способ определения степени износа породоразрушающего инструмента в процессе бурения
Классы МПК: | E21B44/00 Системы автоматического управления или регулирования процессом бурения, те самоуправляемые системы, осуществляющие или изменяющие процесс бурения без участия оператора, например буровые системы, управляемые ЭВМ; системы, специально предназначенные для регулирования различных параметров или условий бурового процесса E21B45/00 Измерение времени или скорости бурения |
Автор(ы): | Вяхирев В.И., Ковязин Н.И., Савиных Ю.А., Уросов С.А., Подшибякин В.В., Шишков Д.В., Савиных Р.И. |
Патентообладатель(и): | Дочернее общество с ограниченной ответственностью Буровая компания ОАО "Газпром" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-19 публикация патента:
27.09.2002 |
Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для определения породоразрушающего инструмента. Задачей изобретения является повышение достоверности момента подъема породоразрушающего инструмента и возможность его отработки до полного износа. В способе строят прямолинейные расчетную нагрузочную характеристику турбобура с новым долотом и расчетную нагрузочную характеристику турбобура с изношенным долотом, и соединяют отрезком зоны неустойчивой работы на этих нагрузочных характеристиках. Длину отрезка принимают за критерий износа породоразрушающего инструмента. Указанный отрезок градуируют, разбивая его на части равной длины, характеризующие величину износа породоразрушающего инструмента, и принимают их в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента. В процессе бурения по данным замера частоты вращения и осевой нагрузки при дискретном нагружении долота от режима холостого хода до режима неустойчивой работы турбобура строят нагрузочную характеристику для нового долота и серию нагрузочных характеристик через заданный интервал времени контроля. Степень износа и степень работоспособности породоразрушающего инструмента определяют совмещением нагрузочных характеристик, построенных по замерным данным, и расчетных нагрузочных характеристик. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ определения степени износа породоразрушающего инструмента в процессе бурения, включающий замер частоты вращения долота и осевой нагрузки, отличающийся тем, что строят прямолинейные расчетную нагрузочную характеристику турбобура с новым долотом и расчетную нагрузочную характеристику турбобура с изношенным долотом, соединяют отрезком зоны неустойчивой работы на этих нагрузочных характеристиках, принимают длину отрезка за критерий износа породоразрушающего инструмента, градуируют указанный отрезок, разбивая его на части равной длины, характеризующие величину износа породоразрушающего инструмента, и принимают их в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента, в процессе бурения по данным замера частоты вращения и осевой нагрузки при дискретном нагружении долота от режима холостого хода до режима неустойчивой работы турбобура строят нагрузочную характеристику для нового долота и серию нагрузочных характеристик через заданный интервал времени контроля, и определяют степень износа породоразрушающего инструмента и степень работоспособности породоразрушающего инструмента совмещением нагрузочных характеристик, построенных по замерным данным, и расчетных нагрузочных характеристик.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к области контроля и управления процессом бурения, и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего инструмента. Известен способ определения степени износа породоразрушающего инструмента, включающий замер пульсации давления промывочной жидкости с ее последующим преобразованием в спектр колебаний давления, причем за критерий износа породоразрушающего инструмента принимается ширина полосы нормирования спектральной плотности, а предельный износ характеризуется полным отсутствием преобладающей частоты [1]. Недостаток способа заключается в том, что, во-первых, частота пульсации давления в насосной линии непостоянна и изменяется от 1 до 8 имп/с с некоторым периодом (в случае независимости приводов к двум насосам) [2], а во-вторых, в процессе работы породоразрушающего инструмента происходит смещение спектральной плотности в область более высоких частот с переходом в широкополосный спектр. Следовательно, трудно определить преобладающую частоту, что приводит к низкой достоверности прогнозирования момента подъема породоразрушающего инструмента. Наиболее близким по технической сущности является способ для измерения износа долота в процессе бурения, например, в процессе бурения непрерывно измеряют частоту вращения долота датчиком, осевую нагрузку и текущее значение времени бурения преобразователем с последующим расчетом времени работы долота по вооружению и реализуют алгоритм [3]:T=(PKP - PCР)(S + 1)/2An
![способ определения степени износа породоразрушающего инструмента в процессе бурения, патент № 2190095](/images/patents/280/2190020/946.gif)
где Т - время работы долота, обусловленное износом его вооружения;
PКР - максимально допустимая нагрузка на долото;
PСР - средняя нагрузка на долото в момент очередных подач бурового инструмента;
n - среднее значение вращения долота в момент очередных подач бурового инструмента;
S - отношение ширины основания зубца к его начальной тупизне;
А - коэффициент, учитывающий конкретные условия работы долота (коэффициент абразивности);
![способ определения степени износа породоразрушающего инструмента в процессе бурения, патент № 2190095](/images/patents/280/2190020/946.gif)
1. точку А[х, у] (где x=G,y=n) с данными, например (рис.8 [4]) n=900 об/мин и G=0 (точка соответствует режиму холостого хода);
2. точку В[х0,у0] (где х0=G0, y0=n0) с данными, например (рис.8 [4]) n0= 600 об/мин и G0 = 270 кН = 1500 масштабных единиц (точка соответствует работе турбобура в зоне неустойчивой работы для нового долота);
3. точку С[х10,у10] (где х10=G10, у10=n10) с данными, например (рис. 8 [4] ) n10= 400 об/мин и G10 = 175 кН = 700 масштабных единиц (точка соответствует режиму турбобура в зоне неустойчивой работы для изношенного долота). 4. Составляют уравнения линий:
АВ: у = -0,27х + 900;
AC: y = -0,7x + 900;
ВС: у = 0,58х. 5. Определяют длину отрезка ВС, характеризующую критерий износа породоразрушающего инструмента, по формуле:
ВС=[(х0 - х10)2 + (у0 - у10)2]1/2 (2)
После подстановки исходных данных и решения уравнения (2) получаем ВС= 403 масштабных единиц. 6. Разбивают отрезок ВС, например, на 10 равных частей (процентный износ породоразрушающего инструмента: BB1=10%, ВВ2=20%, ..., ВС=100%). Каждый отрезок длиной по 40,3 масштабных единиц характеризует критерий работоспособности породоразрушающего инструмента. 7. Составляют серию уравнений нагрузочных характеристик турбобура, размещенных между прямыми линиями АВ и АС, через 10% износа породоразрушающего инструмента:
AB1: y = -0,31x + 900;
АВ2: у = -0,34х + 900;
АВ3: у = -0,38х + 900;
АВ4: у = -0,42х + 900;
АВ5 у = -0,47х + 900;
АВ6: у = -0,51х + 900;
АВ7: у = -0,55х + 900;
AB8: у = -0,60х + 900;
АВ9: у = -0,65х + 900. 8. Строят серию расчетных нагрузочных характеристик с критерием износа породоразрушающего инструмента в виде линии ВС и с критерием работоспособности породоразрушающего инструмента в процентном отношении в виде отрезков BB1, ВВ2, ..., ВС. Вторая операция. Опускают бурильный инструмент с новым долотом в скважину. Включают насосы и во время промывки забоя замеряют число оборотов долота в режиме холостого хода. Третья операция. Опускают турбобур на забой и нагружают его до тормозного момента, при этом замеряют число оборотов долота при изменении нагрузки дискретно, например, через 30-50 кН. Четвертая операция. Строят нагрузочную характеристику турбобура по замерным данным с новым долотом и совмещают ее на номограмме с линией АВ. Пятая операция. Производят бурение скважины согласно заданной осевой нагрузке по геолого-технологическому наряду. Шестая операция. Производят, например, через 1-2 ч повторный замер числа оборотов долота от режима холостого хода (приподнимают от забоя бурильный инструмент на 5-10 м) с последующим нагруженном его до тормозного момента при изменении нагрузки дискретно, например, через 30-50 кН. Седьмая операция. Строят нагрузочную характеристику турбобура по замерным данным с уже поработанным долотом. Например, построенная нагрузочная характеристика турбобура при наложении ее на номограмму совпала с расчетной нагрузочной характеристикой АВ3. Это означает, что износ породоразрушающего инструмента составляет 30%. Операция восьмая. Получив информацию о состоянии породоразрушающего инструмента и учитывая, что рабочая зона и область неустойчивой работы турбобура смещается в сторону меньших осевых нагрузок, бурильщик принимает решение продолжить бурение при нагрузке, например, G=240 кН и n=550 об/мин, где могут быть получены наилучшие показатели бурения, в частности, мощность турбобура и скорость бурения. Таким образом, бурильщик, постоянно (через заданный интервал времени) получая информацию о степени износа вооружения породоразрушающего инструмента, отрабатывает его до полного износа с учетом наилучших показателей бурения. Источники информации
1. А.С. 1427059, Е 21 В 45/00, 1988 [аналог]. 2. Грачев Ю. В., Варламов В.Н. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. - М.: Госнаучтехиздат, 1963, с.84. 3. А.С. 1283361, Е 21 В 45/00, 1987 [прототип]. 4. Балицкий П.В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины. - М.: Недра, 1975, с.22 - 23 (рис. 8), с.143. 5. Эскин М.Р., Романова Е.И. Зависимость между параметрами режима турбинного бурения и показателями работы долота. В кн.: Бурение, ГОСИНТИ, 1962, С. 3-41 (рис. 7). 6. Григорян Н.А., Багиров Р.Е. Анализ процесса турбинного бурения. - М.: Недра, 1982, С. 110-111 (рис.50 и 51).
Класс E21B44/00 Системы автоматического управления или регулирования процессом бурения, те самоуправляемые системы, осуществляющие или изменяющие процесс бурения без участия оператора, например буровые системы, управляемые ЭВМ; системы, специально предназначенные для регулирования различных параметров или условий бурового процесса
Класс E21B45/00 Измерение времени или скорости бурения