Способ оптимизации скорости спуска-подъема бурильной колонны

Способ оптимизации скорости спуска-подъема бурильной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин, позволяет достигать максимально возможную производительность труда в ходе выполнения СПО за счет оптимизации скорости спуска-подъема по каждой свече бурильных труб при обязательном удовлетворении требований рациональной эксплуатации бурового оборудования, техники Изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин. Известен способ определения рациональной скорости подъема бурильной колонны , включающий определение в предподъемный период веса одной свечи УБТ, коэффициента оснастки талевой системы , определение в ходе каждого i-ro цикла подъема веса бурильной колонны, определение рациональной скорости подъема бурильной колонны в i-м цикле из условия: безопасности, физиологической загрузки оператора-бурильщика, технических и технологических ограничений на скоростные режимы спуска-подъема бурильной колонны на конкретной скважине. Сущность изобретения: способ заключается в вычислении в каждом цикле спуска или подъема значений рациональной скорости, скорссти, допустимой по гидродинамическим условиям, скорости, допустимой по условии: безаварийного прохождения низом бури/ эной колонны опасных интервалов сквахины; в качестве оптимального значения :корости принимается минимальное из перечисленных значений; в качестве рациональной скорости подъема принимается максимальное из рациональных значений скорости подъема , определяемых по реальной и идеальной грузоподъемным характеристикам буровой лебедки; по оптимальной скорости подъема в каждом цикле определяется оптимальная передача коробки скоростей, значения рациональных скоростей подъема и спуска в каждом цикле опредепяют по усредненным значениям веса в гредыдущем цикле спуска-подъема 13 з i ф-лы 19 ил., 2 табл Vn i если Он Q, Or Vn и, если От О, On Vn p i |vn in. если Qiv Qi Qm Vn iv если QCB Qi Qiv Vr, v если Q Q, QC где Vn i, Vn n, Vn in, Vn iv, Vn v - скорости перемещения т.злевогс блока буровой установки , соответственно, на I, II, III, IV и V передачах коробки скоростей при фактическом значении коэффициента оснастки К0 м/с; QCB - вес одной свечи УБТ принимавСО с VJ о ел со U1 о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я Е 21 В 19/00, 21/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680305/03 (22) 18.04.89 (46) 30.09.92. Бюл. N 36 (71) Филиал в г,Сызрани Самарского политехнического института им. В,В,Куйбышева (72) В,А.Бражников, Н.И,Заварзин, А.К.Рахимов и М.И.Сергеев (56) Виницкий М,М. Рациональное управление спускоподьемными операциями, — М.:

Недра, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 1488430, кл. Е 21 В 19/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N 1696668, кл. Е 21 В 19/00, 1988, (54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ СКОРОСТИ

СПУСКА-ПОДЪЕМА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Использование; изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин, позволяет достигать максимально возможную производительность труда в ходе выполнения СПО за счет оптимизации скорости спуска-подъема по каждой свече бурил ьн ых труб и ри обязательном удовлетворении требований рациональной эксплуатации бурового оборудования, техники

Изобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин.

Известен способ определения рациональной скорости подъема бурильной колонны, включающий определение в предподъемный период веса одной свечи

УБТ, коэффициента оснастки талевой системы, определение в ходе каждого i-го цикла подъема веса бурильной колонны, определение рациональной скорости подъема бурильной колонны в i-м цикле из условия:

„„Я ) „„1765350 А1 безопасности, физиологической загрузки оператора-бурильщика, технических и технологических ограничений на скоростные режимы спуска-подъема бурильной колонны на конкретной скважине. Сущность изобретения: способ заключается в вычислении в каждом цикле спуска или подъема значений рациональной скорости, скорости, допустимой по гидродинамическим у. ловиям, скорости, допустимой по условик безаварийного прохождения низом буриг ной колонны опасных инте,звалов скважины, в качестве оптимального значения =корости принимается минимальное из перечисленных значений; в качестве рационэл чой скорости подъема принимается максимальное из рациональных значений скорости подьема, определяемых по реальной и идеальной грузоподьемным характеристикам буровой лебедки; г о оптимальной скорости подъема в каждом цикле определяется оптимальная передача коробки скоростей; значения рациональных скоростей подьема и спуска в каждом цикле определяют по усредненным значениям веса в гредыдущем цикле спуска-подъема. 13 з.1. ф-лы, 19 ил., 2 табл.

Vn.l если 011 < Qi — 0 ;

Vn.ll, если 0 ill < 0i Qll.

Vn.p.i = Vn.ill, если Qlv < Qi Gill, V< И. ЕСли 0„ Q 0уу; /.У. если Q < 0; < Qc. где Чп.i, Чп.я, lп.iii, Vii и, Ч,.v —. скорости перемещения тзлевогс блока буровой установки, соответственно, на 1, II, III, И и V передачах коробки скоростей при фактическом значении коэффициента оснастки К0. м/с; 0св — вес одной свечи УБТ. принимае1765350 мый в качестве порогового значения веса и позволяющий отличать загруженный элеватор (талевый блок) от незагруженного, тс; Qi, QII, QIII, QIv — максимальные грузоподъемности буровой лебедки на I, Il, III и И пере- 5 дачах коробки скоростей при фактическом значении коэффициента оснастки Ко, тс, причем при большем Ко справедливо равенство Ql = Омакс, "где Омакс максимальная грузоподъемность буровой лебедки; QI — вес 10 бурильной колонны, тс.

Известен способ определения рациональной скорости спуска бурильной колонны, включающий определение в предподъемный период максимальной гру- 15 зоподъемности буровой установки, определение в ходе каждого цикла, спуска веса бурильной колонны, вычисление рациональной скорости спуска бурильной колонны в -м цикле спуска по выражению 20

QI

Vc.p.I = 2,5 — 1,5 . м/с

Омакс где Омакс — максимальная грузоподъемность 25 буровой установки, тс;

Q — вес бурильной колонны, тс, При реализации такого способа среднее на скважину значение установившейся скорости спуска составляет 2 м/с, Отмечен- 30 ное среднее значение скорости может быть получено при постепенном снижении скорости с 2,5 (первые свечи) до 1.0 — 1,5 м/с (последующие).

Известен также способ определения 35 допустимой скорости подъема бурильной колонны по гидродинамическим условиям, включающий определение в период предподъемной промывки скважины значений трех параметров бурового раствора — услов- 40 ной вязкости, статического напряжения .(СНС) через 1 мин покоя и СНС через 10 мин покоя, определение геометрических размеров скважины, определение допустимой величины гидродинамического давления в 45 скважине при подъеме, определение в ходе спускоподьемных операций текущих геометрических размеров бурильной колонны, находящейся в скважине, вычисление эквивалентной длины утяжеленных бурильных 50 труб, вычисление эквивалентной длины бурильной колонны, определение величины коэффициента перекрытия площади сечения скважины, определение в каждом (i 1)-м цикле подъема бурильной колонны на длину 55 свечи времени простоя промывочной жидкости, начало отсчета которого ведут от момента постановки бурильной колонны на клинья после извлечения (i-1)-й бурильной свечи до момента начала цикла подъема i-й бурильной свечи, вычисление величины

CHC на момент начала подьема i-й свечи по выражению

17 = С + D Igtnpл-1, Па, Лi) ГДЕ 1np.i-1 — ВРЕМЯ ПРОСТОЯ ПРОМЫВОЧНОЙ жидкости в скважине в (i-1)-м цикле подьема, мин; С и D — константы, чы ленные значения которых находятся из выражений

С = 01; D = 010 — 01, Па; 01, 010 — значения

СНС через 1 и 10 мин нахождения промывочной жидкости в скважине в со:таянии покоя, Па; Ig — десятичный логарифм; вычисление допустимой скорости подьема бурильной колонны в i-м цикле подъема по выражению

Vn.доп () In (1—

h,p.

3223 .i (i,1/(5 . 0,00555 где Т вЂ” условная вязкость пром явочной жидкости, с; е — основание натурального логарифма; ф() — коэффициент перекрьтия площади сечения скважины бурильной колонной; In — натуральный логарифм: Л Ро— допустимая величина гидродинамического давления в скважине при подьемв, МПа;

i <,а — эквивалентная длина бурильной ко() лонны, м.

Известен также способ определения допустимой скорости спуска-подъем: бурильной колонны по гидроди нами;вским условиям, включающий определение в период предподъемной промывки скважины значений трех параметров промывочной жидкости — условной вязкости. статического напряжения сдвига (CHC) через 1 мин покоя, CHC через 10 мин покоя. определение геометрических размеров скважины, определение допустимой величины гидродинамического давления в скважине при подъеме, определение допустимой величины гидродинамического давления В скважине при спуске, определение в ходе спускоподъемных операций текущих геометрических размеров бурил ь ной к злон н ы, находящейся в скважине, вычисление в ходе подъема бурильной колонны из кважины эквивалентной длины утяжеленного низа бурильной колонны, вычисление эквивалентной длины бурильной колонны, вычисление величины коэффициента перекрытия площади сечения сква> ины. оп1765350

Vc,гд,i = — In x

К вЂ” 1

1,808 1Й . Оп.

Ос,i = В + С 1я tnp.i, Па, ределение в каждом (i-1)-м цикле подъема бурильной колонны на длину свечи времени простоя промывочной жидкости, начало отсчета которого ведут от момента постановки бурильной колонны на клинья после извлечения (i-1)-й бурильной свечи, а конец отсчета совпадает с моментом начала цикла подъема i-й бурильной свечи, вычисление величины СНС промывочной жидкости на момент начала подъема I é свечи, вычисление допустимой скорости подъема бурильной колонны в -м цикле подъема по выражению, ЛРп ,р, 0,00555 т ™ с где е — основание натурального логарифма;

In — натуральный логарифм, Т вЂ” условная вязкость промывочной жидкости, с; ЛРп— допустимая величина гидродинамического давления в скважине при подъеме, МПа; ф— коэффициент перекрытия площади сечения скважины бурильной колонной; к,э.i — эквивалентная длина бурильной колонны, м;

17п, — СНС ПРОМЫВОЧНОЙ жИДКОСтИ На МОмент начала подъема i-й свечи, Па;

О,.; = В + С Ig tnp.ь1". Па, и

ГДЕ tnp.н1 — ВРЕМЯ ПРОСТОЯ ПРОМЫВОЧНОЙ жидкости в скважине в (i-1)-м цикле подьема. мин; В и С вЂ” константы, численные значения которых находятся так: В = 01;

С = 010 — 01; 91, 010 — значения СНС промывочной жидкости через 1 и 10 мин покоя, Па;

Ig — десятичный логарифм; запоминание в ходе подъема бурильной колонны из скважины моментов времени постановки бурильной колонны на клинья после извлечения каждой свечи и соответствующих этим моментам времени значений длины бурильной колонны, находящейся в скважине, с тем, чтобы к концу подъема бурильной колонны сформировать зависимость | = f1(LK), где сп — время, прошедшее с момента начала подъема первой свечи бурильной колонны, мин; LK — текущая длина бурильной колонны в скважине, м; вычисление в ходе спуска бурильной колонны в скважину к моменту начала i-го цикла спуска времени простоя промывочной жидкости на участке скважины, расположенном под долотом бурильной колонны на длину бурильной свечи, начало отсчета которого ведут от,момента времени начала простоя промывочной жидкости в скважине на рассматриваемом участке после подъема 1-й свечи из скважины, а конец отсчета совпадает с моментом времени окончания пред5 ыдущего (i+1)-го цикла спуска бурильной колонны на длину свечи, вычисление величины СНС промывочной жидкости на момент начала спуска i-й свечи, вычисление допустимой скорости спуска бурильной ко10 лонны в i-м цикле спуска по выражению

15 250 . Л Рс х .м/Ст

K i+1 += У +1 )

О -сЬ О -ау где In —; К вЂ” коэффициент, принимающий значения 0,24-0 73;

ЛРс — допустимая величина гидродинамического давления в скважине при спуске, МПа; D, d5, dy — диаметр скважинь, наружный диаметр бурильных труб, наружный диаметр утяжеленного низа бурильной колонны, мм; LK.i+1, Iy,i+1 — длина бурильной

i колонны без утяжеленного низа и длина утяжеленного низа колонны в момент завершения цикла спуска предыдущей (i+1)-й бурильной свечи, м; Ос,i — значение СНС промывочной жидкости в скважине н» участке под долотом в момент начала спус <а i-й бурильной свечи, Па: где 1пр. — время простоя промывочной жид.с кости на участке скважины, расположенном под долотом, к моменту начала спуска i-й

40 свечи В скважину, мин: tnp,i = tc,п.к. tn.у.к.

ГДЕ 1с п,к, — МОМЕНТ ВРЕМЕНИ ОКЭНЧаНИЯ предыдущего (i+1)-ro цикла спуска бурильной колонны на длину свечи, мин: tän,ó,K, — момент времени начала простоя промывоч45 ной жидкости в скважине на рассматриваемом участке после подъема i-й свечи из скважины, мин; последнее определяется по известному значению длины бурил,ной колонны после завершения пред.дущего (i+1)-го цикла спуска L, +1 по и:,арестной

ЗавиСимОСти tn = f1(LK), пРи Этсм tn.y.

= f1(1 к,;+1); ЗаПОМИНаНИЕ В ХадЕ СПу:КОПОдЪемных операций времени подъем; бурильной колонны из скважины Т,, время смены долота Тс д,, времени спуска бурильной колонны в скважину Т и суммарного времени. затраченного на спуск-подъем, Тс,.

Недостатком известного с по".î áý, принятого эа прототип, является то. что

1765350 оптимизация скорости спуска — подъема производится по нему только по одному критерию, При этом, в частности, требования рациональной эксплуатации спускоподьемного оборудования и требования 5 безопасности при прохождении низом бурильной колонны опасных интервалов скважины во внимание не принимаются. Неучет названных ограничений может приводить к осложнениям и авариям в скважине в ходе 10

СПО, а также нерациональной эксплуатации бурового оборудования и черезмерной физической загрузке оператора-бурильщика, Voìïëåêñíàÿ оптимизация скорости 15

СПО предполагает учет и возможное удовлетворение всей совокупности требований к скорости перемещения бурильной колонны в ходе спуска-подъема, Оптимальной скоростью подъема Чп,onT (или спуска Vc.onT) 20 будем называть скорость, обеспечивающую в конечном счете выполнение всего комплекса работ по строительству скважины с наименьшими затратами. Другими словами, оптимальные скорости спуска — подъема со- 25 четают высокую производительность операций с безусловным выполнением всех технических, технологических требований, возникающих при проводке конкретной скважины с помощью конкретной совокуп- 30 ности технических средств, и требований безопасности и физиологической загрузки операторов-бурильщиков, Целью изобретения является достижение максимально возможной производи- 35 тельности труда в ходе выполнения спускоподъемных операций на буровых установках с дизельным и электрическим типами приводов за счет оптимизации скорости спуска-подъема по каждой свече 40 бурильных труб при обязательном удовлетворении требований рациональной эксплуатации элементов бурового оборудования, техники безопасности, физиологической загрузки оператора-бурильщика, технических 45 и технологических ограничений на скоростные режимы спуска-подъема бурильной колонны на конкретной скважине, проводимой в сложных геологических условиях, На фиг.1 показана структурная схема 50 возможного варианта устройства оптимизации СПО для реализации способа; на фиг.2— графическая интерпретация задаваемой грузоподъемной характеристики буровой лебедки; на фиг.3 — графики ограничений 55 скорости на опасных интервалах скважины при подъеме и спуске бурильной колонны; на фиг,4 — зависимость веса бурильной колонны от времени в цикле подъема на длину свечи; на фиг.5 — графическая иллюстрация к процессу формирования рациональной грузоподъемной характеристики буровой лебедки; на фиг.6 — графическая иллюстрация к процессу оптимизации скорости в ходе подъема бурильной колонны; на фиг.7— фрагментарно ход процесса подьема бурильной колонны из скважины в координатах время — длина бурильной колонны; на фиг,8 — ход СПО в координатах время — длина бурильной колонны; на фиг.9 — зависимость времени простоя промывочной жидкости по глубине скважины в ходе СПО; на фиг,10 — фрагментарно ход процесса спуска бурильной колонны в скважину в координатах время — длина бурильной колонны; на фиг.11 — графическая иллюстрация к процессу оптимизации скорости в ходе спуска бурильной колонны; на фиг.12 — 19 — диаграммы спуска-подъема бурильной колонны на скважине, записанные в промысловых условиях, Способ оптимизации скорости спуска— подъема бурильной колонны может быть осуществлен в промысловых условиях на буровых установках, оснащенных устройствами оптимизации СПО, следующим образом, После завершения очередногэ рейса долота и принятия решения о переходе к

СПО на скважине выполняется обычно один-три полных цикла промывки: целью вымыва с забоя частиц выбуренной породы, удаления из промывочной жидкости газообразных и жидких флюидов, поступивших из вскрытых пластов, выравнивания по глубине и стабилизации свойств промывочной жидкости. В ходе предподъемной промывки осуществляют отбор пробы промывочной жидкости на выходе из скважины (ь желобе) и в условиях промысловой лаборатории определяют ее параметры: с помощью вискозиметра полевого ВП-5 замеряют условную вязкость Т, с; на приборе типа СНС вЂ” 2 или

ВСН вЂ” 3 измеряют значения статического напряжения сдвига (СНС) 01 и Ою, Па. Путем визуального осмотра талевой сис1емы буровой установки определяют ее оснастку (которая должна соответствовать eofIoco техническому наряду (ГТН) на скв;жину),; коэффициент оснастки К0, например, если оснастка 4 х5,,то К0 = 8, 5 х 6 — К0 =-10. Для известной оснастки талевой системы по

EHB определяют КПД талевой системы ут и вес подвижной части талевой системы Q, т; например, ориентировочно можно принять:

КО=8; т=0,874; От=80 (1)

Ко = 10: Ijx 0,849: 0т = 10,0 (2)

В соответ твии с рекомендациями EHB определяют суммарную мощность первичных

1765350

5

10 (3) 55 (4) двигателей буровой лебедки, приведенную к подъемному валу лебедки N кВт; например, для случая дизельного привода лебедки:

N = N1 (ПK1)>Z> ) к, кВт, где Nl — максимальная часовая мощность, которую можно снять с вала двигателя при заданной частоте вращения в течение 1 ч непрерывной работы при стендовыхусловиях испытаний: tp =+20 С, P = 760 мм рт,ст., без вентилятора и при ограниченном сопротивлении на всасывании и выхлопе, кВт;

Z — количество дизелей в приводе лебедки; (ПК1) — произведение коэффициентов, учитывающих потери в дизеле, работающем в режиме привода лебедки; К; — коэффициенты, учитывающие: а) отклонение условий эксплуатации дизелей от стендовых (возможность t >

> +20 С, P < = 760 мм рт.ст., износ при снижении качества топлива); Kl = 0,90; б) потери на привод вентилятора, K2 =

= 0,95; в) потери на выхлоп и всасывание, Кз =

= 0,95; г) потери на привод воздушного компрессора, К4 = 0,95; д) потери, связанные с несинхронной работой нескольких дизелей на один потребитель: для двухдизельного Кь = 0,95; для трехдизельного — К5 = 0,92; )1, — КПД кинематической цепи от двигателей до подъемного вала лебедки, например для буровой установки "Уралмаш — ЗД вЂ” 76" т/, = 0,778, Итак, например, для случая привода буровой лебедки от трех дизелей типа В2450АВ СЗ:

N = 331 0,71 3 0 778 = 548,5 кВт.

По ГТН на скважину и вахтенному журналу бурильщика определяют геометрические параметры скважины: глубину скважины на момент начала подъема бурильной колонны l«>, м, глубину расположения башмака последней обсадной колонны (например, технической колонны)

Lp, м; внутренний диаметр труб последней обсадной колонны Оо, который находят по известному из ГТН наружному диаметру колонны 0о и толщине стенки обсадных труб

hp. 0о = 0о — 2 hp, мм; диаметр долота

1(диаметр необсаженного участка скважины)

0д, мм; а также находят другие параметры; суммарную длину утяжеленного низа бурильной колонны 1У, м; наружный диаметр бурильных труб (БТ) dp, мм; толщину стенки

БТ he, мм; наружный диаметр УБТ dy, мм; вес одной свечи УБТ Q, т, На основе данных геофизических исследований скважины, прогнозов пластового давления в скважине, опыта проводки скважины на этой же площади или в сходных геологических условиях задают величины допустимого гидродинамического давления в скважине при подъеме колонны Л Р,, МПа и спуске Л Р,, МПа, Грузоподъемную характеристику буровой лебедки задают в виде зависимости скорости подъема талевого блока от веса бурильной колонны. Ясно, что.грузоподъемность лебедки определяется кратностью полиспаста тале вой системы, которая изменяется в зависимости от оснастки, поэтому грузоподъемную характеристику задают применительно к фактическому значению коэффициента оснастки К,. В случае привода буровой лебедки от группового дизельного привода вид грузоподъемнои характеристики лебедки будет зависеть от частоты вращения коленчатых валов дизелей. Так, получившие широкое распространение в отечественной промышленности для привода буровых агрегатов дизвли В2—

450АВС3 работают в диапазоне частот вращения и 600 — 1600 об/мин; однако при п <

< 1200 об/мин для двигателей создаются неблагоприятные условия работы, в частности, снижается резкое эффективная мощность, осложняется работа компенсатора крутильных колебаний, повышается удельный расход топлива, увеличиваетс нагарообразование в цилиндрах дизеля. Поэтому рациональной считается эксплуатация дизелей в диапазоне частот вращения коленчатого вала от минимально допустимой пан. = 1200 об/мин до номинальной п,о =

= 1600 об/мин, Множество реальных грузоподъемных характеристик буровой лебедки лежит между граничными грузоподъемными характеристиками, соответствуют.;ими номинальной и минимально допустимой характеристикам; последние задают в виде зависимости скорости подъема талевого блока от веса бурильной колонны. используя паспортные данные буровой лебедки

V<.1,«<, если Оц, < О Q1.НрМ.

Vn.11.ном, ЕСЛИ ОШ,,о < Q Ы О1И pì, Vn = Vn.ном

rl = Пном

Ко о.ш.ном, если Q1v, о < О = Ош,,о, .и.Hpì, если Q О Qiv п.v,Hp>, если 0 < Q < О,„.

1765350

Vn = Vn.ми

П = Пном

Ко (5) 40

Vc.on = p2(L) =

55

n.l.ìèí, ЕСЛИ Qll.мин < Q Ql.ìèí, п.ll.ìèH, ЕСЛИ Gill,мин < Q ОП.мин, Пылин, ЕСЛИ ОИ.M H < Q QIII. ин .в <Н, если Qce Q < Ои. H, n.V.MNH если 0 — О < Оса, где Vn,Ho, Vn,M>H — скорость подъема талевого блока буровой установки при данном коэффициенте оснастки талевой системы Ко и при номинальной или минимальйо допустимой частотах вращения приводныхдизел Ей, м/С: Чп, Пном, V n.ll.нс м, Vn.lll.ном, Vn.И.Hoì, 1/пм.ном — скорости подъема талевого блока на I, II, III, И и V передаче соответственно коробки скоростей при номинальной частоте вращения приводных двигателей, м/с;

Vn.l.ìèí, Vn.ll.ìèí, Vn.lll.ìèí, Vn.lV.ìèí, /п.V.ìèí то же, при минимально допустимой частоте вращения приводных двигателей, м/с; Q— вес бурильной колонны, т; Оса — вес одной

СВЕЧИ УБТ, т; Ql.ном Qll.íîì ЖП.ном QIV.ном — максимальные грузоподъемности буровой лебедки на I, II, III, IV передаче коробки скоростей при номинальной частоте вращеНИя ПрИВОдНЫХ дВИГатЕЛЕй, т; Ql.мин, ОПЪин, Qlll .мин QIV,ìèí ТО ЖЕ, IlPVI MHHNMB/lbHO допустимой частоте вращения приводных двигателей, т.

Графическая интерпретация задаваемой (4) и (5) грузоподьемной характеристики буровой лебедки приведена на фиг,2, где зависимости (4) соответствует сплошная линия, а зависимости (5) — пунктирная: заштрихованными на фиг.2 являются области расположения множества реальных грузоподьемных характеристик буровой лебедки при и, больших пмин, но меньших níoì график фиг.2 соответствует одному из значений Ко

Графики ограничений скорости на опасных интервалах скважины при подъеме и спуске бурильной колонны задают в виде зависимостей скорости, допустимой по условию безаварийного прохождения низом бурильной колонны опасных интервалов скважины, от глубины скважины; Чп.on =.

= p1(l ) И Vc.on = щ(Ц. На НаЧаЛЬНОМ ЭтаПЕ строительства скважины опасные интервалы в скважине естественно отсутствуют, поэтому ограничивать скорость СПО по этому критерию нет смысла и графики ограничений скорости при подьеме и спуске бурильной колонны задают в диапазоне L от 0 до

Lc

СтЕй тИПа: Чп.оп. = P1(L) = Vn.макс = COnSt u

Vc,оп = //2(1-) = Vc,макс = Const, где Lc

/ . проектная глубина скважины, м; Чп.MGKc, 5

I

Vc.макс — значения скорости подъема и спуска, соответственно, заведомо превышающие практически достижимые на данном буровом оборудовании максимальную скорость подьема Vn.м,кс и максимальную скорость спуска Vc. ак, м/с, Известно, например, что для всех отечественных буровых установок Vn.макс не превосходит 2 м/с, поэтому можно принять

I п.макс = 2,5 M/С. С ТОЧКИ ЗрЕНИя рацИОНЭЛЬной эксплуатации бурового оборудования максимальная скорость спуска бурильной колонны не должна превосходить 2,5—

3,0 м/с, однако на практике бурлльщики допускают и Vc. eKc = 5 — 6 м/с; псследние значения очень опасны даже с точки зрения излома талевого каната при столь быстром сматывании его с барабана лебедки. ПоэтоI му целесообразно принять Vc.vaKc = 3,5 м/с.

Итак, если перед началом выполнения

СПО известно, что опасные интервалы в скважине отсутствуют, то графики ограничений скорости задаются в виде Vn,on =-2,5 м/с и Vc on = 3,5 м/с для L из диапазона 0 + L+ Lñêe.ïð

Если известно, что к моменту начала

СПО в ходе предыдущих буровых работ было выявлено I опасных интервалов =кважины при подъеме бурильной колонны и К опасных интервалов скважины при спуске бурильной колонны и известны верхняя и нижняя границы каждого опасного интервала и верхние пределы скорости спуска и подъема на них, заданные инженерами-технологами бурового предприятия, то графики ограничений скорости задают в виде зависимостей

Vn.Màêc, если И(-а,j, í.j);

Vn.on = p1(L) =

Vo on. если Le (I.. 1н,;1: (6) I

Vc.макс. если LN(l e.k, н.k), Vc,on.k, если L<(Le k. Ln к); (7) где j — номер опасного интервала скважины при подъеме бурильной колонны, атсчитываемый от устья скважины к забою, 1 — 1, 2..„I; k — то же, для спуска: k = 1,2...,К;,1, Le,I — нижняя и верхняя, границы )-гс опасного интервала, м; Vn.on.j — верхний предел скорости подъема,при прохождении низом бурильной колонны j-ro опасного лнтерваЛа, М/С; Ln.k, Le.k — НИжНяя И ВЕрХНяя ГраНИЦы k-го опасного интеРвала, м; c.on.k— верхний предел скорости спуска гри прохождении низом бурильной коло ны k-го

1765350

14 мгновенные значения веса q и.усредненное значение веса Qn,i.

Момент завершения предподъемной промывки скважины принимают за начало

5 отсчета времени СПО (с=О) и процесса подьема бурильной колонны, в частности. Перед подъемом из скважины 1-й свечи (i = 1) длина бурильной колонны определяется глубиной скважины

Lk.i(1) = Lk.1 = скв, (13) В дальнейшем в ходе подъема бурильной колонны текущее значение длины буриль15 ной колонны в скважине LK вычисляют путем вычитания импульсов, поступающлх с датчика перемещения талевого блока (ДПТБ) с учетом величины сигнала с датчика веса (ДВ), ИЗ Lcge, В ЗаВИСИМОСтИ От Lk. В КаждОМ

20 i-м цикле подъема определяют геометрические параметры бурильной колонны и скважины в следующем порядке.

Проверяют выполнение условия

q + Qce (8) 25 Lk.i > ly, (14) т.е. выясняют, имеются ли в бурильной колонне в текущий момент времени, кроме УБТ, еще и БТ. Если это условие выполняется, то

30 принимают ly,i = 1у и определяют длину бурильной колонны без УБТ: (1yz (15) (9) ts.c.I = tc.ó.kë tc.ï.кл, 35 если же условие(14) не выполняется, то при(10) нимают з.пл = п.у.Мл тп.п.Кл

Lk.i = О, ly.i = Lk.i (16) 40 Затем проверяют выполнение услсеия

Lkë > Lo, Mi (17) ; q. т.е. выясняют, находится ли низ бурильной

45 колонны в необсаженной части скважины.

Если это условие выполняется, то принимают диаметр скважины D равным диаметру долота

b.c.ë

Mj

g q.;

Qïë

m =1, 0, Лс;

m =1 (12) o=Da

50 (18) где M; = tв. /Л с — количество интервалов времени Л t в продолжительности спуска— подъема загруженного талевого блока в i-м цикле. На фиг.4 показана типичная зависимость веса бурильной колонны от времени в цикле подъема на длину свечи с указанием

МОМЕНТОВ ВРЕМЕНИ ПОДХВата С КЛИНЬЕВ тп.n.k.i

И УСтаНОВКИ На КЛИНЬЯ tn.y.k.i, ПРОДОЛжИтЕЛЬности загруженного подъема t в п, интервала опроса веса Л t, веса свечи УБТ Qc -,—

0=00. (19) ф = 4 (do he — Ьб )/D (20) опасного интервала, м/с, На фиг.3 показаны графики ограничений скорости на опасных интервалах скважины при подъеме (сплошная линия) и спуске (пунктирная линия) бурильной колонны для случая! = 3 и К

= 2.

В ходе СПО в каждом -м цикле спуска или подъема бурильной колонны на длину свечи определяют усредненное значение веса Qi, т. Осреднение веса выполняют традиционно. В ходе СПО через равные промежутки времени Л с, например, Л t = 0,5 с, измеряют мгновенное значение веса на крюке q, для выявления загруженности талевого блока всякий раз проверяют выполнение условия в случае невыполнения последнего талевый блок считается незагруженным, а в случае выполнения — загруженным, В момент выполнения условия (8) в первый раз в i-м цикле спуска (или подъема) фиксируют моМЕНТ ВРЕМЕНИ ПОДХВата КОЛОННЫ 1,.n.k. (ИЛИ

tn.n.k,i), а В МОМЕНТ НЕВЫПОЛНЕНИЯ УСЛОВИЯ (8) в первый раз после этого — фиксируют момент времени установки колонны на клинья после спуска (или подъема) i-й бурильной

СВЕЧИ tc.y.k.i (ИЛИ tn.y.k.). ПРОДОЛжИтЕЛЬНОСтЬ спуска (или подъема) загруженного талевого блок в i-м цикле определяют так;

Усредненное значение веса бурильной колонны в i-м цикле спуска или подъема определяют по выражению: если условие (17) не выполняется, то принимают

Определяют коэффициент перекрь, ия площади сечения скважины

1765350

0п.1 = В + С Ig напр.о, (25) (21) I к.эл = Lkë+ ly.эл M (22) 0t = В + С Ig tnp Па, (23) (27) (24) Определяют эквивалентную длину утяжеленного низа бурильной колонны по выражению

D О5 2 . Об (уэ, = („) 1уi, D — dy

После этого вычисляют эквивалентную длину бурильной колонны

Итак, в каждом i-м цикле подъема определяют величины LK э, и ф в соответствии с алгоритмом, описанным в (14) — (22).

В момент завершения предподъемной промывки скважины (t = 0) начинается простой промывочной жидкости в скважине перед подъемом 1-й свечи. Пока члены буровой вахты выполняют подготовительные операции, промывочная жидкость в скважине находится в состоянии покоя, в ней нарастает структура, а значит, возрастает СНС в соответствии с законом Я = f(tnp), Установлено, что нарастание СНС во времени для промывочных жидкостей на бентонитовой основе происходит по логарифмическому закону, описываемому выражением где В и С вЂ” константы, численные значения которых находятся так: В = 01; С = 010 — 01;

tnp — время нахождения промывочной жидкости в покое после предшествующего интенсивного механического перемешивания, мин.

В момент начала подъема 1-й бурильной

СВЕЧИ ИЗ СКВажИНЫ (tn.n.k.1) ПРОМЫВОЧНаЯ жидкость в скважине выводится из состояния покоя и начинает перемешиваться вследствие перемещений масс промывочной жидкости в затрубном пространстве и внутри бурильной колонны, обусловленных извлечением металла труб из скважины; при

ЭТОМ фИКСИРУЮт МОМЕНТ ВРЕМЕНИ тп.п.к.1— конец простоя, Вычисляют время простоя промывочной жидкости перед подъемом 1-й свечи (время простоя в "нулевом" цикле подъема); п.

tnp.o = tn.п.к.1 О = тп.п.к.1

В момент подхвата колонны с клиньев в цикле подъема 1-й свечи (i = 1) определяют величину СНС промывочной жидкости в скважине в 1-м цикле подъема в соответствии с общей закономерностью (23) В начале 1-го цикла подъема рассчитывают

5 численное значение допустимой по гидродинамическим условиям скорости подъема в соответствии с выражением — 1 п.гд.1 1 8О 0 ("

32 23 Lк э 1 ф, 0,00555 Т .), (26) 15

К этому же моменту времени вычисляют значение рациональной скорости подьема

\4,p,1. В соответствии с рекомендациями

ЕНВ в первом цикле подъема (i = 1) бурильной кОлОнны из скважины HB длину ведущей трубы (квадрата) в качестве рациональной скорости подъема принимают — вна зависимости от начального веса колонны (4.ю,, скорость подъема талевого блока буровой установки на 1 передаче коробки скоростей при минимально допустимой частоте вращения приводных двигателей. Итак, перед началом подъема 1-й свечи коробка скоростей переключается на 1 передачу (оптимальная передача коробки скоростей

Копт.1 = 1), а рацИОНаЛЬНОй СКОрОСтЬЮ яВЛяется

Vn.ð.1 = п.р.реап.1 = Vn.l.ìèí

К началу 1-го цикла подъема вычисляется и скорость подъема, допустимая по условию безаварийнОго прохождения низом бурильной колонны опасных ин-.ервалов

4О скважины, Чп.on.1. Эта скоРость выч,слЯетсЯ по известному значению длины бурильной колонны LK,1 по графику ограниченн л скорости на опасных интервалах скваж ны при подъеме бурильной колонны (6):

Vn.on.1 = Vn.on (Lк.1) = P1(Lк.1) (28) В качестве оптимальной скорости подъема 1-й свечи принимают наименьшее из значений рациональной скорости подъема, скорости подъема, допустимой по гидродинамическим условиям, и скорости подъема, допустимой по условию безаварий лого прохождения низом бурильной колонны опасных интервалов скважины: ./

Vn.oïò.1 = MMH (Vn.р.1, Vn.on.1, Vn.ã,l.1) (29) В процессе извлечения 1-й свечи из скважины определяют значение веса Q .1, После извлечения первой свечи и установки

1765350

18 тпр.1. = п.п.к.г тп.у.к.1 МИн (30) находят СНС промывочной жидкости в момент начала 2-го цикла подъема; 15

On.2 = В + С Ig tnp.1., Па; (31) определяют допустимую по гидродинамическим условиям скорость подьема во вто- 20 ром цикле: — 1

In (1—

1,808 1 2 On.2

Vn.гд.2

25 (32) АРп

2 1Я . 0,00555 Т

) ПО ЗНаЧЕНИЮ ВЕСа Qn,1 ПО (4) И (5) ОПрЕдЕЛя- 30 ют значения рациональных скоростей подъема по реальным грузоподъемным характеристикам для номинальной частоты вращения валов приводных двигателей

Vn.p.íîì.2 1п МИНИМаЛЬНО допуСтимОй ЧаСтОтЫ вращения валов приводных двигателей

Vnp.мин.2, а ЗНаЧЕНИЕ рацИОНаЛЬНОй СКОРОсти подъема по идеальной грузоподъемной характеристике вычисляют по выражению

2 N

40 (33) Vn.ð.ид.2 где гр — допустимый коэффициент перегрузки приводных двигателей, принимаемый 45 равным 1,02; сравнивают величины

Чп,р.ном.2 И Чп.р.мин.г И В КаЧЕСтВЕ рацИОНаЛЬной скорости подъема 1-й свечи по реальной грузоподъемной характеристике принимают большую из них:

Vn.ð.реал.2 = макс (Чп.р.ном.2, Чп.р.мин,2); (34) СРдВНИВают ВЕЛИЧИНЫ Vn.p.реал,г И Vn p.ид 2 И в качестве рациональной скорости подъема

2-й свечи принимают меньшую из них:

Vn.р.2 = МИН (Vn.р.реал.2, Vn.р.ид.2), (35) в качестве оптимальной скорости подъема

1-й свечи принимают наименьшее из значеНИй Vn.ð.2, Vn.гд,2 и Чп,on.2: бурильной колонны на клинья фиксируют

МОМЕНТ ВРЕМЕНИ 1п.y,к.1, С КОТОРОГО НаЧИНается простой промывочной жидкости в скважине в ходе,1-го цикла подъема, В момент завершения 1-го цикла подьема (i = 2), когда 5 происходит подхват бурильной колонны с клиньев за верхний замок второй поднимаемой свечи, фиксируют момент времени тп.п.к.г; вычисляют время простоя промывочной жидкости перед подъемом второй свечи 10

Vn.опт,2 = МИН (Чп.p.2 Чп.гд.2, Чп.on.2}; (36) определяют номер оптимальной передачи

КОРОбКИ СКОРОСтЕй Nonr.2 ПО УСЛОВИЮ

1, если Чп.опт.2 Чп.l.íîì

II, ЕСЛИ Vn,l.íîì < Vn.опт.2 Vn.È.íoì

Йопт.2=

I I, ЕСли Vn.ll.ном < Vn.înò.2 Vn.ill.íîì

V, ЕСЛИ Чп.111.ном < Vn.опт.2 Чп.1Ч.ном. (37)

Аналогично вычисляют оптимальные скорости подъема по следующим циклам, Оптимальную скорость подъема, a i-тл цикле подъема определяют следующим образом.

В процессе извлечения (i-1)-й свечи из

СКВажИНЫ ОПрЕдЕЛяЮт ЗНаЧЕНИЕ ВЕСа Qn.i-1.

После извлечения (i-1)-й свечи и установки бурильной колонны на клинья фиксируют

МОМЕНТ ВРЕМЕНИ тп.у.к.-1, С КатОРОГО НаЧИНается простой промывочной жидкости в скважине в ход (i-1)-го цикла подъема. В момент завершения (i-1)-го цикла подъема и перехода к 1-му циклу подъема фиксируют момент

ВРЕМЕНИ Сп.n.K.l; ВЫЧИСЛЯЮТ ВРЕМЯ ПРОСТОЯ промывочной жидкости перед подъемом i-й свечи и тпр 1-1 = тп.п.к 1 тп.у.к.1-1 (38) находят СНС промывочной жидкосги в момент начала i-ro цикла подъема

Оп,i = В + С Ig 1пр.i-1 и, (39) определяют допустимую величину корости подъема по гидродинамическим условиям; — 1

1,808 ф O,.;

). (40)

32 23, 1 . 1Р5 . 0,00555 Т

По значению веса бурильной колонны

Qn.i-1 по (4) и (5) определяют значения скороСтЕй Чп.р.ном,i И Чп.р.мин.1. а ЗНаЧЕНИЕ РаЦИОнальной скорости подъема по идеальной грузоподъемной характеристике вычисляют по выражению

0,102 N . ут . p а,+а..— (41) СРЗВНИВают ВЕЛИЧИНЫ Vn.р.ном 1 И Чп р.мин.1 И в качестве рциональной скорости подъема

i-й свечи по реальной грузоподъемной характеристике принимают большую из них

Чп.р.pean l = макс (Чп.р.ном1 и Vn.ð.мин,1): (42) 19

1765350

СраВНИВаЮт ВЕЛИЧИНЫ Vn,ð.реал.i И Чп.р.идЛ И B качестве рациональной скорости подъема

i-й свечи принимают меньшую из них

Vn p.i = мин (Vn.ð.реалл, п.р.идЛ): (43)

В качестве оптимальной скорости подъема