Введение к работе
Актуальность работы. Прирост минерально-сырьевой базы в настоящее время возможен только за счет разработки глубоких залежей полезных ископаемых, что требует дальнейшего совершенствования техники и технологии глубокого и сверхглубокого бурения. Разведка и эксплуатация месторождений нефти и газа уже сегодня осуществляется на глубинах 5000 - 6000 метров.
При бурении глубоких и сверхглубоких скважин ряд технологических параметров, замеренных на поверхности и определяющих условия бурения, существенно отличается от реально действующих на забое скважины. Результаты исследований соответствия наземных и забойных параметров показывают, что, например, по осевой нагрузке на долото при глубине 5000 метров даже условно вертикальной скважины несоответствие этого параметра может достигать величины более 50%. В наклонно-направленных скважинах и при сверхглубоком бурении это несоответствие будет еще более существенным. Для СГ-3 удлинение бурильной колонны под действием собственного веса и температуры составляет десятки метров, а для начала вращения нижних секций колонны на поверхности необходимо сделать более 30 оборотов. В связи с этим, эффективное управление работой забойного двигателя и породоразрушающего инструмента при больших глубинах скважины по информации, полученной с помощью наземных приборов, становится весьма затруднительным. Для выбора оптимального режима бурения необходимы глубинные измерения, адекватно отражающие измеряемые параметры.
Одной из основных задач совершенствования техники и технологии глубокого и сверхглубокого бурения, является повышение скорости проходки за счет поддержания оптимальных параметров режима бурения и снижения вероятности возникновения аварий и осложнений. Опыт бурения сверхглубоких скважин в России и за рубежом показывает, что без-
4 аварийная проходка скважин глубиной более 6000 метров невозможна без контроля и управления процессом бурения по забойным параметрам.
Цель работы. Исследование и разработка телеметрического комплекса для получения по гидравлическому каналу связи (ГКС) забойной информации об основных параметрах режима бурения с целью оперативного управления процессом проводки глубоких и сверхглубоких скважин.
Основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в работе ставятся и решаются следующие задачи:
-
Исследование уровня и спектра помех в ГКС при различных режимах работы бурового оборудования.
-
Исследование пульсаций давления бурового раствора и вибраций трубопровода высокого давления и ведущей трубы.
-
Исследование спектральных характеристик гидравлического канала связи.
-
Разработка передающих датчиков системы контроля забойных параметров в процессе сверхглубокого бурения.
-
Экспериментальное опробование передающих датчиков и исследование их параметров в стволе СГ-3.
-
Исследование влияния характеристик сигнала на прохождение по ГКС.
-
Исследование изменения уровня сигнала в зависимости от глубины скважины и частоты сигнала.
-
Разработка рекомендаций по применению датчиков телеметрической системы контроля забойных параметров.
Научная новизна работы.
1.Впервые проведены исследования уровня и спектра помех в ГКС протяженностью 12000 м. при различных режимах работы бурового оборудования.
2.Исследованы вибрации нагнетательной линии насосов, ведущей трубы, дана оценка их влияния на канал связи.
5 3.Предложена схема контроля и передачи забойных параметров, в
соответствии с которой разработан алгоритм, позволяющий достоверно
интерпретировать забойную информацию.
4.Проведены экспериментальные исследования влияния характеристик сигнала на прохождение по ГКС, а также изменения уровня сигнала в зависимости от его частоты и глубины скважины.
Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработана и внедрена в практику бурения Кольской сверхглубокой скважины система контроля забойных параметров для сверхглубокого бурения с передачей информации по ГКС о частоте вращения забойного двигателя, осевой нагрузке на породоразрушающий инструмент и отклонении зенитного угла скважины выше допустимого значения. Отдельные устройства разработанной системы были внедрены и успешно используются при бурении Уральской сверхглубокой скважины и при глубоководном бурении. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Технология бурения глубоких и сверхглубоких скважин»
Апробация работы. Вопросы, составляющие содержание диссертации, докладывались и обсуждались:
на заседаниях научно-технического совета НПЦ "Кольская сверхглубокая", г. Заполярный.
на заседании технического совета ВНИИЭМ, г. Москва.
на заседаниях кафедры бурения нефтяных и газовых скважин Самарского политехнического университета, г. Самара.
на совещании по технике и технологии бурения сверхглубоких скважин в лаборатории НПЦ "Кольская сверхглубокая", г. Самара.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырех печатных работах.
Структура її объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, изложенных на 121 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 15 таблиц. Список использованной литературы содержит 57 наименований.