Способ оптимизации режимов бурения скважин Советский патент 1979 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения скважин . Известны способы оптимизации режимов бурения скважин, основанные на выборе оптимальных значений осевой нагрузки и частоты вращения породоразрушающего инструмента, отвечающих максимальным значениям механической скорости бурения при задан ной мощности на долоте Известные способы обладают рядом существенных недостатков, связанных с необходимостью поддержания постоянства мощности на долота и неучетом физико-механических свойств разбуриваемых горных пород. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ оптимизации режимов бурения сква жин, основанный на задании интервалов геологического разреза и базовых значений осевой нагрузки на поро доразрушающий инструмент, частоты вращения, расхода промывочного носителя и выборе компоновки бурильной колонны по максимуму механической скорости проходки 2 . Однако субъективная классификаци буримости горных пород по разреЗУ скважин, определяемая при анализе керна, и неучет согласования волновых свойств горных пород с энергетическими показателями бурения не позволяют рационально осуществлять расход мощности, идущей на непосредственное разрушение горных пород. Целью изобретения является повышение эффективности процесса бурения за счет обеспечения максимума расхода энергии на разрушение горных пород. Поставленная цель достигается тем, что определяют в заданных интервалах разреза в процессе бурения скважины отношение приращений осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент к приращениям механической скорости проходки, для тех же интервалов разреза скважины измеряют кинематические и динамические параметры упругих, электрических, магнитных и тепловых колебаний, сопоставляют их между собой, определяют корреляционные моменты между параметрами сопоставления различных видов колебаний и величинами отношения приращений осевой нагрузки к приращениям механической скорости проходки и по одинаковым значениям корреляционных моментов находят оптимальные величины осевой нагрузки, частоты вращения, расхода промывочного носителя и компоновку бурильной колонны. На чертеже показана функциональна схема системы для осуществления способа. Функциональная схема содержит дат чик 1 глубины скважины, датчик 2 осе вой нагрузки Р на породоразрушающий инструмент, датчик 3 частоты вращения и породоразрушающего инструмента, датчик 4 расхода промывочного носителя ч , датчик 5 механической скорости V бурения, блок 6 вычисления кинематических параметров волнового поля, блок 7 вычисления динамических параметров волнового поля, блок 8 вычисления приращений осевой нагрузки dP, блок 9 вычисления меха нической скорости бурения dV, блок 10 вычисления отношения приращений ДР/dV, блок 11 сопоставления значеНИИ кинематических и динамических параметров колебаний, коррелятор 12 блок прогнозирования 13, осуществляющий преобразование корреляционных моментов в значения Р, п, ф , обеспечивающие максимум механической скорости проходки, блок сравнения 14, регулятор 15 приводных механизмов буровой установки, блок синхронизации 16. Способ осуществляется следующим образом. Сигналы с датчиков 1-5 после обработки в блоках 8 и 9, где вычисля ются приращения величин осевой нагрузки dp и механической скорости uVfH в блоке 10, где вычисляются значения dP/dV, поступают на вход коррелятора 12, Одновременно на вхо коррелятора 12 поступают сигналы с выхода блока 11, в котором осуществ ляется сравнение кинематических и динамических параметров волно вого поля, измеренных в блоках б и 7, С выхода коррелятора 12, где осуществляется вычисление корреляци онных моментов между сигналами dP/d и otpg, Vp 5 сигналы корреляции посту паютв блок прогнозирования 13, осу ществляющий преобразование корреляционных моментов в значения / эад ФэаА обеспечивающие максимум механической скорости проходки, В блоке сравнения 14 происходит операция сравнения вычисленных в бл ке 13 значений РЗОД , п зд,д и с измеряемыми параметрами Р, п,(р с выходов датчиков 2-4. С выхода бл ка 14 управляющие сигналы подаются на вход регулятора 15, который осуществляет регулирование приводами буровой установки, обеспечивая оптимальные величины Р, п, ф . Блок синхронизации 16 осуществляет управление работой всех блоков в зависимости от глубины скважины, измеряемой датчиком 1. Применение изобретения позволит значительно повысить скорость проводки скважин при минимальных затратах за счет обеспечения более эффективного разрушения горных пород при минимальной степени износа долота. Формула изобретения Способ оптимизации режимов бурения скважин, основанный на задании интервалов геологического разреза и базовых значений осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, частоты вращения, расхода промывочного носителя и выбора компоновки бурильной колонны по максимуму механической скорости проходки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения за счет обеспечения максимума расхода энергии на разрушение горных пород, определяют в заданных интервалах разреза в процессе бурения скважины отношение приращений осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент к приращениям механической скорости проходки, для тех же интервалов разреза скважины измеряют кинематические и динамические параметры упругих, электрических, магнитнЕлх и тепловых колебаний, сопоставляют их между собой, определяют корреляционные моменты между параметрами сопоставления различных видов колебаний и величинами отношения приращений осевой нагрузки к приращениям механической скорости проходки и по одинаковым значениям корреляционных моментов находят оптимальные величины осевой нагрузки, частоты вргицения, расхода промывочного носителя и компоновку бурильной колонны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3373823, кл. 173-6, 1968. 2.Айрапетов В.А. и др. Контроль параметров процесса бурения. М., Недра, 1973, с. 104-108.