устройство регулирования забойного давления бурового раствора

Формула изобретения

Устройство регулирования забойного давления бурового раствора, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом, датчиком забойного давления, каналом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технике и технологии бурения скважин, и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне пластового.

Известно устройство регулирования процесса турбинного бурения, в котором регулирование производится по гидравлической характеристике турбины, имеющей смещенный в сторону меньших оборотов безударный режим работы, путем поддержания постоянного давления за счет регулирования расхода промывочной жидкости насосом во время долбления датчиком давления, который воздействует на привод грязевых насосов, датчик расхода в зависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи долота (см. а.с. СССР № 122104, 1958).

Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования и отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и забойного давлений, а следовательно и невысокая скорость проводки скважин. Это обусловлено тем, что регулирование давления осуществляется по наземным приборам и расход промывочной жидкости регулируется в небольших переделах для уменьшения вибраций колонны труб с целью стабилизации осевой нагрузки, что не обеспечивает возможности бурения на равновесии.

Прототипом является устройство для управления процессом бурения, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом. Недостатком данного устройства является погрешность в установившемся режиме, вызванная применением статического регулятора, (см. а.с. СССР № 935603, 1982).

Техническая задача - создание точного устройства для автоматического регулирования забойного давления бурового раствора непосредственно в процессе бурения скважин.

Технический результат - повышение точности и сокращение времени регулирования забойного давления бурового раствора как при турбинном так и при роторном бурении скважин.

Он достигается тем, что устройство управления дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса.

Предлагаемое устройство изображено на фиг.1. Устройство содержит датчик забойного давления 1, канал связи 2, приемник 3, блок управления 4, задатчик прогнозируемого давления бурового раствора 5, интегрирующий блок 6, демпфер 7, регулируемый привод 8 и буровой насос 9.

Устройство работает следующим образом:

Выходной сигнал с датчика 1 забойного давления бурового раствора подается на вход гидравлического канала связи 2 забоя с устьем скважины. На устье скважины сигнал с выхода канала связи поступает на вход приемника 3, где фильтруется от помех и усиливается. Выделенный и усиленный полезный сигнал, пропорциональный величине забойного давления с выхода приемника, подается на один из входов блока управления 4 и сравнивается с сигналом, поступающим на второй вход блока управления, с задатчика 5 прогнозируемого пластового давления, величину которого задают на основе имеющихся данных, полученных в результате бурения поисковых скважин. По величине полученного сигнала рассогласования в блоке 4 формируется управляющее воздействие и подается на вход интегрирующего блока 6, где формируется интегральная составляющая воздействия, которая подается на один из входов демпфера 7, предназначенного для предотвращения резких изменений значений управляющего воздействия, выполненного в виде апериодического звена первого порядка. Выход управляющего блока соединен со вторым входом демпфера. Сформированное в демпфере 7 конечное управляющее воздействие подается на вход регулируемого привода 8, связанного с буровым насосом, в результате чего изменяется число оборотов привода в соответствии с законом регулирования и величиной забойного давления бурового раствора. Это приводит к необходимому изменению расхода бурового раствора на выкиде насоса и устанавливает требуемую величину давления бурового раствора на забое скважины в диапазоне 0-1,5 МПа.

Предлагаемое устройство управления процессом бурения позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давления и изменять забойное давление путем изменения расхода бурового раствора. Забойное давление бурового раствора определяется по формуле:

где: - удельный вес бурового раствора, г/см;

L - глубина скважины, м;

Q - расход бурового раствора, м³ /с;

_КП - коэффициент пропорциональности, учитывающий гидравлические потери давления в кольцевом пространстве.

По разности между забойным Р_з и пластовым Р_пл давлениями определяют величину давления бурового раствора на забой по алгоритму

Управляющее воздействие формируется по ПИ-закону регулирования, ,

где: - давление рассогласования, г/см;

k _П - пропорциональный коэффициент настройки регулятора;

k_И - интегральный коэффициент настройки регулятора.

Для исключения статической ошибки предлагается использовать пропорционально-интегральный закон регулирования, для чего в блок управления вводится интегрирующий блок, вырабатывающий сигнал, равный интегралу от входной величины (рассогласования), взятому за время регулирования.

Передаточная функция системы автоматического регулирования забойного давления, реализуемая предлагаемым устройством (фиг.1) имеет вид:

где

- передаточная функция объекта управления,

- передаточная функция ПИ-регулятора.

На основе лабораторных исследований было произведено моделирование предлагаемого устройства управления процессом бурения скважин и определены основные параметры качества регулирования забойного давления предлагаемым устройством. Переходные процессы, полученные при использовании прототипа и данного устройства, предоставлены на фиг.2. Здесь под номером 1 изображен переходный процесс, полученный при использовании прототипа, а под номером 2 - переходной процесс предлагаемого устройства регулирования забойного давления бурового раствора, t1 и t2 - время регулирования. В обоих случаях запаздывание принималось равным 4 с. Время регулирования в CAP, оснащенной предлагаемым устройством, составляет не более 17 секунд, статическая ошибка стремится к нулю.

Данное устройство позволяет повысить точность регулирования забойного давления и сократить время этого процесса.

Источника информации

1. Авторское свидетельство СССР № 122104, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР № 935603, 1982 / (прототип).