+

RU2362011C1 - Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent - Google Patents

Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent Download PDF

Info

Publication number
RU2362011C1
RU2362011C1 RU2008107405/03A RU2008107405A RU2362011C1 RU 2362011 C1 RU2362011 C1 RU 2362011C1 RU 2008107405/03 A RU2008107405/03 A RU 2008107405/03A RU 2008107405 A RU2008107405 A RU 2008107405A RU 2362011 C1 RU2362011 C1 RU 2362011C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
hole pressure
drilling
installation
pressure
Prior art date
Application number
RU2008107405/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Есауленко (RU)
Владимир Николаевич Есауленко
Иван Викторович Никульшин (RU)
Иван Викторович Никульшин
Николай Владимирович Есауленко (RU)
Николай Владимирович Есауленко
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ)
Priority to RU2008107405/03A priority Critical patent/RU2362011C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2362011C1 publication Critical patent/RU2362011C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas production.
SUBSTANCE: invention refers to oil production, notably, to process of boring wells and is designed for automatic regulation of bottom-hole pressure of drilling agent and to maintaining it at level of reservoir pressure. The installation is equipped with a boring pump with a regulating drive, with a bottom-hole pressure sensor, with a communication channel, with a receiver, with a control block and with a master of forecast bottom-hole pressure. Additionally the installation is equipped with a correcting link and an integrating block; also the control block is connected to the input of the integrating block, the output of the integrating block is connected with the input of the correcting link, while an output signal from the correcting link is fed to the input of the regulating drive of the boring pump.
EFFECT: upgraded accuracy and reduced time of regulation of bottom-hole pressure of drilling agent.
2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технике и технологии бурения скважин, и предназначено для автоматического регулирования забойного давления промывочной жидкости и поддержания его на уровне пластового.The invention relates to the oil industry, and in particular to equipment and technology for drilling wells, and is intended to automatically control the bottomhole pressure of the flushing fluid and maintain it at the reservoir level.

Известно устройство регулирования процесса турбинного бурения, в котором регулирование производится по гидравлической характеристике турбины, имеющей смещенный в сторону меньших оборотов безударный режим работы, путем поддержания постоянного давления за счет регулирования расхода промывочной жидкости насосом во время долбления датчиком давления, который воздействует на привод грязевых насосов, датчик расхода в зависимости от числа оборотов турбины воздействует на механизм подачи долота (см. а.с. СССР №122104, 1958).A device for regulating a turbine drilling process is known, in which the regulation is made according to the hydraulic characteristic of the turbine, which has an unshocked mode of operation shifted towards lower revolutions by maintaining a constant pressure by regulating the flow of flushing fluid by the pump during chiselling by a pressure sensor that acts on the drive of mud pumps, the flow sensor, depending on the number of revolutions of the turbine, acts on the bit feed mechanism (see AS of the USSR No. 122104, 1958).

Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования и отсутствие возможности бурения на равновесии пластового и забойного давлений, а следовательно и невысокая скорость проводки скважин. Это обусловлено тем, что регулирование давления осуществляется по наземным приборам и расход промывочной жидкости регулируется в небольших переделах для уменьшения вибраций колонны труб с целью стабилизации осевой нагрузки, что не обеспечивает возможности бурения на равновесии.The disadvantage of this device is the low accuracy of regulation and the lack of the possibility of drilling at the equilibrium of reservoir and bottomhole pressures, and therefore the low speed of drilling wells. This is due to the fact that the pressure is controlled by ground-based devices and the flow rate of the flushing fluid is regulated in small stages to reduce the vibrations of the pipe string in order to stabilize the axial load, which does not allow equilibrium drilling.

Прототипом является устройство для управления процессом бурения, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом. Недостатком данного устройства является погрешность в установившемся режиме, вызванная применением статического регулятора, (см. а.с. СССР №935603, 1982).The prototype is a device for controlling the drilling process, equipped with a mud pump with an adjustable drive. The disadvantage of this device is the error in the steady state caused by the use of a static controller (see AS of the USSR No. 935603, 1982).

Техническая задача - создание точного устройства для автоматического регулирования забойного давления бурового раствора непосредственно в процессе бурения скважин.The technical task is to create an accurate device for automatically controlling the bottomhole pressure of the drilling fluid directly in the process of drilling wells.

Технический результат - повышение точности и сокращение времени регулирования забойного давления бурового раствора как при турбинном так и при роторном бурении скважин.The technical result is an increase in accuracy and a reduction in the time for regulating the bottomhole pressure of the drilling fluid both during turbine and rotary drilling of wells.

Он достигается тем, что устройство управления дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса.It is achieved by the fact that the control device is additionally equipped with a correcting link and an integrating unit, while the control unit is connected to the input of the integrating unit, the output of the integrating unit is connected to the input of the correcting link, and the output signal from the correcting link is fed to the input of the adjustable drive of the mud pump.

Предлагаемое устройство изображено на фиг.1. Устройство содержит датчик забойного давления 1, канал связи 2, приемник 3, блок управления 4, задатчик прогнозируемого давления бурового раствора 5, интегрирующий блок 6, демпфер 7, регулируемый привод 8 и буровой насос 9.The proposed device is shown in figure 1. The device comprises a bottomhole pressure sensor 1, a communication channel 2, a receiver 3, a control unit 4, a predicted drilling fluid pressure adjuster 5, an integrating unit 6, a damper 7, an adjustable actuator 8, and a mud pump 9.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Выходной сигнал с датчика 1 забойного давления бурового раствора подается на вход гидравлического канала связи 2 забоя с устьем скважины. На устье скважины сигнал с выхода канала связи поступает на вход приемника 3, где фильтруется от помех и усиливается. Выделенный и усиленный полезный сигнал, пропорциональный величине забойного давления с выхода приемника, подается на один из входов блока управления 4 и сравнивается с сигналом, поступающим на второй вход блока управления, с задатчика 5 прогнозируемого пластового давления, величину которого задают на основе имеющихся данных, полученных в результате бурения поисковых скважин. По величине полученного сигнала рассогласования в блоке 4 формируется управляющее воздействие и подается на вход интегрирующего блока 6, где формируется интегральная составляющая воздействия, которая подается на один из входов демпфера 7, предназначенного для предотвращения резких изменений значений управляющего воздействия, выполненного в виде апериодического звена первого порядка. Выход управляющего блока соединен со вторым входом демпфера. Сформированное в демпфере 7 конечное управляющее воздействие подается на вход регулируемого привода 8, связанного с буровым насосом, в результате чего изменяется число оборотов привода в соответствии с законом регулирования и величиной забойного давления бурового раствора. Это приводит к необходимому изменению расхода бурового раствора на выкиде насоса и устанавливает требуемую величину давления бурового раствора на забое скважины в диапазоне 0-1,5 МПа.The output signal from the sensor 1 downhole pressure of the drilling fluid is fed to the input of the hydraulic communication channel 2 of the bottom with the wellhead. At the wellhead, the signal from the output of the communication channel is fed to the input of the receiver 3, where it is filtered from noise and amplified. The extracted and amplified useful signal, which is proportional to the bottomhole pressure from the receiver output, is supplied to one of the inputs of the control unit 4 and is compared with the signal supplied to the second input of the control unit from the predictor of reservoir pressure 5, the value of which is set based on the available data obtained as a result of drilling exploratory wells. By the magnitude of the received error signal in block 4, a control action is generated and fed to the input of the integrating block 6, where the integral component of the action is formed, which is fed to one of the inputs of the damper 7, designed to prevent sudden changes in the values of the control action, made in the form of an aperiodic first-order link . The output of the control unit is connected to the second input of the damper. The final control action formed in the damper 7 is fed to the input of the adjustable drive 8 connected to the mud pump, as a result of which the speed of the drive changes in accordance with the law of regulation and the value of the bottomhole pressure of the drilling fluid. This leads to the necessary change in the flow rate of the drilling fluid at the pump outboard and sets the required value of the pressure of the drilling fluid at the bottom of the well in the range of 0-1.5 MPa.

Предлагаемое устройство управления процессом бурения позволяет проводить процесс бурения на равновесии пластового и забойного давления и изменять забойное давление путем изменения расхода бурового раствора. Забойное давление бурового раствора определяется по формуле:

Figure 00000001
The proposed control device for the drilling process allows the drilling process to balance the reservoir and bottomhole pressure and change the bottomhole pressure by changing the flow rate of the drilling fluid. The bottomhole pressure of the drilling fluid is determined by the formula:
Figure 00000001

где: γ - удельный вес бурового раствора, г/см;where: γ is the specific gravity of the drilling fluid, g / cm;

L - глубина скважины, м;L is the depth of the well, m;

Q - расход бурового раствора, м3 /с;Q is the flow rate of the drilling fluid, m 3 / s;

αКП - коэффициент пропорциональности, учитывающий гидравлические потери давления в кольцевом пространстве.α KP - proportionality coefficient taking into account hydraulic pressure loss in the annular space.

По разности между забойным Рз и пластовым Рпл давлениями определяют величину давления бурового раствора на забой по алгоритму

Figure 00000002
From the difference between P s and downhole reservoir pressures P pl determined value of drilling fluid pressure on the face of the algorithm
Figure 00000002

Управляющее воздействие формируется по ПИ-закону регулирования,

Figure 00000003
,The control action is formed according to the PI-law of regulation,
Figure 00000003
,

где:

Figure 00000004
- давление рассогласования, г/см;Where:
Figure 00000004
- mismatch pressure, g / cm;

kП - пропорциональный коэффициент настройки регулятора;k P is the proportional coefficient of the controller settings;

kИ - интегральный коэффициент настройки регулятора.k And is the integral coefficient of adjustment of the controller.

Для исключения статической ошибки предлагается использовать пропорционально-интегральный закон регулирования, для чего в блок управления вводится интегрирующий блок, вырабатывающий сигнал, равный интегралу от входной величины (рассогласования), взятому за время регулирования.To eliminate the static error, it is proposed to use the proportional-integral control law, for which an integrating unit is introduced into the control unit, generating a signal equal to the integral of the input value (mismatch) taken during the control time.

Передаточная функция системы автоматического регулирования забойного давления, реализуемая предлагаемым устройством (фиг.1) имеет вид:

Figure 00000005
The transfer function of the system for automatic regulation of bottomhole pressure, implemented by the proposed device (figure 1) has the form:
Figure 00000005

гдеWhere

Figure 00000006
- передаточная функция объекта управления,
Figure 00000006
- transfer function of the control object,

Figure 00000007
- передаточная функция ПИ-регулятора.
Figure 00000007
- transfer function of the PI controller.

На основе лабораторных исследований было произведено моделирование предлагаемого устройства управления процессом бурения скважин и определены основные параметры качества регулирования забойного давления предлагаемым устройством. Переходные процессы, полученные при использовании прототипа и данного устройства, предоставлены на фиг.2. Здесь под номером 1 изображен переходный процесс, полученный при использовании прототипа, а под номером 2 - переходной процесс предлагаемого устройства регулирования забойного давления бурового раствора, t1 и t2 - время регулирования. В обоих случаях запаздывание принималось равным 4 с. Время регулирования в CAP, оснащенной предлагаемым устройством, составляет не более 17 секунд, статическая ошибка стремится к нулю.Based on laboratory studies, the proposed device for controlling the process of drilling wells was simulated and the main quality parameters for regulating the bottomhole pressure of the proposed device were determined. Transients obtained using the prototype and this device are provided in figure 2. Here, number 1 shows the transition process obtained using the prototype, and number 2 shows the transition process of the proposed device for controlling the bottomhole pressure of the drilling fluid, t1 and t2 are the control time. In both cases, the delay was taken equal to 4 s. The regulation time in the CAP equipped with the proposed device is no more than 17 seconds, the static error tends to zero.

Данное устройство позволяет повысить точность регулирования забойного давления и сократить время этого процесса.This device allows to increase the accuracy of regulation of bottomhole pressure and reduce the time of this process.

Источника информацииInformation source

1. Авторское свидетельство СССР №122104, 1958.1. USSR author's certificate No. 122104, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР №935603, 1982 / (прототип).2. Copyright certificate of the USSR No. 935603, 1982 / (prototype).

Claims (1)

Устройство регулирования забойного давления бурового раствора, оборудованное буровым насосом с регулируемым приводом, датчиком забойного давления, каналом связи, приемником, блоком управления и задатчиком прогнозируемого пластового давления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено корректирующим звеном и интегрирующим блоком, при этом блок управления соединен с входом интегрирующего блока, выход интегрирующего блока соединен с входом корректирующего звена, а выходной сигнал с корректирующего звена подается на вход регулируемого привода бурового насоса. A device for controlling the bottomhole pressure of a drilling fluid equipped with a mud pump with an adjustable drive, a bottomhole pressure sensor, a communication channel, a receiver, a control unit and a predictor of reservoir pressure, characterized in that the device is additionally equipped with a correcting link and an integrating unit, while the control unit is connected to the input of the integrating unit, the output of the integrating unit is connected to the input of the correction link, and the output signal from the correction link is fed to the input adjustable drive mud pump.
RU2008107405/03A 2008-02-26 2008-02-26 Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent RU2362011C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107405/03A RU2362011C1 (en) 2008-02-26 2008-02-26 Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008107405/03A RU2362011C1 (en) 2008-02-26 2008-02-26 Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2362011C1 true RU2362011C1 (en) 2009-07-20

Family

ID=41047184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008107405/03A RU2362011C1 (en) 2008-02-26 2008-02-26 Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2362011C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524923C1 (en) * 2013-02-19 2014-08-10 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for radiolocation detection of targets and facility for its implementation
RU2530808C1 (en) * 2013-04-05 2014-10-10 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for determining coordinates of targets, and complex for its implementation
RU2728079C1 (en) * 2019-06-10 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Well drilling process control device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU122104A1 (en) * 1958-08-25 1958-11-30 Р.А. Иоаннесян The method of regulating the process of turbine drilling
SU935603A1 (en) * 1979-07-25 1982-06-15 Грозненский Ордена Трудового Красного Знамени Нефтяной Институт Им. Акад.Миллионщикова Device for controlling well drilling process
US4852052A (en) * 1987-05-28 1989-07-25 Teleco Oilfield Services Inc. Kelly-to-riser position determining system with adjustment for uncompensated heave
SU1716122A1 (en) * 1989-09-22 1992-02-28 Азербайджанский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Device for bottomhole parameters control via hydraulic channel
GB2352046A (en) * 1999-07-13 2001-01-17 Us Health Method for characterisation of rock strata in drilling operations
RU2245984C2 (en) * 1999-06-22 2005-02-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Drilling system
RU2301319C2 (en) * 2002-02-20 2007-06-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Device and method for dynamic pressure control in annular space

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU122104A1 (en) * 1958-08-25 1958-11-30 Р.А. Иоаннесян The method of regulating the process of turbine drilling
SU935603A1 (en) * 1979-07-25 1982-06-15 Грозненский Ордена Трудового Красного Знамени Нефтяной Институт Им. Акад.Миллионщикова Device for controlling well drilling process
US4852052A (en) * 1987-05-28 1989-07-25 Teleco Oilfield Services Inc. Kelly-to-riser position determining system with adjustment for uncompensated heave
SU1716122A1 (en) * 1989-09-22 1992-02-28 Азербайджанский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Device for bottomhole parameters control via hydraulic channel
RU2245984C2 (en) * 1999-06-22 2005-02-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Drilling system
GB2352046A (en) * 1999-07-13 2001-01-17 Us Health Method for characterisation of rock strata in drilling operations
RU2301319C2 (en) * 2002-02-20 2007-06-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Device and method for dynamic pressure control in annular space

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524923C1 (en) * 2013-02-19 2014-08-10 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for radiolocation detection of targets and facility for its implementation
RU2530808C1 (en) * 2013-04-05 2014-10-10 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК"/ Method for determining coordinates of targets, and complex for its implementation
RU2728079C1 (en) * 2019-06-10 2020-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Well drilling process control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2774803C (en) Control method and apparatus for well operations
US9249638B2 (en) Wellbore pressure control with optimized pressure drilling
RU2301319C2 (en) Device and method for dynamic pressure control in annular space
US7395878B2 (en) Drilling system and method
CA2827935C (en) Automatic standpipe pressure control in drilling
MX2009011536A (en) Determination and control of wellbore fluid level, output flow, and desired pump operating speed, using a control system for a centrifugal pump disposed within the wellbore.
EP1421253A1 (en) System for controlling the operating pressures within a subterranean borehole
MY164436A (en) Method for determining formation fluid control events in a borehole using a dynamic annular pressure control system
CN110397425B (en) Bottom hole fluid pressure control system and control method of coalbed methane production well
RU2386016C2 (en) Flow regulation of multiphase fluid medium, supplied from well
NO20075093L (en) Method and apparatus for downlink communication
RU2362011C1 (en) Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent
MY161674A (en) Seabed well influx control system
SE0700662L (en) Method and apparatus for controlling a rock drill
MX2012014417A (en) Annulus pressure setpoint correction using real time pressure while drilling measurements.
CN105089609B (en) Method for controlling wellbore pressure
RU2577345C2 (en) Downhole pressure control method at pressure-optimised drilling
CN105089527B (en) For controlling the device and method of wellbore pressure
RU2728079C1 (en) Well drilling process control device
RU2733876C2 (en) Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof
MX2014015369A (en) Pressure control in drilling operations with offset applied in response to predetermined conditions.
MY153793A (en) Pressure and flow control in drilling operations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100227

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载