Способ контроля аварийных ситуаций при бурении скважин Советский патент 1989 года по МПК E21B44/00 E21B44/06 

Изобретение относится к технике контроля процесса бурения, в частности к способам распознавания аварийных ситуаций в процессе алмазного бурения.

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности

определения порогов распознавания аварийных ситуаций.

На фиг. 1 приведен пример функциональной схемы устройства для реализации способа контроля аварийных ситуаций при бурении скважин; на фиг. 2- схемы блока уставки порогов, соответствующего операции Взвешивание, и

определения факта обрыва или промыва теля бурильной колонны, или самозаклинивания керна; на фиг. 3 - схемы блока уставки порогов, соответствую- щего операции Нагружение (начало процесса бурения) и определения факта запшамования забоя или начала прижога породоразрушающего инструмента из-за зашламования забоя; на фиг. 4 - схемы блока уставки порогов, соответствующего операции Бурение и определения факта отказа бурового насоса, начала прижога породоразрушающего инструмента из-за отказа.бурового насоса или промыва тела бурильной колонны.

Техническая сущность изобретения состоит в следугацем. При бурении скважин параметры технологического процесса не остаются постоянными с из- менением глубины скважины. Каждому рейсу бурового снаряда присущи свои . значения технологических параметров. С увеличением глубины скважины повышается вращающий момент на холостое вращение, т.е. вращение бурильной колонны без разрушения породы, повышается давление промьгаочной жидкости, вследствие роста сил сопротивления стенок скважины и тела бурильной колонны, изменяется также количество промывочной жидкости, подаваемое в скважину, из-за повышения давления и нежесткой характеристики бурового насоса.

Процесс бурения изменчив также по причине износа породоразрушающего инструмента и самозаклинивания керна в колонковой трубе или опор долот. Износ алмазных коронок по высоте матрицы может привести к прижогу бурового снаряда. Перед началом прижога всегда происходит истирание алмазосодержащего слоя коронки до конца.

При поглощении промьшочной жид ти в скважине может произойти час ное или полное поглощение. Достат ным признаком для определения фак 40 поглощения служит уменьшение расх промывочной жидкости, вытекающей скважины, так как на процесс разр шения породы эта ситуация не сказ вается. Уровень порога расхода пр

если прижог происходит из-за отсутст-45 мывочной жидкости, вытекакщей из

скважины, должен быть установлен ходе рабочего процесса бурения, р ным количеству промывочной жидкос вытекающей из скважины, так как в

ВИЯ подачи промывочной жидкости на забой. Установлено, что началу прижога соответствует падение механической скорости, снижение ее до нуля и новое повьппение во время прижога. Поэтому уровень порога механической скорости для определения начала прижога должен быть выбран таким, чтобы алмазная коронка могла быть пригодна для дальнейшей работы, если прижог вызван отказом подачи промы- вачной жидкости на забой, или износилась по торцу матрицы незначительно, чтобы не оставался металл на забое. Наиболее благоприятным следует считать порог падения скорости ниже половины метра в час.

Самозаклинивание керна в колонковой трубе может вызвать резкое снижение механической скорости до нуля или, при неполном самозаклинивании, снижение скорости, близкой к нулевому значению.

Обрывы бурильной колонны могут бьп-ь двоякими, в первом случае при обрыве бурильная колонна не расстыковывается, например обрыв в резьбовом соединении, или расстыковывается но верхняя часть бурильной колонны остается неподвижной относительно продольной оси скважины из-за малости ее диаметра. Во втором случае происходит поступательное движение вниз верха колонны, если проходят скважины большого диаметра, когда два диаметра бурильной колонны меньше диаметра скважины. При обрыве вес снаряда уменьшается и происходит уменьшение давления на забой, что вызывает увеличение скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны при гидравлической подаче бурового снаряда и при работе автоматических стабилизаторов, осевой нагрузки. Поэтому во втором случае порог механической скорости следует устанавливать с учетом скорости перемещения верха колонны

от системы подачи.

I

При поглощении промьшочной жидкости в скважине может произойти частичное или полное поглощение. Достаточным признаком для определения факта поглощения служит уменьшение расхода промывочной жидкости, вытекающей из скважины, так как на процесс разрушения породы эта ситуация не сказывается. Уровень порога расхода промывочной жидкости, вытекакщей из

скважины, должен быть установлен в ходе рабочего процесса бурения, равным количеству промывочной жидкости, вытекающей из скважины, так как всегда происходит малое поглощение жидкости в скважине.

На фиг. 1 изображены датчики: вращающего момента 1, давления 2 и расхода 3 промывочной жидкости на выходе

насосов, механической скорости бурения 4 и расхода 5 промывочной жидкости на выходе из скважины, первые четыре из которых подключены к блоку 6 уставки порогов Взвешивание, ко

торый соединен с задатчнками: порогов механической скорости бурения 7 и 8, вращающего момента 9, расхода промывочной, жидкости 10 и давления промывочной жидкости 11 на выходе нсосов. Блок 12 уставки порогов На- гружение соединен с датчиками давления 2 и расхода 3 промывочной жидкости на выходе насосов и механической скорости бурения 4 и с задатчика ми: механической скорости 13, расхода 14 и давления 15 промывочной жидкости на выходе насосов. Блок 16 уставки порогов Бурение соединен с датчиками давления промывочной жидкости 2 и расхода промывочной жидкости 3 на выходе насосов механической скорости бурения 4 и расхода промывоной жидкости 5 на выходе из скважины и с задатчиками механической скорости 13, расхода 14 и давления 17 промывочной жидкости на выходе насосов и расхода промывочной жидкости 18 на выходе из скважины. I

В качестве датчика вращающего

момента может быть использован ограничитель момента типа ОМ-40. Для измерения давления промывочной жидкости используется датчик типа МУД-1 Для измерения механической скорости используется датчик ДМС-1, для измерения расхода промывочной жидкости может быть использован расходомер типа ЭМР-2.

Способ осуществляют следующим образом.

При взвешивании бурового снаряда, когда нижний конец бурильной колонны оторван от забоя, измеряют вращающий момент, давление и расход промывочной жидкости. С помощью задатчика 9 устанавливают пороговый М gj вращающий -момент, равный измеренному, задатчи- ком 10 расхода промывочной жидкости на выходе насоса устанавливают пороговый расход промывочной жидкости, равный измеренному, и задатчи- ком 11 давления промывочной жидкости на выходе насоса устанавливают порого вое Ржп1 давление промывочной жидкости, равное измеренному. Далее за- датчиком 7 устанавливают значение порога механической скорости V для определения момента самозаклинивания керна (опор долот), близкое к нулевому значению. После взвешивания бурового снаряда опускают его на забой, при опускании измеряют скорость

902606

перемещения верхнего конца бурильной колонны и задатчиком 8 механической скорости бурения устанавливаеют уро- g вень порога V механической скорости, равный измеренной скорости перемещения.

В начале технологического процесса бурения (нагружения) с помощью

10 датчиков расхода 3 и давление 2 промывочной жидкости на выходе насосов измеряют эти параметры и задатчиком 14 расхода промывочной жидкости устанавливают пороговый расход

15 промывочной жидкости, равный измеренному, а задатчиком 15 давления про- мьгеочной жидкости устанавливают пороговое РХП- давление промывочной жидкости, равное измеренному. С по20 мощью задатчика 13 механической скорости бурения устанавливают пороговую механическую скорость V, равную половине метра в час.

В процессе бурения с помощью дат-

25 чиков 2 и 5 измеряют давление промывочной жидкости на выходе насосов и расход промывочной жидкости, вытекающей из скважины. Задатчиком 17 давления промывочной жидкости устанавлива3Q ют пороговое, значеш1е давления промывочной жидкости на выходе насосов и задатчиком 18 количества про- мывочной жидкости устанавливают пороговое значение Q ,j сп расхода промывочной жидкости на выходе из скважины, равные измеренным.

При бурении в случае возникновения обрыва бурильной колонны без ее расстыковки происходит снижение 0 текущего значения вращающего момента

5

ниже порогового М

вп

так как часть

бурильной колонны не вращается, уменьшение давления промывочной жидкости на выходе насосов ниже порогового Р«П1 и увеличение расхода промывочной жидкости на выходе насосов выше порогового О j,,, из-за снижения гидравлического сопротивления в скважине и нежесткой характеристики насо- са. Происходит также уменьше1ше механической скорости ниже порогового значения ,i при этом на выходе элементов 19, 20 и 21 (фиг. 2) появляются сигналы, которые поступают на

вход элемента И 22. Сигнал с выхода элемента И 22 подается на первые входы элементов И 23 и 24 на втором входе элемента И 23 также присутствует сигнал 1 с выхода элемента 25

сравнения, поэтому на выходе элемента И 23 появляется сигнал, соответствующий состоянию обрыва бурильной колонны без расстыковки, который про- ходит также на выход элемента ИЛИ 26 и свидетельствует об обрыве бурильной колонны.

Если обрыв произошел с расстыковкой бурильной колонны, то скорость

перемещения верхнего конца бурильной колонны превысит пороговый уровень и на второй вход элемента И 24 с выхода элемента 27 сравнения поступит сигнал 1,-Появившиеся при этом сигналы на выходе элемента И 24 свидетельствуют об обрыве бурильной колонны с расстыковкой, а на выходе элемента ИГО 26 - об обрыве бурильной колонны. Этот же сигнал поступает через инвертор 28 на первые входы элементов И 29 и 30, блокируя тем самым сигнализацию Промыв и самозаклинивание керна. При промыве тела бурильной колонны на второй и третий входы элемента И 29 поступают сигналы с выходов элементов сравнения 20 и 21. При самозаклинивании керна в колонковой трубе на второй вход элемента И 30 поступает сигнал с выхода элемента 25 сравнения.

При возникновении предприжогового состояния породоразрушающего инструмента, когда сигндлы с датчиков 2, 3 4 выйдут за пороговые уровни РХПЭ мпз 3 входы элемента И 31 (фиг. 3) с выхода элементов сравнения 32, 33 и 34 поступят сигналы 1. Сигнал на выхрде элемента И 31 свидетельствует о начале прижога и через инвертор 35 поступает на первый вход элемента И 36, блокируя индикацию состояния запшамования забоя, которое характеризуется появлением сигнала на выходе элемента И 36,

Если предприжоговое состояние инструмента возникло из-за отказа насоса промывочной жидкости, то на вход элемента И 37 (фиг, 4) от элементов сравнения 32, 34 и 38 поступают сигналы 1 Сигнал на вькоде элемента И 37 свидетельствует о начале прижога из-за отказа насоса и через инвертор 39 блокирует индикацию ситуации простого отказа насоса и поглощения промьгоочной жидкости. При отказе бурового насоса, характеризующегося снижением расхода ниже порогового Qxni и давления ниже порогового

5

5

,

Q

Q 35

40

45

50

55

1пэ сигналы с выходов элементов сравнения 32 и 38 поступают на входы элемента И 40. Появление сигнала на выходе элемента И 40 свидетельствует об отказе насоса и через инвертор 41 блокирует индикацию состояния поглощения промывочной жидкости.

При поглощении промьгаочной жидкости сигнал с выхода датчика 5 расхода промывочной жидкости на выходе скважины станет ниже порогового и сигнал с выхода элемента 42 сравнения вызовет появление 1 на выходе элемента И 43, что свидетельствует о начале поглощения промывочной жидкости.

Данный способ отличается высокой точностью обнаружения аварийных ситуаций, в нем уточнены как уровни порогов, тгри достижении которых происходит правильная классификация сложившегося осложнения или аварийной ситуации, так и последовательность операций над объектом, при выполнении которых значения уровней порогов могут быть выставлены.

Формула изобретения

Способ контроля аварийных ситуаций при бурении скважин, включающий измерение вращающего момента, механической скорости бурения, а также давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса, сравнение измеренных параметров процесса бурения с пороговыми и идентификацию аварийных ситуаций, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности определения порогов распознавания аварийных ситуаций, измеряют расход промывочной жидкости на выходе из скважины, а в процессе определения порогов распознавания аварийных ситуаций осуществляют взвешивание бурового инструмента, спуск его на забой, нагружение бурового инструмента и бурение, при этом при взвешивании бурового инструмента измеряют вращающий момент, давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса и устанавливают уровни порогов вращающего момента, давления и расхода промьшочной жидкости, равные измеренным значениям, один уровень порога механической скорости бурения близким к нулю, а другой уровень порога механической скорости бурения равным скорости спуска бурильной колонны от системы подачи, измеренной при ее спуске, и в процессе бурения, когда вращающий момент, давление и расход промьгеочной жидкости на выходе насоса и механической скорости бурения выйдут за установленные уровни порогов, то судят об обрыве бурильной колонны, если снизится давление и повысится расход промывочной жидкости на выходе насоса, то судят о промыве тела бурильной колонны, а если уменьшится только механическая скорость до нуля, то судят о самозаклинивании керна в колонковой трубе или о самозаклинивании опор шарошек, в процессе нагружения бурового инструмента измеряют давление и расход промывочной жидкости на выходе насоса, устанавливают их уровни порогов, равные измеренным, а уровень порога механической скорости, равным 0,5м/ч.

Q

0260

порогов, то судят о начале прижога породоразрушающего инструмента из-за зашламования забоя, в процессе бурения измеряют расход промывочной жидкости на выходе из скважины и устанавливают его уровень порога равным измеренному, измеряют давление промывочной жидкости на выходе насоса и устанавливают его уровень порога, равным минимально возможному для выноса шлама и при снижении давления промывочной жидкости на выходе насоса ниже порогового, установленно- 5 го в процессе бурения, и расхода промывочной жидкости на вькоде насоса ниже порогового уровня, установленного в процессе нагружения, судят об отказе бурового насоса, если при.этом механическая скорость бурения упадет ниже порогового уровня, равного 0,5 м/ч, то судят о начале прижога породоразрушанщего инструмента из-за отказа бурового насоса, а если снизит20

Изобретение относится к алмазному бурению скважин и позволяет повысить надежность обнаружения аварийных ситуаций за счет увеличения точности определения порогов распознавания аварийных ситуаций. Для этого последовательно взвешивают бурильную колонну /БК/, спускают ее на забой, нагружают долото и бурят. Во время взвешивания измеряют вращающий момент, давление и расход промывочной жидкости /ПЖ/ на выходе буровых насосов и задают их в качестве пороговых. Задают также в качестве пороговых значения механической скорости бурения /МСБ/, близкой к нулю и измеренной в процессе спуска БК на забой. При выходе параметров в процессе бурения за данные пороговые значения идентифицируют обрыв БК, промыв БК или самозаклинивание керна. При нагружении измеряют давление и расход ПЖ на выходе буровых насосов. Задают измеренные значения, а также значение МСБ, равной 0,5 м/ч, в качестве пороговых. При выходе параметров в процессе бурения заданные пороговые значения идентифицируют зашламование забоя или начало прижога алмазной коронки. При бурении измеряют и задают в качестве пороговых давлений ПЖ на выходе буровых насосов и расход ПЖ на выходе из скважины. Выход в процессе бурения давления ПЖ на выходе буровых насосов и расхода ПЖ на выходе из скважины за данные пороговые значения, а также МСБ и расходы ПЖ на выходе буровых насосов за пороговые значения, установленные при нагружении, свидетельствуют об отказе насоса, начале прижога или поглощении ПЖ. 4 ил.

и при бурении, когда давление и рас- 25 ся ниже порогового уровня только ход промывочной жидкости на выходе расход промывочной жидкости на выходе из скважины, то судят о поглощении жидкости.

насоса и механическая скорость бурения выйдут за установленные уровни

Т Ш S И И

V V V W NV

. tfu8.2

фиЭ.З

Редактор М.Товтин

futit

Составитель В.Шилов

Техред М.ХоданичКорректор В.Гирняк

Заказ 3677/34

Тираж 514

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

Подписное