Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподъема на буровых установках

Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподъема на буровых установках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъемч (СП), оптимальным. Для этого при расчете критериев используют абсолютные значения определенной оптимальной скорости спуска или подъема и измеренной фактической. В течение цикла СП измеряют усредненное значение веса бурильной колонны (БК). Определяют кратность и КПД талевой системы. В зависимости от положения рукоятки вспомогательного тормоза буровой лебедки определяют величину ускорения при разгоне спускаемой БК. Для определения момента начала цикла СП определяют крутящий момент, передаваемый шинно-пневматической муфтой Мм на вал лебедки. Кроме того, измеряют скорость перемещения талевого блока Уф и вес БК Q. Момент начала подъема определяют по увеличению Мм и Уф, а также по исчезновению зазора между элеватором и штропами и сжатием пружины крюка. Момент подхвата БК определяют по превышению Q над пороговым. Фиксируют скорость подхвата и крутящий момент. Если к концу разгона при подъеме одновременно скорость и момент превышают зафиксированные в момент подхвата, то отмечают подъем Б К. Если в период разгона при подъеме Уф меняет знак, то этот момент времени принимают за начало спуска БК. Если к концу разгона при спуске значение Q превышает пороговое, а значение Уф превышает половину оптимальной скорости спуска, то отмечаютспуск БК. 1 з.п.ф-лы,20ил.,2табл. Ё VI fc ГО о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754469/03 (22) 30,10.89 (46) 30.06.92. Бюл. ¹ 24 (71) Филиал Самарского политехнического института им, В.В. Куйбышева (72) В,А.Бражников, Н,И,Заварзин, А.К,Рахимов и M.È.Ñåðãååâ (53) 622.24(088.8) (56) Виницкий M.М. Рациональное управление спускоподъемными операциями, M.: Недра, 1978, с.236 — 247.

Бражников B.À. и Заварзин Н,И. К вопросу оценки точности поддержания оптимальной скорости спускоподъемных операций в бурении. Куйбышев: 1986. — Деп. во ВНИИОЭНГ 23.05.86, ¹ 1256 НГ-86. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ПОДДЕРЖАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ В

ЦИКЛАХ СПУСКОПОДЬЕМА НА БУРОВЫХ

УСТАНОВКАХ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъемл (СП), оптимальным.

Для этого при расчете критериев используют абсолютные значения определенной оптимальной скорости спуска или подъема и

Изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин, а именно к способам оптимизации скорости спускоподъема (СПО) бурильной колонны и контроля за соблюдением оптимальных скоростных режимов.. Ы 1744246 А1 измеренной фактической. B течение цикла

СП измеряют усредненное значение веса бурильной колонны (БК), Определяют кратность и КПД талевой системы. В зависимости от положения рукоятки вспомогательного тормоза буровой лебедки определяют величинуускорения при разгоне спускаемой БК. Для определения момента начала цикла СП определяют крутящий момент, передаваемый шинно-пневматической муфтой М на вал лебедки. Кроме того, измеряют скорость перемещения талевого блока Чф и вес БК Q. Момент начала подьема определяют по увеличению MM и Чф, а также по исчезновению зазора между элеватором и штропами и сжатием пружины крюка. Момент подхвата БК определяют по превышению Q над пороговым. Фиксируют скорость подхвата и крутящий момент. Если к концу разгона при подъеме одновременно скорость и момент превышают зафиксированные в момент подхвата, то отмечают подъем БК. Если в период разгона при подъеме Чф меняет знак, то этот момент времени принимают за начало спуска БК. Если к концу разгона при спуске значение Q превыша- ф ет пороговое, а значение Чф превышает половину оптимальной скорости спуска, то отмечают спуск БК. 1 з.п. ф-лы, 20 ил., 2 табл.

Цель изобретения — повышение точности определения численных значений критериев, определяющих соответствие скоростных режимов, поддерживаемых бурильщиком в циклах спускоподъема, оптимальным.

1744246

На фиг. 1 показана структурная схема устройство оптимизации СПО для реализации данного способа; на фиг. 2 — зависимость веса бурильной колонны от времени в цикле подъема бурильной колонны на дли- 5 ну свечи; на фиг. 3 — зависимости веса, фактической скорости и крутящего момента, передаваемого ШИМ, от времени в начальный период цикла подъема бурильной колонны на длину свечи; на фиг. 4 — то же, от 10 времени в начальный период цикла спуска бурильной колонны на длину свечи; на фиг.

5 — то же, от времени для случая подхвата бурильной колонны с клиньев (с элеватора) и последующей установки колонны на 15 клинья (элеватор); на фиг. 6 — то же, от времени для случая прерванного на периоде разгона цикла подъема бурильной колонны; на фиг. 7 — оптимальная и фактическая тахограммы характерного цикла подъема бу- 20 рильной колонны на длину свечи; на фиг. 8 — то же, спуска бурильной колонны на длину свечи; на фиг. 9-14 — примеры вычисления критерия 4. ц.i в циклах подъема; на фиг.

15 — 20 — примеры вычисления д .с.ц. в цик- 25 лах спуска.

Способ может быть реализован с помощью известных устройств оптимизации

СПО в бурении на базе микроЭВМ. На фиг.

1 приведена структурная схема возможного 30 варианта устройства оптимизации СПО (УОСПО), содержащего вычислительный 1 блок, канал 2 обмена информацией, модуль

3 центрального процессора (МЦП), оперативное запоминающее устройство 4(ОЗУ-1), 35 оперативное запоминающее устройство 5 с сохранением информации при отключении питания микроЭВМ (ОЗУ-2), постоянное запоминающее устройство 6 (ПЗУ), датчик 7 контроля крутящего момента, который спо- 40 собна передать оперативная ШПМ буровой лебедки (ДКМ), датчик 8 веса (ДВ), датчик 9 перемещения талевого блока (ДПТБ), алфавитно-цифровой пультовый видеотерминал I0 (ПТ), печатающее устройство 11 (ПУ), мо- 45 дуль 12 аналогового ввода (МАВВ), модуль

13 сопряжения с ПТ и ДПТБ (МС), первый 14 и второй 15 модули дискретного вывода (МДВ-1 и МДВ-2), модуль 16 динамической индикации (МДИ), модуль 17 сопряжения с 50 перфоратором ленточным (МСПЛ), перфоратор 18 ленточный (ПЛ), блок 19 отображения скорости (БОС), блок 20 отображения длины бурильной колонны (БОДК), звуковой сигнализатор 21 (ЗС), 55

Способ оценки точности поддержания оптимальной скорости в циклах спускоподьема на буровых установках может быть осуществлен в промысловых условиях на буровых установках, оснащенных устройствами оптимизации СПО следующим образом.

После завершения очередного рейса долота и принятия решения о переходе к

СПО на скважине выполняется обычно один-три полных цикла промывки. В ходе предподъемной промывки путем визуального осмотра талевой системы буровой установки определяют ее оснастку, которая должна соответствовать требованиям геолого-технического наряда (ГТН) на скважину и кратность талевой системы IT. например, если оснастка 4 х 5, то 4 = 8; 5 х 6 — IT = 10.

Для известной по единым нормам времени (ЕН В) на бурение скважин определяют КПД талевой системы т, например, ориентировочно (данные УЗТМ) можно принять:

iT = 8; ф = 0,874; ! т= 10: ф = 0,849.

Затем по ГТН на скважину и вахтенному журналу бурильщика определяют, из бурильных свечей какой длины I в течение всего времени

СПО с первичных преобразователей (датчиков), входящих в состав устройства: датчика

9 перемещения талевого блока (ДПТБ), датчика 8. веса (ДВ), преобразователя давления (ПД).

В ходе СПО в каждом i-м цикле спуска или подъема бурильной колонны на длину бурильной свечи определяют усредненное значение веса Qi (в кН). Усреднение веса производят традиционно. В ходе СПО через равные промежутки времени Л t, например, Л t = 0,5 с, измеряют мгновенное значение веса на крюке q, для выяснения загруженности талевого блока всякий раз проверяют выполнение условия ц — ОпорЛ, (1) где Qnop.i — пороговое значение веса бурильноК колонны, в качестве которого принимают обычно величину, кратную весу одной свечи УБТ Q<>.ц, кН.; в случае невыполнения условия (1) талевый блок считается незагоуженным, а в случае выполнения — загруженным. B момент выполнения условия (1) в i-м цикле спуска (или подъема) фиксируют момент времени подхвата колонны ten.K.i (или

tn.n.K.i) а в момент невыполнения условия (1) в первый раз после этого фиксируют момент

1744246 времени установки бурильной колонны на клинья (на элеватор) после спуска (или подьема) -ой бурильной свечи tc.y.K.i (или tn.y.ê.i).

Продолжительность спуска (или подъема) загруженного талевого блока в l-м цикле 5 определяют так

tc.зЛ = тс.у.к.i tc.п.к.i (2)

tn.зЛ = тп.у.кЛ tn.п.кЛ (3)

Усредненное значение веса бурильной колонны в 1-м цикле спуска (или подъема) 10 определяют по выражению

P4(JN;

Xaam; x1mi

С с. I

tñ. зь 15

ХЛт

m=1 (4) М;

Zqm;

m=1

20 тп.зЛ

Ml

Zqm;

m=1

ОпЛ = (5) (ZAtm

m=1 где Mi = t3.i/Л t — количество интервалов времени Л t в продолжительности спускоподъема загруженного талевого блока в l-м цикле.

На фиг. 2 показана типичная зависимость веса бурильной колонны от времени

Q(t) в цикле подъема на длину бурильной свечи с указанием моментов времени подхвата колонны с клиньев tn.n.K.i и установки на клинья tn.у.к,(, продолжительности загруженного подъема тп.з.ь интервала опроса веса Л t, порогового значения веса Qnop.i, мгнове ного значения веса q и усредненного значения веса С1п.ь

После завершения и редподъемной промывки приступают к СПО, а именно к подьему бурильной колонны из скважины.

Первый цикл подъема (i = 1) заключается в извлечении из скважины ведущей трубы (квадрата), отвинчивании ее и опускании в шурф. Перед началом 1-го цикла подъема

1сз.1, т.Е. ДЛИНа УЧаСтКа ВЕДУЩЕЙ тРУбЫ, Находящейся в скважине, известна из вахтенного журнала бурильщика. В соответствии с рекомендациями ЕНВ в 1-м цикле подъема

В КаЧЕСтВЕ ОПтИМаЛЬНОй СКОРОСТИ Чп.опт.1— вне зависимости от начального веса бурильной колонны Qn.о — принимают скорость подъема талевого блока буровой установки . на 1-й передаче коробки скоростей при минимально допустимой частоте вращения приВОДНЫХ дВИГатЕЛЕй: Чп.опт.1 = Чп.l.min например, для установки "Уралмаш ЭД-76" и iò = 8Чп.опт.1 = -0,117 м/с (минимальная допустимая частота вращения дизелей привода равна 800 об/мин при nsoM = 1600

55 об/мин); опРеДелЯют Чопт.1 = !Чп.опт,1I

=0,117 м/с. Вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку

В ПРЕДСТОЯЩЕМ 1-М ЦИКЛЕ: 1 = Е ° сз.1 =

=1,02 !сз.1. Вычисляют оптимальную продолжительность 1-го цикла подъема: опт.1 ап.р.1 ап.з.1 где ап.р.1 = 0,15 M/с, ап.з.1 = 0,20 м/с

2 ускорение при разгоне и замедлении поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем 1-м цикле подъема:

Чопт. 1 Чопт. 1 — an.з.1 вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в

1-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

Тп.у.опТ.1 = tn.ц.опт.1-tn.ð.1 tn.з.1 (8) вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения в 1-м цикле подъема по оптимальной тахограмме:

tn.ð.у.1 = Тп.р.1 + 1п.у.опт.1 . (9)

При выполнении и редподъемной п ромывки и после ее завершения до начала подъема первой свечи (ведущей трубы) бурильная колонна висит на крюке, т,е, талевый блок характеризуется загруженностью, Q(t) = Qn,p, при этом талевый блок неподвижен, а оперативная ШПМ привода буровой лебедки отключена, давление воздуха в рабочей камере ШПМ равно нулю,: P(t) = О. По измеряемому значению P (t) после каждого измерения вычисляют величину крутящего момента, который способна передать оперативная ШПМ привода на барабанный вал лебедки:

MM(t) = ам PM(t) (10) где ам — коэффициент, значение которого, например, для муфты 2 ШПМ-1070, установленной на буровой лебедке У2-5-5 установки

"Уралмаш ЭД-76" равно 212,5 кН м/МПа.

Очевидно, что до включения ШПМ

M (t) = О, Перед началом подъема приводные дизели работают на холостом ходу, ленточный тормоз буровой лебедки включен и обеспечивает надежное торможение барабана лебедки — чф(т) = О.

Для перехода к подъему ведущей трубы бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, воздух из пневмомагистрали буровой установки (номинальное давление 0,8 МПа) начинает поступать в рабочую камеру ШПМ, давление в ней начина1744246 чае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в моМЕНТ ВРЕМЕНИ t n.p.1.:

V п.р.1. = Чф(т п.р 1) (14) определяют величину крутящего момента, 50 передаваемого ШПМ, в момент времени

t p.Ë.:

Мм,р.1 = MM(t п.р.1). (15)

Проверяют выполнение двух следующих условий:

IV п.р.1.l > IVn.к.1 I i М м.р.1. Мм.п.к.1. (16) 55

Применительно к конкретным условиям 1-го цикла условия (16) сводятся к следующим: ет возрастать, возрастает и момент, определяемый по (10). По переходу MM от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ. Давление воздуха Рм(т) внутри 5 муфты возрастает до номинального за .вреMR 4 — 6 с, причем вначале PM(t) растет по закону, близкому к линейному, на заключительном этапе рост давления замедляется.

В первые секунды после включения ШПМ 10

MM(t), возрастая, остается все же меньше

СтатИЧЕСКОГО МОМЕНта Мст.1, СОЗДаВаЕМОГО на барабанном валу лебедки весом бурильной колонны, поэтому вал лебедки не вращается и Чф(с) = О. В момент достижения 15

MM(t) ВЕЛИЧИНЫ Мст,1 И ПРЕВЫШЕНИЯ ПОСЛЕДней в дальнейшем вал буровой лебедки приходит в движение в направлении подъема, что влечет за собой страгивание талевого блока и переход Чф(т) от нуля к отрицатель- 20 ной величине, этот момент времени принимают предварительно за начало отсчета времени в 1-м цикле подъема (t = О).

Специфика 1-го цикла подъема состоит в том, что подхват бурильной колонны проис- 25 ходит практически в момент начала цикла:

tn.к.1 = О, так как пеРеД началом поДъема бурильная колонна не стояла на клиньях, а висела на крюке, при этом элеватор был загружен начальным весом бурильной ко- 30 лонны Qn.о. Таким образом, в первом цикле подъема (! = 1) скорость подхвата колонны определяют так:

Vn.ê.1 = Vy(tn.к. 1) = Чф(0) = О, (11)

Определяют величину крутящего мо- 35 мента, передаваемого ШПМ в момент подхвата:

MM.п.к,1 = Мм(тп.к.1) = MM(0), (12)

ОН будЕт НЕСКОЛЬКО ПрЕВОСХОдИтЬ Мст.1. Далее вычислЯют величинУ вРемени t п.р.1., co- 40

СтаВЛЯЮЩЕГО 95% От tn.ð.1:

t ï.р.1.= 0,95 tn.ð.1, (13) проверяют в интервале времени от tn.к.1 до

t n.p1. выполнение УсловиЯ чф(т) > О, в слУIV п.р.1.! > О; Мм.р.1 Мст.1, (17) которые будут выполняться, если процесс подъема не будет по каким-либо причинам прерван; очевидно, что к моменту времени

1 п.р.1. 6УРИЛЬНаЯ КОЛОННа РаЗГОНИтСЯ, а ДаВление в камере ШПМ возрастает по сравнению с Рд,(0), поэтому и M M.р.1. будет превосходить MM(0). Принимают выбранный ранее предварительно момент времени за начало отсчета 1-го цикла подъема окончательно.

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в 1-м цикле, проверяя выполнение условия

t>tnp.1, (18) в ходе установившегося движения бурильной колонны в 1-м Цикле поДъема (tn.р1. <

< t < tn.p, <)определяют значение фактической скорости подъема талевого блока

Чп.ф1(т) И ВЫЧИСЛЯЮТ РаЗНОСтЬ ОПтИМаЛЬной и фактической скоростей ЛЧп.1(т) по выражению:

О, еоли IVn.ô1(t) 1> Чопт1, ЛVï. 1(t)=

Vom.1- 1Чп.ф 1(1) I, если IVn.ф 1(1) I

УСтаНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ (t > tn.p, .1) ЗНаЧЕНИЯ Лтп.ц.1 ПО ВЫРажЕНИЮ:

1 tn.p У.1 тп.ц.1 = Ч .(Чп.1(). dt (20)

Опт.1 tn p 1 в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скоРости в 1-м цикле подъема дтп.ц.1 по выражению

100 тп.р у.1 д tn.ö.1 J Лчп.1.(t) (It.

ЧОпт.1 тп.Ц.Опт,1 tn.p.1 (21)

К моменту завершения 1-го цикла подьема определяют максимальное значение

СКОрОСтИ ПадЪЕМа Чп.ф.m>x.1, а ПО ЗаВЕрШЕнии цикла регистрируют следующие параметры: = 1 ЧЧопт.1 Чп.флпах.1, Тп.ц.1 ° (22)

После извлечения из скважины 1-й свечи (ведущей трубы) бурильную колонну ставят на клинья (на элеватор),; отвинчивают ведущую трубу и опускают ее в шурф. Затем отсоединяют вертлюг от крюка, с помощью штропов подвешивают к талевому блоку элеватор и заводят последний под верхний ниппель поднимаемой во 2-м цикле следующей бурильной свечи длиной Io>.г.

Перед началом цикла подъема 2-й бурильной свечи вычисляют путь, который

1744246

10 предстоит пройти загруженному талевому блоку во 2-м цикле подъема: 2 = Е Ics.2 = 1,02 Ice.2. (23)

Затем определяют оптимальное значеНИЕ СКОрОСтИ ПОдЪЕМа VonT.г =! Vn.опт.2I

Определяют продолжительность 2-ro цикла подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

Мопт 2 ап.р 2 С п 2 (241 где ап.р.2 = 0,15 м/с; ап.з.2 = 0,20 м/с

2, 2 ускорения при разгоне и замедлении поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем 2-м цикле подъема:

VonT.2, Vom.2 (25)

Эп.р.2 ап.з.2 вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока во

2-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой: тп,у,опт.2 = 1п.ц.опт.2 — tn.р.2 — тп.з.2, (26) вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока во 2-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.ð,у.2 = п.р.2 + 1п.у.опт.2. (27)

Для перехода к подъему 2-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, воздух начинает поступать в рабочую камеру ШПМ, давление в ней Рм(т) начинает возрастать, возрастает и крутящий момент, определяемый по (10). По переходу Мм от нуля к положительному значению фиксируют момент времени качала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу чф от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке О, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени во 2-м цикле (t = О). После этого определяют момент превышения Q(t) порогового значения

Qnop.2, В КОтОРЫй фИКСИРУЮт ВРЕМЯ ПОДХВата бурильной колонны и загружения элеватора tn.K.2; определяют скорость подхвата колонны:

Vn.к.2 = Vg(tn.к,2), (28) определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Л V n,2(t)=

Ч в2- 1Чп.ф2ф1, ЕСЛИ 1Ч ф® < Чоптг (37) вычисляют к моменту завершения периода

УСтаНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ (t>tn.pу2) ЗНаЧЕНИЯ Лтп.ц.2 ПО ВЫРажЕНИЮ:

50 тп.р УЗ

Лтп.ц.й = J AVn.1(t) dt; (38)

VonT.1 тп р.2 в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости во 2-м цикле подъема Dtn.ц,2 по выражению

Мм.п.к.2 = MM(tn.к.2), (29) причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот мо5 мент времени:

MM(ln.ê.2) = ам Рм(сп.к.2). (30)

ДаЛЕЕ ВЫЧИСЛяЮт ВЕЛИЧИНУ ВРЕМЕНИ t n.p.2., составляющего 95о (, от tn p 2:

t ï.р.2. = 0,95 tn.р.2, (31)

10 проверяют в интервале времени от t „„, до

tn.p.2 выполнение УсловиЯ Vy(t) > О, в слУчае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в моМЕНТ ВРЕМЕНИ t n.p.2.:

15 V п.р.2. = VQ(t п.р.2.) (32) определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ, в момент времени

1 п.р.2.:

М и. р.2. = MM(t п.р.2) (33)

20 Проверяют выполнение двух следую-. щих условий:

I V п.р.2. I > I Vï.ê.2 I ; (34)

М м.р.2, > Мм.п.к,2; (35) если оба условия выполняются, то это озна25 чает, что подъем 2-й свечи выполняется непрерывно, а это является достаточным основанием для того, чтобы окончательно принять выбранный ранее предварительно момент времени за начало отсчета и вести

30 от него отсчет в текущем 2-м цикле подъема.

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения во 2м цикле, проверяя выполнение условия

35 4 > tn.ð.2, (36) в ходе установившегося движения бурильной колонны во 2-м цикле подъема (tп.р.г<

< 1 < tn.ð,у.2) ОПрЕдЕЛяЮт ЗНаЧЕНИЕ фаКтИЧЕской скорости подъема талевого блока

40 Vn.ф.2(т) и вычислЯют Разность оптимальной

И фаКтИЧЕСКОй СКОРОСтЕй Л Vn,2(t) ПО ВЫРажЕнию

О, если IVn.ф.g (t) I > Vom.2:

1744246

1ÐÐ

0 тп ц.2, 1. Чп.z(t) dt

ОПТ,Z П.Ц.ОПТ.Z тп р 2 (39) К моменту завершения 2-го цикла подьема определяют максимальное значение скорости подъема Чп.ф.max.2, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

1 = 2, Vom.2 ° Vn.флпах.2 д tn.ц.2. (40)

Аналогично данный способ осуществляется в 3,5, ..., i-м циклах подъема.

Так, перед началом 1-го подъема определяют длину 1-й бурильной свечи Ica.i, вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку 1-м цикле подъема:

4 = Е . 1св.i = 1 02 1свЛ. (41)

Затем определяют оптимальное значеНИЕ СКОрОСтИ ПсдЪЕМа Vom.l = I Vr,.om.i I Определяют продолжительность 1-ro цикла подъема в соответствии с оптимальной тахограммой;

1-! Vom.i 1 1

tn.ц.om.l „+ (+ ), ч опт.l 2 ап.р.! ап.з.i (42) где an.p.l = 0,15 м/с, an.з.! = 0,20 м/с— г г ускорения при разгоне и замедленйи поднимаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем i-м цикле подъема: (43) ап.р,i ап.з.i вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в

i-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.у.опт.! = tn.ц.onã.l - 1п.р.i - tn.з.l; (44) вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в i-м цикле подъема в соответствии с оптимальной тахограммой:

tn.ð,у.i = tn,рЛ + tn.ó.înò.l. (45)

Для перехода к подъему i-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ, давление в ней Рм(т) и обусловленный им крутящий момент MM(t) начинают возрастать. По переходу MM от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной LUflM, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу Vq> от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием на! грузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало от. счета времени в i-м цикле(1=0). После этого определяют момент превышения Q(t) порогового значения Qnop.i, в который фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tn.к.1; on ределяют скорость подхвата колонны:

Vn,кЛ =Vy(tn. i); (46) определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Мм.п.к.l = Мм(1п.к.i); (47) причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

M„(tn.кл) = а ° P„(tn.„.;). (48)

Далее вычисляют величину времени

t n.p.i., составляющего 95 (от tn.р.1;

t n.ð.l, = 0,95 тп.р.1, (49)

ПРОВЕРЯЮТ В ИНтЕРВаЛЕ ВРЕМЕНИ От tn.к.l ДО

t n.р.i. выполнение условия Vy(t)>0, в случае невыполнения последнего определяют скорость загруженного талевого блока в момент времени t п.р.i. .

V n.p.l. = Vg(t п.р.i); (50) определяют величину крутящего момента, передаваемого ШПМ, в момент времени

t п.рЛ.:

М м.р.l. = Мм(1 п.р.i). (51)

Проверяют выполнение двух следующих условий: ! V п.р.!. I > Vn.ê.l; (52)

M д .р.i > MM.п.кЛ, (53) если оба условия выполняются, то это означает, что подъем 1-й свечи выполняется нормально (без отклонений от стандартного варианта), окончательно принимают выбранный ранее предварительно момент времени начала отсчета в текущем i-м цикле подъма, Графической иллюстрацией к части способа, по которой определяется момент начала i-ro цикла подъема бурильной колонны на длину свечи, является фиг, 3, где на фиг.

4 За показана ось времени t, отсчитываемого с момента начала i-ro цикла подъема; на фиг.

3 б — зависимость веса на крюке от времени

Q = Q(t); на фиг. Зв — зависимость Vy = Vy(t); на фиг. Зг — зависимость Мм = MM(t), При о мер фиг. 3 соответствует циклу подъема с

Vn.опт.! = 0,8 М/С, ПО ЭтОМу ЗНаЧЕНИЮ раССЧИтаны величины тп.рл и t п.р.i.. Из гРафи.;ов фиг. 3 следует, что в момент подхвата буРильной колонны Vn.к,i =-0,26 м/с и MM.п.к.i=

55 = 68,3 кН.м, а в момент времени t n.p.i. скорость и момент равны: V p.i, = -0,62 м/с и

М м.р,1, = 126,2 кН.м. В этом l-м цикле условия (52) и (53) выполняются, поэтому за начало отсчета времени окончательно:

13 принимают выбранный ранее предварительно момент (фиг. За) и от него ведут отсчет в текущем i-м цикле подьема, .

Определяют момент завершения разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося движения в 1-м цикле, проверяя условие

t > to.рЛ; (54) в ходе установившегося движения бурильной колонны в i-м цикле подъема (tn.p.i < t< (тп.р.у.«) определяют значение фактической скорости подьема талевого блока Мп.ф.«(т) и вычисляют разность оптимальной и фактической скоростей Л««/o.«(t) по выражению:

О, если Ъ/п.ф «(т) I > /опт.«, Л т/и i(t)=

М.«- К.ф® I, если Мп.ф.(t) I tn.p.y,i) значеНИЯ Лтп.ц.l ПО ВЫРажЕНИЮ: тп.ру1 Еп.ц.« = (Л vo.«(t) ° dt; (56) опт.i тп р, в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной скорости в i-м цикле подьема д тп.ц.i по выражению:

100 д тп.ц.i — i J AVE.i(t) от.

om.l tn ц опт i тп.р 1 (57)

Оптимальная и фактическая тахограммы i-го цикла подъема показаны на фиг. 7.

К моменту завершения i-го цикла подьема определяют максимальное значение скорости подъема Уп.ф.max.i, а по завершении цикла регистрируют следующие параметры:

i = i, УоптЛ, «/п.ф.тахЛ д тп.цЛ. (58)

В момент завершения подъема из скважины последней свечи I = N вычисляют значение увеличения продолжительности СПО из-за неоптимального управления ЛТспо в часах по выражению

ЛТспоп=Х Асп.ц.i/3600, (59)

«=1 затем производят регистрацию параметров

N и ЛТспо.п.

После отвинчивания отработанного долота, навинчивания нового долота, проверки забойного двигателя (если таковой имеется) буровая вахта приступает вновь к

СПО, а именно к спуску бурильной колонны в скважину.

Начальный цикл спуска (i = N) заключается в спуске в скважину нижней свечи УБТ (или забойного двигателя, сочлененного с трубой УБТ), Перед началом N-го цикла спуска определяют длину N-1 свечи 1«.N, вычисляют путь, который предстоит пройти

14

1744246 загруженному талевому блоку в N-м цикле спуска:

1=N = 8 1св.N = 1,021св.N, (60)

Затем определяют оптимальное значение

СКОрОСтИ СПуСКа 1/оптЛ,« = g с.опт.«,«1; ОП рЕдЕляют, включен ли вспомогательный гидравлический тормоз буровой лебедки (Кгт = 0,62) или нет (К„= 1). Вычисляют величину уско1О рения при разгоне спускаемой N-й бурильНОй СВЕЧИ В ПрЕдотаящЕМ ЦИКЛЕ ac.p.N (В м/с ) по выражению: г. ас.р.N

С««Ч 1 Кскв Кгт (61)

1б.в «т ..г

1 где QN — вес N-й свечи, кН;

R — расчетный радиус барабанного вала лебедки,м;

1б,в — момент инерции барабанного вала лебедки, кН.м.с;

20 K«e=0,91 — коэффициент, учитывающий наличие сил трения в скважине;

Затем определяют продолжительность

N-го цикла спуска в соответствии с оптимальной тахограммой: . !

5 !! om.N,«! + 1

««om.N 2 ас.р.N ас.э.N (62)

ГдЕ ас,э.N = 0,35 МIC — уСКОрЕНИЕ ПрИ ЗаМЕдлении спускаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем N-м цикле спуска: оп™ Чопт.«!« . (63) а р.с. N 8c.ý.«« вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в

N-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой: тс.у.опт.N = тс.ц.опт.N - tc.p.N - с.э.N; (64) вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в N-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

tc.р,у.N = tc.p.N + тс.у.опт.N. (65) для перехода к спуску N-й свечи бурильщик включает кран управления оперативной ШПМ,, давление в ней PM(t) и обусловленный им крутящий момент Мм(с) начинают возрастать. По переходу MM от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной LUIlM, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходу чф от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке Q, этот момент времени

В ИНтЕРВаЛЕ ВРЕМЕНИ От тп.к.N ДО t п,р.N проверяют выполнение условия Чф(1) > О.

После выполнения подхвата бурильной колонны последняя некоторое время движется вверх, бурильщик отключает оперативную ШПМ, последняя начинает разряжаться, давление воздуха в ее рабочей камере уменьшается и крутящий момент, который способна передавать ШПМ. В некоторый момент времени MM(t) становится меньше, чем статический момент Мст.g, приведенный к барабанному валу буровой лебедки (к ведомому валу ШПМ) и создаваемый весом бурильной колонны, с этого момента муфта начинает проскальзывать, бурильная колонна продолжает движение по инерции вверх с уменьшающейся скоростью, при этом в некоторый момент времени условие /ф(т) > О выполняется неминуемо, так как движение колонны вверх прекратится и под действием силы тяжести бурильная колонна остановится и начнет затем опускаться, момент времени выполнения указанного условия принимают предварительно за начало отсчета в N-м цикле спуска. Далее вычисляют величину вреМЕНИ t с.p.N В СЕКУНДаХ, СОСтаВЛЯЮЩЕГО

95 от времени разгона бурильной коЛОННЫ В N-М ЦИКЛЕ СПУСКа tc p N:

t c.p.N. = 0,95 tc.ð.N (70) 15 предварительно принимают за начало отсчета времени (t = О) в N-м гипотетическом цикле подъема, который на некотором отрезке времени, включающем подхват бурильной колонны с клиньев (с элеватора), полностью совпадает с выполняемым реально N-м циклом спуска бурильной колонны (фиг. 4); определяют момент превышения

Q(t) поРогового значениЯ Qnop.Ni в котоРый фиксируют время подхвата бурильной колонны и загружения элеватора tfl.K.N; определяют скорость подхвата бурильной колонны:

Чч.ко = ф(п,к.й) (66) определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

MM.п.кЛЧ = Ми(1п.к.N) (67) причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени:

MM(tn.к N) = ам. Рм(1п.к N), (68)

Далее вычисляют величину времени

t n.p.N. составлЯющего 95 от tn.ð,N:

t n.p.N. = 0,95 tn.p.N, (69) где t<.p,N — пРоДолжительность пеРиода Разгона в N-м гипотетическом цикле подъема, определяемая по (43) при! = N.

1744246 16

В ИНтЕрВаЛЕ ВРЕМЕНИ От О дО t ñ.ð.N. ПрОВЕряют выполнение условия Q(t) = О, соответст. вующее наличию ситуации с разгруженным талевым блоком, которая может иметь местс лишь тогда, когда выполнение спуска бурильной колонны на длину N-й свечи по ка. ким-либо причинам r прерываются и колонна вновь ставится на клинья (на элеватор); обычно в ходе спуска колонны такие

1О явления черезвычайны, в общем случае, циклы спуска выполняются без задержки, поэтому условие Q(t) = 0 обычно на интервале (0; t c.p.N.) не выполняется; тогда в момент

ВРЕМЕНИ t с.р.N. ОП РЕДЕЛЯ Ют ВЕЛИЧИНУ фаКтИI5 ческой скорости талевого блока:

V с.р.N. = Vg(t с.р.N); (71) определяют величину нагрузки на крюке, в момент времени t c.p.N

0 р.N, = Q(t с.р.N) (72)

20 после чего проверяют выполнение двух следующих условий:

IVc.p.N. I > 0,5. 1Чс.опт.N 1: (73)

Q p g > Опор.N, (74) которые выполняются в N-м цикле спуска, если нет каких-либо черезвычайных ситуаций, требующих прекращения спуска N-й свечи. Убедившись в выполнении условий (73) и(74), окончательно принимают выбранный ранее момент времени за начало отсче та N-го цикла спуска загруженного элеватора и определяют момент завершения периода разгона загруженного талевого блока и перехода к периоду установившегося в N-м цикле, проверяя условие t > tc,ð.N; (75)

З5 в ходе установившегося движения бурильНОй КОЛОННЫ В N-М ЦИКЛЕ СПУСКа (tc.p.N < t<

< tc.p,ó.N) ОПРЕДЕЛЯЮТ ЗНаЧЕНИЕ фаКтИЧЕСКОй скорости спуска талевого блока Vc.ф.N(t) и вычисляют разность оптимальной и факти4g ЧЕСКОй СКОРОСтЕй ЛЧс.N(t) ПО ВЫРажЕНИЮ:

О, ЕСЛИ 1Vc.ф,N(t) 1 >Чопт.a;

ЛКN(t)= боптм-1Чс.ф.м®, если Мсф.иЯФопт ч, (76) к моменту завершения периода установивШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ (t > tc,ð,у.N) ВЫЧИСЛЯЮТ ЗНаЧЕНИЕ ЛСс.ц,N ПО ВЫРажЕНИЮ:

1 тп,р у Й

ЛСс.ц.N = .1 Л\ с N(t) dt; (77)

ORAT.N tn p.N

5О в это же время вычисляют значение критерия точности поддержания оптимальной

СКОрОСтИ В N-М ЦИКЛЕ СПуСКа Ас.ц.N ПО В ражению:

100 "руЛ4

55 с.цЛЧ + J КМ() dt

Чопт.N tc.ö.îïò.N т N (78)

К моменту завершения й-го цикла спуска определяют максимальное значение

2, ОЙ т Кскв КГТ (8 !) !

Ь.а !т где QN — усредненное значение веса бурильной колонны в предыдущем N-м цикле спуска, кН.

Затем определяют продолжительность

{N-1)-го цикла спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

Сс.ц. опт. N-1=

LN — /опт.N — (1 (+

Чопт.N — I 2 ас.р.N — < {82)

+ ). ас.в.м — <

ГдЕ ас.3.N-1 = 0,35 М/С вЂ” уСКОрЕНИЕ ПрИ Заг медлении спускаемой бурильной колонны.

Вычисляют продолжительность разгона и замедления в предстоящем (N-1)-м цикле спуска: опт.N 1 . опт.N — I (83) ап.р.N — 4 ас.3.N — ( вычисляют продолжительность периода установившегося движения талевого блока в (N-1-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой:

Сс.ц.опт.N-1 = Сс.ц.опт.N-1 - Сс.р.N-1 - tc.з,N-1; (84) вычисляют суммарную продолжительность периодов разгона и установившегося движения талевого блока в (N-1)-м цикле спуска в соответствии с оптимальной тахограммой: (85) tc,p y.N-1 = tc.p.N-1 + Сс.у.опт.N-1 °

СКОРОСТИ СПУСКа Vc.ô.max.N, а ПО ЗаВЕРШЕНИИ цикла регистрируют следующие параметры: ! =- Ni !/опт.N, Vc.ф.опт.N, д Сс.ц.N (79)

После установки бурильной колонны на клинья (на элеватор) верхним концом N-й свечи талевый блок с пустым элеватором поднимают вверх, элеватор заводят и крепят на верхнем конце следующей (N-1)-й свечи, которую приподнимают с мостков, нижним концом совмещают с бурильной колонной, свинчивают (N-1)-ю свечу с колонной.

Перед началом (N-1)-го цикла спуска определяют длину (N-1)-й свечи !св.N-1, вычисляют путь, который предстоит пройти загруженному талевому блоку в (N-1)-м цикле спуска: ! N-1 = 1,02 !св.N-1 (80)

Затем определяют оптимальное значеНИЕ СКОрОСтИ СПуСКа 1/отп.N-1 = I 4 с.опт.N-11; определяют, включен ли гидромат(К„=0,62 или нет (Кгт = 1). Вычисляют величину ускорения при разгоне опускаемой (N-1)-й буРИЛЬНОй СВЕЧИ В ПРЕДСТОЯЩЕМ ЦИКЛЕ ас.p.N-1 в м/с по выражению

1744246

По переходу М,„от нуля к положительному значению фиксируют момент времени начала включения оперативной ШПМ, после этого определяют момент страгивания талевого блока по переходуЧф от нуля к отрицательной величине и дальнейшему ее возрастанию по абсолютному значению (модулю), сопровождающемуся ликвидацией зазора между элеватором и штропами, сжатием пружинного механизма крюка, возрастанием нагрузки на крюке Q, этот момент времени предварительно принимают за начало отсчета времени (t = О) в (N-1)-м гипотетическом цикле подъема; определяют момент превышения О(с) порогового значениЯ Опор,N-1, в котоРый фиксиРУют вРемЯ подхвата бурильной колонны и загружения

ЭЛЕВатОРа Сп.к.и-1; ОПРЕДЕЛЯЮТ СКОРОСТЬ ПОД- хвата бурильной колонны:

Vn.к.N-1 = /ф(Сп.к.N-1)i (86) определяют величину крутящего момента, который может передать ШПМ, в момент подхвата:

Мм.п.к.N-1 = MM(tn.к.N-1), (87) причем последний определяют по измеренному давлению воздуха в муфте в этот момент времени;

MM(tn.к.N-1) = ам Рм(Сп.к.N-1). (88)

Далее вычисляют величину времени с п.р.N 1., составляющего 95% от сп.р.N-1: с п.р. N-1. = 0,95 ° сп.р.N-1, (89)

ГДЕ tn.p.N-1 — ПРОДОЛжИтЕЛЬНОСтЬ ПЕРИОДа разгона в (N-1)-м гипотетическом цикле подъема, определяемая по (43) при i = N-1.

35 В ИНтЕрВаЛЕ ВРЕМЕНИ OT Сп.к.N-1ДО С п.р.N-I проверяют выполнение: условиями/, {с) > О.

Момент времени выполнения этого условия принимают предварительно за начало отсчета в (N-1)-м цикле спуска. Далее вычисля40 Ют ВЕЛИЧИНУ ВРЕМЕНИ t c.p.N-1 В СЕКУНДаХ, составляющего 95% от времени разгона бурильной колонны в (N-1)-м цикле спуска

tc.ð N-1:

t c.p.N-1 = 0,95 tc.рлдн-1; (90) в интервале времени от О до tc.p.N-1 проверяют выполнение условия Q(t) = О, соответствующего прекращению цикла спуска; в случае его невыполнения на указанном интЕРВаЛЕ ВРЕМЕНИ В МОМЕНТ ВРЕМЕНИ t c.p.N-1 определяют величину фактической скорости талевого блока: ñ.ðËN-1 = 1 ф(С с.р.N-1): (91) определяют величину нагрузки на крюке в

МОМЕНТ ВРЕМЕНИ С c.p.N-1.:

О рл-1 = О(с c.р.N.1), (92) после чего проверяют выполнение следующих условий:

I V c.p.N-1 l Ъ 0,5 Чс.опт.N-1 I (93)

Q р.N-1. > Опор.N-1; (94) (101) 19 1 в случае их выполнения окончательно принимают выбранный ранее момент врем