Контроль параметров режима бурения

"Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности" (М.,1998), п. 2.7.1.2, предусматривают при бурении постоянный контроль и регистрацию веса на крюке, нагрузки на долото, крутящего момента на роторе, давления на стояке, плотности бурового раствора, его расхода на входе и выходе из скважины и уровня в приемных емкостях.

Вес на крюке и нагрузка на долото измеряется с помощью приборов, называемых индикаторами веса, которые могут быть гидравлическими (ГИВ) или электрическими (ЭИВ). Датчик индикатора веса устанавливается на неподвижном конце талевого каната или на приспособлении для его крепления к фундаменту буровой. Фактически индикатор веса измеряет силу натяжения талевого каната, на котором подвешены подвижный блок талевой системы и бурильный инструмент. Схема работы трансформатора давления показана на рис. 6.3.

Трансформатор преобразует натяжение каната 1 в давление жидкости. Для этого канат пропускают между роликами трансформатора 2 с изгибом. При натяжении канат стремится выпрямиться, давит на подвижную тарелку трансформатора, которая отделена от жидкости мембраной 3, и создает давление в системе, которое передается по трубке 4 записывающему и показывающему приборам.

Нагрузка на долото определяется по формуле

G = Ц_д (Р_б.к. - Р_бур) - F_тр, (6.3)

где Ц_д – цена деления прибора; Р_б.к. - показание прибора в делениях ГИВ при неподвижно висящей без опоры на забой бурильной колонне; Р_бур - показание прибора в делениях ГИВ при бурении (с опорой колонны на забой); F_тр - сила трения при движении бурильной колонны вниз.

При бурении вертикальных скважин силой трения можно пренебречь. При бурении наклонно-направленных скважин, и особенно горизонтальных участков, эта сила достаточно велика. Надежные методы ее расчета отсутствуют, а поэтому нагрузка на долото с достаточной точностью может быть определена только с использованием забойных датчиков.

Частота вращения долота при роторном бурении равна частоте вращения ротора и может быть измерена тахометром или определена по кинематике привода ротора. В электробурах используются асинхронные двигатели с коротко замкнутым ротором, частота вращения которых зависит от частоты тока питания и числа пар полюсов статора. Поэтому частота вращения долота оценивается по характеристике электродвигателя.

Частота вращения гидравлических забойных двигателей зависит сложным образом от расхода бурового раствора и осевой нагрузки на долото. Поэтому оценка частоты вращения по характеристике двигателя дает лишь порядок величины. Для более точного определения частоты вращения используются турботахометры.

Расход бурового раствора измеряется с помощью расходомеров или оценивается по давлению бурового раствора на стояке. Манометр, показывающий давление бурового раствора на входе в скважину, установлен на вертикальной трубе (стояке), подводящей раствор к буровому шлангу и далее к вертлюгу. Отсюда термин "давление на стояке". Из курса гидравлики известно, что зависимость давления на стояке р_ст от расхода жидкости имеет вид

р_ст = Q² (А ₁ + А ₂ l), (6.4)

где Q – расход бурового раствора; А ₁ и А ₂ - коэффициенты гидравлических сопротивлений не зависящие и зависящие от длины скважины l. Следовательно, с увеличением l давление на стояке должно плавно возрастать. Если при этом давление остается на одном уровне, то это явный признак утечек жидкости, значит, что часть жидкости не доходит до забоя скважины.

Измерение крутящего момента ротора позволяет контролировать работу долота и бурильной колонны. Конструкции роторных моментомеров зависят от вида привода ротора. Для роторов с карданным приводом датчик момента установлен на быстроходном валу ротора. Для роторов с цепным приводом датчик момента установлен в цепной передаче так, чтобы он реагировал на изменение натяжения цепи привода ротора.