Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Оперативное управление может быть реализовано при наличии на буровой микропроцессорной или компьютеризированной ИИС ГТИ в рамках создания локальных автоматеризирован — ных и автоматических систем управления низового уровня.

Наиболее актуальными (первоочередными) задачами опера­тивного управления на уровне буровой являются:

1. Автоуправление подачей бурового инструмента.

2. Автоуправление траекторией скважины (приводом ротора).

3. Автоуправление приводом буровых насосов.

4. Автоуправление работой шламовых насосов, доливом скважины.

Известные устройства автоматизации подачи бурового инст­румента — регуляторы подачи РПДЭ-3, СВМ и др. [148] в силу целого ряда ограничений не нашли применения в практике про­ведения буровых работ в условиях Западной Сибири.

Основными ограничениями этих устройств являются:

1. Небольшой диапазон реализации механической скорости (до 60-100 м/ч).

2. Невозможность их применения в условиях часто перемежающе­гося тонкослоистого разреза с резко различными по механическим свойствам породами и сильного искривления ствола скважины.

3. Невозможность осуществления автоматического поиска и под­держания оптимального значения нагрузки для каждой разбу­риваемой литологической разности пород без перерыва буре­ния.

Исходя из этого, ОПМ-Ю Управления Запсибнефтегеофи — зика в 1981 году был создан действующий макет блока автома­тического управления осевой нагрузкой на долото в составе ИИС ГТИ и его промысловое опробование на 19 скважинах Само — тлорского месторождения.

Блок автоматического управления осевой нагрузкой на долото (БАУ) предназначен для автоматического управления электромагнит­ным ферропорошковым тормозом ТЭП-4500, входящим в комплекс буровой установки, и как следствие, для регулирования осевой на­грузки на долото при турбинном бурении скважин.

БАУ предусматривает возможность работы при спуско-подъ- емных операциях (СПО). В данном случае он выполняет функ­ции ограничителя скорости при спуске бурового инструмента и обсадной колонны по задаваемой оператором уставке.

БАУ осуществляет автоматический поиск и регулирование оп­тимальной нагрузки на буровой инструмент в зависимости от изменения механической скорости бурения. Диапазон измене­ния механической скорости бурения — 2-М ООО м/ч; диапазон ре­гулирования осевой нагрузки на долото — 0,5—15 тс.

В состав БАУ входят:

1) узел измерения и регистрации текущего значения угловой скорости вращения барабана лебедки буровой установки;

2) датчик контроля величины натяжения талевого каната буро­вой установки (датчик нагрузки на крюк);

3) электронная исполнительная часть;

4) комплект соединительных кабелей; г

5) источник питания ±5 В, ±12 В (2 шт.).

В процессе работы БАУ сигнал с датчика веса поступает на узел определения периода колебаний бурильной колонны. За время периода колебаний производится измерение и суммиро­вание мгновенных скоростей бурения. Сигналы, пропорциональ­ные скорости бурения, вырабатываются датчиком скорости.

БАУ определяет отношение суммы мгновенных скоростей к периоду колебаний, т. е. определяется средняя механическая ско­рость за период. Значение средней скорости в цифровом виде отсылается в память и одновременно производится сравнение средней скорости за текущий период (Гп) и за предыдущий (7’„_|). В результате сравнения вырабатывается сигнал, знак которого соответствует требуемому направлению изменения нагрузки (уве­личению или уменьшению) с точки зрения увеличения механи­ческой скорости бурения. Данный сигнал после формирования поступает на узел управления тиристором и изменяет ток через катушку ТЭП-4500, т. е. производится регулирование осевой на­грузки на долото.

• Процесс регулирования производится каждый раз после окон­чания периода колебаний бурильной колонны, т. е. в течение всего времени нахождения долота на забое, чем обеспечивается близкий к оптимальному режим бурения скважины.

На рис. 7.18 приведена структурная схема БАУ.

В ходе отработки составных частей блока автоматического управления осевой нагрузкой на долото и проведения промы­словых испытаний БАУ получены следующие основные результа­ты:

— получены зависимости изменения во времени мгновенной механической скорости и нагрузки на крюке таль-блока (рис. 7.19);

— получено соответствие экспериментальных зависимостей зави­симостям, рассчитанным для движения механического аналога;

— реализация предложенного алгоритма поиска и поддержа­ния оптимальной осевой нагрузки на долото приводит к квази — оптимальному по механической скорости режиму бурения;

— отмечено, что разность между оптимальной по механиче­ской скорости нагрузки на долото и нагрузки, вызывающей ос­тановку забойного двигателя, для некоторых горных пород неве­лика и составляет всего 1,5—2,0 тс;

— отмечено появление ошибочных управляющих воздейст­вий, вызванных неправильным определением времени усред­нения мгновенной механической скорости из-за низкого уров­ня сигнала тензометрического датчика натяжения талевого ка-

Рис. 7.18. Структурная схема блока автоматического управления

Км/чю) в (Т) 200 25

Скб. 6900/1612

50 t(c)

го

40

50 Кс)

го

У(м/и*с) Рст)

25_

40

30

Рис. 7.19. Экспериментальные зависимости скорости движения верхнего конца бурильной колонны и нагрузки на крюке

ната и присутствия электриче­ских помех в линии передачи сигнала.

—10 20 30 40 50 ВО 70 ВО ВО’ММ

Работы по дальнейшему со­вершенствованию системы ав­томатического управления осевой нагрузкой на долото (системы автоуправления по­дачей инструмента) будут про­должены. При этом основное внимание будет сосредоточе­но на решении следующих во­просов:

а) разработке высокоточного датчика натяжения талевого каната с унифицированным выходом и с преобразовани­ем сигнала датчика натяже­ния в частотный код с целью повышения устойчивости системы управления и повы­шения помехозащищенности канала связи;

Рис. 7.20. Поиск оптимального режима. Скв. № 12565/куст 1292, пл. Самотлорская, прибор ИРД

б) разработке специального вида обратной связи по откло­нению нагрузки на крюке от заданной с целью повышения быстродействия БАУ;

в) разработке нового, более совершенного алгоритма управления с целью оптимиза­ции процесса углубления сква­жины как по механической скорости, так и по другим кри­териям;

г) использовании для алгорит­ма управления другой исход­ной информации, в частности данных виброакустики (в виде коэффициента модуляции, частоты вибраций и т. п.) (см. рис. 7.20, 7.21).

———- — амплитуда пиброускорения, мг/с,

—— — амплитуда нормирования виброускореиия, м3/с

Внедрение системы автоматического управления подачей ин­струмента в практику буровых работ даст значительный эконо­мический эффект.

Автоуправление траекторией скважины (приводом ротора) предусматривает создание системы автоматического управ­ления траекторией ствола наклонно-направленной скважи­ны по углу и азимуту с использованием телеметрических за­бойных систем (ТЗС) типа ЗИС-4 (ЗИТ-1), которые выдают информацию о фактических параметрах траектории ствола скважины через каждые 20—30 с.

Возможно, используя одну универсальную компоновку низа бурильной колонны (КНБК) с кривым переводником, использо­вать ее как для набора кривизны, так и на участке стабилизации. При этом, когда идет набор кривизны, ротор неподвижен (ко­лонна не вращается), за счет чего и осуществляется набор кривиз­ны. Однако при этом автоматическая система управления должна осуществлять доворот ротора на необходимый угол в нужном на­правлении за счет сигнала рассогласования между проектными и фактическими данными о траектории ствола скважины. После на­бора нужного угла и азимута участок стабилизации может быть обеспечен путем медленного вращения колонны ротором. При этом дополнительно появляется возможность измерения момента на роторе как технологического параметра.

Автоуправление приводом буровых насосов приобретает акту­альность в связи с появлением на промыслах буровых насосов с регулируемым приводом. Возможность оптимизации турбинного бурения по расходу значительно расширит его возможности по выбору рациональных режимов бурения для различных сочета­ний долото — забойный двигатель для пород с меняющимися механическими свойствами.

По всей видимости, автоуправление приводом буровых на­сосов целесообразно совмещать с автоуправлением подачей ин­струмента. Работа в этом направлении связана с перспективой ближайших лет.

Автоуправление работой шламовых насосов, доливом скважи­ны планируется реализовать в связи с созданием системы изме­рения дифференциального расхода СИДР-2. Смысл ее заклю­чается в том, что расход на входе и выходе измеряется путем нахождения производной по уровню (объему) в небольших пря­моугольных емкостях, отсеченных от остальной циркуляцион­ной системы на период измерения, для чего используются вы­сокоточные бесконтактные уровнемеры. Система автоматиче­ски включает шламовые насосы, заполняя и опорожняя емко­сти в периодах между измерениями, автоматически определяет дифференциальный расход и величину удельного поглощения (притока) на 1 м пробуренной скважины. В период подъема инструмента СИДР-2 контролирует уровень в затрубье, автома­тически производя долив скважины и учет извлеченного из сква­жины инструмента.

Дополнительным эффектом от применения СИДР-2 являет­ся улучшение очистки промывочной жидкости от выбуренной породы за счет создания лучших условий седиментации в емко­стях циркуляционной системы.

Использование накопленной информации ГТИ для проек­тирования режимов бурения по месторождению повышает дос­товерность проектных решений, сокращает сроки адаптации буровых бригад к специфическим горно-геологическим усло­виям месторождений, что в конечном счете также повышает технико-экономические показатели всех буровых бригад, в том числе и тех, которые услугами партий ГТИ и КТИ непо­средственно не пользуются.

Разработанная и прошедшая промысловые испытания сис­тема автоматического управления подачей инструмента при бурении (система автоматического управления поддержания осевой нагрузки на долото) позволяет повысить механиче­скую скорость бурения и проходку на долото на 20—35% и существенно облегчить труд бурильщика. Включение систе­мы в состав ИИС ГТИ значительно повышает функциональ­ные возможности ИИС ГТИ.

Включение локальных автоматических систем управления ра­ботой шламовых насосов и доливом скважины (СИДР-2), тра­екторией скважины на основе информации телеметрических за­бойных систем (автоуправление приводом ротора), приводом буровых насосов так же, как и системы автоуправления пода­чей бурового инструмента в качестве подсистем в ИИС ГТИ (ИИС КТИ), принципиально меняет функциональное назначе­ние как ИИС ГТИ, так и самой службы ГТИ, которая в этом случае, наряду с прежними, выполняет и функции нижнего (пер­вого) уровня АСУ ОТ БУРЕНИЯ.

Подобная «трансформация» функций службы ГТИ — вполне закономерное развитие службы по схеме: газовый каротаж (ГзК) — геолого-технологические исследования (ГТИ) — каротажно-тех­нологические исследования (КТИ) — автоматизированная сис­тема управления «Геотехнология» (АСУ ГТ).

Комментарии запрещены.