Способ управления бурением скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к области бурения глубоких нефтяных и газовых сква; жин, а именно к управлению бурением скважин.

Известен способ управления, в котором критерием оптимального управления является поддержание максимальной механической скорости бурения

Однако, как показала практика этот критерий наиболее эффективен в начале скважины, и по мере ее углубления эффективность этого критерия падает.

Известен способ управления, в котором критерием оптимального управления является поддержание максимального темпа роста рейсовой скорости.

Однако этот критерий обеспечивает только минимальное время бурения скважины, не учитывая его стоимость

Известен способ управления, в котором критерием оптимального управления является минимальная стоимость бурения 1 метра проходки или, что одно и тоже, максимальная относительная экономическая скорость.

Однако этот критерий, обеспечивая минимальную стоимость бурения скважины, не учитывает время ее проводки

Следовательно, необходимо разработать такой способ управления, которой бы минимизировал как время, так и стоимость бурения скважины. В результате этого скважины будут разбуриваться быстрее и с меньшими затратами.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предлагаемому способу является способ управления бурением. Отличие предлагаемого способа от прототиVJ VJ Os GO О

ю

со

па заключается в определенной последовательности применения критериев управления по мере углубления скважины и в определенном условии перехода управления от одного критерия к другому.

Цель изобретения - снижение времени и стоимости бурения скважины.

Указанная цель достигается тем, что по мере углубления скважины критерии оптимального управления применяются в следу- ющей последовательности: максимум механической скорости, максимум рейсовой скорости, максимум относительной экономической скорости и максимум проходки на долото.

Так, в начале скважины при малой ее глубине, когда время спускоподъемных операций (СПО) мало, естественно использовать максимум механической скорости

,

t6

(1)

где h - проходка долота;

to - время бурения.

Здесь, чем больше скорость, тем меньше время бурения, поэтому управляющие параметры выбираются такими, чтобы обеспечить высокую интенсивность разрушения породы, не считаясь с тем, что вооружение долота быстро выходит из строя, так как время замены долота - СПО - невелико и мало влияет на общую скорость углубления скважины.

По мере углубления скважины время СПО становится все более весомым, и поэтому частая замена изношенного долота отрицательно отражается на общем времени проходки скважины. Выигрыш на большой механической скорости оборачи- вается проигрышем на суммарном времени СПО, поэтому необходимо переходить к управлению по максимуму рейсовой скорости

Vn

h

t6 + Ten

(2)

где Теп - время спускоподъемных и вспомогательных операций.

При этом определяющим фактором ста- новится общая производительность буровой установки. Эффективность же взаимодействия долота с породой перестает быть решающим фактором, так как интен- сивпый режим бурения приводит к быстрому износу долота, т.е. увеличивает расход долот и число спускоподъемов, что снижает общий темп и увеличивает стоимость строительства скважины.

По мере дальнейшего углубления указанные факторы приобретают все большее влияние, как на общий темп, так и на стоимость строительства скважины, поэтому здесь целесообразен переход к критерию минимума стоимости 1 м проходки

q D(t@ + Ten) + qfl

(3)

где D - стоимость 1 ч работы буровой установки;

рд - стоимость долота; или максимума относительной экономической скорости (величины обратной стоимости 1 м проходки)

V3

h

te + Ten + qg/D

(4)

В этом случае уменьшенный расход долот приведет к уменьшению стоимости 1 м проходки или к увеличению относительной экономической скорости.

На больших глубинах время работы долота составляет все меньшую часть общего времени рейса, т.е. становится справедливым неравенство

Тсп + Рд t6 (5)

и выражение (4) трансформируется к виду h

Vh

Теп + qg/D

Kh,

(6)

где

(TCn+ 9д/0).

(7)

Таким образом, скорость углубления скважины становится в пределах каждого рейса функцией одной переменной - проходки на долото. Следовательно, критерий максимума относительной экономической скорости по мере перехода на большие глубины логически уступает место критерию максимума проходки на долото.

Действительно, при выполнении неравенства (5) целесообразно полностью использовать бурильные свойства долота, не считаясь с увеличением времени бурения, так как сокращение количества спускоподъемов в большей степени уменьшает время проводки скважины в целом.

При этом сокращается количество расходуемых долот, что способствует снижению стоимости строительства скважины.

Следовательно, ускорения строительства скважины следует добиваться в верхних

частях скважины, а снижения стоимости - в нижних, в результате такого комплексного подхода удается совместить положительные качества всех критериев в одном способе управления бурением.

Таким образом, предлагаемый способ бурения способствует снижению времени и стоимости бурения скважины.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Из описания следует, что переходить от одного критерия к другому следует, когда обобщенная скорость углубления скважины по очередному критерию становится больше, чем по предыдущему.

На чертеже представлена блок-схема устройства, которое реализует предлагаемый способ.

Устройство содержит блок 1 нормирующих измерительных преобразователей; вы- числительные устройства 2, 3, 4, 5 для вычисления соответствующих выражений критериев по формулам (1), (2), (4) и (6); сравнивающие устройства 6,7,8, определяющие момент перехода управления от одного кри- терия к другому; коммутатор 9, информационное табло 10; систему 1 управления бурением.

Устройство работает следующим образом.

С датчиков и задатчиков (h - проходка долота, t6 - время бурения, Тст - время спу- скоподъемных операций, дд - стоимость долота, D - стоимость 1 часа работы буровой установки) информация поступает в блок нормирующих измерительных преобразователей, где информация приводится к единой унифицированной форме, Далее, в вычислительных устройствах 2,3,4 и 5 вычисляются значения критериев соответст- венно по формулам (1), (2), (4) и (6).

Далее в блоках 6...8 попарно сравниваются величины критериев. Сравнение начинается с блока 6, где сравниваются первые два критерия: механической и рейсовой ско- ростей. До тех пор пока механическая скорость больше рейсовой, коммутатор 9 пропускает сигнал от блока 2, вычисляющего механическую скорость. Этот сигнал поступает в блок 10, сигнализирующий, что управление осуществляется по критерию максимума механической скорости, а также в блок 11 - систему управления которая реализует соответствующие этому критерию программу управления.

При превышении рейсовой скоростью значение механической скорости блок 6 подает сигнал на коммутатор, который выдает соответствующий сигнал на табло 10 и систему управления 11. Система переходит на управление по критерию максимума рейсовой скорости.

Аналогично устройство подает сигналы на последовательный переход от предыдущего критерия оптимальности к последующему.

Формула изобретения Способ управления бурением скважины, включающий измерение величин проходки на долото и времени бурения и спускоподъемных операций, определение стоимостей долота и одного часа работы, определение максимума проходки на долото и механической, рейсовой, и экономической скоростей и выбор оптимального критерия управления, отличающийся тем, что, с целью снижения времени и стоимости бурения скважины по мере ее углубления, выбор оптимального критерия управления осуществляют в следующей последовательности: максимум механической скорости, максимум рейсовой скорости, максимум относительной экономической скорости и максимум проходки на долото, одновременно при управлении по каждому критерию определяют скорость углубления скважины и переход управления бурением от критерия к критерию позволяет, когда скорость углубления скважины по очередному критерию становится больше, чем по предыдущему.

Изобретение относится к бурению скважины и позволяет снизить время и стоимость бурения скважины. Для этого по мере углубления скважины критерии оптимального управления применяются в следующем порядке: максимум механической скорости, максимум рейсовой скорости, максимум относительной экономической скорости и максимум проходки на долото. Одновременно при управлении по каждому критерию определяют скорость углубления скважины. Переход управления бурением от критерия к критерию производят когда скорость углубления скважины по очередному критерию становится больше чем по предыдущему. 1 ил, СП с