Способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин

Способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин

Реферат

Изобретение относится к области бурения, а именно к способам контроля процесса бурения забойными двигателями наклонно-горизонтальных скважин.

Одной из важнейших задач при конструировании забойных телеизмерительных систем является контроль перегрузок, возникающих от вибраций и ударов при бурении скважин. Колонна бурильных труб представляет собой сложную пространственную систему с распределенными параметрами. В процессе бурения долото контактирует с горными породами разной твердости, ударяясь зубьями о неровности ухабообразного забоя, причем зубья значительно срабатываются во времени, изменяя параметры вибраций. Все это вызывает достаточно сложные колебания и удары (А.А. Молчанов, Г.С. Абрамов. Бескабельные измерительные системы для исследования нефтегазовых скважин (теория и практика). - М.: ОАО "ВНИИОНГ". 2004). Повышение интенсивности ударных нагрузок снижает эксплуатационные свойства бурового и измерительного оборудования и свидетельствует о необходимости изменения режимов бурения.

Известен способ контроля процесса бурения (А.с. СССР 1693235, кл. Е21В 44/00). Способ основан на изменении частоты вращения бурового инструмента, осевой нагрузки на долото и параметров промывочной жидкости в зависимости от параметров бурового шлама.

Однако данный способ не позволяет получать полную информацию об условиях перемещения бурильной колонны и долота в процессе бурения наклонно-горизонтальных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающий бурение ствола скважины компоновкой бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, долота, забойного двигателя, переводника, в котором расположен скважинный прибор с установленным в нем датчиком, и телеметрической системы, скважинный прибор которой расположен над забойным двигателем, и передачу информации от датчика по беспроводному каналу связи в скважинный прибор телеметрической системы и далее - по кабелю на поверхность (Патент РФ 2180398, кл. Е21В 44/00).

Известный способ не позволяет получать полную информацию об условиях перемещения бурильной колонны и долота в процессе бурения наклонно-горизонтальных скважин.

Целью настоящего изобретения является возможность получения более полной информации об условиях перемещения бурильной колонны и долота в процессе бурения наклонно-горизонтальных скважин и принятия решения о необходимости изменения режимов процесса бурения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающем бурение ствола скважины компоновкой бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, долота, забойного двигателя, переводника, в котором расположен скважинный прибор, включающий в себя трехосевой датчик ускорения, и телеметрической системы, передающей информацию от скважинного прибора по беспроводному каналу связи на поверхность, при этом датчиком ускорения измеряется ускорение прибора по трем взаимно ортогональным осям,

определяется средний темп повышенных ударных нагрузок по каждой из осей акселерометра и общее число превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения, полученные значения кодируются и передаются телеметрической системой на поверхность, на основании полученных данных принимается решение о необходимости изменения режимов процесса бурения.

Пороговые значения ускорения по продольной оси скважинного прибора устанавливаются не менее 400 м/с², а по поперечным осям - не менее 10 м/с².

Кодирование включает в себя разбиение диапазона средних темпов повышенных ударных нагрузок на неперекрывающиеся области по степени воздействия на буровое оборудование.

Новыми признаками способа являются:

- установка в скважинный прибор трехосевого датчика;

- определение среднего темпа повышенных ударных нагрузок по каждой из осей акселерометра и общего числа превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения;

- кодирование для передачи на поверхность полученных значений среднего темпа повышенных ударных нагрузок по каждой из осей акселерометра и общего числа превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения.

В качестве беспроводного канала связи используют гидравлический, ультразвуковой или любой другой беспроводной канал связи.

Из анализа патентной и научно-технической литературы подобное решение не известно, что и позволяет сделать вывод о «Новизне» и «Изобретательском уровне» предлагаемого комплексного скважинного прибора.

Сущность способа заключается в следующем.

Бурение наклонно-горизонтального участка ствола скважины ведут компоновкой бурильной колонны, которая состоит из бурильных труб, долота, забойного двигателя, переводника, в котором расположен скважинный прибор с установленным в нем трехосевым датчиком ускорения, и телеметрической системы, передающей информацию от скважинного прибора по беспроводному каналу связи на поверхность.

В процессе бурения бурильная колонна и входящий в ее состав скважинный прибор с расположенным в нем датчиком ускорения подвергаются ударным нагрузкам. Эти ударные нагрузки регистрируются непрерывно трехосевым датчиком ускорения, входящим в состав скважинного прибора.

Средний темп возникновения повышенных ударных нагрузок определяется следующим образом. Количество превышений значений ускорений по каждой из осей выше порогового подсчитывается за заданный интервал времени. Пороговые значения ускорений определяются раздельно по продольной и поперечным осям скважинного прибора, величина порога определяется по результатам моделирования или экспериментальным путем. Средний темп определяется по формуле f_cp=N/t, где N - количество превышений значений ускорения за время измерения t.

Также определяется общее число превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения по каждой из осей.

Полученные значения среднего темпа возникновения повышенных ударных нагрузок и общего числа превышений пороговых значений ускорения кодируются и передаются телеметрической системой на поверхность. Сущность кодирования заключается в разбиении диапазона темпа возникновения повышенных ударных нагрузок на неперекрывающиеся области, определяющие уровень ударных воздействий с точки зрения оценки возможности сохранения текущего режима бурения. Границы областей определяются по результатам моделирования и экспериментальным путем.

Рассмотрим пример возможного кодирования среднего темпа повышенных ударных нагрузок. Предположим, что планируется разбиение на две области. При этом целесообразно разделить диапазон на область с допустимой и экстремальной нагрузками. Возможный вариант разбиения: 0…5 сек^-1 и >5 сек^-1. При разбиении на четыре области возможный вариант разбиения: 0…1 сек^-1, 1…3 сек^-1, 3…5 сек^-1 и >5 сек^-1, где первый диапазон определяет допустимый уровень нагрузок, второй и третий - повышенный уровень нагрузок, а четвертый - область экстремальных нагрузок.

Аналогично производится кодирование общего числа превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения по каждой из осей.

На основании полученных на поверхности данных принимается решение о необходимости изменения режимов процесса бурения с учетом того, что средний темп возникновения повышенных ударных нагрузок является дифференциальным показателем уровня нагрузок, а общее число превышений пороговых значений ускорения - интегральным.

Предлагаемое устройство реализовано при разработке и выпуске комплексной скважинной аппаратуры и опробовано в условиях месторождений Западной Сибири, что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости».

Использование предлагаемого изобретения позволит получать полную информацию об условиях перемещения бурильной колонны и долота в процессе бурения наклонно-горизонтальных скважин.

1. Способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающий бурение ствола скважины компоновкой бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, долота, забойного двигателя, переводника, в котором расположен скважинный прибор, и телеметрической системы, передающей информацию от скважинного прибора по беспроводному каналу связи на поверхность, отличающийся тем, что скважинный прибор включает в себя трехосевой датчик ускорения, расположенный в скважинном приборе, при этом датчиком ускорения измеряется ускорение прибора по трем взаимно ортогональным осям, определяется средний темп повышенных ударных нагрузок по каждой из осей акселерометра и общее число превышений пороговых значений ускорения в процессе бурения, полученные значения кодируются и передаются телеметрической системой на поверхность, на основании полученных данных принимается решение о необходимости изменения режимов процесса бурения.

2. Способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин по п. 1, отличающийся тем, что пороговые значения ускорения по продольной оси скважинного прибора устанавливаются не менее 400 м/с², а по поперечным осям - не менее 10 м/с².

3. Способ контроля процесса бурения наклонно-горизонтальных скважин по п. 1, отличающийся тем, что кодирование включает в себя разбиение диапазона средних темпов повышенных ударных нагрузок на неперекрывающиеся области по степени воздействия на буровое оборудование.