шилов Редактор И. Касарда Техред А.Кравчук Корректор В.Гирняк J

Заказ 1331/34 Тираж 514Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.2

- t

t

t