Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Рациональное, в частности оптимальное, управление про­цессом бурения является решением кибернетической задачи, которое невозможно получить без соответствующих средств контроля для сбора информации и технических устройств для её переработки и управления процессом. Комплекс средств контроля должен включать в себя устройства для измерения осевой нагрузки на долото, частоты его вращения, крутящего момента на долото, расхода промывочной жидкости, механиче­ской скорости бурения, а также давления и параметров про­мывочной жидкости.

С учетом особенностей применяемых для глубокого бурения способов и оборудования, большой протяженности н деформи­руемости бурильной колонны, ее сложного взаимодействия со стенками скважины, особенно при турбинном и наклоннона­правленном буренин, создание таких устройств связано со зна­чительными трудностями. Принципиально все приборы для контроля процесса бурения можно разделить па две категории: наземные и забойные.

Большинство существующих приборов относится к назем­ному типу, несмотря па неполный характер получаемой с их

помощью информации. В СССР современные буровые уста­новки для глубокого разведочного и эксплуатационного буре­ния оснащаются комплексом системы наземного контроля про­цессов бурения типа ПКБ, которые в зависимости от класса установки контролируют от 4 до 7 параметров режима. Все комплексы ПКБ включают электрические индикаторы веса па крюке, заменившие собой широко распространенные ранее гид­равлические индикаторы.

Электрический индикатор, так же, как н гидравлический, измеряет вес бурильного инструмента по натяжению неподвиж-

ного конца талевого каната. Он состоит из датчика веса (рис. 8.47), преобразующегося с помощью упругого элемента и индуктивного трансформаторного преобразователя натяже­ние неподвижного конца талевого каната в электрический сиг­нал, и измерителя записывающего или указывающего типа. Ос­новные преимущества электрического индикатора веса заклю­чается в независимости его показаний от диаметра каната, возможности осуществления дистанционной передачи, легкости изменения- чувствительности и большой точности.

Суть определения осевой нагрузки на долото при помощи индикатора веса заключается в том, что перед началом буре­ния инструмент, находящийся над забоем, вращая вхолостую, медленно подают на забой при включенных буровых насосах и замечают первое показание индикатора веса; второе его пока­зание отсчитывают в начале бурения. Разность этих показаний индикатора, умноженная на цену деления, н будет характери­зовать осевую нагрузку на долото, Такой способ измерения имеет методическую погрешность, возникающую вследствие влияния сил трения, действующих в опорах п на поверхности роликов датчика веса, а также па стенках скважины, особенно

значительных при иевращающейся бурильной колонне. Для уменьшения погрешности измерения осевой нагрузки при бу­рении с забойными двигателями рекомендуется принудительно вращать ротор с частотой 5—15 об/мин. Кардинальным реше­нием проблемы измерения осевой нагрузки является создание забойных датчиков, передающих сигнал по каналу связи на по­верхность. Наиболее просто эта задача решается при бурении электробурами, а также при бурении на шлангокабеле.

Частота вращения долота при роторном бурении контроли­руется е помощью электрических тахометров, а при турбинном бурении — забойным гидротурботахометром с использованием гидравлического канала связи. Импульсы давления промывоч­ной жидкости, создаваемые установленным в турбобуре датчи­ком и пропорциональные частоте вращения вала, восприни­маются на устье чувствительным элементом и преобразуются в переменное напряжение, поступающее на вход приемного устройства.

Измерение крутящего момента роторного стола осуществ­ляется в некоторых комплектах ПКБ с помощью датчика типа ДКМ, устанавливаемого на приводной цепи ротора и преобра­зующего с помощью трансформаторного преобразователя и ры­чажной системы напряжение цепи в электрический сигнал. Применение такого датчика позволяет контролировать условия работы долота и фиксировать момент износа опор или воору­жения. Ра’сход промывочной жидкости определяется методом измерения скоростного напора в нагнетательном трубопроводе с помощью датчиков шнекового или электромагнитного типов. Датчик давления жидкости, устанавливаемый там же, состоит из мембранного преобразователя, воспринимающего давление жидкости, и индуктивного трансформаторного преобразователя, который преобразует колебания мембраны в электрический сигнал.

Непосредственное определение изменения положения забоя скважины сопряжено с большими техническими трудностями, поэтому измерение проходки осуществляется путем определе­ния перемещения верхнего конца бурильной колонны, т. е. по­дачи инструмента. Для этой цели применяются индуктивные датчики, преобразующие угол поворота ролика кронблока или перемещение талевого каната в электрические импульсы, кото­рые используются для определения текущей глубины забоя.

Необходимость быстрой переработки большого потока ин­формации с многочисленных приборов выдвигает задачу авто­матизации этого процесса, что достигается путем создания измерительно-информационных систем, включающих не только измерительную, но и счетно-решающую технику (ЭВМ). По­добные системы переработки оперативной и статистической ин­формации, позволяющие оптимизировать режимы бурения, на­ходят все более широкое применение.

Важнейшую роль и рациональном управлении процессом бурения играют исполнительные механизмы подачи долота. Их можно разделить на наземные регуляторы подачи и забойные механизмы подачи долота. Наземные регуляторы по роду дей­ствия делятся на два типа: активные, позволяющие осущест­влять реверс бурильной колонны, н пассивные, в которых такая возможность отсутствует. К первому типу относится широко применяемый па современных буровых установках электрома-

шинный регулятор РПДЭ-3, ко второму — импульсный стабили­затор веса СВМ. Принципиальные схемы этих типов регулято­ров совместно с характерными для них графиками изменения во времени скорости подачн долота v н осевой нагрузки Р при­ведены на рис. 8.48. Регулятор РПДЭ-3 позволяет осуществлять плавную беспрерывную подачу инструмента, поддерживая за­данную осевую нагрузку или скорость подачн. В случае перере­гулирования инструмент автоматически приподнимается. По­дача и подъем инструмента производятся с помощью редуктор — ного агрегата 4 (рис. 8.48,а), состоящего из электродвигателя постоянного тока и редуктора, связанного цепной передачей с подъемным валом лебедки /. Питание силового двигателя осу­ществляется от генератора 7, приводимого электродвигателем переменного тока 2. Напряжение на обмотках возбуждения ге­нератора, который управляет частотой вращения силового дви­гателя редукторного агрегата, а следовательно, и подачей ин­струмента, регулируется но каналу 3 с помощью сельсиппой
пары, связанной с электрическим датчиком веса и установкой веса на пульте управлення. Для электромашинных регуляторов характерно непрерывное изменение подачи для поддерживания Р на заданном уровне. При встрече с крепким пропластком воз­растающая нагрузка может вызвать временный приподъем до­лота (отрицательное v на графике рис. 8.48, а) до приведения Р к заданному значению. В связи с необходимостью подъема инструмента элсктроманшнные регуляторы характеризуются

большой мощностью (до 50 кВт) н массой (более

5 т).

Импульсный регулятор СВМ (рис. 8.48, б) предна­значен для подачи инстру­мента только вниз при ста­билизации осевой нагрузки на заданном уровне. По­дача инструмента осущест­вляется путем периодиче­ского кратковременного растормажпваппя ‘ бара­бана лебедкп 1 с помощью пневматического поршне­вого механизма 5, соеди­ненного с рукояткой лен­точного тормоза лебедки. Управление поршневым ме­ханизмом осуществляется специальным пультом

с электроконтактпым мано­метром ~6 п рукоятками для установки осевой нагрузки па долото. Регулятор питается сжатым воздухом от пневмоси — стемы лебедки її работает в комплексе с гидравлическим ин­дикатором веса. Импульсный регулятор дает периодическую кривую скорости подачи с небольшими колебаниями Р около заданного значения. Комплекс всех механизмов регулятора от­личается небольшой массой.

Более эффективными, но менее разработанными являются забойные регуляторы, устанавливаемые над долотом или тур­бобуром. Их основное преимущество заключается в способности поддерживать заданный режим независимо от сил трения бу­рильной колонны о стенки, что особенно важно при сверхглу­боком бурении. Схема работы простейшего забойного меха­низма подачи ЗМГІ, стабилизирующего осевую нагрузку на до­лото, показана па рис. 8.49. В цилиндрическом корпусе ЗМП, соединенном через переводник с бурильной колонной, переме­щается кольцевой поршень с полым штоком, который соединя­
ется с УБТ или турбобуром. Перепал давления жидкости, воз­никающий в долоте пли турбобуре, воздействуя на поршень, создает определенную нагрузку и вызывает его перемещение но мере разрушения породы на забое скважины. При этом бара­бан лебедки должен быть заторможен. Когда шток выдвигается на всю длину, подача прекратится н механизм надо будет за­рядить вновь путем опускания бурильной колонны на величину хода поршня.

Для турбинного бурения более предпочтительны регуляторы, поддерживающие заданную частоту вращения вала турбобура путем изменения осевой нагрузки в соответствии с изменением свойств проходимых пород. Разработка подобных регуляторов позволит обеспечить оптимальный режим турбинного бурения в любых условиях.

Комментарии запрещены.