Лекция 4. БУРОВЫЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Применяемые на буровых работах измерительные средства можно разделить на несколько групп. Это каротажные приборы, скважинные приборы, приборы управления приводом буровой установки, приборы контроля процесса бурения, дефектоскопы.

Каротажные приборы служат для разбиения геологического разреза скважины на части, соответствующие стратиграфическому строению участка работ. Выделяются продуктивные горизонты и дается оценка содержащегося в них полезного ископаемого.

Скважинные приборыпозволяют исследовать ствол скважины и проходящие в нем процессы Инклинометры на основании замеров зенитных и азимутальных углов дают информацию о траектории скважины, ориентаторыпозволяют ориентировать средства искусственного искривления в заданном направлении, каверномерыи профилемерыпозволяют выяснить истинную форму поперечного сечения скважины, скважинные термометры способствуют установлению зон поглощений и проявлений, обеспечению качественного цементирования, скважинные расходомеры выявляют зоны и интенсивность перетоков, глубинные манометры позволяют исследовать продуктивные пласты на приток

Приборы управления приводом – это либо электроизмерительные приборы, такие, как вольтметры, амперметры, ваттметры, счетчики энергии, частотомеры; либо приборы контроля подачи топлива и масла, такие как манометры, уровнемеры, термометры и т. п.

Приборы контроля процессабурения позволяют вести этот процесс эффективно, а главное, – не допускать аварий.

Дефектоскопы контролируют качество изготовления и степень износа важнейших узлов технологической схемы бурения и прежде всего бурильной и обсадных колонн.

Данная дисциплина не охватывает все перечисленные группы измерительных средств. Причина состоит в том, что большая часть из них рассматривается в специальных курсах, таких как: “Скважинная геофизика“ – каротажные приборы; “Направленное бурение” – инклинометры, ориентаторы; “Тампонаж скважин” – кавернометрия и профилеметрия; “Привод буровых установок” – приборы контроля работы двигателей и передач. В связи с этим будут рассматриваться в основном приборы контроля процесса бурения и, прежде всего, – его режима. Измерительные средства, предназначенные для контроля качества бурового раствора, а также тампонажных смесей, здесь опускаются, т. к. являются неотъемлемой частью курса “Промывочные жидкости и тампонажные смеси”

В рамках курса будут рассмотреныприборы контроля процесса бурения, некоторые виды скважинных приборов, а также средства дефектоскопии.

Приборы контроля параметров процесса бурения подразделяются на два основных типа: поверхностные и забойные. Поверхностные приборы контролируют буровые процессы с помощью датчиков, расположенных на поверхности. Они значительно проще забойных и хронологически появились на много раньше. Однако в связи сростом глубин скважин управлять бурением с помощью поверхностных датчиков становится все труднее, так-как методическая ошибка приближается к 100% от забойных значений контролируемых параметров. Ошибка эта зависит не только от глубины, но и от интенсивности искривления ствола (хотя вероятность появления искривленных участков также увеличивается с глубиной скважины). Наконец быстро-развивающаяся технология строительства скважин с горизонтально расположенной приемной частью (с целью резкого увеличения площади притока пластового флюида), делает бурение с применением только поверхностных датчиков вообще невозможным.

Забойные приборы контроля параметров режима бурения, позволяют радикально решить проблему контроля процесса бурения глубоких и сильно искривленных скважин, устраняя методическую ошибку, вызванную влиянием связывающей забой с поверхностью бурильной колонны. Однако при этом встали новые проблемы. Это необходимость создания надежного канала связи забойных датчиков с поверхностным пультом, а также точных и безотказных датчиков, работающих внутри вращающейся колонны бурильных труб и в потоке промывочной жидкости под высоким давлением.

Если исключить многочисленные параметры бурового раствора, то можно насчитать шесть основных контролируемых параметров управления процессом бурения. В первую очередь это три параметра управляющего воздействия осевая нагрузка, частота вращения и расход промывочной жидкости. Эти параметры бурильщик имеет возможность по своему желанию изменять с целью добиться наилучших условий протекания процесса бурения, оптимизации этого процесса. Три других параметра: давление жидкости, крутящий момент и скорость углубки являются параметрами-показателями интенсивности и безаварийности процесса бурения. Бурильщик не может задавать их непосредственно, но зато они позволяют ему оценить качество его управления буровым процессом.

Если оценивать только сам процесс бурения (независимо от конечного геологического результата) , то основным экономическим критерием его эффективности является средняя стоимость метра проходки. Эта стоимость, в свою очередь, зависит от двух показателей. Во первых, это рейсовая скорость бурения

, (4.1)

где – рейсовая углубка, – время чистого бурения и спускоподъемных операций, – мгновенная скорость бурения. Рейсовая скорость растет с ростом рейсовой углубки и уменьшением суммы времени бурения и СПО

Вторым показателем является аварийность. При бурении скважин большой глубины аварии могут затянуть строительство скважины на недели и месяцы и резко повысить стоимость метра. Точный контроль указанных шести параметров с помощью специальных приборов позволяет положительно влиять как на аварийность, так и на рейсовую скорость

По области применения измерительные приборы делятся на общетехнические, т. е. те, которые могут использоваться в любой отрасли хозяйства (например, электроизмерительные приборы) и специальные приборы, тесно связанные с принятой в данной отрасли технологией. Приборы контроля процесса бурения являются представителями второй группы. Это либо приборы, которым вообще трудно найти применение где либо, кроме бурения (измерители веса бурового инструмента и осевой нагрузки, измерители скорости бурения, измерители крутящего момента), либо это общетехнические приборы, в конструкцию которых внесены существенные изменения, без которых их использование на бурении затруднительно (манометры).

Особенность приборов контроля бурения состоит в том, что с целью предотвращения аварий, приближение и возникновение которых характеризуется резкими скачками или спадами контролируемых параметров, КИП (контрольно-измерительные приборы) бурения снабжаются уставками сигнализации максимально и минимально допустимых значений контролируемых параметров. В некоторых случаях уставки сигнализации дополняются также и уставками ограничения, автоматически прекращающими работу буровой установки при выходе измеряемого параметра за допустимые пределы.

Запись контролируемых параметров на диаграмму в зависимости от времени дает важную информацию об аварии, если она все-таки произошла. Такая запись позволяет, например, установить время возникновения аварии. Сопоставление записи нескольких параметров дает обычно возможность выяснить причину аварии и использовать полученный опыт в дальнейшем.

Функционирование КИП бурения проходит при тяжелых внешних условиях. Они должны работать круглый год в открытом помещении при колебаниях температуры от до и при наличии в воздухе пыли и брызг. На приборы могут действовать вибрации значительной частоты и амплитуды, вызванные работой механизмов буровой установки. Напряжение питающей сети может находиться в пределах от номинального, частота – в пределах Гц .

Столь сложные условия требуют введения в конструкцию прибора защитных устройств (стабилизаторов напряжения питания, пыле-брызгозащитных уплотнений, амортизаторов и т. п.), увеличивающих габариты, и массу. С другой стороны, такие приборы должны иметь низкий класс точности, т. к. высокоточные приборы не переносят работу в подобных условиях. Класс точности большей части КИП бурения не превышают 4%.

Повышенные габариты и масса, а также низкая серийность выпуска, вызванная ограниченной потребностью в специальных приборах (в отличие от общетехнических) приводит к многократному росту стоимости буровых КИП.

Рекомендуемая литература: 4. с. 145-147

Контрольные вопросы

1. Какие виды КИП применяются при строительстве скважин?

2. Какие КИП рассматриваются в данном курсе?

3. Какова цель применения КИП контроля процесса бурения?

4. Виды КИП контроля процесса бурения и их классификация.

5. В чем различие поверхностных и забойных КИП контроля процесса бурения?

6. Каковы особенности КИП контроля параметров процесса бурения?