Способ оптимизации и регулированияРЕжиМОВ буРЕНия СКВАжиН Советский патент 1981 года по МПК E21B45/00 

(54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

1

Изобретение относится к контролю и управлению процессов бурения скважин.

Известен способ оптимизации режимов бурения, основанный на определении непроизводительных потерь энергии в бурильной, колонне 1 .

Недостаток способа - неполный учет динамических процессов при бурении скважин, вследствие чего энергоемкость процессов контролируется недостаточно точно.

также способ оптимизации режимов бурения, основанный на определении и поддержании максимальной механической скорости буре«ия путем изменения режимов параметров бурения 2,

Недостатком этого способа является невозможность учета физико-механических свойств разбуриваемых горных пород и невозможность оперативного изменения режима бурения в соответствии с изменением этих свойств.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является способ оптимизации режимов бурения, основанный на определении корреляционных моментов между параметрами различных видов колебанийI

и величинами отношения прирашения осевой нагрузки к прирашенйю механической скорости проходки 3. При этом оптимальные режимные параметры находят по одинаковым значениям корреляционных моментов.

Недостатки этого способа - сложность и неоднозначность вычисления корреляционных зависимостей, малая статистическая устойчивость вычисляемых динамических параметров волн, сложность схемы регулирования и оптимизации режима бурения. Применение способа предусматривает использование целого комплекса измерительных устройств, что снижает его надежность.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса бурения. Снижение энергоемкости процесса разрушения горных пород и уменьшение непроизводительных потерь мощности буровой установки.

и,ель, достигается тем, что по способу, основанному на. измерении упругих кол еба-ний, возникающих при взаимодействии породоразрушающего инструмента с забоем скважины, измеряют на поверхности земли в одни и те же моменты времени энергию упругих колебаний, распространяющихся от забоя по колонне бурильных труб и в горных породах, и находят оптимальный режим по максимальному значению величины сейсмического КПД бурения, который определяют из выражения 1 - tf где ЕЙ - энергия, переносимая упругими колебаниями в горной породе; Ец-энергия упругих волн в колонне бурильных труб, при этом момент изменения параметров режима бурения определяют по снижению значения сейсмического КПД на величину, большую, чем утроенное значение среднеквадратической ошибки измерения энергии упругих волн (3 6). На чертеже показана функциональная блок-схема системы для реализации способа. Функциональная схема содержит датчик упругих колебаний 1, установленный на верхней части бурильной колонны, датчик упругих колебаний 2, установленный на поверхности земли вблизи устья скважины, блок 3 вычисления сейсмического КПД бурения, блок 4 поиска и запоминания максимальных значений этого коэффициента, блок сравнения 5 максимальных значений, блок 6 регулирования работы приводных механизмов буровой. Способ осуществляется следующим образом. Сигналы с датчиков 1 и 2, например сейсмоприемников СВ-10 и СГ-1-10, поступают в блок 3, где определяется энергия упругих волн в бурильной колонне и в горной породе, а затем вычисляется сейсмический КПД бурения. В блоке 4 осуществляется поиск максимальных значений сейсмического КПД бурения, получаемых при различных нагрузках на долото скорости его вращения. Это значение запоминается и поступает в схему сравнения блока 5. Сюда же поступает текущее значение сейсмического КПД, получаемое в процессе бурения в режиме поиска. По окончании режима поиска осевую нагрузку на долото устанавливают равной максимальному значению сейсмического КПД. При отклонении текущих значений сейсмического КПД бурения от хранящихся в памяти блока 4 его максимальных значений на величину, большую утроенного значения среднеквадратической ошибки измерений, вырабатывается управляющий сигнал, который поступает в блок регулирования 6, осуществляющий управление приводными механизмами буровой, например регулятором подачи долота. При изменении горно-геологических условий параметры режима бурения, а следовательно, и сейсмический КПД бурения могут стать неэффективными. При этом необходимо восстановить оптимальный режим бурения изменением осевой нагрузки на долото по максимальному значению сейсмического КПД бурения (}). Это объясняется тем, что энергия, подводимая к забойному двигателю, расходуется на совершение полезной работы, разрушение горных пород на забое и на совершение непроизводительной работы - создание вибрации бурильной колонны. При разрушении породы на забое скважины возникают упругие волны, распространяющиеся в горной среде от забоя к поверхности земли. Чем интенсивнее эти волны, тем эффективнее процесс разрушения горной породы и, наоборот, чем интенсивнее волны в бурильной колонне, тем больше непроизводительных затрат энергии, тем выше энергоемкость процесса разрушения горных пород. Отношение полезной энергии, пропорциональной энергии упругих волн в горной породе, к суммарной энергии волн в бурильной колонне и в горной породе определяет величину сейсмического КПД при бурении скважины. Способ широко опробован на плошадях промыслового бурения Бугуруслаиского, Бузулукского и Сорочинского управлений буровых работ п/о «Оренбургнефть и показал хорощие результаты. Предлагаемый способ позволит значительно повысить механическую скорость бурения и проходку на долото при одновременном увеличении моторесурса долота и бурильного инструмента с меньшими энергетическими затратами. Формула изобретения Способ оптимизации и регулирования режимов бурения скважин, основанный на измерении упругих колебаний, возникающих при взаимодействии породоразрущающего инструмента с забоем скважины, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности процесса бурения, снижения энергоемкости процесса разрушения горных пород и уменьшения непроизводительных потерь мощности буровой установки, измеряют на поверхности в одни и те же моменты времени энергии упругих колебаний, распространяющихся от забоя по колонне бурильных труб и в горных породах, и находят оптимальные параметры режима по максимальному значению величины сейсмического коэффициента полезного действия бурения, который определяют из выражения р - гдеЬ„-энергия, переносимая упругими колебаниями в горной породе; Ец- энергия упругих волн в колонне бурильных труб, при этом момент изменения параметров режима бурения определяют по снижению значения сейсмического коэффициента полезного действия бурения на величину, большую, чем утроенное значение среднеквадратической ошибки измерения упругих волн (36).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2448493/22-03, кл. Е 21 В 45/00, 1979.

3 Авторское свидетельство СССР № 651122, кл. Е 21 В 45/00, 1979

5

f