Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Текущий контроль параметров процесса бурения осуществля­ется с помощью следующих основных приборов: индикатор мае — — сы (веса), манометр, моментомер, тахометр, а также приборы, для измерения механической скорости и проходки. ]

Рис. 8.9. Схема трансформатора давления избыточной массы:

/ 6 _ роликовые опоры корпуса; 2 — поршень; 3 — резиновая камера; 4 — роликовая опора поршня; 5 — корпус

Индикатор массы (веса). Осевая нагрузка на долото в каждый момент определяется при помощи индикатора массы (веса). По этому прибору находят также нагрузку, действующую на крюк талевой системы. Наибольшее распространение получили гидрав­лические индикаторы массы (веса) (рис. 8.9). Основная часть ин­дикатора массы (веса) — трансформатор (мессдоза), который со­стоит из корпуса 5 и поршня 2 в виде тарелки. Талевый канат проходит через роликовые опоры /, 6 корпуса и роликовую опо­ру 4 поршня, изгибаясь под определенно заданным углом. Транс­форматор давления укрепляется на неподвижном конце каната. Благодаря изгибу оси каната возникают усилия, действующие на поршень (мембрану), опирающийся на резиновую камеру 3, за­полненную жидкостью. Воспринимаемое жидкостью усилие пере­дается по системе трубок на указывающий и записывающий ма­нометры.

Комплект индикатора массы (веса) состоит из трансформато­ра давления, одного указывающего манометра и одного самопи­шущего манометра с круглой диаграммой, вращаемой часовым механизмом со скоростью 1 оборот в сутки. Указывающий мано­метр с условной шкалой, градуированной на 100 делений, уста­навливают на щите у поста бурильщика. Очень часто в комплект индикатора массы (веса) входит верньер, представляющий собой мощный наружный манометр со стрелкой с замкнутой шкалой, разделенной на 40 делений без цифровых обозначений. Каждому делению верньера соответствует половина деления указывающего манометра. Благодаря этому верньером удобно пользоваться для определения нагрузки на долото, так как при этом отсчеты про­изводятся с большой точностью. Верньер рассчитан на давление до 60 делений по манометру. Если вес бурильной колонны превы­шает 60 делений, то верньер надо выключить.

Перед установкой индикатора массы (веса) необходимо убе­диться в том, что неподвижный конец талевого каната на всем своем протяжении от ролика кронблока до места укрепления про­ходит свободно, не задевая элементы фонаря вышки. Канат в ме­
сте крепления трансформатора не должен иметь разорванных про­волок и следов видимого износа.

После того как индикатор массы (веса) смонтирован и прове­рена его герметичность, устанавливают стрелку показывающего манометра на деление 10 при свободном крюке. Это делается для того, чтобы можно было в любой момент заметить утечки жидко­сти из трубочек в местах из соединений.

Через каждый 6 мес индикатор массы (веса) независимо от его состояния необходимо демонтировать для осмотра и текущего ремонта. Ремонт индикатора массы (веса) на буровой, связанный хотя бы с частичной разборкой трансформатора давления, указы­вающего и самопишущего манометров, запрещается. Не разреша­ется также замена отдельных приборов комплекта.

Вся гидравлическая система заполняется водой, а в зимнее время — смесью воды со спиртом или глицерином. Жидкость, заполняющая систему, должна быть нейтральной по отношению к кислотности и щелочности, должна обладать малым коэффици­ентом расширения, не должна растворять резину и замерзать.

Наиболее удовлетворяют этим условиям 50%-й раствор глице­рина в воде. При отсутствии глицерина применяют разбавленный спирт (40 % воды).

В условиях покоя натяжение концов каната должно быть рав­ным величине усилия на крюке, деленной на число струн талево­го каната, поддерживающих талевый блок:

где G — нагрузка на крюке; т — число рабочих роликов талевого блока.

Одно и то же показание индикатора массы (веса) может соот­ветствовать в зависимости от оснастки талевой системы разным действительным весам бурильной колонны.

Соотношения между нагрузкой G на крюке и усилиями в ве­дущем и неподвижном концах талевого каната в зависимости от оснастки системы и состояния талевого механизма приведены в табл. 8.8.

К каждому индикатору массы (веса) прилагается паспорт, в котором указана цена делений прибора для различных показаний прибора. Цена делений в начале шкалы манометра меньше цены делений в конце шкалы. Это объясняется изменением угла проги­ба каната в сторону уменьшения по мере увеличения нагрузки на крюке.

На практике часто приходится определять цену деления инди­катора, не пользуясь паспортом прибора. В тот момент, когда до­лото не касается забоя скважины, масса (вес) бурильной колон­ны G6 соответствует некоторому показанию индикатора массы

Соотношения между нагрузкой (7 на крюке и усилиями в ведущем и неподвижном концах талевого каната Состояние талевой системы Обозначе­ ние Оснастка системы 2×3 3×4 4×5 5×6 Число рабочих концов каната 4 6 8 10 Подъем 0,262(7 0,1775(7 0,136(7 0,1116(7 я, 0,2438(7 0,1585(7 0,117(7 0,0923(7 Спуск ^2 0,236(7 0,154(7 0,113(7 0,0911(7 Я, 0,254(7 0,1723(7 0,132(7 0,1082(7 Покой 0,250(7 0,167(7 0,125(7 0,1 С

Примечание. /Г|, F0 — усилие в ведущем конце талевого каната соот­ветственно при спуске, подъеме и покос, Н /?,, Л2, Л0 — усилие в неподвижном конце талевого каната соответственно при спуске, подъеме и покое. Н.

(веса) X. Зная, что условный нуль индикатора веса отнесен к 10-му делению, легко определить цену делений:

Приближенную массу (вес) бурильной колонны обычно нахо­дят из следующего выражения:

(7б = 1<7 + у<7з,

где А — длина колонны бурильных труб, равная глубине скважи­ны в данный момент, м; д — вес погонного метра бурильных труб, кН; / — длина одной свечи, м; цъ — вес замка, кН.

Чтобы определить осевую нагрузку (давление на забой) в мо­мент бурения, необходимо знать показание индикатора массы (веса) в момент бурения.

Если показание индикатора массы (веса) У, то осевая нагрузка на долото

Ра=(Х — К)Ц.

Отсчет производится в следующем порядке. Спускаемую в сква­жину бурильную колонну с навинченной ведущей трубой подни­мают над забоем на 2…3 м и затем с вращением и циркуляцией бурового раствора медленно опускают, В этот момент фиксируют показание Xстрелки манометра.

После создания давления (осевой нагрузки) на забой частью массы бурильных труб на долото определяют величину У. Разность между этими двумя показаниями, умноженная на цену деления индикатора массы (веса), и будет характеризовать осевую нагрузку. Допустим, что Ц = 7,24 кН, Х= 35 делений, 31 деление, тогда

Ря = (35 — 31)- 7,24 = 28,56 кН.

Индикаторы массы (веса) применяют не только при бурении, но и при ловильных работах, при спуске промежуточных и эксп­луатационных колонн и т. д. Внимательное наблюдение за индика­тором массы (веса) часто позволяет предотвратить аварии во вре­мя спуска бурильной колонны и в процессе других работ. По ин­дикаторной диаграмме инженерно-технические работники изуча­ют процесс бурения, разрабатывают режимы бурения, контроли­руют соблюдение заданных параметров режима.’

Основными недостатками гидравлического индикатора массы (веса) является зависимость показаний от диаметра каната, тем­пературы окружающей среды, утечек жидкости.

Кроме описанного выше гидравлического индикатора массы (веса) существуют электрический и механический индикаторы. Электрический индикатор массы (веса), так же как и гидравли­ческий, измеряет массу бурильного инструмента по усилию в не­подвижном конце талевого каната.

Электрический индикатор массы (веса) состоит из датчика с индукционным преобразователем, назначение которого — вос­принимать натяжение неподвижного конца талевого каната и ото­бражать это натяжение пропорциональной ЭДС. Он имеет также измеритель записывающего или указывающего типа. К основным преимуществам электрического индикатора массы (веса) отнеи сятся независимость показаний от диаметра каната, возможность осуществления дистанционной передачи, легкость изменения чув­ствительности прибора, большая точность.

Чтение индикаторных диаграмм. Регистрирующая часть индика­тора массы (веса) позволяет по записи на диаграмме оценивать работу в скважине, следить за соблюдением буровой бригадой за­данных параметров режима бурения. На диаграмме индикатора массы (веса) отмечаются все колебания массы инструмента на подъемном крюке в течение суток.

Диаграмма гидравлического индикатора массы (веса) (рис. 8.10) представляет собой бумажный круг с расчерченными на нем кон­центрическими окружностями. Жирные черные круги соответству­ют делениям манометра 0; 10; 20; 30;…; 100 единиц. Пространств^ между этими окружностями разделено на 10 частей, через кото­

рые проходят тонкие окружности. Таким образом, интервал меж­ду каждыми двумя соседними окружностями соответствует одно­му делению манометра. Отметки от 0 до 100 идут от центра к пе­риферии. Наружная окружность разделена на 24 большие части соответственно часам в сутках, а каждая большая часть, в свою очередь, разделена на четыре части, каждая из которых соответ­ствует 15 мин. Через каждое из этих делений проведены кривые радиусом, равным длине пера от его центра вращения. Если ли­ния на диаграмме проходит параллельно одной из окружающей, то это означает, что в этот отрезок времени масса на крюке не изменилась. Это может быть или при остановке, или в процессе бурения при постоянной нагрузке.

Если же линия проходит параллельно кривой, радиальной ли­нии, то это свидетельствует о том, что в данный момент времени

произошло мгновенное изменение в массе бурильной колонны на подъемном крюке. Последнее происходит во время подъема бу­рильной колонны с ротора, натяжки прихваченной в скважине бурильной колонны и т. д. Разница заключается в том, что в пос­леднем случае крайняя точка этой кривой будет значительно пре­восходить наибольшую массу бурильной колонны в данный мо­мент.

Если посадить бурильную колонну на элеватор, то этот мо­мент будет также отмечен такой же линией, с той лишь разни­цей, что в данном случае она покажет на уменьшение массы на подъемном крюке от какого-то максимума до условного нуля (10-е деление). Процесс спуска начинается после смены долота, т. е. при минимальной массе на подъемном крюке, и характери­зуется постепенным увеличением массы с каждой спущенной свечой.

Процесс подъема бурильной колонны из скважины представ­ляет собой на диаграмме картину, обратную спуску. С каждой свечой масса на крюке уменьшается. Так как в-Лроцессе подъе­ма от ротора до балкона верхового рабочего масса бурильной колонны остается постоянной, а подъем длится некоторое вре­мя, период механического подъема будет на диаграмме обозна­чаться небольшой площадкой, параллельной окружности и со­ответствующей массе бурильной колонны в данный момент. Поэтому на индикаторной диаграмме при подъеме каждой све­чи будут зафиксированы две линии, соединенные на конце площадкой.

Рассмотрим, как будет фиксироваться на диаграмме процесс бурения. Если осевая нагрузка поддерживалась постоянной, то пло­щадка будет параллельна окружности, характеризующей массу бу­рильной колонны. Если же в процессе бурения происходили коле­бания осевой нагрузки на забой, то это будет характеризоваться изменениями в виде рывков и волнообразных записей на диаг­рамме.

Осевая нагрузка на забой может быть определена как раз­ность между массой бурильной колонны, приподнятой над за­боем, и массой бурильной колонны, частично опирающейся на забой при бурении. На диаграмме осевая нагрузка будет опре­деляться по числу клеток между окружностями, соответствующими максимальному отклонению стрелки манометра при окончании спуска бурильной колонны и минимальному отклонению стрелки в процессе бурения. Деления по манометру следует переводить в килоньютоны.

Контроль за другими параметрами режима бурения. Давление бурового раствора измеряется датчиком, который монтируется на трубопроводе между насосами и стояком или на стояке нагнета­тельной линии буровых насосов.

Частота вращения ротора измеряется тахометрами различных конструкций. Имеются также приборы по измерению механиче­ской скорости проходки и ряд других приборов, регистрирующих и показывающих забойные параметры процессов бурения (число оборотов вала турбобура, пространственное положение забоя сква­жины и т. д.).

Все описанные приборы входят в комплект системы наземного контроля процессов бурения (ПКБ — пульт контроля процессов бурения). Номенклатура параметров, контролируемых пультом контроля процессов бурения, определяется в зависимости от мощ­ности буровой установки. Постоянно ведутся работы по совер­шенствованию системы контроля и управления процессом буре­ния скважины.

Процесс строительства скважин характеризуется быстрым из­менением ситуации и действием многочисленных взаимосвязан­ных факторов, изменяющихся во времени и пространстве. Несмотря на цикличность и повторяемость производственных процессов при бурении скважин каждый цикл обычно характеризуется своими особенностями, обусловленными влиянием конкретных геолого­технических и организационных факторов. Кроме того, в процес­се бурения зачастую возникают различные непредвиденные ситу­ации, нарушающие запланированный ход производства и требу­ющие принятия оперативных решений. Эти ситуации обусловли­ваются, как правило, авариями, геологическими осложнениями при бурении (уходы циркуляции, обвалы и др.), неожиданным выходом из строя бурового оборудования и породоразрушающего инструмента и т. д.

По функциональному назначению устройства, предназначенные для контроля и управления процессом бурения скважин, можно подразделить на средства наземного контроля параметров режима углубления скважин; средства автоматического регулирования пода­чи долота; средства оперативной оптимизации процессов углубле­ния скважин; системы диспетчерского телеконтроля и управления буровыми процессами; средства сбора и передачи технологической информации для последующей обработки и использования.

Разработаны и применяются устройства, позволяющие опти­мизировать отдельные параметры режима бурения, а также комп­лексные системы управления процессом бурения (углубления) скважин на основе использования средств автоматики, телемеха­ники и ЭВМ.

В настоящее время достаточно широко используют передачу параметров режима бурения на расстояние при помощи как про­волочной, так и беспроволочной связи. Это позволяет на диспет­черских пунктах (участках) оборудовать специальные пульты, на которых монтируют показывающие и регистрирующие приборы параметров режима бурения каждой буровой. Диспетчер (инженер участка) получает возможность круглосуточно следить за работой буровых и при необходимости незамедлительно вносить нужные коррективы в процесс проводки скважин.

Телеметрия забойных параметров при бурении скважин явля­ется решающим фактором при создании автоматической системы управления процессом бурения.

В результате отечественных и зарубежных работ создано боль­шое количество приборов для контроля забойных параметров. Под забойными параметрами понимаются напряженное состояние бу­рильной колонны, скорость вращения долота, температура и дав­ление на забое скважины, местоположение ствола скважины в пространстве и т. д. Для связи с поверхностью используются сле­дующие виды связи:

• электропроводная — с помощью встроенной в колонну труб линии связи;

• беспроводная — с передачей электрического сигнала по бу­рильной колонне и горным породам и передачей гидравлических импульсов по промывочной жидкости, заключенной в бурильной колонне;

• механическая — по телу бурильной трубы.

Существует два принципиальных метода передачи сигнала с забоя по каналам связи: непрерывный и дискретный (более удоб­ный и надежный).

В настоящее время находит все большее признание идея созда­ния автономного забойного двигателя с одновременной регист­рацией забойных параметров.

Комментарии запрещены.