Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподъема на буровых установках Советский патент 1992 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин, а именно к способам оптимизации скорости спускоподъема (СПО) бурильной колонны и контроля за соблюдением оптимальных скоростных режимов.

Цель изобретения - повышение точности определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъема, оптимальным.

На фиг. 1 показана структурная схема устройство оптимизации СПО для реализации данного способа; на фиг. 2 - зависимость веса бурильной колонны от времени в цикле подъема бурильной колонны на дли- ну свечи; на фиг. 3 - зависимости веса, фактической скорости и крутящего момента, передаваемого ШИМ, от времени в начальный период цикла подъема бурильной колонны на длину свечи; на фиг. 4 - то же, от времени в начальный период цикла спуска бурильной колонны на длину свечи; на фиг. 5 - то же, от времени для случая подхвата бурильной колонны с клиньев (с элеватора) и последующей установки колонны на клинья (элеватор); на фиг. 6 - то же, от вре- мени для случая прерванного на периоде разгона цикла подъема бурильной колонны; на фиг. 7 - оптимальная и фактическая та- хограммы характерного цикла подъема бу- рильной колонны на длину свечи; на фиг. 8 -тоже, спуска бурильной колонны на длину свечи; на фиг. 9-14 - примеры вычисления критерия (Зг.п.ц. в циклах подъема; на фиг. 15-20 - примеры вычисления 5t.c.u.i в цик- лах спуска.

Способ может быть реализован с помощью известных устройств оптимизации СПО в бурении на базе микроЭВМ. На фиг. 1 приведена структурная схема возможного варианта устройства оптимизации СПО (УОСПО), содержащего вычислительный 1 блок, канал 2 обмена информацией, модуль 3 центрального процессора (МЦП), оперативное запоминающее устройство 4 (ОЗУ-1), оперативное запоминающее устройство 5 с сохранением информации при отключении питания микроЭВМ (ОЗУ-2), постоянное запоминающее устройство 6 (ПЗУ), датчик 7 контроля крутящего момента, который спо- собна передать оперативная ШПМ буровой лебедки (ДКМ), датчик 8 веса (ДВ), датчик 9 перемещения талевого блока (ДПТБ), алфавитно-цифровой пультовый видеотерминал 10 (ПТ), печатающее устройство 11 (ПУ), мо- дуль 12 аналогового ввода (МАВВ), модуль 13 сопряжения с ПТ и ДПТБ (МС), первый 14 и второй 15 модули дискретного вывода (МДВ-1 и МДВ-2), модуль 16 динамической индикации (МДИ), модуль 17 сопряжения с перфоратором ленточным (МСПЛ), перфоратор 18 ленточный (ПЛ), блок 19 отображения скорости (БОС), блок 20 отображения длины бурильной колонны (Б ОД К), звуковой сигнализатор 21 (ЗС).

Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподъ- ема на буровых установках может быть осуществлен в промысловых условиях на

буровых установках, оснащенных устройствами оптимизации СПО следующим образом.

После завершения очередного рейса долота и принятия решения о переходе к СПО на скважине выполняется обычно один-три полных цикла промывки. В ходе предподъемной промывки путем визуального осмотра талевой системы буровой установки определяют ее оснастку, которая должна соответствовать требованиям геолого-технического наряда (ПГН) на скважину и кратность талевой системы iT: например, если оснастка 4 х 5, то 1Т 8; 5 х 6 - iT 10. Для известной по единым нормам времени (ЕНВ) на бурение скважин определяют КПД талевой системы д , например, ориентировочно (данные УЗТМ) можно принять:

IT 8; г}т 0,874;

IT 10; 0,849.

Затем по ГТН на скважину и вахтенному журналу бурильщика определяют, из бурильных свечей какой длины Ice состоит бурильная колонна сверху вниз. Включаемое в этот период в работу устройство оптимизации СПО позволяет получать непрерывно данные о величине скорости перемещения талевого блока буровой установки уф(х), нагрузке на крюке Q(t) создаваемой бурильной колонной, давлении воздуха в рабочей камере оперативной шинно-пневматической муфты ШПМ Рм в течение всего времени СПО с первичных преобразователей (датчиков), входящих в состав устройства: датчика 9 перемещения талевого блока (ДПТБ), датчика 8 веса (ДВ), преобразователя давления (ПД).

В ходе СПО в каждом i-м цикле спуска или подъема бурильной колонны на длину бурильной свечи определяют усредненное значение веса QI (в кН). Усреднение веса производят традиционно. В ходе СПО через равные промежутки времени At, например, At 0,5 с, измеряют мгновенное значение веса на крюке q, для выяснения загруженности талевого блока всякий раз проверяют выполнение условия

q SQnop.i,(1)

где Qnop.i - пороговое значение веса бурильной колонны, в качестве которого принимают обычно величину, кратную весу одной свечи УБТ Осв.ц, кН; в случае невыполнения условия (1) талевый блок считается незагоу- женным, а в случае выполнения - загруженным. В момент выполнения условия (1) в i-м цикле спуска (или подъема) фиксируют момент времени подхвата колонны tc.n.K.i (или tn.n.K.i), а в момент невыполнения условия (1) в первый раз после этого фиксируют момент

времени установки бурильной колонны на клинья (на элеватор) после спуска (или подъема) i-ой бурильной свечи tc.y.K.i (или tn.y.K.i). Продолжительность спуска (или подъема) загруженного талевого блока в i-м цикле определяют так

tc.a.i tc.y.K.i - tc.n.K.I, (2)

tn.3.1 tn.y.K.i tn.fl.K.I(3)

Усредненное значение веса бурильной колонны в i-м цикле спуска (или подъема) определяют по выражению

м;

Qc..

mi

(4)

Mi

2Atm m 1

tc.3.l.

Qn.i

м; 2 am,

т 1

м; 2

m I

Sqmj

tn.a.i

(5)

M; 2Atm

m 1

где Mi t3.i/A t - количество интервалов времени A t в продолжительности спуско- подъема загруженного талевого блока в i-м цикле.

На фиг. 2 показана типичная зависимость веса бурильной колонны от времени Q(t) в цикле подъема на длину бурильной свечи с указанием моментов времени подхвата колонны с клиньев tn.n.K.i и установки на клинья tn.y.K.i, продолжительности загруженного подъема tn.s.i, интервала опроса ве- са A t, порогового значения веса Qnop.i, мгновенного значения веса q и усредненного значения аеса Qn.i.

После завершения предподъемной промывки приступают к СПО, а именно к подъ- ему бурильной колонны из скважины.

Первый цикл подъема (i 1) заключается в извлечении из скважины ведущей трубы (квадрата), отвинчивании ее и опускании в шурф. Перед началом 1-го цикла подъема ICB.L т.е. длина участка ведущей трубы, находящейся в скважине, известна из вахтенного журнала бурильщика. В соответствии с рекомендациями ЕНВ в 1-м цикле подъема в качестве оптимальной скорости vn.om-.i - вне зависимости от начального веса бурильной колонны Qn.o принимают скорость подъема талевого блока буровой установки на 1-й передаче коробки скоростей при минимально допустимой частоте вращения при- водных двигателей: Уп.опт.1 Vn.i.min например, для установки Уралмаш ЭД-76 и it 8Vn.onr.i -0,117 м/с (минимальная допустимая частота вращения дизелей привода равна 800 об/мин при Пном 1600

об/мин); определяют Vonr.1 lVn.onr.il 0,117 м/с. Вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку в предстоящем 1-м цикле: L Ј 1Св.1 1,02 ICB.L Вычисляют оптимальную продолжительность 1-го цикла подъема:

taiionr.1

10

15

20

25

п« .

4С. сп „.

Vom.1

Vonr.1

(

1

Эп.р.1

+

1

Зп.з.1

),

16)

где ап.р.1 0,15 м/с , Зп.з.1 0,20 м/с - ускорение при разгоне и замедлении поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем 1-м цикле подъема:

Voni.1 .,VoriT.I/-,,

tn.p.i ---: tn.s.i ---, (7)

ап.р.1Эп.3.1

вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в 1-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.y.onr.1 1п.ц.опт.1 -tn.p.1 tn.3.1,(8)

вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения в 1-м цикле подъема по оптимальной тахограмме:

tn р у 1 tn.p 1 + tn.y.onr.1.(9)

При выполнении предподъемной промывки и после ее завершения до начала подъема первой свечи (ведущей трубы) бурильная колонна висит на крюке, т.е. талевый блок характеризуется загруженностью, Q(t) Qn.o; при этом талевый блок неподвижен, а оперативная ШПМ привода буровой лебедки отключена, давление воздуха в рабочей камере ШПМ равно нулю.: PM(t) 0. По измеряемому значению (t) после каждого измерения вычисляют величину крутящего момента, который способна передать оперативная ШПМ привода на барабанный вал лебедки:

М„(х) - ам PM(t)(10)

где ам - коэффициент, значение которого, например, для муфты 2 ШПМ-1070. установленной на буровой лебедке У2-5-5 установки Уралмаш ЭД-76 равно 212.5 кН-м/МПа.

Очевидно, что до включения ШПМ MM(t) 0, Перед началом подъема приводные дизели работают на холостом ходу, ленточный тормоз буровой лебедки включен и обеспечивает надежное торможение барабана лебедки - (t) 0.

Для перехода к подъему ведущей трубы бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, воздух из пневмомагистра- ли буровой установки (номинальное давление 0,8 МПа) начинает поступать в рабочую камеру ШПМ, давление в ней начинает возрастать, возрастает и момент, определяемый по (10). По переходу Мм от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ. Давление воздуха Pw(t) внутри муфты возрастает до номинального за время 4-6 с, причем вначале PM(t) растет по закону, близкому к линейному, на заключительном этапе рост давления замедляется. В первые секунды после включения ШПМ Мм(т), возрастая, остается все же меньше статического момента МСт.1, создаваемого на барабанном валу лебедки весом бурильной колонны, поэтому вал лебедки не вращается и Уф(т.) 0. В момент достижения MM(t) величины Мст.1 и превышения последней в дальнейшем вал буровой лебедки приходит в движение в направлении подъема, что влечет за собой страгивание талевого блока и переход /ф(т.) от нуля к отрицательной величине, этот момент времени принимают предварительно за начало отсчета времени в 1-м цикле подъема (t 0). Специфика 1-го цикла подъема состоит в том, что подхват бурильной колонны происходит практически в момент начала цикла: tn.K.1 0, так как перед началом подъема бурильная колонна не стояла на клиньях, а висела на крюке, при этом элеватор был загружен начальным весом бурильной колонны Qn.o- Таким образом, в первом цикле подъема (i 1) скорость подхвата колонны определяют так:

Уп.,с.(1п.к.1) Уф(0) «0.(11)

Определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ в момент подхвата:

Мм.п.к.1-Мм(1п.1с1)-Мм(0),(12)

он будет несколько превосходить Мст.1. Далее вычисляют величину времени t n.p.1., составляющего 95% от tn.p.i:

t n.p.i 0,95-tn.p.1,(13)

проверяют в интервале времени от tn.K.1 до t n.p.1. выполнение условия (t) 0, в случае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в момент времени т п.р.1.:

V n.p.i. Vc|(t n.P.i),(14)

определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ, в момент времени t n.p.1.:

Мм.р.1 MM(t n.P.i).(15)

Проверяют выполнение двух следующих условий: IV n.p.i.l IVn.K.i 1;М м.р.1. Мм.п.к.1. (16)

Применительно к конкретным условиям 1-го цикла условия (16) сводятся к следующим:

IV n.p.1-1 0;MM.p.1 2: Мст.1,(17)

которые будут выполняться, если процесс подъема не будет по каким-либо причинам прерван; очевидно, что к моменту времени

t n.p.1. бурильная колонна разгонится, а давление в камере ШПМ возрастает по сравнению с Рм(0), поэтому и М м.р.1. будет превосходить Мм(0). Принимают выбранный ранее предварительно момент времени за

начало отсчета 1-го цикла подъема окончательно.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в 1-м цикле, проверяя выполнение условия

.P.i,(18)

в ходе установившегося движения бурильной колонны в 1-м цикле подъема (tn.p.1. t tn.распределяют значение фактической скорости подъема талевого блока Vn.t.i(t) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей AVn.i(t) по выражению:

О, если |Vn.j.i(t) l V0m-i; AVn.i(t)-{

Vonr.1 -1Уп.ф.1(т.) I, если |Уп.ф.1(т) I Vom.i; L09)

вычисляют к моменту завершения периода установившегося движения (t tn.p,y.i) значения Atn.u.1 по выражению: i tn.py.1

Atn.i.i- -TV-1- -/AVn.i(t)-dt; (20)

VonT.1 tn.p.1

в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в 1-м цикле подъема &п.ц.1 по выражению

1ППtn-PiV-1

а,.и- v , °°-- /Avn.i.(t)-dt.

VonT.1 Тп.ц.опт.1 tn p 1

(21)

К моменту завершения 1-го цикла подъема определяют максимальное значение скорости подъема Vn.t.max.i, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i 1, VonT.1, Vn.t.max.1, 5т.п.ц.1.(22).

После извлечения из скважины 1-й свечи (ведущей трубы) бурильную колонну ставят на клинья (на элеватор),; отвинчивают ведущую трубу и опускают ее в шурф. Затем отсоединяют вертлюг от крюка, с помощью штропов подвешивают к талевому блоку элеватор и заводят последний под верхний ниппель поднимаемой во 2-м цикле следующей бурильной свечи длиной Св.2.

Перед началом цикла подъема 2-й бурильной свечи вычисляют путь, который

предстоит пройти загруженному талевому блоку во 2-м цикле подъема:

L2 е-1Св.,02-|св.2.(23)

Затем определяют оптимальное значение скорости подъема /0пт.2 1 Vn.onr.2l . Определяют продолжительность 2-го цикла подъема в соответствии с оптимальной та- хограммой:

п.ц,опт.г i

j

опт.а

УОПТД | 44

2 Лап-г ап.Л ,)

П.3,2.

Й4)

где Зп.р.2 0,15 м/с2; ап.з.2 0,20 м/с2 - ускорения при разгоне и замедлении поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем 2-м цикле подъема:

tn.p.2

VoriT.2

;tn.3.2

Von-r.2

(25)

Эп.р.2Зп.з.2

вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока во 2-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.y.omr.2 tn.u.orrr.2 - tn.p.2 - tn.3.2,(26)

вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока во 2-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.p,y.2 tn.p.2 + tn.y.onr.2.(27)

Для перехода к подъему 2-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, воздух начинает поступать в рабочую камеру ШПМ, давление в ней PM(t) начинает возрастать, возрастает и крутящий момент, определяемый по (10). По переходу Мм от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке О, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени во 2-м цикле (t 0). После этого определяют момент превышения Q(t) порогового значения Qnop.2, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора т.п.к.2; определяют скорость подхвата колонны:

Vn.K.2 V0(tn.K.2),(28)

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Мм.п.к.2 MM(tn.K.2),(29)

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот мо- 5 мент времени:

Мм(1п.к.2) aM-PM(tn.K.2).(30)

Далее вычисляют величину времени t n.p.2., составляющего 95% от tn.p.2:

t n.p.2. 0,95-tn.p.2,(31)

10 проверяют в интервале времени OTtn k до tn.p.2 выполнение условия (t) 0, в случае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в момент времени t n.p.2.:

15V n.p.2. Vt(t n.p.2.),(32)

определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ, в момент времени t n.p.2.:

М м. р.2. MM(t n.p.2)(33)

20 Проверяют выполнение двухследующих условий:

I V n.p.2. I IVn.K.2 I I(34)

М м.р.2. Мм.п.к.2,1(35)

если оба условия выполняются, то это озна25 чает, что подъем 2-й свечи выполняется непрерывно, а это является достаточным основанием для того, чтобы окончательно принять выбранный ранее предварительно момент времени за начало отсчета и вести

30 от него отсчет в текущем 2-м цикле подъема. Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения во 2- м цикле, проверяя выполнение условия

35 t tn.p.2;(36)

в ходе установившегося движения бурильной колонны во 2-м цикле подъема (tn.p.2 t $ tn.p,y.2) определяют значение фактической скорости подъема талевого блока

40 Vn.t.2(t) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей A Vn.2(t) по выражению

О, если IVn.t.2(t) I Vonr.2: AVn.2(t) J

45Уопг2-№п.ф2®1,еСЛИ rVn.t 2®l4Vonr2

L(37)

вычисляют к моменту завершения периода установившегося движения (.p,y,2) значения Дт.п.ц.2 по выражению:

50

1 tn.p.y.2

Atn.u.2 -и-1--/AVn.i(t)-dt; (38)

Vonr.l tn.p.2.

55 в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости во 2-м цикле подъема &п.ц.2 по выражению

11 1ППт -РлУ-2

15°- /AVn.2(t)-dt

VonT.2 Тп.Ц.ОПТ.2 tn.p.2

К моменту завершения 2-го цикла подъема определяют максимальное значение скорости подъема Vn.j.max.2, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i 2, Voni.2 . Vn.(t.max.2, б 1п.ц.2.(40) Аналогично данный способ осуществляется ,51-м циклах подъема.

Так, перед началом 1-го подъема определяют ДЛИНУ 1-Й бурИЛЬНОЙ СВеЧИ 1св., ВЫЧИСЛЯЮТ путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку i-м цикле подъема:

Li Ј-lCB.,02-lCB.i.(41)

Затем определяют оптимальное значение скорости подъема Vonr.i I Vn.om-.i I ; определяют продолжительность i-ro цикла подъема в соответствии с оптимальной та- хограммой:

L| , Уопт.1 ( 1 , 1 ч.

tn-u-onT-nwT + Т (

(42)

где an.p.i 0,15 м/с , ап.з.1 0,20 м/с - ускорения при разгоне и замедлении поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем i-м цикле подъема:

t . Vonr.l . . . Vonr.i tn.p.

tn.3.1

(43)

Эп.р.1Зп.з.1

вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в i-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.y.orvr.i 1п.ц.опг.1 tn.p.i tn.s.i, (44)

вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в i-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.p,y.i tn.p.i + tn.y.onT.I.(45)

Для перехода к подъему 1-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, давление в ней РмМ и обусловленный им крутящий момент MM(t) начинают возрастать. По переходу Мм от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу Vqj от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием HlF

1744246

12

15

грузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени в i-м цикле (t 0). После этого | 5 определяют момент превышения Q(t) порогового значения Qnop.i, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.i; определяют скорость подхвата колонны:

,0Vn.K.i Уф(1п.к.|);(46)

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Мм.п.к.1 MM(tn.K.i);(47)

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.K.i) ам PM(tn.K.i).(48)

Далее вычисляют величину времени 2П t n.p.i., составляющего 95% от tn.p.i:

t n.p.i. 0,95 tn.p.i;(49)

проверяют в интервале времени от tn.K.i до t n.p.i. выполнение условия (t)0, в случае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в мо- 25 мент времени t n.p.i.:

V n.p.i. (t n.P.i);(50)

определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ, в момент времени t n.p.i.: 30 М м.р.1. MM(t n.p.i).(51)

Проверяют выполнение двух следующих условий:

IV n.p.i.l Vn.K.i;(52)

М м.ри Мм.п.к.К

(53)

если оба условия выполняются, то это озна- 35 чает, что подъем i-й свечи выполняется нормально (без отклонений от стандартного варианта), окончательно принимают выбранный ранее предварительно момент времени начала отсчета в текущем i-м цикле t подъма.

Графической иллюстрацией к части способа, по которой определяется момент начала i-ro цикла подъема бурильной колонны на длину свечи, является фиг. 3, где на фиг.

За показана ось времени t, отсчитываемого с момента начала 1-го цикла подъема; на фиг. 3 б - зависимость веса на крюке от времени Q Q(t); на фиг. Зв - зависимость Уф(т); на фиг. Зг - зависимость Мм MM(t). При50 мер фиг. 3 соответствует циклу подъема с Vn.onr.i 0,8 м/с, по этому значению рассчитаны величины tn.p.i и t n.p.i.. Из графиков фиг. 3 следует, что в момент подхвата бурильной колонны Уп.к.1 -0,26 м/с и Мм.п.к.1

55 68,3 кН.м, а в момент времени t n.p.i. скорость и момент равны: V p.i. -0,62 м/с и М м.р.к 126,2 кН.м. В этом i-м цикле условия (52) и (53) выполняются, поэтому за начало отсчета времени окончательно.

13

принимают выбранный ранее предварительно момент (фиг. За) и от него ведут отсчет в текущем i-м цикле подъема.

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в 1-м цикле, проверяя условие

t tn.p.i;(54)

в ходе установившегося движения бурильной колонны в i-м цикле подъема (tn.p.i $ t$ Ј tn.p.y.i) определяют значение фактической скорости подъема талевого блока Vn.|.i(t) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей A Vn.i(t) по выражению:

О, если IVn.j.i(t) .i; AVn.i(t)

VomJ- М1ф.й1,если |S/n4.(t)UVonT.I;

(55)

вычисляют к моменту завершения периода установившегося движения (t tn.p.y.i) значения Atn.u.i по выражению:

1 1п.р,У-}

Тп.ц.1 /A vn.i(t) dt; (56)

Vorrr.i tn.p.;

в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в i-м цикле подъема д Тп.ц.| по выражению:

.р,у.Ы

5 tn.u.i / AVn.i(t) - dt.

VoriT.I tn.Li.oni.i tp p i

(57)

Оптимальная и фактическая тахограм- мы 1-го цикла подъема показаны на фиг. 7.

К моменту завершения 1-го цикла подъема определяют максимальное значение скорости подъема Уп.ф.тах., а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

I i, VonT.i, Vn.t.max.l, д tn.u.i.(58)

В момент завершения подъема из скважины последней свечи i N вычисляют значение увеличения продолжительности СПО из-за неоптимального управления АТспо в часах по выражению N

ATcnon 2Atn.4.i/3600,(59)

затем производят регистрацию параметров N и АТспо.п.

После отвинчивания отработанного долота, навинчивания нового долота, проверки забойного двигателя (если таковой имеется) буровая вахта приступает вновь к СПО, а именно к спуску бурильной колонны в скважину.s

Начальный цикл спуска (i N) заключается в спуске в скважину нижней свечи УБТ (или забойного двигателя, сочлененного с трубой УБТ). Перед началом N-го цикла спуска определяют длину N-1 свечи ICB.N, вычисляют путь, который предстоит пройти

1744246

14

0

5

0

5

загруженному талевому блоку в N-м цикле спуска:

LN e- lcB.,02lCB.N.(60)

Затем определяют оптимальное значение скорости спуска V0mr.N lVc.onr.N I; определяют, включен ли вспомогательный гидравлический тормоз буровой лебедки (,62) или нет (Кп 1). Вычисляют величину ускорения пои разгоне спускаемой N-й бурильной свечи в предстоящем цикле ac.p.N (в

м/с ) по выражению:

QN R2 h Кскв

ac.p.N

Mr

б.в

i

(61)

где QN - вес N-й свечи, кН;

R - расчетный радиус барабанного вала лебедки, м;

IB в - момент инерции барабанного вала лебедки, кН.м.с ,

,91 - коэффициент, учитывающий наличие сил трения в скважине.

Затем определяют продолжительность N-ro цикла спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

Vonr.N

0

5

0

ac.p.N ac.a.N

(62)

где ac.3.N 0,35 м/с - ускорение при замедлении спускаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем N-м цикле спуска:

Voni.N . . . УОПТ.Н .

tcpN

: tc.3.2

(63)

ap.e.N Зс.з.м вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в N-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.y.onr.N tc.u.onr.N - tc.p.N - tc.a.N, (64)

вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в N-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.p,y.N tc.p.N + tc.y.onr.N.(65)

Для перехода к спуску N-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, , давление в ней PM(t) и обусловленный им крутящий момент MM(t) начинают возрастать. По переходу Мм от

нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу УФ от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке Q, этот момент времени

15

предварительно принимают за начало отсчета времени (t 0) в N-м гипотетическом цикле подъема, который на некотором отрезке времени, включающем подхват бурильной колонны с клиньев (с элеватора), полностью совпадает с выполняемым реально N-м циклом спуска бурильной колонны (фиг. 4); определяют момент превышения Q(t) порогового значения Опор.м, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.N, определяют скорость подхвата бурильной колонны:

Vn.K.(tn.K.N);(66)

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

ММ.П-K.N MM(tn.K.N);(67)

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.K.N) aM.PM(tn.K.N).(68)

Далее вычисляют величину времени t n.p.N., составляющего 95% от tn.p.N:

t n.p.N. 0,95 tn.p.N,(69)

где tn.p.N - продолжительность периода разгона в N-м гипотетическом цикле подъема, определяемая nd (43) при i N.

В интервале времени от tn.K.N до t n.p.N проверяют выполнение условия /ф(т.) Ј.0. После выполнения подхвата бурильной колонны последняя некоторое время движется вверх, бурильщик отключает оперативную ШПМ, последняя начинает разряжаться, давление воздуха в ее рабочей камере уменьшается и крутящий момент, который способна передавать ШПМ. В некоторый момент времени MM(t) становится меньше, чем статический момент MCT.N, приведенный к барабанному валу буровой лебедки (к ведомому валу ШПМ) и создаваемый весом бурильной колонны, с этого момента муфта начинает проскальзывать, бурильная колонна продолжает движение по инерции вверх с уменьшающейся скоростью, при этом в некоторый момент времени условие V(j(t) %. О выполняется неминуемо, так как движение ко- лонны вверх прекратится и под действием силы тяжести бурильная колонна остановится и начнет затем опускаться, момент времени выполнения указанного условия принимают предварительно за начало отсчета в N-м цикле спуска. Далее вычисляют величину времени t c.p.N в секундах, составляющего 95% от времени разгона бурильной колонны в N-м цикле спуска tc.p.N:

t c.P.N. 0,95 tc.P.N,-(70)

10

74424616

в интервале времени от 0 до t c.p.N. проверяют выполнение условия Q(t) 0, соответствующее наличию ситуации с разгруженные талевым блоком,которая может иметь месте лишь тогда, когда выполнение спуска бурильной колонны на длину N-й свечи по каким-либо причинам г прерываются и колонна вновь ставится на клинья (на элеватор); обычно в ходе спуска колонны такие явления чрезвычайны, в общем случае, циклы спуска выполняются без задержки, поэтому условие Q(t) 0 обычно на интервале 0; t c.p.N. не выполняется; тогда в момент времени t c.p.N. определяют величину фактической скорости талевого блока:

W.P.N. Vc|(t c.p.N);(71)

определяют величину нагрузки на крюке, в момент времени t c.p.N.:

Q p.N. Q(t c.p.N),(72)

после чего проверяют выполнение двух следующих условий:

IV c.P.N.UO,5-|Vc.onT.N I;(73)

15

20

25

30

35

0

5

0

Q p.N 5-Qnop.N,

(74)

которые выполняются в N-м цикле спуска, если нет каких-либо чрезвычайных ситуаций, требующих прекращения спуска N-й свечи. Убедившись в выполнении условий (73) и (74), окончательно принимают выбранный ранее момент времени за начало отсчета N-ro цикла спуска загруженного элеватора и определяют момент завершения периода разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося в N-м цикле, проверяя условие

t tc.p.N; (75)

в ходе установившегося движения бурильной колонны в N-м цикле спуска (tc.p.N Ј t tc.p,y.N) определяют значение фактической скорости спуска талевого блока Vc.N(t) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей Д Vc.N(t) по выражению:

0, если |Ус.ф.м(т.) I Vom-.isi; AVc.N(tH

VonTW-lV.N®l,ecnn|V.N(t) ; L(76)

к моменту завершения периода установившегося движения (t tc.p,y.N) вычисляют значение Atc.u.N по выражению:

л tn.py.N Atc.4.N -rrj- / AVc.N(t) dt; (77)

VonT.N tn.p.N

в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в N-м цикле спуска (5т.с.ц.м по вмра- жению:

100

5 5tc.u.N

tc.p,y.N

J A Vc.N(t) dt.

Vonr.N tc.q.oni.N tc p N

(78).

К моменту завершения N-ro цикла спуска определяют максимальное значение

17

скорости спуска /с.ф.тах.м, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i N, Vorvr.N, Ус.ф.опт.М, 5 tc.u.N.(79)

После установки бурильной колонны на клинья (на элеватор) верхним концом N-й свечи талевый блок с пустым элеватором поднимают вверх, элеватор заводят и крепят на верхнем конце следующей (М-1)-й свечи, которую приподнимают с мостков, нижним концом совмещают с бурильной колонной, свинчивают (М-1)-ю свечу с колонной.

Перед началом (М-1)-го цикла спуска определяют длину (М-1)-й свечи ICB.N-I, вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку в (М-1)-м цикле спуска:

им-1,02-1св.м-1.(80)

Затем определяют оптимальное значение СКОРОСТИ Спуска N/orn.N-1 l V c.onr.N-l1;

определяют, включен ли гидромат(,62 или нет (Кгт 1). Вычисляют величину ускорения при разгоне опускаемой (М-1)-й бурильной свечи в предстоящем цикле ac.p.N-i в м/с2 по выражению

я м 1 - QN R2 т Кскв Кгт ffi1,

Эс.р.М-12 1°

IB.В т

где QN -усредненное значение веса бурильной колонны в предыдущем N-м цикле спуска, кН.

Затем определяют продолжительность (М-1)-го цикла спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

1с.ц.опт.Ы-1

1744246

18

LN-«

V0

Vonr.N -

+ 1

« , УОПТ.М-

(

1

ac.p.N-

+

ac.a.N-1

)/

. Р9

где ac.3.N-i 0,35 м/с2 - ускорение при замедлении спускаемой бурильной колонны. Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем (N-1)-M цикле спуска:

Von-r.N- {N/onr.N - ,00х

tc.P..3.2 L; (83)

Эп.р.М- ac.a.N -4

вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в (N-1-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.L|.onT.N-1 Т.с.ц.опт.Ы-1 - tc.p.N-1 - tc.3.N-i; (84)

вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в (М-1)-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.p,y.N-1 tc.p.N-1 + tc.y.onr.N-1.

10

15

20

25

30

По переходу Ммот нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу Уф от нуля к отрица- тельной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени (t 0) в (М-1)-м гипотетическом цикле подъема; определяют момент превышения Q(t) порогового значения Qnop.N-1, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.N-i; определяют скорость подхвата бурильной колонны:

Vn.K.N-1 V(tn.K.N-l);(86)

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Mw.n.K.N-1 MM(tn.K.N-l),(87)

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.K.N-i) ам PM(tn.K.N-i).(88)

Далее вычисляют величину времени t n.p.N-i., составляющего 95% OTtn.p.N-i:

t n.p.N-1. 0,95 tn.p.N-1,(89)

где tn.p.N-1 - продолжительность периода разгона в (1М-1)-м гипотетическом цикле подъема, определяемая по (43) при i N-1.

35

I

40

45

В интервале времени от tn.K.N-1 до t n.p.N-i проверяют выполнение условияV t) Ј.0. Момент времени выполнения этого условия принимают предварительно за начало отсчета в (N-1)-M цикле спуска. Далее вычисляют величину времени t c.p.N-1 в секундах, составляющего 95% от времени разгона бурильной колонны в (М-1)-м цикле спуска tc.p.N-1:

t c.p.N-1 0,95- tc.p.N-i;. (90)

в интервале времени от 0 до tc.p.N-1 проверяют выполнение условия Q(t) 0, соответствующего прекращению цикла спуска: в случае его невыполнения на указанном интервале времени в момент времени t c.p.N-1 определяют величину фактической скорости талевого блока:

Vc.p.N-1 Уф(1 с.):(91)

определяют величину нагрузки на крюке в момент времени t c.p.N-1

Q p.N-1 Q(t c.p.NH),(92)

после чего проверяют выполнение следующих условий:

I Vc.p.N-11 0,5 lVc.oni.N-il;(93)

(85) Q p.N-1. 2-Qnop.N-i;(94)

50

55

1744246

18

5

5

По переходу Ммот нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу Уф от нуля к отрица- тельной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени (t 0) в (М-1)-м гипотетическом цикле подъема; определяют момент превышения Q(t) порогового значения Qnop.N-1, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.N-i; определяют скорость подхвата бурильной колонны:

Vn.K.N-1 V(tn.K.N-l);(86)

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Mw.n.K.N-1 MM(tn.K.N-l),(87)

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.K.N-i) ам PM(tn.K.N-i).(88)

Далее вычисляют величину времени t n.p.N-i., составляющего 95% OTtn.p.N-i:

t n.p.N-1. 0,95 tn.p.N-1,(89)

где tn.p.N-1 - продолжительность периода разгона в (1М-1)-м гипотетическом цикле подъема, определяемая по (43) при i N-1.

35

I

vonT.N., tc-pNH

в то же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в (N-1)-M цикле спуска д т.с.ц.м-1 в процентах по выражению: 5т.с.ц.м-1

1ЛПtc.p.y.N -

AVc.N-i(t) dt.

VonT.N - I tc.u.oni.N-1 tc.p.N -

(98)

К моменту завершения (N-1)-ro цикла спуска определяют максимальное значение скорости спуска Vc.|.max.N-i в м/с, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i N-1.VonT.N-1, VC.|.max.N-1, 5тс.ц.М-1. (99)

На этом (1М-1)-й цикл спуска завершен.

Аналогично данный способ осуществляется в N-2, N-3i-м циклах спуска.

Так, перед началом 1-го цикла спуска определяют длину i-й свечи 1Свл, вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку в i-м цикле спуска:

,02.lcB.i.(ЮО)

Затем определяют оптимальное значение скорости спуска Vonr.i I Vc.onr.i I; определяют включен ли гидромат (КГт 0,62) или нет(Кгг 1). Вычисляют величину ускорения при разгоне спускаемой 1-й бурильной свечи в предстоящем цикле ac.p.i в м/с2 по выражению:

Qi.- R2

Эс.р.1

uw

Ъ К 1Б.В 1т

СКВ

К

191

в случае их выполнения окончательно принимают выбранный ранее момент времени за начало отсчета (N-1)-ro цикла спуска загруженного элеватора и определяют момент завершения периода разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в (N-1)- м цикле, проверяя условие

t tc.p.N-i;(95)

в ходе установившегося движения бурильной колонны в (М-1)-м цикле спуска (tc.p.N-i t ;Ј tc.p,y.N-i определяют значение фактической скорости спуска талевого блока /с.ф.м -1(т.) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей AVc.N-i(t) по выражению:

Г 0, если I Vc,j.N-i(t) I VCKIT.N-I;

AVc.N-l(t) I

Vmr.N-1 - I Vc.t.N-l(t) I. б0™ I Vc.t.N-l(t)l$ .V/oni.N-1;(96)

к моменту завершения периода установившегося движения (t tc.p,y.N-l) вычисляют значение Ate.ц.м-1 по выражению:

ic,p,ij.N-

А.-г-1-- Wibdt;C97)

гт

(101)

0

246

20

где QI+I - усредненное значение веса бурильной колонны в предыдущем (1+1)-м цикле спуска, кН.

Затем определяют продолжительность i-ro цикла спуска в соответствии с оптимальной тахограммой: LI L Уопт.1 / 1 i 1 ч

tc.onr.. -(Т-ТГ+ТТ-Т)

5

0

5

5

0

/опт.

ac.p-i

Эс.з-i

„002)

гдеас%; 0,35 м/с -ускорение при замедлении спускаемой бурильной колонны. Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем i-м цикле спуска:

tc.P..3.i (ЮЗ) ac.p.iЭс.з.1

вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в i-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

Т.с.у.опт.1 tc.u.onr.i - tc.p.i - tc.s.i;(104)

вычисляют суммарную продолжительность периода разгона и установившегося движения талевого блока в i-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.p,y.l tc.p.i + tc.y.om.i.(105).

Для перехода к спуску i-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, пневмодавление в ней PM(t) и

0 обусловленный им крутящий момент MM(t) начинают возрастать. По переходу Мм от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по пе5 реходуУф от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по модулю, сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастани0 ем нагрузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени (t 0) в i-м гипотетическом цикле подъема, который на некотором отрезке времени, включающем подхват бурильной колонны с клиньев (с элеватора), полностью совпадает с выполняемым реально i-м циклом спуска бурильной колонны (фиг. 4); определяют момент превышения Q(r) над пороговым значением Qnop.i, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.i, определяют скорость подхвата бурильной колонны:

Vn.K..K.O;(106)

55

определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ в момент подхвата:

МЧп.к.1 MM(tn.K.i),(107)

21

причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.K.i) ам PM(tn.K.i).(108)

Далее вычисляют величину времени t n.p.u составляющего 95% от tn.p.i:

t n.p.i. 0,95-tn.p.i,

(109)

где tn.p.i - продолжительность периода разгона в i-м гипотетическом цикле подъема, определяемая по (43). В интервале времени от tn.K.i до t n.p.i. проверяют выполнение условия Уф(г) Ј-0. После выполнения подхвата бурильной колонны последняя некоторое время движется вверх, так как передаваемый ШПМ крутящий момент продолжает расти (фиг. 4) и превышает статический момент MCT.I. создаваемый весом бурильной колонны и приведенный к барабанному валу буровой лебедки (к ведомому валу ШПМ). Осуществив подхват, бурильщик отключает кран управления оперативной ШПМ, последняя начинает разряжаться, давление воздуха в ее рабочей камере экспоненциально уменьшается, уменьшается и крутящий момент, который способна передавать ШПМ. В некоторый момент времени Mw(t) становится меньше MCT.I, с этого момента муфта начинает проскальзывать, бурильная колонна продолжает движение вверх по инерции с уменьшающейся скоростью, при этом в какой-то момент времени условие V(j(t) Ј, 0 выполнится неминуемо, так как движение колонны вверх прекратится, колонна остановится и под воздействием силы тяжести начнет опускаться; момент времени выполнения указанного выше условия принимают предварительно за начало отсчета в i-м цикле спуска. Далее вычисляют величину времени t c.p.i. в секундах, составляющего 95% от времени разгона бурильной колонны в i-м цикле спуска tc.p.i:

t c.p.i. 0,95 tc.p.i;(110)

в интервале времени от 0 до t c.p.i. проверяют выполнение условия Q(t) 0, соответствующего прекращению выполнения спуска бурильной колонны на длину 1-й свечи и постановке колонны на клинья (на элеватор), в случае его невыполнения на указанном интервале времени в момент времени t c.p.i. определяют величину фактической скорости талевого блока:

Vc.P.(fc.P.0;(111)

определяют величину нагрузки на крюке в момент времени t c.p.i:

Q P.(tc.P.i).(1121

10

IS

20

25

74424622

Графической иллюстрацией к части способа, по которой определяется момент начала i-ro цикла спуска бурильной колонны на длину свечи, является фиг. 4, где на фиг. 4а показана ось времени t, отсчитываемого с момента начала i-ro цикла спуска; на фиг. 46 - ось времени t, отсчитываемого с момента страгивания талевого блока в i-м цикле спуска; на фиг. 4в - зависимость веса на крюке от времени Q Q(t); на фиг. 4г - зависимость (t); на фиг. 4д - зависимость Мм MM(t). Рассмотрение зависимостей на фиг. 4 начинается с момента включения крана управления ШПМ 1вкл.шпм, с которого крутящий момент, передаваемый ШПМ, начинает почти линейно возрастать (фиг. 4д); в некоторый момент времени, который предварительно принимают за начало отсчета (фиг. 46) фактическая скорость становится отличной от нуля и возрастает по модулю в дальнейшем (талевый блок страгивается вверх), в дальнейшем происходит разгон талевого блока (фиг. 4г). В момент времени tn.K.i 1,95 с происходит подхват бурильной колонны: Vn.Ki -0,26 м/с и Мм.п.к.1 68,3 кН-м. Сразу после подхвата /ф несколько уменьшается с тем, чтобы в дальнейшем вновь начать возрастать (штрихпунктирная линия на фиг. 4г), это возрастание /ф имело бы место, если бы заряд ШПМ продолжался бы и Мм возрастал, стремясь к Мм.мах (штриховая линия на фиг. 4д); возрастание происходило бы с an.p.i 0,15 м/с (тонкая сплошная линия на фиг. 4г). Однако этого не происходит, так как в момент времени toTKiunfvHM с бурильщик производит отключение ШПМ, с которого MM начинает экспоненциально убывать (фиг. 4д) при этом /ф тоже убывает по абсолютной величине и в момент времени 2,65 с выбранной ранее предварительно системе отсчета выполняется условие Vqj 0 (фиг. 4г). Этот момент времени принимают предварительно за начало отсчета времени в i-м цикле спуска (t 0) (фиг. 4а). Если бы разгон в i-м цикле спуска происходил по оптимальной тахог- рамме (сплошная тонкая линия на фиг. 4г), то оптимальная скорость Ус.опт. 1,08 м/с была бы достигнута талевым блоком за время tc.p.i 2,23 с, при этом tc.p.i. 2,12 с. Процесс разгона бурильной колонны происходит без осложнений, к моменту 2,12с скорость Vi p.i достигает определенной величины, при этом Qp.j. Qyj. В этом i-м цикле условия (113) и (114) выполняются, поэтому за начало отсчета времени окончательно принимают выбранный ранее момент (фиг. 4а) и от него ведут отсчет в текущем i-м цикле спуска.

30

35

40

45

50

55

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в i-м цикле спуска, проверяя условие

.pj;(115)

в ходе установившегося движения бурильной колонны в i-м цикле спуска (tc.p.i :Јt tc.p,y.i) определяют значение фактической скорости спуска талевого блока УС.Ф.| и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей по выражению:

О, .ф.|(1)| /оптл; .i(t) )

l/onr.i- .ф.®1,еСЛИ Мс.фМ I /опт.К

(116)

к моменту завершения периода установившегося движения (t tc..i) вычисляют значение t c.u; по выражению:

1 С-Р,УAtc.u.i -гД- / A Vc.i(t) dt; (117)

VonT.i tc.p.i

в то же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в i-м цикле спуска д гс.ц. по выражению:

Лт -10°

О Тс.ц.|

tc.p.y.i

/ AVc.i(t) dt. (118)

VonT.i tc.u.onr.i tc.p.i

К моменту завершения i-го цикла спуска определяют максимальное значение скорости спуска /с.ф.тах.1, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i, Vonr.i, Vc.J.max.i, гС-ЦЛ-(119)

На этом i-й цикл спуска бурильной колонны завершен. Оптимальная и фактическая та- хограммы 1-го цикла спуска показаны на фиг. 8.

В момент завершения спуска в скважину последней свечи 1 вычисляют значение увеличения продолжительности СПО из-за неоптимального управления ДТспо.с (в часах) по выражению:

ДТспо.с 2 Atc.4.i/3600,(120)

затем производят регистрацию параметров N и АТспо.с.

На этом СПО на скважине завершены. Буровая вахта включает ротор, проворачивает бурильную колонну, затем осуществляют восстановление циркуляции промывочной жидкости и переходят к бурению.

Выше было описано осуществление способа в циклах спуска и подъема бурильной колонны на длину свечи, характеризующихся отсутствием аномалий, или возмущений, т.е. рассматриваемые выше циклы спускоподьема были целыми, полными - включали в себя подхват колонны, разгон ее до установившейся скорости, установившееся движение колонны, замедление и установку бурильной колонны в конце цикла на клинья (на элеватор). Однако в практике выполнения СПО встречаются случаи, когда циклы подъема или спуска выполняются не полностью, так как прерываются на каком-то этапе, при этом бурильная колонна возвращается в исходное состояние - ставится на клинья (на элеватор). Данный способ обладает средствами для распознавания прерванных циклов спускоподъема.

Предположим, что буровая вахта выполняет 1-й цикл подъема (фиг. 5). До момента подхвата бурильной колонны процесс идет

традиционно и характеризуется следующими параметрами: Vn.om-.i -0,8 м/с; t n.p.i 5,33 с; t n.p.i. 5,06 с; tn.K.i 1,95 с; У/п.к.1 -0,26 м/с; Мм.п.к.1 68,3 кН.м. После подхвата бурильной колонны с момента tn.K.i

1,95 с до t n.p.i. 5,06 с проверяют выполнение условия уф(т.) 0; традиционно в циклах подъема это условие на указанном временном интервале не выполняется. Однако в рассматриваемом нами цикле (фиг. 5) сразу

после подхвата бурильщик прерывает выполнение подъема и в момент времени t 2,4 с отключает ШПМ (фиг. 5д). Причиной такой остановки выполнения цикла подъема может быть, например, обнаружение нештатного закрытия замка элеватора. С этого момента времени Мм начинает экспоненциально убывать, скорость подъема колонны также убывает и в момент t 2,65 с (в выбранной ранее предварительно системе отсчета времени) выполняется условие /ф(г) 0. Этот момент времени принимают предварительно за начало отсчета времени в гипотетическом i-м цикле спуска (t 0) (фиг. 5а); вычисляют величину времени t c.p.i. (в

секундах), составляющего 95% от времени разгона tc.p.i:

t c.p.i. 0,95 tc.p.i,(121)

где tc.p.i - продолжительность периода разгона в i-м гипотетическом цикле спуска, определяемая по (103) (tc.p.i 2,23 с); во вновь принятой предварительно системе отсчета времени на интервале от 0 до t c.p.i. 2,12 с проверяют выполнение условия Q(t) 0. В

этс время загруженный талевый блок опускается и элеватор начинает приближаться к роторному столу; бурильщик, притормаживая, уменьшает скорость опускания бурильной колонны (фиг. 5г) и в какой-то

момент времени опускает клиновой захват ротора (элеватор упирается в ротор), при этом происходит разгрузка талевого блока и Q(t) быстро спадает до нуля (фиг. 5в), в этот момент времени ty.K.i 1,87 с идентифицируют установку бурильной колонны на клинья

(на элеватор), реализация способа в рассматриваемом цикле прекращается.

Иллюстрируемая фиг. 5 ситуация вполне может относится и к случаю выполнения цикла спуска бурильной колонны на длину i-й свечи.

На фиг. 6 представлены графические зависимости, иллюстрирующие i-й цикл подъема, в котором бурильщик принимает решение о прекращении выполнения цикла не сразу после подхвата бурильной колонны, а несколько позже - перед окончанием разгона. Подхват бурильной колонны с клиньев (с элеватора) произошел, как и в предыдущем случае, в момент времени tn.K.i 1,95 с, причем Vn.K.i -0,26 м/с; Мм.п.к.г 68,3 кН-м; для рассматриваемого цикла Vn.oni.i -0,8 м/с; tn.p.i 5,33 с; f n.p.i. 5,06 с. После подхвата колонны в интервале времени 1,95-5,06 с проверяют выполнение условия /ф(г) 0. В рассматриваемом случае оно на всем интервале времени не выполняется, зарядка ШПМ после tn.K.i 1i95 с происходит нормально, растет величина MM(t) (фиг. 6д) возрастает скорость движения талевого блока Уф(т.) (фиг. 6г). Бурильщик отключает кран управления ШПМ лишь в момент времени t 4,33 с, с которого начинается разрядка муфты и Мм начинает убывать по экспоненте (фиг. 6д), бурильная колонна, продолжая двигаться вверх, тоже замедляется, ф(х) падает (фиг. 6г). В момент времени t n.p.i. 5,06 с определяют фактическую скорость талевого блока в момент, передаваемый муфтой на барабанный вал лебедки:

V n.p.i. -0,21 м/с; Мм.р.|. 66,0 кН-м.

Проверяют выполнение двух следующих условий:

iV n.p.i. I 0,21 0,26 |vn.K.i I;

MM.p.i 66,0 Ј68,3 MM.n.K.i; оба эти условия не выполняются, это указывает на то, что разгон в цикле подъема протекает ненормально и необходимо продолжать анализ процесса, определяя момент перехода бурильной колонны к спуску, который фиксируют в момент выполнения условия Aj(t) 0. В нашем примере фиг. 6 такой момент наступит при t 5,45 с; но с этого момента начинают отсчитывать время вновь с t 0 (фиг. 6а); вычисляют величину времени tc.p.i 2,23 с, время t c.p.i. 2,12 с; в интервале времени 0-2,12 с проверяют выполнение условия Q(t) 0, которое (фиг. 6в) не выполняется. В момент времени t c.p.i. 2,12 с определяют фактическую скорость талевого блока и нагрузку на крюке, чтобы по ним выяснять тенденцию развития процесса спуска бурильной колонны:

Vc.p.i 0,33 М/С, Q p.i Qy.i;

проверяют выполнение двух следующих условий:.p.i ,33 0,54 0,5 1,08 0,5х

X Ivc.omr.i I,

Q p.i. Qnop.i;

первое из которых не выполняется, что указывает на ненормальный разгон бурильной колонны при спуске; проверяют выполнение условия Q(t) 0, которое в момент времени ty.K.i 3,77 с выполняется; в этот момент идентифицирует установку бурильной колонны на клинья (на элеватор), реализация способа в рассматриваемом цикле

прекращается.

За счет выявления способом аномальных циклов спускоподъема, критерии точности поддержания оптимальной скорости в них не вычисляются. Что способствует повышению объективности указанных критериев. Если бы, например, критерии 5т.ц.| вычислялись в неполных циклах, т.е. в циклах, выполнение которых по каким-либо причинам прервано, то 5т.ц.| получали бы в

этих случаях самые неожиданные числовые значения, которые никак не характеризовали бы степень точности поддержания оптимальной скорости в этих циклах, а лишь снижали бы объективность критерия 5 t4.i.

Результаты промысловых испытаний устройства оптимизации СПО (УОСПО), реализующего данный способ, были проведены на буровой установке Уралмаш ЭД-76.

Пример. Подъем бурильной колонны из скважины осуществлялся с глубины 3590,3 м (забой скважины), последующий спуск выполняется до глубины 3136,4 м (место установки башмака предыдущей 219,1

мм технической колонны); проектная глубина скважины составляет 3700 м. Компоновка бурильной колонны: долото СЦВШ - 190,5 мм; 4 свечи УБТ - 146 мм по 37,3 м - 149,2 м; 18 свечей БТ - 114 мм по 37,3 м 617,4 м; 23 свечи БТ - 114 мм по 26,09 м - 600,0 м; 46 свечей БТ- 114 по 37,3 м - 1715,8 м; 16 свечей БТ-114 мм по 26,77 мм-428,3 м; однотрубка БТ - 114 мм - 8,9 м; квадрат - 112 мм - 16,7 м. Толщина бурильных и

обсадных труб 10 см. Скважина заполнена бентонитовым раствором с параметрами: плотность 1220 кг/м , условная вязкость 50 с; водоотдача 10см3/30мин; СНС 4,0/5,0 Па. Оснастка талевой системы -5x6.

Информация по параметрам режима подъема бурильной колонны из скважины по отдельным циклам приведена в табл. 1.

27

Перед началом каждого i-ro цикла подъема определялась ICB.I и Vn.om.K информация

0vn.orrr.i B процессе выполнения цикла отображалась на БОС 19 (фиг 1). Оператор-бурильщик, воздействуя на органы управления спускоподъемного агрегата буровой установки вручную, старался поддерживать равенство УП.ФЛ(Т.) и Vn.onr.i. В тех циклах, к номерам которых (первый столбец таблицы) добавлена литера Г осуществлялась программная реализация данного способа (циклы I 60, 61,...); по окончании этих циклов осуществлялась регистрация параметров i.Vn.onr.i, Vn-ф.тахЛ, 51п.ц.1 (столбцы 1, 5, 6,7 соответственно). Для циклов 1 61, 63, 64, 68, 69, 72 была осуществлена непрерывная pesистрацму, оптимальных и фактических тахограмм, результаты которой представлены на фиг. 9-14. Для анализа точности поддержания Vn.onr.i в этих циклах вполне достаточно сопоставить численные значения трех параметров: УП.ОПТЛ: Vn.jxmax.i, 5tn.u.i, приведенных в табл. 1.Так, для цикла

1 61 эта тройка такова: 0,561; 0,614; 6,39; ясно, что этот цикл не был оптимальным, так как скорость подъема превысила оптимальное значение на 9,5%, кроме того, на фактической тахограмме были участки с Уп.ф.б1(т.) iVn.onr.61, о чем свидетельствует 5т.п.ц.м 6,39%. Оптимальный режим выдерживался лучше в 63-м цикле, о чем свидетельствует тройка зарегистрированных параметров: 0,599; 0,614; 4,35; цикл характеризуется и

меньшим превышением оптимальной скорости, и лучшим приближением к оптимальной тахограмме снизу. По циклу i 64 тройка такова: 0,620; 0,699; 13,07; она свидетельствует о значительном (на 13%) превышении Vn.опт.64 и вообще низкой точности регулирования; это самый далекий от оптимальности цикл из трех рассмотренных. По фиг. 9-11 можно убедиться в правильности сделанных выше выводов. Для 1 68, например, тройка зарегистрированных параметров такова: 0,695; 0,659; 8,30; в этом цикле vn.oni.68 не была превышена ни разу, точность поддержания оптимальной скорости удовлетворительная (5тп.ц.б8 8,30 10%); таким образом, этот цикл подъема приближается к оптимальному. Этого нельзя сказать о 69 и 71-м циклах подъема, в которых хотя оптимальные скорости Vn.oni.69 0,715 м/с и Vn.onr.71 0.758 м/с не были превышены ни разу, но д т.п.ц.69 11,72% и 5ш.ц.7( 12,42%, что свидетельствует о недостаточно высокой интенсивности ведения подъема бурильной колонны и снижении производительности труда; этот же вывод можно сделать и из рассмотрения тахограмм на фиг. 10-14.

4424628

Характеристики рассмотренным режимам даны в восьмом столбце табл. 1. Зарегистрированные параметры vn.onr.i, vn.t.max. и 5tn.u.i, приведенные в табл. 1, позволяют

5 сделать вывод о низкой степени точно сти поддержания оптимальной скоро сти в циклах подъема onepaTopON бурильщиком; отчасти это связано с небольшим еще опытом работы бурильщика с

10 УОСПО.

Информация по параметрам режима спуска бурильной колонны в скважину по отдельным циклам приведена в табл. 2. Перед началом каждого i-ro цикла спуска опре 5 делялась ICB.I , Vc.onr.i и вес бурильной колонны в предыдущем цикле Qi-ц, по которому вычислялось ускорение разгона ас.р.ц информация о Vt опт ; в процессе выполнения цикла отображалась на БОС. Оператор2® бурильщик, регулируя тормозной момент гидротормозом и ленточным тормозом, старался поддерживать равенство Vc.(.i(t) и V/с.опт.ь Начиная с 48-го цикла бурильщиком использовался гидротормоз. В циклах с ли25 терой Г (первый столбец) осуществлялась программная реализация способа (циклы i 47-38); по окончании этих циклов осуществлялась регистрация параметров i, /c.onr.i,

Vc.4.max.i, 5 Т,с.ц.|. Для ЦИКЛОВ i 46, 45, 43, 42,

ад 41, 40 была осуществлена непрерывная регистрация оптимальных и фактических тахограмм, результаты которой представлены на фиг. 15-20. Тройка для i 46 такова: 1,484; 1,300; 14,49, следовательно, в этом цикле Vc.onr.46 не была превышена, но спуск

35 осуществлялся недостаточно интенсивно, о чем свидетельствует 51с.ц.4б 14-49%; цикл неоптимальный. В цикле 1 45-1,446; 1,437; 6,73; этот цикл выполнялся в режиме, близком к оптимальному, так как оптимальное

40 значение скорости vc.onr.45 1,446 м/с превышено не было, а в течение всего цикла фактическая скорость спуска была очень близка к оптимальной, о чем свидетельствует 5ъ.ц.45 6,73%. Циклы i 43, 42, 41, 40

45 характеризуются превышением фактической скорости над оптимальной, т.е. являются неоптимальными и потенциально-аварийными, в то же время мы видим, что значения 5tc.it.i для этих циклов весьма малы; это сви5Q дегельствует о том, что фактические тахог- раммы в периоды установившегося движения характеризуются не пикообраз- ностью, а плавностью, т.е. превышение vt.arvr.iHe кратковременное, а достаточно продолжительное. В правильности сделан55 ных выводов по данным табл. 2 можно убедиться по фиг. 15-20.

Использование способа позволяет повысить точность вычисления элементов оптимальной тахограммы циклов спуска бурильной колонны за счет адаптивного вычисления величины ускорения в период разгона ас.р.; в зависимости от веса колонны, оснастки талевой системы, наличия или отсутствия вспомогательного гидротормоза, что способствует в конечном итоге повышению объективности вычисляемого в каждом цикле спуска критерия оптимальности 5т.с.ц.|. При этом исключаются погрешности вычисления величины критерия оптимальности д т.с.ц.1, связанные с некорректностью вычисления значения оптимальной и фактической скоростей спускоподъема (t). Кроме того, в способе возможно распознавать аномальные циклы спускоподъема, прерываемые по каким-либо причинам, и не производить в них вычисление значения критерия 5tc.u.i, что также повышает объективность критерия д Тц.1 вообще. Формула изобретения 1. Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподъема на буровых установках, включающий определение перед началом цикла спускоподъема длины свечи бурильной колонны, вычисление пути, который пройдет загруженный талевый блок в этом цикле, определение оптимального значения скорости спускоподъема /0пт задание значений ускорения при разгоне и замедлении поднимаемой, а также при замедлении спускаемой бурильной колонны, вычисление оптимальной продолжительности цикла т.цопт продолжительности разгона tp и замедления la, продолжительности периода установившегося движения в оптимальном цикле, а также o6uieu продолжительности разгона и установившегося движения в оптимальном цикле tp.y, определение момента начала цикла спускоподъема загруженного элеватора, определение момента завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения, определение в его ходе фактической скорости талевого блока /ф(т.), вычисление разности оптимальной и фактической скоростей к моменту завершения установившегося движения, вычисление значения увеличения продолжительности цикла спускоподъема из-за неоптимального управления, вычисление значения критерия точности поддержания оптимальной скорости к моменту завершения цикла спускоподъема, определение абсолютного максимума фактической скорости и регистрацию номера цикла спускоподъема, оптимального значения скорости спускоподъема, абсолютного максимума фактической скорости и значения критерия точности поддержания

5

оптимальной скорости, а также к моменту завершения спуска или подъема бурильной

колонны, опеделение числа свечей в ней и

значения общего увеличения продолжительности спускоподъема из-за неоптимального управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъема, оптимальным, при расчетах оптимальной продолжительности цикла, продолжительности разгона и замедления, увеличение продолжительности цикла спускоподъема из-за неоптимального управления, значения критерия точности поддержания оптимальной скорости, а также рассогласования оптимальной и факти- ческой скоростей A V(t) используют

абсолютные значения определенной оптимальной и измеренной фактической скоростей:

Г 0, если Уф(т.) I IVonrl: AV(t) 1

5 iVonr I - I,если ВД IVonrl,

в ходе спускоподъема измеряют вес бурильной колонны Q(t), к завершению цикла спуска определяют момент Мм, передаваемый оперативной шинно-пневматической муфтой на барабанный вал лебедки, определяют усредненное значение веса бурильной колонны Q, по которому с учетом кратности талевой системы и соответствующего ей КПД, коэффициента, характеризующего снижение интенсивности разгона спускае5 мой бурильной колонны в зависимости от состояния вспомогательного гидравлического тормоза буровой лебедки, коэффициента, учитывающего наличие сил трения в скважине, а также радиуса барабанного ва0 па лебедки и момента его инерции, вычисляют значение ускорения при разгоне спускаемой бурильной колонны в предстоящем цикле, задают пороговое значение веса Опор, при этом для определения момента

5 цикла спускоподъема загруженного элеватора определяют момент включения оперативной шинно-пневматической муфты по переходу Мм от нуля к положительной величине и дальнейшему его возрастанию, затем

0 определяют момент страгивания талевого блока по переходу /ф(т.) от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению, который принимают предварительно за начало от5 счета времени в цикле подъема (t 0), при Q(t) Опор фиксируют момент подхвата бурильной колонны tn, в которой определяют скорость подхвата Vn Vc{(tn) и величину крутящего момента, передаваемого муфтой

10

311744246

п MM(tn), вычисляют величину времени no, составляющего 95% от времени разгона в цикле подъема, если на всем интервале времени от tn до tnp выполняется условие /4(t) 0, то определяют Vnp V(j(tnp) и МПр MM(tnp), и если I Vnp I I Vn I и МПр Мп, то окончательно принимают выбранный ранее предварительно момент времени за начало отсчета цикла подъема загруженного элеватора, в противном случае фиксируют момент перехода (t) от отрицательных значений к положительным, который принимают предварительно за начало отсчета времени в цикле спуска (t 0), если на интервале отсчета времени в цикле спуска (t O), если на интервале времени от tn до tnp фиксируют момент с l(l) 2: 0, то его также принимают предварительно за начало отсчета времени в цикле спуска, вычисляют величину времени tcp, составляющего 95% от времени разгона в цикле спуска, если на всем интервале времени от 0 до tcp выполняется условие Q(t) 0, то определяют УСр

/ф IV ни мо сп но ры бу то кл чае tcp

15

20

те на чес оп ни ра ма ро

I

0

4246

32

/ф(гср) и QCp Q(tcp) если 1Ср 0,Е IVc.oml иОСр Опор, то окончательно при нимают выбранный ранее предварительнс момент времени за начало отсчета ЦИКЛЕ спуска загруженного элеватора, в противном случае фиксируют момент Q(t) 0, который принимают за момент установку бурильной колонны на клинья (на элеватор), момент установки колонны на клинья (на элеватор) фиксируют, и в случае, когда на интервале времени от 0 до tcp впервые выполнится условие Q(t) 0.

2. Способ по п. 1,отличающий тем, что крутящий момент, который способ на передать оперативная шинно-пневмати ческая муфта на барабанный вал лебедки определяют путем непрерывного измере ния давления воздуха в линии, идущей t рабочей камере оперативной шинно-пнев матической муфты от пневмомагистрали бу ровой установки.

I

Т а б л и ц а 1

Продолжение табл.I

с

со

-J

4Ь

45.

М

45.

О)

n.K.L

a тс

tn.p.i tn.p.i

4/

Л7 2

Шл.шпн.

3 Ч 5 откл. шпп.

t c.p.i

Xx

.l

6 С

6783

Vc.P.i

6783

Vn.K.L

Т

MCT.I

789C Фиг. t

t c.P.i &

Ькл.шпм.

J 5 6 Ъоткл.шлм.

Фиг.5

7 8

ТС

o

1 2 бкл.шпм

f 6 7 8 9

ош. шпн. .,

Фиг. 6

tc.P.L tc.p.l ty.K.i

ЧнХ ,4i.

W С

J3Q MQ$ ос si oi st at

%Q9 3 Г 31$: У«/Шs fl: j/vsад /, ro/«.-J/7,,

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъемч (СП), оптимальным. Для этого при расчете критериев используют абсолютные значения определенной оптимальной скорости спуска или подъема и измеренной фактической. В течение цикла СП измеряют усредненное значение веса бурильной колонны (БК). Определяют кратность и КПД талевой системы. В зависимости от положения рукоятки вспомогательного тормоза буровой лебедки определяют величину ускорения при разгоне спускаемой БК. Для определения момента начала цикла СП определяют крутящий момент, передаваемый шинно-пневматиче- ской муфтой Мм на вал лебедки. Кроме того, измеряют скорость перемещения талевого блока Уф и вес БК Q. Момент начала подъема определяют по увеличению Мм и Уф, а также по исчезновению зазора между элеватором и штропами и сжатием пружины крюка. Момент подхвата БК определяют по превышению Q над пороговым. Фиксируют скорость подхвата и крутящий момент. Если к концу разгона при подъеме одновременно скорость и момент превышают зафиксированные в момент подхвата, то отмечают подъем Б К. Если в период разгона при подъеме Уф меняет знак, то этот момент времени принимают за начало спуска БК. Если к концу разгона при спуске значение Q превышает пороговое, а значение Уф превышает половину оптимальной скорости спуска, то отмечаютспуск БК. 1 з.п.ф-лы,20ил.,2табл. Ё VI fc ГО о

/.S Ј 1- tti f -№S8S 0 3i au dl uA tllHStS O ™Q ab -1 1

Z -2ЛС&

Л 5/W

9t 2l7t7Z.L

0W 20 3040 50SO 70

05-U

п. опт.

l/л,

Hit

Un

о

tO . 20 30 , 40 50 60 t,C

Уу

aonm

Ул.,

ил

О . 0 . 0 . 3D . W . 50 t gQц

Т

U

п. опт.

1 Un.9.

М/С

Un

t,f

Фиг. 9

.70

t,c

Фиги

О

ю го Зй . чо

ii

/ Un.onm.

010203gДО .

i-i- 11-t

-as

-7,0

/. 0/7/77.

-/,5

1Г

Фиг. 12

so t,f

фцг/з

Ю2030(ffl

Ml

«Н

W

О10 2030 40 U

Фиг. 15

а.

0 10-20 зо чо if о- ю го ад г Фиг f6Фиг.17

JU

,

п.опт.

и,

/Vt.onm.

Ю 20 3В t,C

Фиг18

W 20 30U

Фиг 20

/

Уюпт.

w

20 30 tf

Шг.п

Uc.orm.