курсач. Гуреев. Краткая геологическая характеристика района внедрения 4 2 Основные понятия и определения автоматики 7 3 Основы технологических процессов бурения
 Скачать 187.17 Kb.
|
3.4 Обоснование необходимости внедрения систем автоматизации и цифровизации процесса бурения скважиныАвтоматизация технологических процессов на основе современной техники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции. Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельности геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Несмотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, прогрессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдельных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило выполнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются прежде всего в оптимизации и автоматизации оперативного управления процессом бурения скважин и в совершенствовании организации работ. Автоматизация процесса бурения стала практически возможной лишь с появлением относительно дешевых и надежных ЭВМ, способных выполнять функции автоматизированного управления технологическим процессом бурения. Поскольку в бурении нет собственного значительного опыта автоматизации управления технологическими процессами, здесь использован опыт и других отраслях промышленности. В результате внедрения в производство новой техники и прогрессивной технологии скорости алмазного бурения за последние 10 лет возросли в 1,5-2 раза и, по мнению специалистов, сохранить в дальнейшем темпы роста производительности только за счет технических решений вряд ли возможно. Но в условиях интенсифицированного производства, возросших скоростей бурения резко повысилась физическая нагрузка на буровой персонал. Учитывая также и тенденции к росту глубин бурения разведочных и поисковых скважин, можно утверждать, что возросли психологическая нагрузка и ответственное за решения, принимаемые бурильщиком в процессе бурения. Уже сегодня время простоев из-за неправильных технологических решений в процессе бурения составляет 5-7% общего баланса рабочего времени. Итак, с одной стороны, имеется объективная необходимость в автоматизации процесса бурения, с другой - существуют необходимые предпосылки для создания систем автоматизированного управления. 4 Патентный поиск по темеУСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Изобретение относится к установке для бурения скважин. Установка включает наземное оборудование и скважинный буровой инструмент, связанные гибкой непрерывной трубой, в которой скважинный буровой инструмент соединен с гибкой трубой через аварийный отсоединительный переходник и включает турбобур, гидроударник и породоразрушающий инструмент, причем валы турбобура и гидроударника соединены друг с другом через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения. На корпусе переходника размещен расширитель. На корпусе турбобура размещено не менее одного центратора, а между турбобуром и гидроударником размещен демпфер. Наземное оборудование включает первую лебедку для сматывания и наматывания и упорядоченной укладки гибкой трубы, вторую лебедку для обеспечения спуско-подъемных и вспомогательных операций, средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости, устьевой блок, устройство управления установкой с пультом управления и маслостанцией, маршевую лестницу, устройство для сбора и отвода промывочной жидкости, устройства для центрирования турбобура и гидроударника и средства для проведения спуско-подъемных операций, которые включают гидравлический держатель - спайдер гидроударника, турбобура и гибкой трубы и механизм их свинчивания-развинчивания между собой и с породоразрушающим наконечником. Устьевой блок содержит опору с кронблоком, на котором размещен откидной ролик для центрирования гибкой трубы с первой лебедки и троса второй лебедки. Блок управления включает средства управления первой лебедкой, насосом и держателем гибкой трубы, турбобура и гидроударника и механизмом свинчивания-развинчивания. Средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости включают промывочный насос с нагнетательной линией и промывочным сальником, всасывающую линию, технологически связанные желобами приемную емкость, емкости сбора и приготовления раствора. Обеспечивает увеличение производительности процесса бурения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил. Формула изобретения 1. Установка для бурения скважин, включающая наземное оборудование и скважинный буровой инструмент, связанные гибкой непрерывной трубой, в которой скважинный буровой инструмент соединен с гибкой трубой через аварийный отсоединительный переходник и включает турбобур, гидроударник и породоразрушающий инструмент, причем валы турбобура и гидроударника соединены друг с другом через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения, на корпусе переходника размещен расширитель, на корпусе турбобура размещено не менее одного центратора, а между турбобуром и гидроударником размещен демпфер, наземное оборудование включает первую лебедку для сматывания и наматывания и упорядоченной укладки гибкой трубы, вторую лебедку для обеспечения спуско-подъемных и вспомогательных операций, средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости, устьевой блок, устройство управления установкой с пультом управления и маслостанцией, причем устьевой блок содержит опору с кронблоком, на котором размещен откидной ролик для центрирования гибкой трубы с первой лебедки и троса второй лебедки, маршевую лестницу, устройство для сбора и отвода промывочной жидкости, устройства для центрирования турбобура и гидроударника и средства для проведения спуско-подъемных операций, которые включают гидравлический держатель - спайдер гидроударника, турбобура и гибкой трубы и механизм их свинчивания-развинчивания между собой и с породоразрушающим наконечником, блок управления включает средства управления первой лебедкой, насосом и держателем гибкой трубы, турбобура и гидроударника и механизмом свинчивания-развинчивания, а средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости включают промывочный насос с нагнетательной линией и промывочным сальником, всасывающую линию, технологически связанные желобами приемную емкость, емкости сбора и приготовления раствора. 2. Установка для бурения скважин по п. 1, в которой устьевой блок включает дистанционно управляемый противовыбросовый превентор, а аварийный отсоединительный переходник между гибкой трубой и турбобуром содержит противовыбросовый обратный клапан. 3. Установка для бурения скважин по п. 1, в которой над турбобуром размещен утяжелитель. 4. Установка для бурения скважин по п. 4, в которой утяжелитель является разъемным, надеваемым на гибкую трубу. 5. Установка для бурения скважин по п. 4, в которой в качестве утяжелителя использованы утяжеленные бурильные трубы, размещенные между гибкой трубой и турбобуром. 6. Установка для бурения скважин по п. 1, в которой скважинный буровой инструмент включает устройство, увеличивающее крутящий момент вала турбобура и компенсатор крутильных колебаний турбобура. 7. Установка для бурения скважин по п. 1, в которой скважинный буровой инструмент включает компенсатор крутильных колебаний турбобура. Описание Изобретение относится к средствам для бурения скважин и может быть использовано при бурении вертикальных и слабонаклонных направленных геологоразведочных и при бурении эксплуатационных скважин на углеводородное сырье и твердые полезные ископаемые с земной и с плавсредств как при бескерновом бурении, так и при бурении с отбором керна. В настоящее время широко применяется технология, основанная на применении гибких непрерывных труб, - колтюбинг. Преимуществом колтюбинга является: - исключение использования габаритного энергоемкого бурового оборудования, в том числе мачт и бурильных труб с муфтами и замками, отличающихся большой металлоемкостью, сложностью изготовления и эксплуатации, требующих больших трудозатрат по их транспортировке, монтажу-демонтажу и обслуживанию; - значительное упрощение спуско-подъемных операций и технических средств для их проведения; - снижение энергоемкости; - существенное повышение безопасности ведения работ и улучшение их экологических условий; - возможность полной автоматизации процесса бурения; - повышение ресурса и надежности поверхностного оборудования из-за уменьшения нагрузки и отсутствия влияния вибрации. Ставится задача создать установку для бурения скважин, которая может быть использована при бурении вертикальных и слабонаклонных направленных как геологоразведочных, так и эксплуатационных и технологических скважин, использующую для связи скважинного бурового инструмента с наземным оборудованием гибкую непрерывную трубу, причем в скважинном буровом инструменте должны быть совмещены турбобур и гидроударник, при этом не имеющую ограничений, присущих решению по патенту США №7836948. Задача решается за счет того, что в установке для бурения скважин, включающей наземное оборудование и скважинный буровой инструмент, связанные гибкой непрерывной трубой, скважинный буровой инструмент соединен с гибкой трубой через аварийный отсоединительный переходник и включает турбобур, гидроударник и породоразрушающий инструмент. Валы турбобура и гидроударника соединены друг с другом через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения, на корпусе переходника размещен расширитель, на корпусе турбобура размещено не менее одного центратора, а между турбобуром и гидроударником размещен демпфер. Наземное оборудование включает первую лебедку для регулируемого сматывания (при углубке скважины) и наматывания (при подъеме бурового инструмента) и упорядоченной укладки гибкой трубы, вторую лебедку (для обеспечения спуско-подъемных и вспомогательных операций) с управлением, средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости, устьевой блок и устройство управления установкой с пультом управления и маслостанцией. Устьевой блок содержит опору с кронблоком, на котором размещен откидной ролик для центрирования с осью скважины гибкой трубы с первой лебедки и троса второй лебедки, маршевую лестницу, устройство для сбора и отвода промывочной жидкости, устройства для центрирования турбобура и гидроударника, средства для проведения спуско-подъемных операций, которые включают гидравлический держатель (спайдер) гидроударника, турбобура и гибкой трубы и механизм их свинчивания-развинчивания между собой и с породоразрушающим наконечником. Блок управления включает средства управления первой лебедкой, насосом и держателем гибкой трубы, турбобура и гидроударника и механизмом свинчивания-развинчивания. Средства подачи в гибкую трубу промывочной жидкости включают промывочный насос с нагнетательной линией и промывочным сальником, всасывающую линию, приемную емкость, емкость сбора и приготовления раствора, технологически связанные желобами. Такая компоновка скважинного бурового устройства в сочетании с наземным оборудованием в отличие от решения по патенту США №7836948 дает возможность совместно использовать серийно изготавливаемые турбобуры и гидроударники, что позволяет выбирать тип низкочастотного или высокочастотного гидроударника и соответствующего породоразрушающего наконечника к нему и режимов бурения для получения максимальной производительности и выхода керна в конкретных геологических условиях. Предлагаемое наземное оборудование позволяет использовать эффективное соединение в скважинном буровом инструменте турбобура с гидроударником в колтюбинговой установке. В процессе бурения могут происходить выбросы газонефтяной субстанции, смешанной с промывочной жидкостью. Если есть опасность такого явления, в устьевой блок может быть введен превентор, перекрывающий межтрубное и внутритрубное пространство, а в аварийный отсоединительный переходник между гибкой трубой и турбобуром - противовыбросовый обратный клапан. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, создаваемая суммарной массой турбобура и гидроударника, с учетом подпора промывочной жидкости может оказаться недостаточной для обеспечения эффективной работы породоразрушающего инструмента. Для увеличения массы до необходимой величины в состав скважинного бурового инструмента может быть введен утяжелитель. Для удобства работы утяжелитель может быть разъемным, надеваемым на гибкую трубу. Также в качестве утяжелителя возможно использовать серийные утяжеленные бурильные трубы, размещенные между гибкой трубой и турбобуром. Крутящий момент турбобура определяется параметрами и величиной расхода промывочной жидкости, глубиной и диаметром скважины. При большой глубине скважины, ее большом диаметре и повышенной вязкости промывочной жидкости величина крутящего момента может оказаться недостаточной для обеспечения оптимальных режимов бурения. Для увеличения крутящего момента в состав турбобура может быть введен закручиватель потока промывочной жидкости, обеспечивающий предварительное закручивание потока промывочной жидкости, входящей в турбобур. Для снижения влияния возможных крутильных колебаний, создаваемых турбобуром и передаваемых на гибкую трубу, что создает риск нештатной работы трубы, в турбобуре может быть предусмотрен компенсатор крутильных колебаний. На чертеже схематически изображен вариант предлагаемой установки для случая использования съемного утяжелителя, надеваемого на гибкую трубу. Показаны только узловые элементы установки. Углубку скважины ведут до момента прекращения рейса из-за снижения скорости проходки, определяемого в зависимости от глубины бурения, крепости горных пород и ресурса породоразрушающего наконечника. Производят подъем скважинного бурового инструмента для замены породоразрушающего наконечника. Если скважина геологоразведочная и требуется вести бурение с отбором керна, между гидроударником и породоразрушающим наконечником размещают колонковый набор. В этом случае критерием прекращения рейса является момент заполнения керном колонкового набора. Колонковый набор может быть одинарным, двойным или эжекторным, а породоразрушающий инструмент - алмазным или твердосплавным. После окончания рейса производят подъем скважинного бурового инструмента аналогично описанному выше подъему после забуривания с добавлением работ по извлечению гидроударника. Для исключения возможности выброса в атмосферу газонефтяной субстанции, смешанной с промывочной жидкостью, может быть использован превентор, аналогичный серийному, располагаемый в устьевом блоке, совместно с обратным клапаном, размещенным в турбобуре. В отсутствие обратного клапана напорный рукав может служить каналом транспортирования газонефтяной субстанции на земную поверхность. При отключении промывочного сальника она может быть собрана в специальные ловушки-сепараторы. Если крутящий момент, подаваемый на породоразрушающий наконечник, особенно при разбуривании крепких пород и в случае глубоких скважин большого диаметра и/или при применении промывочной жидкости повышенной вязкости в геологически осложненных условиях недостаточен, над турбобуром может быть размещен промышленно изготавливаемый закручиватель потока промывочной жидкости турбинного типа, обеспечивающий подачу в турбобур потока предварительно закрученной промывочной жидкости. В случае использования турбобура и гидроударника малых диаметров, длины и массы для исключения влияния возможных крутильных колебаний, повышающих риск нештатной работы гибкой трубы и узла ее присоединения к турбобуру, следует предусмотреть компенсатор крутильных колебаний. Возможным вариантом такого компенсатора могут быть реборды на наружной поверхности турбобура, препятствующие его проворачиванию. Величина крутящего момента также может быть снижена введением в промывочную жидкость антивибрационных добавок. Для этого на всасывающей линии промывочного насоса располагают дозатор подачи концентрата антивибрационной эмульсии и устанавливают на линии обратный клапан и фильтр. Антивибрационные добавки могут содержать компоненты для стабилизации и гидроизоляции стенок скважины. При совмещении бурения скважины с геофизическими исследованиями может быть предусмотрено размещение внутри гибкой трубы оптоволоконного кабеля, передающего сигнал от геофизического прибора на коллектор, размещенный на валу первой лебедки, для последующей передачи на геофизическую станцию. Этот же кабель может быть использован для передачи данных от датчиков, размещенных в скважинном буровом инструменте на тот же коллектор для автоматизации процесса углубки скважины. Преимуществом колтюбинга при проведении геофизических исследований является возможность промывки скважины во время работы. Предлагаемая установка по отношению к прототипу обладает всеми указанными выше преимуществами известных колтюбинговых установок. При этом расширяется область применения колтюбинга на бурение геологоразведочных скважин и, помимо забуривания боковых, на бурение основных стволов эксплуатационных скважин. Предлагаемая конструкция может быть использована при глубоководном бурении и на шельфе. В этом случае она должна быть разработана в антикоррозийном исполнении. Установка может быть использована в программах импортозамещения, поскольку вся установка может быть изготовлена только из отечественных комплектующих и материалов. БУРОВАЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА В КОЛТЮБИНГОВОЙ СБОРКЕ (Основные положения для проектирования) Бурение скважин на углеводороды и твердые полезные ископаемые в настоящее время достигло максимально возможного научно-технического уровня развития. Так, проведение спускоподъемных операций в значительной степени автоматизировано, однако монтажно-демонтажные и вспомогательные работы с крупногабаритным оборудованием и инструментом сохранились на прежнем уровне. Поэтому наиболее перспективными путями дальнейшего развития буровой техники следует считать те, которые позволят сократить «непроизводительны» затраты» рабочего времени. Для решения указанной проблемы предлагается к рассмотрению принципиально новая буровая установка для бурения геологоразведочных скважин с использованием гибкого напорного рукава (колтюбинговая технология). Предлагаемая технология предположительно обладает следующими технико-технологическими преимуществами по сравнению с существующими буровыми установками: - исключается применение габаритных буровых мачт с кронблоком, ротором, вертлюгом с напорным шлангом, крюком, талевым блоком, лебедкой для работы с грунтоносом; - упрощаются спускоподъемные операции и технические средства для их проведения; - существенно снижается энергоемкость, расход дизельного топлива и трудоемкость работ, в т.ч. монтаж-демонтаж и обслуживание оборудования; - повышается безопасность ведения работ, улучшаются экологические условия их проведения; - ограничивается использование дорогостоящих бурильных труб; - снижается себестоимость получения кернового материала; - упрощается система управления процессом бурения за счет снижения количества регулируемых параметров, создается возможность полной автоматизации процесса бурения; - обеспечивается циркуляция промывочной жидкости во время спускоподъема забойного инструмента и геофизических приборов; повышается эффективность геофизических исследований скважин благодаря увеличению ресурса и надежности работы кабеля, т.к. спуск и проведение геофизических исследований производятся при промывке скважины. - при глубоководном морском бурении скважин, буримых без райзера, снижаются требования к стабильному расположению плавсредств при неблагоприятных метео- и гидрогеологических условиях, благодаря большей гибкости рукава по сравнению со стальными трубами; - обеспечивается постоянство осевой нагрузки на породоразрушающий наконечник; - увеличивается надежность работы установки и снижаются затраты времени на проведение ТОИР за счет уменьшения количества и сложности работающих механизмов; - по сравнению со стальной несбалансированной бурильной колонной применение равнопрочного рукава обеспечивает снятие напряжений (разрушений) со стенок скважины и морского райзера за счет минимизации его взаимодействия со стенками скважины, обеспечивая их устойчивость и исключение образования желобов при искривлении ствола скважины; - исключается необходимость дополнительной лебедки для работы с керноприемником; - позволит снизить стоимость бурения скважин, в первую очередь, за счет уменьшения трудозатрат на монтажно-демонтажные работы и СПО. Предлагаемая установка содержит буровое оборудование и скважинный инструмент, конструктивно и технологически объединенные гибким рукавом. Скважинный буровой инструмент, соединенный с гибким рукавом через отсоединительный переходник, состоит из турбобура, гидроударника с породоразрушающим инструментом. К наземному оборудованию относятся лебедка с барабаном и приводом, промывочный сальник, промывочный насос, устьевой блок, пульт управления с гидростанции, вспомогательная лебедка и др. Установку собирают блоками с общим разборным укрытием. В зависимости от крепости пород выбирают типы гидроударника и породоразрушающего наконечника. Колтюбинговая технология в нашей стране применяется эксплуатационниками нефтяных скважин при ремонтах, бурении боковых стволов, ликвидации аварий. Эти работы производятся в скважинах малого диаметра (применительно к типоразмерам геологоразведочного бурения). Перспективность разработки предлагаемой установки подтверждается известными ими показателями применения лучшей зарубежной техники. Так, американская фирма Hoboc бурила в Северной Канаде направленную скважину глубиной порядка 3000 м, в т.ч. около 1000 м горизонтальной протяженностью. Стоимость бурения, опробования и подключения к газовой магистрали одной скважины достигает 36 млн. дол., в т.ч. при углубке (бурении) скважины – 100 000 дол. в день. Результативность работ оценивается минутами простоя (стоимость 1 мин 120-200 дол.). Все буровое оборудование собирается (разбирается) из 65 блоков с помощью подъемного крана и перевозится за 18 ходок специальными большегрузными (до 20 т) вездеходами с длиной кузова до 20 м; перевозка на 6 км требует от 2 до 3-х дней. Время подъема или спуска одной стальной гладкоствольной 30 м свечи составляет 3-4 мин; а общее время СПО при глубине скважины 2,5 км составляет 6 ч на подъем и 5 ч на спуск. Установка должна быть использована в программах импортозамещения, поскольку она вся может быть изготовлена только из отечественных комплектующих и материалов. На данную установку получено решение на выдачу патента на изобретение № 2016127337/03(042797). |