Оперативный контроль процесса бурения
Из многих технологических ситуаций, возникающих при углубке скважины, следует выделять те, которые требуют целенаправленного воздействия на режим бурения. К ним относятся ситуации, вызванные технологическими особенностями :передачи осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, износом алмазного инструмента, динамикой работы колонны бурильных труб, промывкой скважины, состоянием забоя скважины и физико-механическими свойствами горных пород. Контроль указанных ситуаций можно осуществлять с использованием диаграмм потребляемой мощности самопишущего ваттметра Н-395. Ниже приведены рекомендации по распознаванию и контролю процесса алмазного бурения [5]. Диаграммы затрат мощности, отражающие отдельные технологические ситуации, получены при скорости протяжки ленты 180 мм/ч. Их чтение необходимо производить справа налево по мере вычерчивания диаграмм пером самописца. Уровень затрат мощности определяют по длине участка диаграммы от нулевой линии, амплитуду колебаний мощности — по ее отклонению от средней линии. Резкие падения мощности в конце хода шпинделя станка и подъем в начале его хода отражают операцию перскрепления. Время между перекреплениями при известной длине хода шпинделя станка характеризует механическую скорость бурения.
Контроль изменения фактической осевой нагрузки
Изменение фактической осевой нагрузки /т е. действующей на забоев на алмазную коронку происходит из-за ошибок бурильщика при осуществлении подачи бурового, снаряда в скважине или при сбоях в работе механизма подачи. Фактическая осевая нагрузка изменяется после птрекрепления шпинделя станка. Контролировать эту ситуацию по указателю нагрузки станка невозможно, так как разовое приращение осевой нагрузки находится в пределах точности измерений. Источниками информации об изменении фактической осевой нагрузки являются различные уровни потребляемой мощности и механической скорости при бурении иа глубину, равную длине шпинделя станка, отражённых на диаграмме, рис. 31. При осуществлении подачи бурового снаряда бурильщик должен соблюдать необходимый стабильный уровень мощности и механической скорости.
|
Рис, 31 Различные уровни мощности и механической скорости, характеризующие изменения осевой нагрузки на алмазную коронку |
Зависание бурового снаряда происходит о конце хода шпинделя из-за непараллельности штоков гидроцилиндров, недостаточного ослабления страховочного троса у станков шпиндельного типа и при заедании ведущей трубы во вкладыше у станков роторного типа. Характерными признаками зависания бурового снаряда является интенсивное уменьшение мощности с последующим падением механической скорости, рис. 32. Зависание ликвидируют дополнительным усилием подачи, обеспечивающим сохранение рабочего уровня мощности до конца хода шпинделя.
Избыточные осевые нагрузки возникают в результате неправильного перекреплепия шпинделя или при проскальзывании ведущей трубы в патронах вращателя. Ситуация распознается по более высокому (чем рабочий) уровню мощности в начале хода шпинделя или в момент проскальзывания, рис.33, и не устраняется регулированием параметров режима бурения, а нормализуется правильным перекреплением шпинделя станка и содержанием механизма зажима ведущей трубы в исправном состоянии.
Постепенное уменьшение осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент происходит при превышении скорости утлубки над скоростью продвижения шпинделя вниз. Ситуацию распознают по наклонно убывающему характеру записи изменения мощности в течение хода шпинделя, рис. 34.
Механическая скорость может быть постоянной или уменьшаться, но, как правило, остается высокой. Ситуацию устраняют уменьшением усилия подачи в начале хода шпинделя с последующей его корректировкой, обеспечивающей постоянный уровень затрат мощности.
Контроль износа алмазной коронки в процессе бурения скважины.
Заполирование алмазов происходит прн бурении с недостаточной осевой нагрузкой и распознается по постепенному уменьшению величины и амплитуды колебания мощности и механической скорости бурения, рис. 35; устраняется методами, изложенными выше.
|
Рис. 32. Зависание бурового снаряда- |
а—1д>аггковременное (в конце хода шпинделя); б — длительное (в конце хода шпинделя); в — на страховочном канате
Интенсивный износ коронок связан с протеканием на забое скважины теплофизичесюв процессов, вызывающих назрев и разрушение поверхностных слоев матрицы с алмазащ определяется по нестабильному (пиковому) характеру изменение мощности, рис. 36, предотвращается снижением осевой нагрузки и увеличением расхода промывочного агент’; Данная ситуация характеризуется изменением затрат мощности, уменьшением механически скорости, увеличением давления промывочной жидкости. При получении информации о выходе коронки из строя буровой снаряд поднимают над забоем и останавливают и»! вращение.
Прижог коронки может возникнуть, при постановке коронки в осевший на забое пиши начале рейса; при бурении после спуска снаряда, когда еще не выдавлен жидкости столб воздуха из бурильных труб; при утечках промывочной жидкости в соединения* Гу трещинах бурового снаряда; при перекрытии керном потока промывочной жидкости; при отказе бурового насоса.
Общим признаком прижоговой ситуации является интенсивно возрастающий уровел мощности, рис. 37, в то время, как давление промывочной жидкости и механически! скорость бурения могут находиться в рабочем диапазоне. Устранить прижогом
ситуацию бурильщик можег, бысгро подняв буровой снаряд над забоем с последующей остановкой вращения.
РисЗЗ. Повышенный уровень мощности после перекрспления шпнделя, характеризующими избыточную осевую нагрузку на инструмент
|
Рис.34. Уменьшение мощности, связанное с превышением скорости углубки над скоростью подачи шпинделя |
|
Рис. 35. Заполнрованнс алмазной коронки (I) с последующей заточкой (2) и выходом иа нормальный режим бурения (3) Контроль работы колонны бурильных труб. Вибрация бурового снаряда, как правило, отрицательно влияет на процесс бурения. Диаграммы затрат мощности — источник информации об интенсивности вибраций бурильных труб; чем интенсивнее вибрация, тем шире линия записи потребляемой мощности, рис.38 Особым видом вибрации бурового снаряда являются резонансные колебания, наиболее часто возникающие в легкосплавной бурильной колонне и сопровождающиеся большой амплитудой колебаний затрат мощности, рис. 39, что создает неблагоприятный фон для управления процессом бурения Резонансные явления устраняют подбором режима бурения, состава бурового снаряда и применением антивибрационных средств Наиболее эффективны контроль и управление режимом работы бурильной колонны по электромагнитным сигналам, возникающим в скважине в процессе бурения [4 ]. |
Реализация мощности привода станка тесно связана с глубиной, конструкцией скважины, типом и состоянием бурового снаряда, параметрами режима бурения. Ситуация возникает, когда для вращения снаряда иа заданных режимах требуется мощность, большая по значению, чем мощность привода. В этом случае отмечается неустойчивая работа двигателя с нестабильным или возрастающим показателем мощности, что предотвращается переходом на меньшую частоту вращения.
С применением антивибрационных средств связано явление сстыткообразоваиия — накопления в отдельных местах бурового снаряда слоя отработанной и обогащенной шламом смазки, создающей сопротивление вращению снаряда, периодически вызывая его интенсивную вибрацию, что сопровождается характерными колебаниями мощности. В этом случае необходимо улучшить смазочное покрытие бурового снаряда.
Контроль промывки скважины.
Гидравлический подпор колонкового набора в процессе бурения возникает при повышенном расходе промывочной жидкости и распознается по одновременному уменьшению потребляемой мощности и увеличению давления промывочной жидкости Для насосов с нерегулируемой производительностью характерной является ситуация изменения расхода промывочной жидкости в течение рейса в зависимости от гидравлических сопротивлений в скважине. Ситуацию контролируют с помощью расходомера.
|
Рис — 3<5, Нес«яйил1.ный лерякгер мощности при интенсивном износе алмазной коронки |
|
Рис. 37. Увеличение мощности при прижоге короики |
|
Рис. 38. Увеличение амплитуды мощности при колебаниях бурового снаряда |
|
Рис 39. Ув1 лнчение амплитуды мощности при резонансных колебаниях бурой что сПиряиа |
Контроль состояния забоя и свойств горных пород.
Изменение своГгств пород распознается по характерному переходу записи затрат мощности на новый уровень. Бурение некоторых пород сопровождается типичным характером записи затрат мощности. Однозначно распознается наличие на забое трещиноватых пород по нестабильному характеру расхода мощности, неоднократно возникающим самозаклиниваниям керна, повышенному гидравлическому подпору, рис.40. Среда ситуаций, связанных с состоянием горных пород, наиболее типичными являются обвалы стенок скважины и прихваты бурового снаряда. Прихваты сопровождаются
возникновением нестабильного характера затрат мощности, рис. 41. В этом случае необходимо провести чистку скважины, исследовать состояние ее стенок и возможности их крепления.
|
Рис «Ю — Нестабильный характер 1Ю гредщяемой мощности при бурении трещиноватых пород |
|
Рис. 41. Нестабильный характер мощности, вызванный прихватом бурового снаряда |
Контроль работы бурильщика.
Необходимым условием принятия эффективных технологических решений являет наличие полной и достоверной информации о рабочем процессе. Оперативным меся сосредоточения технологической информации являются картограммы ваттметш самописцев.
Для обеспечения полноты информация необходимо:
— установить приборы в удобное для работы место, обеспечить обзор всей видимой части ленты и возможность делать текущие записи на ней без извлечения из прибора; — перевести приборы на режим работы со скоростью протяжки ленты 180мм/ч;
— выполнять требования по текущей расшифровке лент, проводя необходимые записи.
В этих записях должны быть отражены: в начале смены — дата, номер агрегата, номер смены, глубина скважины, фамилия бурильщика,
в начале рейса — глубина скважииы, тип породоразрушающего инструмента, его номер, порядковый номер рейса, выполненного этим инструментом, в течение рейса — частота вращения и осевая нагрузка (подробно отобразит ь динамику изменения этих показателей), расход и давление промывочной жидкости и ее характеристики (вода, раствор, эмульсии), в конце рейса — глубина скважины, углубка за рейс, выход керна, состояние породоразрушающего инструмента.
Работы, не связанные с бурением (ликвидация аварий, скважинные исследования, ремонт и др.), сопровождаются на диаграммной ленте соответствующими разъясняющими записями. В случае остановки прибора (отключения электроэнергии) указывается время простоя агрегата. Для обеспечения полного обзора записанных диаграмм целесообразно переконструировать каретку лентопротяжного механизма так, чтобы она выходила наружу прибора.
Так как совершенствование отработки породоразрушающего инструмента является постоянной технологической задачей, имеющей свои особенности и решения, то информацию о работе коронок и долот целесообразно фиксировать в отдельных ведомостях.
Работа по совершенствованию индивидуальных приемов управления процессом бурения каждого бурильщика осуществляется буровым мастером, который должен регулярно просматривать диаграммные ленты и отрабатываемый породоразрушающий инструмент. Контроль эффективности совершенствования навыкоа бурильщиков осуществляет технолог путем анализа картограмм и выдачи рекомендаций буровому мастеру.