Рассмотрена проблема компенсации расхода бурового раствора в забое скважины, режимы работы буровых насосов при ведении обратных связей по общей функции, зависящей от глубины скважины и допустимого расхода промывочной жидкости
нефть, буровой раствор, скважина, буровой насос, контроль расхода
Бурение скважин является обязательным мероприятием при организации разведки и добычи углеводородов [1, 2]. Особенности процесса бурения связаны с постоянно изменяющимися факторами, прежде всего определяемыми характеристиками и свойствами породы, через которые проходит буровое долото. В частности, существуют проницаемые зоны, через которые происходит поглощение бурового раствора (БР). Это приводит к снижению давления в забое, ухудшению процесса его очищения от продуктов бурения, к перерасходу БР [3].
Основным средством подачи БР в скважину являются буровые насосы. Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения. Функции насоса при подаче бурового раствора:
- обеспечение постоянной циркуляции БР в скважине для удаления выбуренной породы и охлаждения инструмента;
- поддержание постоянного давления на забое скважины, предотвращение гидроразрыва пласта и выброса газа;
- контроль качества промывочной жидкости путём изменения её плотности и вязкости.
Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются его подача и напор, развиваемый при заданной подаче. Факторы влияния расхода и давления:
- расход бурового раствора: увеличивается пропорционально глубине скважины, чтобы эффективно удалять шлам и охлаждать инструмент;
- давление нагнетания: растёт с увеличением глубины, поскольку гидравлическое сопротивление возрастает вследствие увеличения длины трубопровода и гидростатического столба жидкости;
- тип и состав породы: влияют на необходимое давление и расход БР;
- изменение диаметра ствола скважины: влияет на требуемый объём циркулирующего раствора и соответствующее изменение давления.
В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса.
Автоматизация регулируемого электропривода бурового насоса реализуется в широких пределах и позволяет отслеживать изменения технологического процесса бурения скважины. Предлагается реализовать дополнительные функции, связанные с управляемой кольматацией зон поглощения БР, за счет ведения обратных связей по общей функции, зависящей от глубины скважины и допустимого расхода промывочной жидкости [3-5]. При этом буровой насос работает в оптимальном режиме энергопотребления, не создавая избыточного давления в забое и обеспечивая постоянство промывочной жидкости с учетом ее расхода на поглощение через буровые породы. Поддерживая постоянное давление БР на заданном уровне и регулируя его согласно изменениям условий бурения, удаётся избежать аварийных ситуаций и повысить эффективность процесса. Оптимизация потребления объема БР позволяет сократить энергетические и технико-экономические издержки при реализации технологии бурения.
1. Устинов, Д.А. Вероятностные характеристики энергопотребления нефтегазодобывающих предприятий / Д.А. Устинов, Ю.В. Коновалов, И.Г. Плотников, А.В. Турышева // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2011. № 4 (135). – С. 90-94.
2. Чаронов, В.Я. Совершенствование режима потребления электроэнергии на нефтедобывающих предприятиях / В.Я. Чаронов, Б.Н. Абрамович, В.П. Ганский, Ю.В. Коновалов, А.С. Логинов // Нефтяное хозяйство. 1988. № 7. – С. 7-9.
3. Буровые установки ПО «Уралмаш». [Электронный ресурс]. [сайт]. [2015]. URL: https://neftegaz.ru/tech-library/burovye-ustanovki-i-ikh-uzly/141193-burovye-ustanovki-po-uralmash/ (дата обращения 07.03.2021).
4. Коновалов, Ю.В. Автоматизация и цифровизация объектов электро-энергетики / Ю.В. Коновалов, А.Е. Вайгачев, А.А. Уваров // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2021. № 15. – С. 51-55.
5. Абрамович, Б.Н. Учет и регулирование электропотребления с использованием микропроцессорной техники / Б.Н. Абрамович, В.П. Ганский, Ю.В. Коновалов, А.С. Логинов // Электрические станции. 1989. № 9. – С. 37-39.
