СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАСТВОРА НА ВЫХОДЕ ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
METHOD FOR REMOTE MONITORING OF SOLUTION PARAMETERS AT THE WELL SHAFT OUTPUT

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно - к наземным геолого-технологическим комплексам контроля параметров бурового раствора.
Известен способ дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины, реализованный с помощью устройства по патенту RU 2085725 C1, Е21В 44/00, 27.07.1997.
Этот способ благодаря совокупности распределенных по замкнутому технологическому контуру циркуляции раствора нейтрон-гамма датчиков обеспечивает определение процента выбуренной породы (шлама) при выходе из ствола скважины.
Недостатком этого способа является использование достаточно сложных алгоритмов вычисления, не учитывающих в расчетах такой реально существующий показатель, как скорость течения раствора. Это при течении в кавернозных стволах сложных по составу растворов может приводить к ошибочным выводам, связанным с вопросами очистки скважин и предотвращения различного рода осложнений, возникающих в процессе бурения. Другим недостатком способа является получение участвующих в расчетах показаний измерений с помощью большого количества громоздких нейтрон-гамма датчиков, обладающих повышенной радиационной опасностью (см. RU 2082152 C1, G01N 9/24, 20.06.1997). Это ограничивает возможности широкого применения способа в комплексах ГТИ (геолого-технологических исследований) при контроле параметров раствора в процессе строительства скважин.
Известен также способ дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины, реализованный с помощью устройства по патенту RU 2085726 С1, Е21В 47/00, 1997. В этом способе в отличие от вышеуказанного для измерения скорости течения раствора используется отводной от желоба измерительный трубопровод, что из-за неоднозначного перераспределения потоков приводит к увеличению погрешности измерения расхода.
Из известных способов дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, реализуемый с помощью устройства по патенту RU 2520110 C1, Е21В 21/01, Е21В 44/00, 20.06.2014 и включающий по меньшей мере измерение в желобе буровой установки плотности, уровня и скорости течения раствора в процессе его циркуляции по замкнутому технологическому контуру, предусматривающему очистку раствора от шлама.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности контроля параметров шлама, основными из которых являются абсолютные значения объемного и массового выхода выбуренной породы в желоб буровой установки. Это затрудняет получение информации о литологической характеристике разреза и коллекторских свойствах продуктивного пласта, приводит к расчетным ошибкам в определении потерь давления буровых насосов, исключает возможность оценки (при известных значениях глубины проходки ствола и номинальном диаметре используемых долот) скопления шламовых пробок на перегибах ствола и осаждения в кавернах опасных для прихватов бурового инструмента частиц выбуренной породы, ухудшает качество контроля за объемным разрушением горной породы и вовлечением шлама в циркуляцию раствора и др. Все это в конечном итоге ведет к снижению эффективности бурения.
Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом способе дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины, включающем по меньшей мере измерение в желобе буровой установки плотности, уровня и скорости течения раствора в процессе его циркуляции по замкнутому технологическому контуру, предусматривающему очистку раствора от шлама, дополнительно определяют параметры последнего, для чего дополнительно измеряют плотность раствора после его очистки, а параметры шлама в виде абсолютных значений объемного и массового выхода в желоб устанавливают в соответствии с зависимостями
ш
где Q - объемный выход шлама в желоб;
p
Q=υ·S - объемный расход раствора в желобе;
υ - скорость течения раствора, измеренная в желобе;
S - площадь поперечного сечения потока раствора, определенная с учетом геометрии желоба по показанию уровнемера;
о
ρ - плотность раствора, измеренная после его очистки от шлама;
р
ρ - плотность раствора, измеренная в желобе;
ш
m - массовый выход шлама в желоб.
Отличительными признаками предлагаемого способа дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины от указанного выше наиболее близкого к нему способа является дополнительное измерение плотности раствора после его очистки и определение параметров шлама в виде абсолютных значений объемного и массового выхода в желоб, устанавливаемых в соответствии с зависимостями (1) и (2).
Предлагаемый способ поясняется прилагаемой схемой замкнутого технологического контура циркуляции раствора с датчиками контроля его параметров.
Сущность способа заключается в следующем.
р
о
0
Перед проведением бурения скважины в желобе 1 буровой установки монтируют измерительный комплекс, соответствующий устройству реализации ближайшего аналога (см. RU 2520110 С1). Этот комплекс включает в себя по меньшей мере плотномер 2, измеритель уровня 3 и измеритель скорости 4 течения раствора. Плотномер 2 выполнен в виде радиоизотопного прибора, включающего источник гамма-излучения, представляющий собой радионуклид Na-22, не имеющий ограничений по радиационной безопасности. Измеритель уровня 3 реализует функции электроакустического либо лазерного дальномера, а измеритель скорости 4 течения раствора является прибором, основанным на эффекте Доплера. На отводной трубе 5 системы очистки 6 раствора, обычно включающей в себя вибросито, емкость для очищенного виброситом раствора, шламовый насос и гидроциклонный блок (см. Справочник бурового мастера. Издательство «Недра», 1968, 477 с., с. 366), устанавливают дополнительный плотномер 7, аналогичный по принципу действия основному плотномеру 2. Все измерительные приборы подключают к электронному блоку 8 обработки сигналов, который служит для сбора данных, измерения электрических сигналов и передачи цифровой информации в компьютер 9 с подключенными к нему принтером 10 и выносным индикационным табло 11. После приготовления в приемной емкости 12 раствора его с помощью бурового насоса 13 подают в бурильную колонну 14 без создания осевой нагрузки на долото. В течение небольшого промежутка времени по замкнутому технологическому контуру в указанном на схеме направлении осуществляют циркуляцию раствора для обеспечения так называемого «выравнивания» физико-химических характеристик раствора. Затем создают осевую нагрузку долота на забой и начинают бурение скважин. В процессе бурения раствор с выбуренной породой из затрубья, образованного бурильной 14 и обсадной 15 колоннами, поступает в желоб 1. В желобе 1 с помощью установленных в нем приборов 2, 3 и 4 происходит измерение плотности ρ, уровня и скорости v течения раствора. Одновременно в отводной трубе 5 осуществляется с помощью плотномера 7 измерение плотности ρ очищенного раствора до содержания в нем мелких частиц породы, обычно не превышающих 0,1 мм. В таком состоянии циркулирующий раствор, если не требуется его дополнительная обработка в приемной емкости 12, вновь поступает на вход скважины. При этом показания измерений плотномеров 2 и 7, измерителя уровня 3 и измерителя скорости 4 течения раствора поступают на вход электронного блока 8, а с него после приведения электрических сигналов к виду, удобному для вычислений, - на вход компьютера 9. Для обеспечения процесса вычислений по разработанным алгоритмам (1) и (2) в компьютер 9 вводится информация о геометрии желоба 1, который обычно представляет собой трубу того или иного диаметра. При этом алгоритмы (1) и (2) обеспечивают в процессе обработки данных измерений получение абсолютных значений объемного и массового выхода шлама в желоб 1 и базируются на реально происходящих процессах, свидетельствующих о недостижимости идеальной очистки раствора от мелких взвешенных в нем частиц выбуренной породы. Это позволяет объемный выход части раствора в желоб 1, имеющей плотность ρ, представить в виде:
Аналогично, плотность шлама в желобе 1:
Очевидно, что для не вступающих в химическую реакцию компонентов раствора объемный выход шлама в желоб 1 будет равен
а его плотность
Подставив (3) в (5) получим алгоритм (1) для абсолютных значений объемного выхода шлама в желоб 1, а с учетом (6) и (1) - алгоритм (2) для определения абсолютных значений массового выхода шлама в указанный желоб.
Предложенный способ дистанционного контроля параметров раствора на выходе из ствола скважины помимо простоты его конструктивной реализации и радиационной безопасности позволит обеспечить новые возможности с точки зрения учета факторов, влияющих на эффективность работы долота на забое и профилактики осложнений, которые могут возникнуть в процессе бурения в неустойчивых разрезах при недостаточной степени очистки ствола скважины.