Устройство для управления процессом бурения скважин
WELL DRILLING PROCESS CONTROL DEVICE

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности, к технике и технологии бурения скважин и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне давления пласта.
Известно устройство для управления процессом бурения, содержащее скважину со встроенным в нее бурильными трубами, соединенными с буровым насосом с прикрепленными к нему приводом и наземные приборы для измерения давления бурового раствора на выходе бурового насоса, в котором управление производится изменением удельного веса бурового раствора и подачей его в скважину через бурильные трубы буровым насосом посредством привода (см. справочник инженера по бурению. М.: Недра, Т. 2, 1973, 268 с.).
Недостатком его является то, что в этом устройстве исключается возможность автоматического оперативного регулирования забойного давления для поддержания равновесного или близкого к равновесному состоянию пластового и забойного давлений. Это обусловлено тем, что процесс определения забойного давления глубинными манометрами-регистраторами (МГП и МГГ) длительный и трудоемкий, а определение забойного давления по показаниям наземных приборов имеет большую погрешность и регулирование по этим показаниям может приводить к аварийным ситуациям. Поэтому бурение производится с большим превышением давления в скважине над пластовым, что снижает скорость проводки скважины.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является устройство для управления процессом бурения, содержащее буровой насос, регулируемый привод, связанный с буровым насосом, датчик забойного давления промывочной жидкости, установленный над долотом и подключенный через канал связи к приемнику, выход которого и выход задатчика прогнозируемого пластового давления подключены к входам блока управления, связанного с регулируемым приводом бурового насоса (А.С. СССР, №935603, 1982).
Недостатком устройства является отсутствие возможности оперативного управления забойным давлением промывочной жидкости и поддержания его на уровне давления пласта при прохождении пластов с аномально высокими давлениями.
Техническая задача - создание устройства для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне давления пласта при прохождении пластов с аномально высокими давлениями.
Технический результат - повышение надежности устройства для оперативного управления процессом бурения скважин.
Он достигается тем, что известное устройство, содержащее буровой насос, регулируемый привод, связанный с буровым насосом, датчик забойного давления промывочной жидкости, установленный над долотом и подключенный через канал связи к приемнику, выход которого и выход задатчика прогнозируемого пластового давления подключены к входам блока управления, связанного с регулируемым приводом бурового насоса, дополнительно снабжено двумя клапанами на линии забора промывочной жидкости с двумя приводами, связанными с буровым насосом, а блок управления выполнен в виде логического узла, с двумя задатчиками прогнозируемого пластового давления, двумя регуляторами, а регулируемый привод выполнен в виде блока регулирования частоты тока питания привода бурового насоса, при этом выход приемника связан со входом логического узла, а выходы логического узла - с приводами клапанов и со входами задатчиков прогнозируемого пластового давления, выходы приводов задатчиков прогнозируемого пластового давления - со входами регуляторов, выходы которых подключены ко входу блока регулирования частоты тока питания привода бурового насоса, выход которого связан с приводом насоса, а привод соединен с насосом.
Аномально высокие давления и температуры в недрах отдельных районов, находящихся в тектонически активных зонах, осложняют освоение месторождения. Это, прежде всего, относится к повышенной опасности нефтегазопроявлений при бурении скважин на нефть и газ.
Современная технология бурения осуществляет предупреждение нефтегазопроявлений за счет метода подавления, при котором высокому давлению в пластах противопоставляется более высокое гидростатическое давление бурового раствора в скважине.
Опыт глубокого бурения свидетельствует, что именно большие перепады между пластовым и забойным давлениями являются основной причиной тяжелых осложнений в скважинах (выбросы, поглощения, прихваты бурового инструмента), а также снижения проходки за долбление и механической скорости и, как следствие этих явлений, ухудшение технико-экономических показателей строительства глубоких скважин.
Установлено, что наибольший темп изменения механической скорости бурения (в 2 и более раз) и, очевидно, проходки за долбление зависит от величины перепада давления в системе скважина-пласт и лежит в диапазоне 15-30 атм.
Таким образом, практический интерес для интенсификации процесса бурения представляет область, близкая к равновесному состоянию.
Особое значение это приобретает при прохождении зон аномально высоких пластовых давлений в связи с опасностью возникновения осложнений и аварий, что вызывает необходимость повышения надежности устройств оперативного управления процессом бурения в этих условиях.
Это обеспечивается включением в устройство управления процессом бурения двух клапанов с двумя приводами установленных на линиях забора рабочей и утяжеленной промывочной жидкости, а также дополнением в блок управления логического узла и двух регуляторов с двумя задатчиками прогнозируемого пластового давления, обеспечивающих переключение указанных клапанов путем сравнения прогнозируемых пластовых давлений и поддержание забойного давления промывочной жидкости на уровне близком к равновесному с выбранным логическим узлом прогнозируемого пластового давления. При этом регулируемый привод выполнен в виде блока регулирования частоты тока питания привода бурового насоса, позволяющего в широком диапазоне плавно регулировать скорость вращения этого привода и связанное с этим изменение числа двойных ходов поршня бурового насоса, обеспечивающее изменение расхода промывочной жидкости и, следовательно, изменение забойного давления промывочной жидкости.
На чертеже (фиг. 1) схематично изображено устройство для управления процессом бурения скважин.
Устройство содержит датчик 1 забойного давления промывочной жидкости, подключенный к каналу связи 2, связанному с приемником 3, выход которого связан с входом логического узла 4, а выход логического узла 4 соединен с приводами 5, 6 клапанов 7, 8, установленных на линии забора бурового раствора, и с задатчиками прогнозируемого пластового давления 9, 10 регуляторов 11, 12, выходы которых связаны с входом блока регулирования частоты тока питания привода бурового насоса 13, а его выход связан с входом привода бурового насоса 14, а привод соединен с насосом 15.
Устройство работает следующим образом. В процессе бурения буровой инструмент со встроенным над долотом датчиком 1 забойного давления промывочной жидкости опускают в скважину. Создают требуемые обороты и осевую нагрузку на долото и необходимый расход промывочной жидкости. Контролируют посредством датчика 1 давление промывочной жидкости на забое скважины. По гидравлическому каналу связи 2 сигнал с датчика 1 поступает на вход приемника 3, с выхода которого поступает на вход логического узла 4, в котором производится сравнение сигнала полученного с датчика 1, измеренного на забое давления промывочной жидкости с прогнозируемым номинальным пластовым давлением и аномальным пластовым давлением, которые задаются по результатам имеющихся данных, полученных при геофизических исследованиях разведочного бурения нефтегазовых площадей. С выхода логического угла сигнал поступает на соответствующий вход привода 5, 6 клапанов 7, 8, открывается соответствующий клапан, в результате чего в насос поступает рабочий буровой раствор или утяжеленный буровой раствор в случае аномально высоких пластовых давлений. Одновременно с выхода логического узла 4 сигнал поступает на входы задатчиков прогнозируемого пластового давления 9, 10 регуляторов 11, 12, где соответствующий регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, которое подается на блок регулирования частоты тока питания привода 14 бурового насоса 13. В результате чего изменяется частота тока питания привода 14, обороты его изменяются и давление промывочной жидкости на выкиде насоса 15 связанного приводом 14 изменяется в соответствии с заданным прогнозируемым рабочим или аномальным пластовым давлением.
Предлагаемое устройство позволяет повысить механическую скорость бурения и исключить аварии при прохождении зон аномально высоких пластовых давлений.
Источники информации
1. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, Т. 2, 1973, 268 с.
2. А.С. СССР, №935603, 1982 (прототип).