Задачи и основы автоматизации процессов бурения

Задачи и основы автоматизации процессов бурения

 

Анализ состояния бурения, выполненный у нас в стране и за рубежом, показывает, что в настоящее время при существующем техническом уровне буровых средств первостепенное значение имеет оптимизация технологических процессов.

Например, только за счет качественного контроля и непрерывного автоматического управления режимами бурения глубоких скважин с выдерживанием необходимых сочетаний осевой нагрузки и оборотов долота, 1можно повысить показатели бурения (в частности величину рейсовой скорости) в среднем на 25...30%.

При создании и внедрении АСУТП-бурения важное значение имеют информационно-измерительные системы и средства автоматики как для целей оперативного управления, так и для сбора и статистической обработки данных.

Бурение скважин является одним из важных и в то же время сложных этапов строительства скважин. Оптимизация возможна только при наличии достаточной объективной информации, характеризующей режимные показатели работ буровых механизмов (долота, турбобура, насосов и т.п.).

Для этого необходимы современные методы контроля и комплекс технических средств, достаточно надежных в условиях их эксплуатации на буровых.

Процесс бурения скважин характеризуются независимыми и зависимыми параметрами.

К независимым параметрам относятся: осевая нагрузка на долото; частота его вращения; расход промывочной жидкости. От этих параметров и механических свойств горных пород, конструкции и состояния долота зависят вращающий момент и скорость проходки - зависимые параметры.

Задачей автоматизации процесса бурения является автоматическое регулирование независимых параметров в функции изменения механических свойств горных пород и состояния бурильного инструмента (долота и бурильных труб) в соответствие с выбранным критерием оптимизации.

Виды бурения: турбинное, роторное и с использованием электробура.

Какие из параметров процесса бурения можно использовать для оперативного управления?

Число оборотов бурильного инструмента.

При роторном бурении можно регулировать только ступенчато, изменяя передачу от привода к ротору.

При бурении электробуром изменять число оборотов сложнее, так как для этого потребуются частотные преобразователи.

При турбинном бурении число оборотов зависит от нагрузки на долото и расхода промывочной жидкости, который можно изменять сменой рубашек бурового насоса, то есть ступенчато.

Таким образом, вследствие отсутствия плавно регулируемых приводов вращения долота и буровых насосов не имеется практической возможности оперативного регулирования числа оборотов долота и расхода бурового раствора.

Исследования показали, что наиболее эффективным является автоматизация подачи долота, то есть управление осевой нагрузкой.

Способы управления осевой нагрузкой

Для управления осевой нагрузкой можно воздействовать на перемещение верхнего или нижнего конца бурильной колонны.

В первом случае устройство подачи долота (УПД) располагается на поверхности, а во втором случае, УПД устанавливается в скважине вблизи забоя.

Глубинные УПД позволяют лучше осуществлять управление подачей долота, особенно в глубоких скважинах, т.к. из контура управления исключается колонна бурильных труб, вносящая помехи, из-за сложных условий, в которых она работает, но не нашли широкого применения.

Блок сравнения выполняет функцию выработки управляющего сигнала, пропорционального разнице между существующей и заданной нагрузки на долото.

Автоматизация процесса поддержания заданных режимов бурения скважин

 

Для автоматической подачи долота на забой скважины используют устройства подачи долота (УПД).

По принципу действия УПД делятся на фрикционные, гидравлические и электромашинные.

По месту воздействия на бурильную колонну – на наземные и глубинные.

Значения этих параметров находятся в ходе самого рейса на основе оперативно поступающей и обрабатываемой технологической информации, отражающей существующее в каждый текущий момент времени взаимодействие долота с породой.

Принцип адаптации применительно к оперативному управлению процесса бурения заключается в том, что в связи с дрейфом характеристик объекта управления (увеличивающийся износ долота, рост температуры и сил сопротивления за счет углубления скважины, водопоглощение, зашламление забоя и т.п.) его математическую модель, а также параметры алгоритма поиска оптимального режима необходимо корректировать, используя оперативно поступающую информацию.

Задачи и основы автоматизации процессов бурения

 

Анализ состояния бурения, выполненный у нас в стране и за рубежом, показывает, что в настоящее время при существующем техническом уровне буровых средств первостепенное значение имеет оптимизация технологических процессов.

Например, только за счет качественного контроля и непрерывного автоматического управления режимами бурения глубоких скважин с выдерживанием необходимых сочетаний осевой нагрузки и оборотов долота, 1можно повысить показатели бурения (в частности величину рейсовой скорости) в среднем на 25...30%.

При создании и внедрении АСУТП-бурения важное значение имеют информационно-измерительные системы и средства автоматики как для целей оперативного управления, так и для сбора и статистической обработки данных.

Бурение скважин является одним из важных и в то же время сложных этапов строительства скважин. Оптимизация возможна только при наличии достаточной объективной информации, характеризующей режимные показатели работ буровых механизмов (долота, турбобура, насосов и т.п.).

Для этого необходимы современные методы контроля и комплекс технических средств, достаточно надежных в условиях их эксплуатации на буровых.