Устройство для управления процессом бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B44/00 E21B47/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефте- добывающей промышленности, а именно ik технике и технологии бурения скважин и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне давления пласта.

Аномально высокие давления и температуры в недрах отдельных районов, находящихся в тектонически активных зонах, осложняют освоение месторождения. Это прежде всего относится к повышенной опасности нефтегазопроявлений при бурении скважин на нефть и газ,

Современная технология бурения осуществляет предупреждение нефте- газопроявлений за счет метода подавления, при котором высокому давлению в пластах противопоставляется более высокое гидростатическое давление бурового раствора в скважине.

Опыт глубокого бурения свидетельствует, что именно большие пере-, пады меяоду пластовым и забойным давлениями являются основной причиной тяжелых осложнений в скважинах (выбросы, поглощения, прихваты бурового инструмента), а также снижения проходки за долбление и мехачической скорости и, как следствие этих явлений, ухудшение технико10экономических показателей строительства глубоких скважин.

Многочисленными исследованиями в СССР и за рубежом установлено, что при прочих равных условиях меISханическая скорость проходки зависит от величины гидростатического и дифференциального (под дифференциальным давлением понимается разность между забойным и пластовым

20 давлениями) давлений и не зависит от величины горного давления.

Установлено, что наибольш1ш темп изменения механической скорости бурения (в 2 и более раз) и, очев адно, проходки за долбление зависит от вепичинь перепада давления в си теме скважина-пласт и лежит в диапазоне 15-30 атм. Таким образом, практический интерес для интенсификации процесса бурения представляет область, бли кая к равновесному состоянию. Известно устройство управления процессом бурения скважин путем ре гулирования забойного давления, в котором определяют забойное давление по показаниям наземных приборо и поддерживают его на уровне пластового давления путем изменения уд ного веса промывочной жидкости, за качиваемой в скважину Uj. В этом устройстве исключается возможность автоматического операти ного регулирования забойного давления для поддержания равновесного ил близкого к равновесному состоянию miacTOBoro и забойного давлений. Это объясняется тем, что процесс определения забойного давления глубинными манометрами-регистраторами (МГП и МГГ) длительный и трудоемкий а определение забойного давления по показаниям наземных приборов имеет большую погрешность и регулирование по ЭТИМ показаниям может приводить к аварийным ситуациям. Поэтому бурение производится с большим превышением давления в скважине над пластовым, что снижает скорость провод ки скважины. Известно устройство управления процессом бурения путем регулирования забойного давления посредством изменения расхода промывочной жидко сти насосом, например, применением цилиндрованных втулок разного сечения 2.. Управление процессом бурения, указанным в этом устройстве, исключает возможность автоматического оперативного регулирования забойного давления для обеспечения бурения на равновесия пластового и забойного давлений, так как замена втулок т трудоемкий процесс, требующий остановки бурения, на что затрачивается непроизводительное время, а следовательно, снижается скорость проводки скважины. Известно устройство управления процессом бурения, в котором регули руется забойное давление по показан ям наземных приборов путем изменения расхода промывочной жидкости за счет регулирования числа оборотов привода бурового насоса z. Недостатком этого устройства также является отсутствие автоматического оперативного регулирования забойного давления с целью бурения на равновесии пластового и забойного давлений, а, следовательно, и низкая скорость проводки скважины так как регулирование производится по показаниям наземных приборов на основании опыта бурильщика.. Наиболее близким к предлагаемому является устройство регулирования процесса турбинного бурения, в котором регулирование производится по гидравлической характеристике турбины, имеющей смещенный в сторону меньших оборотов безударный режим работы, путем поддержания постоянства давления за счет регулирования расхода промывочной жидкости rfacocoM во время долбления датчиком давления , который воздействует на привод грязевых насосов, датчик расхода в зависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи долота З . Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования и отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и забойного давлений, а следовательно, и невысокая скорость проводки сква- жин. Это обуславливается тем, что регулирование давления осуществляется по наземным приборам и расход промывочной жидкости регулируется в небольших пределах для уменьшении вибрации колонны труб с целью стабилизации осевой нагрузки, что не обеспечивает возможности бурения на равновесии. Цель изобретения - повьш1ение скорости проводки скважин как при турЬинном, так и при роторном бурении. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве управления процессом бурения скважин, основанном на изменении расхода промывочоной жидкости непрерывно измеряют забойное давление промывочной жидкости в процессе бурения и передают этот сигнал по каналу связи на поверхность, принимают данный сигнал и сравнивают его с задаваемым сигналом, пропорциональным прогно5зируемому пластовому давлению, при этом вьщеляют сигнал, пропорциональ ный дифференциальному давлению промывочной жидкости на забое скважины, после чего автоматически формируют управляющее воздействие на регулируемый привод бурового насоса Такое Устройство управления процессом бурения скважин может быть осуществлено устройством новой конструкции, включающим буровой насос с регулируемым приводом и дополнительно снабженным датчиком забойно го давления промывочной жидкости, каналом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления, при этом датчик забойного давления про.мывочной жидкости установлен над долотом и подключен через канал свя зи к приемнику, а выход приемника совместно с выходом задатчика прогнозируемого пластового да&ления подключен к блоку управления, свя-: .занному с регулируемым приводом бурового насоса. Предлагаемое устройство управяеачя Процессом бурейия позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давления и изменять забойное давление за счет изменения расхода промывочной жидкости. По разности между забойным Pjgg и пластовым Рр давлениями определяют величину дифференциального давления промывочной жидкости на забое скважины: 3«fV 0 в свою очередь забойное давление гфомывочной жидкости в процессе бурения является функцией расхода промывочной жидкости: . . P.c, уделъиыА вес промывочной жидкости, глубина скважиш 1, м; расход с промывочной жидкости J коэффициент пропорциональности,: определяющих Гидрав лические потери в кольцево пространстве. На чертеже представлена структур ная схема устройства для управления процессом бурения. 3 Устройство содержит датчик 1 забойного давления про1 1вочной жидкости, канал связи 2, приемник 3, блок управления 4, регулируемый привод 5, задатчик 6 прогнозируемого пластового давления и буровой насос 7. В процессе бурения буровой (Инструмент со встроенным над долотом датчиком I забойного давления промывочной жидкости опускают в скважину. Создают требуемые обороты и осевую нагрузку на долото, а также необходимый расход промывочной жидкости. При этом контролируют посредством датчика 1 давление промывочной жидкости на забое скважины. По каналу связи 2 (например, гидравлическому) передают данную информацию на поверхность к приемнику 3, Следовательно информация о величине давления промывочной жидкости на забое Ра igg поступает на один вход блока yпpaвлeн я 4. При разбуривании нефтяных и газовых площадей в результате проводимых испытаний имеют данные о 1величине прогнозируемых пластовых давлений , которые устанавливают с помощью задатчика 6, Задатчик 6 связан со вторым входом блока управления 4, в котором на основании сигналов с датчика I и задатчика 6 определяют величину дифференциального давления по алгоритму (1), а затем автоматически формируют управляющее воздействие по требуемому закону регулирование , которое по-ступает на вход регулируемого привода 5 бурового насоса 7, что приводит к необходимому измене-$ нию расхода промывочной жидкости и устанавливает требуемую величину Дифференциального давления промывочной жидкости на забое скважины в диапазоне ±1,5 МПа, На базе лабораторных и промысловых исследований бьшо выполнено моделирование способа управления процессом бурения скважин и определены основные параметры качества регулирования дифференциального давления предлагаемым ycтpoйctвoм, Постоянное время регулирования составляет не более 20 с, степень затуха НИИ 34,5%. Проведены технико-экономические расчеты и определена экономическая эффективность от внедрения предлагаемого устройства управления процессом бурения. Использование устройства позволяет повысить

механическую скорость проходки и снизить аварийность процесса бурения за счет предупреждения поглощений и проявлеьшй.

Формула изобретения

Устройство для управления процесс бурения скважин, оборудованное

буровым насосом с регулируемым приводом, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости проходки скважин как при турбинном, так и при роторном бурении, оно снабжено датчиком забойного давления промывочной жидкости, ка- . налом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления, при этом датчик забойного давления промывочной жидкости установлен над долотом и подключен через канал связи к приемнику, а выход приемника и выход задатчика прогнозируемого пластового ; авления подключены к входам блока управле1шя, связанного с регулируемым приводом бурового насоса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

, Справочник инженера по бурению. М., Недра, т 2. 1973.

3.Авторское свидетельство СССР № 122104, кл. Е 21 В 44/00, 1958 (прототип).