Контроль параметров режима бурения




Непрерывный контроль за параметрами режима бурения и их ис­следование, являющиеся обязательной частью технологического про­цесса бурения скважин, позволяют:

установить оптимальный режим бурения применительно к кон­кретным ГТУ и корректировать его с учетом изменения геологическо­го разреза;

предупреждать аварийные ситуации, возникающие в процессе бурения;

получить объективные сведения о балансе рабочего времени, что позволяет выявлять резервы роста производительности труда;

автоматизировать процесс.

Параметры режима бурения устанавливаются и контролируются с помощью средств измерения одиночных параметров (веса бурового инструмента и осевой нагрузки на забой скважины; крутящего момен­та на роторе расхода бурового раствора давления бурового и цемент­ного растворов), а также комплекса приборов контроля и регистрации основных технологических параметров бурения.

К КИП для измерения одиночных параметров относятся ГИВ; преобразователи крутящего момента и усилий для измерения момента типов ДКМ и ПМР, индикаторы крутящего момента на роторе ГИМ - 1 и КМР - 1; расходомеры РГР - 7 и РГР - 100; манометр геликсный МБГ- 1.

Нагрузку на забой с помощью ГИВ определяют как разницу меж­ду весом бурильной колонны, когда инструмент чуть приподнят над забоем, и весом ее во время бурения. Вес инструмента, висящего на крюке талевой системы, определяется как произведение усилия в не­подвижном конце каната на число его струн, несущих талевый блок. При этом учитывается начальное усилие в неподвижном конце от веса талевого блока, крюка и вертлюга.

Нагрузка, действующая на вышку, вычисляется как произведение усилия в неподвижном конце талевого каната на общее число несущих струн плюс две струны (неподвижный и ходовой конца каната), т.е учитываются дополнительные усилия на вышку, передаваемые через кронблок ходовым и неподвижным концами талевого каната.

Для измерения веса бурильной колонны, подвешенной на крюке талевой системы, и косвенного определения осевой нагрузки на долото служит прибор, называемый индикатором веса. Перед началом буре­ния бурильную колонну, находящуюся над забоем, вращая вхолостую, медленно подают на забой, затем включают буровые насосы и замеча­ют первое показание индикатора веса; второе его показание отсчиты­вают в начале бурения. Величина нагрузки на забой будет равняться разности показаний индикатора веса до и после начала бурения, умно­женной на число струн талевого блока.

В индикаторе веса использован принцип измерения горизонталь­ной составляющей натяжения неподвижного конца каната. Для уменьшения габаритов и веса индикатора он рассчитывается на усилие не от всего веса бурильной колонны, а лишь на усилие в неподвижном конце талевого каната; изменение этого усилия пропорционально на­грузке на крюке.

Гидравлический индикатор веса (ГИВ) состоит из трансформато­ра давления и манометров - показывающего и самопишущего. По по­казывающим приборам бурильщик контролирует текущий процесс бурения. По записи диаграммы самопишущего манометра и работы, связанные с ее проходкой.

Основными узлами гидравлического индикатора (рис. 7.24) явля­ются гидравлический трансформатор давления 7, манометр 6, показы­вающий прибор (верньерный) 5, регистрирующий прибор 4 с краном 2 и пресс-бачком 3. Все перечисленные устройства соединены в единую гидравлическую систему трубкой 1, заполненной специальной жидко­стью из пресс-бачка. Насос используется для закачки жидкости в сис­тему, вентиль - для отключения системы от насоса после закачки.

 

Трансформатор давления является преобразователем усилий в неподвижном конце талевого каната в величины давления, передавае­мые на показывающий и самопишущий манометры. Трансформатор представляет собой гидравлическую мессдозу, состоящую из литого корпуса и резиновой (с кордом) мембраны, расположенной внутри его. На мембрану опирается тарелка, несущая средний ролик. Трансформа­тор монтируется на неподвижном конце талевого каната, изгибающе­гося между крайними и средним (опорным) роликами. На средний ро­лик действует горизонтальная составляющая натяжения в канате, вы­званная его изгибом. Усилие, действующее на тарелку, определяется величиной натяжения и углом изгиба каната.

Показывающим и самопишущим манометрами измеряется давле­ние, пропорциональное усилиям, действующим на мембрану. Благода­ря объемным деформациям упругих элементов манометра, а также соединительных трубок тарелка при увеличении давления несколько перемещается и изменяет угол изгиба каната. Это обстоятельство, со­гласно данным А.В. Синельникова, вносит нелинейную зависимость между давлением в трансформаторе и усилием в канате. Поэтому, что­бы пользоваться индикатором веса, необходимо иметь градуировоч- ную таблицу, которая составляется при тарировке прибора на заводе, изготовляющем приборы. Следовательно, индикатор веса - прибор, имеющий индивидуальную шкалу.

При управлении процессом бурения скважин необходим кон­троль момента вращения бурильной колонны, работающей в напря­женном состоянии, так как превышение установленного значения кру­тящего момента может привести к сложной аварии. Крутящий момент устанавливают по изменению упругих свойств вала, углу его закручи­вания, тангенциальным напряжениям на поверхности или по измене­нию силы активного тока ротора электродвигателя. В качестве преоб-

разователей крутящего момента в электрический сигнал могут быть использованы индуктивные, индукционные, емкостные, магнитоупру- гие, струнные, танзометрические типы датчиков.

Момент на роторном столе контролируют по усилию, передавае­мому ротором подроторному основанию. Крутящий момент измеряют

независимо от направления вращения ротора и натяжения цепной передачи. Крутящий момент роторного стола, при­водящего во вращение колонну труб с инструментом, опреде­ляют по изменению натяжения цепной передачи датчиком ДКМ, который устанавливают под ведущей ветвью цепи при­вода.

При помощи регулировоч­ного болта 2 и тарельчатой пружины 3 создается начальная стрела прогиба цепи привода роторного стола в месте сопри­косновения звездочки 4, уста­новленной на рычаге 1, с цепью (рис. 7.25). При изменении кру­тящего момента натяжение це­пи меняется, что приводит к перемещению траверсы 5. Пе­ремещение последней влечет за собой деформацию тарельчатой пружины и смещение рычага 1, связанного с измерительной обмоткой преобразователя и вторичным прибором. Погреш­ность измерения не превышает ± 2,5%.

Индикатор крутящего мо­мента на роторе ГИМ - 1, ис­пользуемый в комплексе Б - 7, состоит из гидравлического преобразователя цепи ротора, рычага с рабочим колесом, по­казывающего прибора, соеди­нительного шланга и демпфера (рис. 7.26).

Техническая характеристика ГИМ – 1

 

В комплексе СКУБ для измере­ния момента на роторе используется преобразователь усилий типа ПМР (рис. 7.27). Мембрана 9 установлена в корпусе 3 и закреплена винтом 10. К кронштейнам 4 и 7, жестко соеди­ненным с мембраной 9, прикреплены катушка 6 дифференциально транс­форматора и плунжер 8. На крон­штейнах установлен дифференци­ально-трансформаторный преобразо­ватель. Корпус 3 ввинчен в сварной корпус 5, с помощью которого пре­образователь устанавливается на ос­новании ПМР или на основании опор качающегося редуктора. На резьбовой конец мембраны навинчивается стакан 11с тарель­чатыми пружинами 2 и пята 1, воспринимающая усилие болта (при карданно-редукторном приводе) или рамы (при цепном приводе).

 

Техническая характеристика ПМР

 

 

Один из важнейших параметров режима промывки скважины - расход бурового раствора. Контроль за ним в нагнетательной линии насосов и на выходе из скважины позволяет установить возникновение газонефтепроявлений или поглощений, их интенсивность, момент окончания разбуривания поглощающих и проявляющих пластов, оце­нить эффективность изоляционных работ, т.е. свести к минимуму тех­нико-экономические потери, связанные с осложнениями при бурении скважин.При турбинном способе расхода бурового раствора характеризует режим бурения. Знание последнего необходимо для оценки процесса разрушения горных пород в его взаимосвязи с энергетической харак­

теристикой забойного двигателя. Для измерения расхода разработаны различные устройства.

Мгновенный расход бурового раствора в нагнетательной линии контролируют с помощью индукционного расходомера РГР - 7 или сменившего его РГР - 100.

Расходомеры РГР - 7 (рис. 7.28) и РГР -100 предназначебны для контроля мгновенного расхода электропроводных жидкостей, в част­ности бурового раствора на водной основе, и устанавливаются в на­порном трубопроводе бурового или тампонажного манифольда. Пре­образователь расхода по уровню взрывозащиты относится к особо взрывоопасному электрооборудованию.

Расходомеры состоят из первичного и вторичного преобразовате­лей и указывающего прибора (рис. 7.28). Принцип действия индукци­онного расходомера основан на законе электромагнитной индукции. Электропроводная жидкость может быть рассмотрена как бесконечное число проводников, при прохождении которых в магнитном поле воз­никает э.д.с., пропорциональная средней скорости потока.

 

 

Система магнитного возбуждения 1 создает переменное магнит­ное поле, в котором по немагнитной и изолированной внутри трубе 2 протекает электропроводная жидкость. Индуцируемая в жидкости э.д.с. снимается с корпуса первичного преобразователя и одного элек­трода 3, введенного внутрь трубы, и подается в преобразовательный блок, где измеряется потенциометрическим методом. При этом ком­пенсирующее напряжение снимается с потенциометра 4 через фазов­ращатель 5, получающий питание от системы катушек компенсации, находящихся в магнитном поле первичного преобразователя. Элемент

сравнения 6, построенный на триоде, дает сигнал разбаланса на усили­тель 7 с выходом на реверсивный двигатель 8.

Двигатель поворачивает движок реохорда, а вместе с ним ротор сельсина-датчика 9 сведения разбаланса к нулю и фиксирует угол, пропорциональный измеряемой э.д.с., т.е. мгновенному объемному расходу.

Выходной сигнал с сельсина-датчика поступает на следующий сельсин указывающего (или регистрирующего) прибора 10.

В отличие от существующего отечественных и зарубежных ин­дукционных расходомеров РГР - 7 и РГР - 100 компенсируют влияние на показания прибора не только электрических, но и магнитных свойств жидкости (при работе на утяжеленных буровых растворах) и, кроме того, рассчитаны на работу при повышенных колебаниях пара­метров питания (при работе от дизель-генераторной установки).

Для измерения давления глинистого и цементного растворов при бурении и цементировании нефтяных и газовых скважин применяют манометр буровой геликсный МБГ - 1.

 

Принцип действия прибора основан на преобразовании измеряе­мого давления в угол поворота бесконтактного сельсина-датчика с по­следующей передачей показаний.

Манометр МБГ - 1 (рис. 7.29) состоит из первичного преобразо­вателя 3, блока питания 2, указателей 1, соединенных кабелями.

Измерительным элементом первичного преобразователя служит многовитковая манометрическая геликсная пружина, которая воспри­нимает давление жидкости через резиновый разделитель. Разделитель и манометрическая пружина заполнены незамерзающей жидкостью.

 

 

Угол поворота сельсина регулируется перестановкой цангового зажима на тот или иной виток манометрической пружины. Регулиров­ка позволяет получить линейную зависимость между углом поворота сельсина и давлением. Для сглаживания пульсаций давления на входе в манометрическую пружину установлен дроссель с регулирующей иглой.

 

 

Для контроля основных технологических параметров предназна­чен комплекс средств наземного контроля и управления процессов бурения нефтяных и газовых скважин (СКУБ).

Основные технические характеристики и рекомендации комплек­сов СКУБ - Ml приведены в табл. 7.12.

 

 

Комплекс приборов Б - 7 объединения "Союзнефтегазавтомати- ка" позволяет контролировать и регистрировать нагрузку на долото, частоту вращения ротора, крутящий момент на роторе и механическом ключе, давление на выкиде буровых насосов и подачу бурового инст­румента.

В комплекс Б - 7 входят следующие приборы:

ГИВ - М - измеритель нагрузки;

ГИД - 1 - измеритель давления на выкиде буровых насосов, со­стоящий из датчика давления, показывающего прибора, соединитель­ного шланга и запорного вентиля. Датчик выполняет функции разде­лителя сред бурового раствора в напорном трубопроводе, измерителя, а также гасителя пульсаций;

ИСР - 1 - измеритель частоты вращения ротора, представляющий собой обычный электрический тахометр;

ГИМ - 1 - индикатор крутящего момента на роторе, состоящий из преобразователя силы, которая действует в ведущей ветви приводной цепи ротора, рычага с рабочим колесом, показывающего прибора, со­единительного шланга и демпфера. В качестве показывающего прибо­ра использован серийный, несколько модернизированный манометр;

ИХН - 1 - измеритель ходов поршня бурового насоса в единицу времени. Расход раствора контролируется числом ходов поршня буро­вого насоса в единицу времени. В комплексе Б - 7 число ходов поршня насосов замеряют с помощью прибора ИХН - 1, который идентичен ИСР - 1;

ИП - 1 - измеритель проходки;

ГМК - 1 - измеритель крутящего момента на механическом клю­че, представляющий собой измеритель силы, которая действует на ру­коятку ключа;

Р - 7 - многоканальный регистратор, служащий для одновремен­ной синхронной записи всех указанных технологических параметров. С регистратором Р - 7 совмещен измеритель подачи инструмента ИП — Л

 

 

Проходку измеряют, фиксируя на ленте регистратора Р - 7 единичные интервалы в 10 см.

Технические показатели комплекса Б - 7 приведены в табл. 7.13.

В настоящее время, весьма актуальной стала задача существенно­го повышения достоверности измерений в критические моменты и их сохранения в независимом устройстве. Такое устройство, по аналогии называемое "черный ящик", должно регистрировать параметры буро­вой установки и сохранять их в течение, например, 5-10 лет.

В ЗАО Московское СКБ "Ореол" по заданию Волгоградского за­вода буровой техники разработано устройство регистрации предель­ных значений (РПЗ), предназначенное для измерения, записи в энерго­независимую память и сохранения неопределенно долго текущих зна­чений нагрузки на крюк и давления в подающей магистрали буровой установки, с целью восстановления динамики изменения этих пара­метров при анализе режимов работы оборудования, в том числе, в слу­чае возникновения аварийной ситуации. Функциональная схему уст­ройства приведена на рис. 7.30.

 

 

По своему предназначению РПЗ относится к устройствам типа "черный ящик". Зарегистрированные устройством значения парамет­ров не могут произвольно корректироваться или уничтожаться, считы­вание хранящейся информации производится с помощью компьютера, имеющего специальное программное обеспечение.

Устройство обеспечивает раздельную запись текущих значений нагрузки на крюк и давления в подающей магистрали (не менее 50000 записей) по каждому параметру. Формат записей: год, месяц, число, час, минута, значение нагрузки или давления.

 



Кроме этого, устройство фиксирует каждый случай отключения его и повторного включения, если продолжительность выключенного состояния превышает установленный интервал, например, 10 мин. За­пись событий превышения параметра производится одни раз в мин. (максимальное значение в эту мин.), а текущих значений параметров один раз в 15 сек. (среднее значение за 15 сек.). Запись величины на­грузки на буровую установку или давления в магистрали производится в виде целых чисел с дискретом в одну "тонну" для нагрузки и в одну "атмосферу" для давления. Чтение величины нагрузки на крюк или давления в магистрали производится не менее 6 раз в сек.

В устройстве производится тестирование целостности датчиков, питания датчиков и других неисправностей. Результаты тестирования отображаются на светодиодной панели, а также могут предаваться в виде кодов ошибок на компьютер.

Общий вид конструкции РПЗ приведен на рис. 7.31.

 

Рис. 731. Конструкция РПЗ



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-02 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: