Соотношение между нагрузкой О на крюке и усилиями в ведущем и неподвижном концах талевого каната

Примечание. Р_}, Р₂и Р₀ — усилия в ведущем конце талевого каната соот­ветственно при подъеме, спуске и покое, Н; Я_ь К₂ и ^₀ — усилия в неподвижном конце талевого каната соответственно при подъеме, спуске и покое, Н.

вающего и самопишущего манометров, запрещается. Не разреша­ется также замена отдельных приборов комплекта.

Вся гидравлическая система заполняется водой, а в зимнее вре­мя — смесью воды со спиртом или глицерином. Жидкость, запол­няющая систему, должна быть нейтральной по отношению к кис­лотности и щелочности, обладать малым коэффициентом расши­рения, не растворять резину и замерзать.

Наиболее удовлетворяют этим условиям 50 %-й раствор глице­рина в воде. При отсутствии глицерина применяют разбавленный спирт (40% воды).

В условиях покоя натяжение концов в канате

т

где т — число рабочих роликов талевого блока.

Одно и то же показание индикатора массы (веса) может соот­ветствовать в зависимости от оснастки талевой системы разным Действительным массам бурильной колонны (табл. 7.6).

К каждому индикатору массы (веса) прилагается паспорт, в котором указана цена делений для различных показаний прибора. Цена делений в начале шкалы манометра меньше цены делений в конце шкалы. Это объясняется изменением угла прогиба каната в сторону уменьшения по мере увеличения нагрузки на крюке.

На практике часто приходится определять цену деления инди­катора, не пользуясь паспортом прибора. В тот момент, когда до­лото не касается забоя скважины, масса бурильной колонны С_Г) соответствует некоторому показанию индикатора массы (веса) X. Зная, что условный нуль индикатора массы (веса) отнесен к 10-му делению, легко определить цену делений

где I -- длина колонны бурильных труб, равная глубине скважи­ны в данный момент, м; ^ — масса погонного метра бурильных труб, кН; / — длина одной свечи, м; #₃ — масса замка, кН.

Чтобы определить осевую нагрузку (давление на забой) в момент бурения, необходимо знать показание индикатора массы (веса). Если показание индикатора массы (веса) У, то осевая нагрузка составляет

Р_д = (Х- У)Ц.

Отсчет производится в следующем порядке. Спускаемую в сква­жину бурильную колонну с навинченной ведущей трубой подни­мают над забоем на 2...3 м и затем с вращением и циркуляцией бурового раствора медленно опускают. В этот момент фиксируют показание ^стрелки манометра.

После создания давления (осевой нагрузки) на забой частью массы бурильных труб на долото определяют величину 7. Разность между этими двумя показаниями, умноженная на цену деления индикатора массы (веса), и будет характеризовать осевую нагрузку. Допустим, что Ц - 7,24 кН, Х= 35 делений, 7= 31 деление, тогда

Р_д= (35 -31) -7,24- 28,96 кН.

Индикаторы массы (веса) применяют не только при бурении, но и при ловильных работах, спуске промежуточных и эксплуата­ционных колонн и т.д. Внимательное наблюдение за индикатором массы (веса) часто позволяет предотвратить аварии во время спус­ка бурильной колонны и в процессе других работ. По индикатор­ной диаграмме инженерно-технические работники изучают про­цесс бурения, разрабатывают режимы бурения, контролируют соблюдение заданных параметров режима.

Основными недостатками гидравлического индикатора массы (веса) является зависимость показаний от диаметра каната, тем­пературы окружающей среды и утечек жидкости.

Кроме описанного выше гидравлического, существуют элек­трический и механический индикаторы массы (веса). Электричес­кий индикатор массы (веса) так же, как и гидравлический, изме­ряет массу бурильного инструмента по усилию в неподвижном конце талевого каната. Он состоит из датчика с индукционным преобразователем, назначение которого — воспринимать натяже­ние неподвижного конца талевого каната и отображать это натя­жение пропорциональной ЭДС. Он имеет также измеритель запи­сывающего или указывающего типа. К основным преимуществам электрического индикатора массы (веса) относятся: независимость показаний от диаметра каната, возможность осуществления дис­танционной передачи, легкость изменения чувствительности при­бора, большая точность.

Чтение индикаторных диаграмм.Регистрирующая часть индика­тора массы (веса) позволяет по диаграмме оценивать работу в сква­жине, следить за соблюдением буровой бригадой заданных пара­метров режима бурения. На диаграмме индикатора массы (веса) отмечаются все колебания массы инструмента на подъемном крю­ке в течение суток.

Диаграмма гидравлического индикатора массы (веса) пред­ставляет собой бумажный круг с расчерченными на нем концен­трическими окружностями (рис. 7.16). Жирные черные круги со­ответствуют делениям манометра в 0, 10, 20, 30, ..., 100 единиц. Пространство между этими окружностями разделено на 10 час­тей, через которые проходят тонкие окружности. Таким образом, интервал между каждыми двумя соседними окружностями соот­ветствует одному делению манометра. Отметки от 0 до 100 идут от центра к периферии. Наружная окружность разделена на 24 час­ти, соответствующие часам суток, а каждая из них, в свою оче­редь, разделена на 4 части, соответствующие 15 мин. Через каж­дое из этих делений проведены радиальные кривые радиусом, равным длине пера от его центра вращения. Если линия на диа­грамме проходит параллельно одной из окружностей, то это оз­начает, что в этот отрезок времени масса на крюке не измени­лась. Это может быть или при остановке, или же в процессе буре­ния при постоянной нагрузке.

Если линия проходит параллельно кривой радиальной линии, то это является показателем, что в данный момент времени про­изошло мгновенное изменение в массе бурильной колонны на подъемном крюке. Последнее происходит во время подъема бу­рильной колонны с ротора, натяжки прихваченной в скважине бурильной колонны и т.д. Разница заключается в том, что в послед­нем случае крайняя точка этой кривой будет значительно превос­ходить наибольшую массу бурильной колонны в данный момент.

Если посадить бурильную колонну на элеватор, то этот мо-| Мент будет отмечен такой же линией, но с той лишь разницей,

Рис. 7.16. Индикаторная диаграмма

что в данном случае она покажет уменьшение массы на подъемном крюке от какого-то максимума до условного нуля (10-е деление). Процесс спуска начинается после смены долота, т.е. при .мини­мальной массе на подъемном крюке, и характеризуется постепен­ным увеличением массы с каждой спущенной свечой.

Процесс подъема бурильной колонны из скважины представ­ляет собой на диаграмме картину, обратную спуску. С каждой све­чой масса на крюке уменьшается. Но так как при подъеме от рото­ра до балкона верхового рабочего масса бурильной колонны оста­ется постоянной, а подъем длится некоторое время, то этот пери­од будет на диаграмме обозначаться небольшой площадкой, па­раллельной окружности и соответствующей массе бурильной ко­лонны в данный момент. Поэтому на индикаторной диаграмме при подъеме каждой свечи будут зафиксированы две линии, соеди­ненные на конце площадочкой.

Рассмотрим, как будет фиксироваться на диаграмме процесс бурения. Если осевая нагрузка поддерживалась постоянной, то пло­щадка параллельна окружности, характеризующей массу буриль­ной колонны. Если же в процессе бурения происходили колебания осевой нагрузки на забой, то это будет характеризоваться измене­ниями в виде рывков и волнообразных записей на диаграмме.

Осевая нагрузка на забой может быть определена как раз­ность между массой бурильной колонны, приподнятой над за­боем, и массой бурильной колонны, частично опирающейся на забой при бурении. На диаграмме осевая нагрузка будет опреде­ляться по числу клеток между окружностями, соответствующими максимальному отклонению стрелки манометра при окончании спуска бурильной колонны и минимальному отклонению стрелки в процессе бурения. Деления по манометру следует переводить в килоньютоны.

Контроль за другими параметрами режима бурения.Давление бу­рового раствора измеряется датчиком, который монтируется на трубопроводе между насосами и стояком или нач^тояке нагнета­тельной линии буровых насосов.

Частота вращения ротора измеряется тахометрами различных конструкций. Имеются также приборы по измерению механичес­кой скорости проходки и ряд других приборов, регистрирующих и показывающих забойные параметры процессов бурения (число оборотов вала турбобура, пространственное положение забоя сква­жины и т.д.).

Все рассмотренные выше приборы входят в комплект системы наземного контроля процессов бурения,

Номенклатура параметров, контролируемых пультом контроля процессов бурения (ПКБ), определяется в зависимости от мощ­ности буровой установки. Постоянно ведутся работы по совершен­ствованию системы контроля и управления процессом бурения скважины.

Процесс строительства скважин характеризуется быстрым из­менением ситуаций и действием многочисленных взаимосвязан­ных факторов, изменяющихся во времени и пространстве. Несмотря на цикличность и повторяемость производственных процессов при бурении скважин, каждый цикл характеризуется своими особен­ностями, обусловленными влиянием конкретных геолого-техни­ческих и организационных факторов. Кроме того, в процессе буре­ния зачастую возникают различные непредвиденные ситуации, нарушающие запланированный ход производства и требующие принятия оперативных решений. Эти ситуации обусловливаются, как правило, авариями, геологическими осложнениями при буре­нии (уходами циркуляции, обвалами и др.), неожиданным выхо­дом из строя бурового оборудования и породоразрушающего ин­струмента и т.п.

По функциональному назначению устройства, предназначен­ные для контроля и управления процессом бурения скважин, мож­но подразделить: на средства наземного контроля параметров режима углубления скважин, средства автоматического регули­рования подачи долота, средства оперативной оптимизации про­цессов углубления скважин, системы диспетчерского телеконтроля и управления буровыми процессами, средства сбора и передачи технологической информации для последующей обработки и ис­пользования.

Разработаны и применяются ряд устройств, позволяющих оп­тимизировать отдельные параметры режима бурения, а также ком­плексные системы управления процессом бурения (углубления) скважин на основе использования средств автоматики, телемеха­ники и ЭВМ.

В настоящее время достаточно широко используют передачу параметров режима бурения на расстояние как при помощи про­волочной, так и беспроволочной связи. Это позволяет оборудовать на диспетчерских пунктах (участках) специальные пульты, на ко­торых монтируют показывающие и регистрирующие приборы па­раметров режима бурения каждой буровой установки. Диспетчер (инженер участка) получает возможность круглосуточно следить за работой буровых установок и при необходимости незамедли­тельно вносить нужные коррективы в процесс проводки скважин.

Телеметрия забойных параметров при бурении скважин являет­ся решающим фактором в создании автоматической системы уп­равления процессом бурения.

В результате отечественных и зарубежных работ создано доста­точно большое число приборов для контроля забойных парамет­ров (под забойными параметрами понимается напряженное со­стояние бурильной колонны, скорость вращения долота, темпе­ратура и давление на забое скважины, местоположение ствола сква­жины в пространстве и т.п.). Для связи с поверхностью использу­ются следующие виды связи:

электропроводный --с помощью встроенной в колонну труб линии связи;

беспроводный -- с передачей электрического сигнала по бу­рильной колонне и горным породам и передачей гидравлических импульсов по промывочной жидкости, заключенной в бурильной колонне;

механический — по телу бурильной трубы.

Существует два принципиальных метода передачи сигнала с за­боя по каналам связи: непрерывный и дискретный. Более удобным и надежным в практических целях является второй.

В настоящее время находит все большее признание идея созда­ния автономного забойного двигателя с одновременной регистра­цией забойных параметров.