Лекция 3. Оперативная оптимизация процессов бурения с использованием информации о затрачиваемой мощности

3.1 Оперативная оптимизация процессов бурения на примере алмазного бурения

Перспективным направлением оперативной оптимизации процессов бурения является использование информации об изменении затрачиваемой мощности, связанной с технологическими процессами на забое скважины. Для этой цели используется самопишущий ваттметр, который подключается в электрическую сеть и устанавливается на пульте управления бурового станка.

Рис. 3.1. Диаграмма температуры t в матрице алмазной коронки БСИ–59 и мощности N, расходуемой на бурение при режиме «мокрого» (а) и «сухого» (б) трения

Нормальный температурный режим алмазного бурения, часто называемый «мокрым». Он характеризуется температурой на забое в пределах 200°С. (рис. 3.1). Осевая нагрузка Р в «мокром» режиме составляет 600…700 кН. «Сухом» – 800кН.

Повышение затрат мощности связано с повышением величины углубки алмазов в породу, зашламованием забоя, недостаточной подачей промывочной жидкости и другими причинами. Такой режим характеризуется повышением температуры свыше 200–250°С. Повышение температуры снижает прочность и износостойкость алмазов. При этом наблюдается всплеск мощности и возможно возникновение предприжоговой ситуации.

Если и дальше существуют условия скапливания шлама под алмазами, то алмаз продолжает нагреваться и переходить в графит. Этот технологический режим, называемый прижогом, что является причиной полного выхода алмазной коронки из строя и возникновением аварийной ситуации.

Анализ текущих затрат мощности в течение рейса позволяет оперативно обнаружить и другие технологические осложнения при алмазном бурении: самоподклинку керна, заполирование алмазов, зашламование забоя, предприжоговую ситуацию и др. (рис. 3.2).

Своевременная информация о различных технологических ситуациях в процессе углубки позволяет оперативно скорректировать режимы бурения.

Представляет интерес метод выбора оптимальной для заданных в определенный момент условий осевой нагрузки на буровую коронку. Бурильщик устанавливает некоторое значение осевой нагрузки, которое обычно используется в практике. Если не наблюдается больших амплитуд колебания мощности, то осевая нагрузка увеличивается до режима предприжоговой ситуации (2 – 3 с), после чего снижается до режима, где значения затрачиваемой мощности стабилизируются.

Использование диаграмм мощности не всегда позволяет однозначно выделить тот или иной сигнал на фоне «шума» прибора. Это существенный недостаток использования прибора (в данном случае – ваттметра).

Рис. 3.2 Интерпретация кривых расхода мощности, записанных ваттметром Н-348 при бурении скважин алмазной буровой коронкой:

1 – приработка коронки; 2 – нормальная работа коронки; 3 – проскальзывание коронки; 4 – заполирование алмазов в матрице; 5 – заточка коронки на забое при повышенной осевой нагрузке; 6 – предприжоговый процесс; 7 – прижог коронки; 8 – обрыв коронки; 9 – «температурные» пики расхода мощности

Правильная интерпретация полученного сигнала требует большого опыта бурильщика. При этом остается вероятность ошибки интерпретации кривых расхода мощности, записанных ваттметром. Нужен метод, который бы позволил снизить вероятность субъективно фактора при оперативной оптимизации процессов бурения. Для этого при оперативной оптимизации используется нуль–гипотеза.