Буровая технологическая измерительная аппаратура первого и второго класса

К основным контролируемым параметрам бурения скважин относятся: вес инструмента и нагрузка на долото, крутящий момент на роторе, момент на ключе, частота вращения ротора, механическая скорость бурения, давление нагнетания бурового раствора, уровень бурового раствора в емкостях, расход бурового раствора на входе в скважину и выходе из нее, плотность, температура бурового раствора.

Буровой технологический комплекс (БТК)

Эффективность бурения скважин существенно зависит от полноты и достоверности результатов контроля технологических параметров режима бурения, цементирования скважин, показателей свойств буровых и тампонажных растворов, исходных материалов и др.

Без полной и достоверной информации невозможно ведение технологических процессов при бурении скважин в оптимальных режимах, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели. Использование недостоверной информации о технологических параметрах может привести к осложнениям и авариям при бурении скважин.

При решении задач проектирования последующих скважин используется опыт бурения скважин в соответствующем регионе.

Значение достоверности результатов контроля неуклонно возрастает в связи с ростом глубин бурения скважин, повышением ответственности за правильное принятие решений по управлению технологическими процессами при бурении скважин.

Контрольно-измерительные приборы, используемые при бурении скважин, по назначению могут быть разделены:

• • на средства наземного контроля режимно-технологических параметров бурения скважин;
• • аппаратуру контроля забойных параметров;
• • аппаратуру контроля показателей свойств бурового и тампонажного растворов;
• • информационно-измерительные системы.

Наиболее важной является аппаратура для контроля работы породоразрушающего инструмента. И здесь основная трудность в разработке аппаратуры состоит в том, что забойные параметры вынуждены определять косвенным путем с помощью поверхностной аппаратуры. Осложнения в скважине приводят к большим ошибкам.

С помощью поверхностной аппаратуры в принципе измеряется реакция узлов буровой установки на силовую загрузку долота — при бурении, узлы буровой установки испытывают нагрузку и при спускоподъемных операциях. Для рассмотрения характера реакции узлов буровой установки, принципов построения буровой контрольно-измерительной аппаратуры, ее классификации вводим понятие «буровой технологический комплекс» (БТК). Понятие БТК относится и к бурению геологоразведочных скважин, и к бурению скважин на нефть и газ.

Буровой технологический комплекс (БТК), как цех, ограничивается размерами буровой площадки, включает буровой комплекс и скважину с их многообразием рабочих процессов и операций и исследовательских работ.

При сооружении скважин в зависимости от целей рассмотрения в БТК можно выделить простые и сложные объекты контроля. Скважина при ее бурении, как объект контроля, входит составной частью в более сложный объект контроля, но при проведении ряда работ и исследований может представлять собой и самостоятельный объект контроля.

На рис. 3.1 приведена структурная схема БТК для бурения геологоразведочных скважин и скважин на нефть и газ, включающая технологические звенья: привод, редуктор, шпиндельный и роторный вращатель с системой подачи инструмента (в конкретном случае бурения скважин используется один из типов названных вращателей), буровой насос с гидравлической отстойной системой, труборазворот, систему «буровой вал — скважина», забойную машину; звено «долото — забой» является заключительным звеном в структурной схеме; компрессор, пневмоударник, винтовой двигатель могут быть представлены соответственно как насос, гидроударник, турбобур.

На схеме показаны основные типы вращателей и основные системы подачи инструмента. При применении конкретного бурового агрегата, привода и забойной машины, при конкретной реализации того или иного способа удаления продуктов разрушения на схеме можно выделить конкретную цепь передачи силовых воздействий и путь образования режимных параметров.

Структурная схема БТК дает картину передачи сигналов (воздействий), приложения и съема сигналов, подсказывает способы косвенного определения многих параметров. Показ выходных сигналов дает представление о месте съема сигнала (ТСС), дает информацию для анализа вариантов решения вопроса, подсказывает возможные принципы работы аппаратуры (главным образом датчиков).

Рис. 3.1. Структурная схема БТК

В структурной схеме БТК приняты следующие обозначения и записи.

• 1. Входные и выходные воздействия, передаваемые по цепи «привод-долото-забой», показаны входными и выходными стрелками соответственно сверху и снизу звена.
• 2. Выходные параметры звеньев показаны снизу звена. Они дают информацию о месте съема сигнала и его связи с другими параметрами.
• 3. На схеме параметры внутри каждого звена обозначены буквами в основном без индексов. При чтении схемы буквенным обозначениям следует придавать индексацию в соответствии с рассматриваемым звеном.
• 4. На схеме БТК приняты буквенные обозначения параметров:

М — момент; Мв, М_н, Мд — момент, приложенный соответственно к верху, к низу бурильного вала, к долоту;

Р — сила, усилие; Р_п — дополнительное усилие (-Р_в — разгрузка; +Рв — дополнительная нагрузка), приложенное к верху бурильного вала;

G — вес; Gki>- вес снаряда, усилие на крюке талевой системы; Gch^- вес снаряда в условиях скважины; G₀c — осевая нагрузка за вычетом веса забойной буровой машины;

Q — расход жидкости, воздуха в единицу времени, дебит, интенсивность промывки, продувки; Q_n — полная производительность насоса; Qw — избыточная часть; Qq — количество жидкости в единицу времени, выходящей из скважины; ?)_в, Q_H — расход жидкости в единицу времени соответственно в верхней и нижней части бурильного вала;

р — давление; рв, Рн, р& — давление жидкости (газа) соответственно в верхней, нижней части бурильного вала и над долотом;

/ - перемещение, длина, ход, подача; /_в, /ц — подача соответственно верха и низа бурильного вала; /у— углубка; 1у = 1_Н; 1р-рейсовая углубка;

v — линейная и окружная скорость; v_B, v_H— соответственно скорость подачи верха и низа бурильного вала; v_M — механическая скорость бурения, v_M = у_м; у_Р— рейсовая скорость бурения; у_п, Ус — соответственно скорость подъема и спуска инструмента;

п — частота оборотов в минуту; я_в, «_н — частота оборотов соответственно верха и низа бурового вала; «дчастота оборотов ПРИ;

А_уд— энергия ударов.

Структурная схема БТК раскрывает пути и принципы классификации буровой контрольно-измерительной аппаратуры.