Устройства для выбора оптимальных параметров режима бурения.

Как показала практика, в силу разнообразия условий проводки скважин и множества переменных, от которых зависят показате­ли, не представляется возможным, даже при помощи ЭВМ, зара­нее абсолютно точно рассчитать и установить величины парамет­ров, отвечающих оптимальном режиму. В любом случае в процессе бурения приходится корректировать расчетные параметры режима бурения применительно к конкретным условиям. Однако эта кор­ректировка зависит от индивидуальных способностей бурильщика и его квалификации и поэтому в ряде случаев связана с лишними затратами времени. Для того чтобы максимально исключить влия­ние бурильщика и вместе с тем помочь ему в принятии оконча­тельных решений, разработаны и используются, особенно за ру-бежом, устройства для управления буровыми операциями с помо­щью ЭВМ главным образом персональных. Аппаратура и датчи­ки, размещенные в различных пунктах буровой установки, обес­печивают ЭВМ исходными данными, необходимыми для оценок. Обрабатывая полученную информацию, ЭВМ выдает: прогноз проходки на долото до его износа, прогноз времени работы доло­та до его износа, оптимальную величину нагрузки на долото, | оптимальную частоту вращения долота, а также другие рекоменда­ции по проводке скважины.

Подача инструмента

Условия подачи инструмента и погружения долота.Под подачей инструмента понимают его вертикальное перемещение на поверх­ности, которое осуществляется опусканием ведущей трубы в ро­тор на некоторую величину в результате ослабления (оттормажи-вания) тормоза лебедки. Под погружением долота понимают глуби­ну внедрения долота в породу под влиянием подачи инструмента.

Не следует смешивать величину подачи, производимой сверху бурильщиком или автоматом, с глубиной погружения долота в породу, так как колонна бурильных труб не является абсолютно жесткой системой и испытывает в зависимости от возникающих в ней усилий упругие деформации, компенсирующие разницу меж­ду подачей и глубиной погружения долота. Таким образом, погру­жение долота всегда меньше подачи инструмента, и в то же время любое погружение долота происходит только в результате подачи инструмента. В этом состоит органическая связь и принципиальное различие этих двух понятий.

Подача инструмента, производимая бурильщиком, находящимся на поверхности, должна быть плавной, непрерывной и обеспечи­вающей такое удельное давление долота на забой, которое превы­шало бы сопротивляемость горных пород разрушению и создавало

наиболее эффективную скорость их разбуривания. Подача инстру­мента осуществляется при помощи подъемного механизма — буро­вой лебедки, оборудованной мощным тормозным устройством и талевой системой.

Механическая подача долота в бурении.Автоматизация и меха­низация буровых работ, являясь основным путем к облегчению труда и увеличению безопасности, приобретает особое значение в связи с увеличением глубин, мощностей буровых двигателей и внедрением форсированных режимов бурения.

В большинстве случаев передача массы инструмента на забой скважины производится бурильщиком вручную. Бурильщик дол­жен хорошо знать условия бурения в данном районе и в соответ­ствии с этим регулировать подачу инструмента. Выдержать равно­мерность подачи при помощи тормоза лебедки чрезвычайно труд­но. Ручная подача сильно утомляет бурильщика, так как ему при­ходится одновременно внимательно следить за измерительными приборами, напрягать зрение, слух и, держась за ручку тормоза, по физическим ощущениям судить о характере работы долота на забое. Мастерство бурильщика постигается годами и требует осо­бых физических и психических данных.

Равномерная подача в пределах заданного давления на забой достигается механизированной подачей. При этом должны быть выполнены следующие основные требования:

скорость подачи инструмента должна устанавливаться автома­тически в соответствии с крепостью проходимых пород и степе­нью износа долота;

скорость подачи должна плавно регулироваться в широких пре­делах от нескольких десятков метров в 1 ч при бурении в мягких до нескольких сантиметров в крепких породах;

при остановке гидравлического забойного двигателя, а также значительных перегрузках бурового двигателя, должен быть пред­усмотрен реверс системы — подъем долота с забоя;

автомат должен быть прост и надежен в эксплуатации.

Все известные системы устройств для подачи долота (УПД) можно подразделить на следующие основные группы:

автоматы подачи, работающие в зависимости от величины вы­деляемой на бурение мощности;

автоматы подачи, работающие в зависимости от натяжения та­левого каната (нагрузки на долото);

регуляторы подачи, осуществляющие равномерную подачу ин­струмента (регуляторы отличаются от автоматов подачи в основ­ном тем, что у них отсутствует реверс бурильной колонны);

стабилизаторы массы (веса), осуществляющие подачу инструмен­та при постоянстве заданной величины осевой нагрузки на долото.

Известен целый ряд конструкций УПД. В качестве примера рас­смотрим автоматический электрический регулятор подачи типа

РПДЭ-3 (рис. 7.17). Этот регулятор предназначен для поддержания режимов бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими двигателями и ротором (при бурении электробуром широкое при­менение получил автоматический регулятор типа БАР).

РПДЭ-3 обеспечивает поддержание:

заданной осевой нагрузки на долото; нагрузка задается буриль­щиком с пульта управления;

постоянной скорости подъема или подачи бурильной колонны; скорость задается бурильщиком с пульта управления.

Осевая нагрузка на долото измеряется с помощью электрическо­го датчика 6 и передается на пульт управления 5, где сравнивается с величиной Р$, задаваемой бурильщиком. Разность сигналов А/⁷ по­ступает на усилители, установленные на станции управления 7. Уси­лители действуют на обмотку возбуждения мотор-генератора 2, вра­щаемого асинхронным электродвигателем, питающимся от систе­мы электроснабжения буровой. Мотор-генератор 2 питает двигатель постоянного тока 3, установленный на приводе редуктора 4 и со­единенный через цепную передачу и муфты с подъемным валом лебедки.

Режим поддержания заданного значения скорости подачи (или подъема) бурильной колонны может применяться для проработки скважины, аварийного подъема бурильного инструмента при от­казе главного привода и т. п.

Автоматическое поддержание заданной осевой нагрузки на долото может осуществляться при помощи стабилизаторов массы.

Рис. 7.17. Схема регулятора подачи РПДЭ-3:

.1 — станция управления; 2 — мотор-генератор; 3 — двигатель постоянного тока; 4 — привод редуктора; 5 — пульт управления; 6 — электрический датчик

В качестве примера рассмотрим устройство стабилизатора массы типа СВМ конструкции ВНИИЮТ, который можно устанавли­вать на буровых лебедках при наличии пневмосистемы с давлением воздуха 0,6...0,9 МПа (рис. 7.18). Стабилизатор состоит из испол­нительного пневматического поршневого механизма 5, соединя­емого с рукояткой ленточного тормоза буровой лебедки; пульта управления 4с электроконтактным манометром и рукоятками для установки осевой нагрузки на долото и подачи инструмента за один импульс; механизма обратной связи 2, соединяемого с барабаном лебедки 7 с помощью фрикционного ролика; соединительного электрического кабеля.

Перед включением стабилизатора массы типа СВМ в работу по шкале прибора на пульте управления задается величина осевой нагрузки на долото, которую необходимо поддерживать в про­цессе бурения. Стабилизатор осуществляет импульсную подачу бу­рильной колонны, прерывая или возобновляя ее в процессе буре­ния, если фактическая нагрузка на долото отличается от заданной на величину более чем на ±3 кН по гидравлическому индикатору

Рис. 7.18. Схема стабилизатора массы типа СВМ:

/ — барабан лебедки; 2 — механизм обратной связи; 3 — гидравлический индика­тор массы; 4 — пульт управления; 5 — поршневой механизм

Рис. 7.19. Схема работы забойного механизма подачи:

а — в заряженном состоянии; б — с полностью вышедшим штоком; в — вновь заряжен

массы 3. При необходимости бурильщик может в любой момент затормозить лебедку простым нажатием на тормозную рукоятку, и тем самым вывести стабилизатор из действия.

Стабилизаторы массы полностью не решают вопросов автома­тизации, но зато позволяют в значительной мере облегчить труд бурильщиков.

Забойные устройства для подачи долота.Проблема автоматиза­ции глубокого бурения может быть разрешена переносом регули­рующего и исполнительных механизмов на забой. Над созданием забойных УПД усиленно работают у нас и за рубежом. Забойные УПД должны обеспечить регулирование параметров режима буре­ния и сделать его мало зависящим от сил трения, что особенно важно при проходке глубоких и искривленных скважин. Простей­шим регулятором такого типа является забойный механизм пода­чи (ЗМП), который представляет собой гидравлический поршне­вой механизм (рис. 7.19). Во время рейса с ЗМП осевая нагрузка остается постоянной. Если нагрузку необходимо изменить, то нужно либо изменить длину УБТ, либо применить ЗМП с другим сече­нием поршня. Забойный механизм подачи можно использовать при бурении скважины, начиная с глубины 50 м, т.е. с момента, когда в скважину под ротор можно спустить турбобур с долотом и на-

вернутым сверху ЗМП. Это особенно важно в тех случаях, когда бурят в крепких породах и с самого начала необходимо создавать большие осевые нагрузки.

Контрольные вопросы

1.Что понимается под режимом бурения? Когда достигается рацио­
нальный (оптимальный) режим бурения?

2. Как влияют различные параметры бурения на показатели работы
долот?

3. Какие способы бурения получили распространение в Российской
Федерации? Назовите критерии оценки эффективности способа бурения.

4. Расскажите об особенностях режима бурения роторным способом.

5. Какие закономерности характеризуют влияние количества бурового
раствора на работоспособность турбины?

6. Какие существуют конструктивные разновидности турбобуров? В чем
их отличия?

7. Для чего нужны редукторы-вставки? Каков принцип их работы?

8. В чем состоит основная особенность бурения при помощи турбобура?
Что называется рабочей характеристикой турбобура?

9. Каковы основные правила эксплуатации турбобуров?

10. Расскажите о винтовых (объемных) забойных двигателях. Какими
преимуществами они обладают по сравнению с турбобурами?

11.Каковы особенности режима бурения винтовыми забойными дви­
гателями?

12. Расскажите об электробуре. Как подводится электрическая энергия
к электробуру? Каковы основные правила эксплуатации электробуров?

13. В чем заключаются особенности режима бурения электробурами?

14. Каковы особенности режима бурения алмазными долотами с алмаз­
но-твердосплавными резцами и алмазно-твердосплавными пластинами?

15. При помощи каких приборов осуществляется текущий контроль за
параметрами режима бурения? Расскажите об индикаторе массы (веса)
(устройство, правило тарировки, чтение индикаторных диаграмм).

16. Расскажите об устройствах для выбора оптимальных параметров
режима бурения.

17. Что понимается под подачей инструмента и погружением долота?

18. В чем заключаются принципы механизированной подачи долота?

19. Расскажите об устройстве для подачи долота. Для чего служат стаби­
лизаторы массы (веса)?

20. Расскажите о забойных устройствах для подачи долота.

ГЛАВА 8