Методи вимірювання навантаження на долото і принцип дії індикаторів ваги
Процес буріння свердловин полягає в послідовно-вательного руйнуванні долотом шарошечним гірських порід і витяг їх на поверхню. Ефективність процесу буріння свердловин харак-теризують механічної швидкістю буріння. Найбільша ме-ханических швидкість досягається шляхом раціонального поєднання основних параметрів, що впливають на показники буріння, або встановленням так званого оптимального режиму буріння. Основними параметрами режиму буріння нафтових і газових свердловин є: осьова навантаження (тиск) на долото, ско-кість обертання долота на вибої, кількість (витрата) прокачано-ваемой промивної рідини, якість промивної рідини (питома вага, в'язкість, водовіддача, статична напруга зсуву та інші показники). Безперервний контроль і дослід-вання цих параметрів є обов'язковою частиною робіт в процесі буріння, від якої значною мірою залежить швидкість проводки свердловин.
Руйнування гірських порід проводиться долотом шарошечним, що знаходяться під навантаженням обтяжених труб або нижньої (стислій) частини колони бурильних труб. При бурінні колона бурильних труб тисне на долото і воно, обертаючись, занурюється в породу. Важливо, щоб долото при руйнуванні породи опускалося поступово і безперервно. Найчастіше долото спускають вручну шляхом ослаблені-ня гальма лебідки. Цей процес називається подачею долота або подачею бурильного інструменту (долота, обтяжених і бурильних труб). При нерівномірної подачі розбурювання забою свердловини буде переривчастим і можливо обертання долота вхо-Лост. Отже, подача і навантаження на долото повинні бути по можливості рівномірними, хоча вручну це і не легко здійснити; автоматизація цього процесу ще не має належного розвитку.
Необхідно розрізняти поняття «подача долота» і «занурення долота».
Подача долота або інструменту - це переміщення колони бурильних труб вниз, здійснюване ослабленням гальма ле-бедки.
Занурення долота - це глибина його впровадження в породу на забої під дією подачі.
Колона бурильних труб не є абсолютно жорстким стрижнем. У нижній стислій частині вона схильна до деформації вигину, внаслідок чого майже завжди є різниця між подачею і зануренням долота в породу. Від правильності подачі залежить ефективність проходки, якість свердловини (відсутність кривизни) і ступінь зносу бурильних труб.
Основним методом вимірювання навантаження на долото шарошечное є метод визначення осьового тиску по навантаженню на гаку. Про величину навантаження на забій судять за різницею між вагою інструменту, що знаходиться в підвішеному стані (долото піднесено над забоєм), і його вагою при опущеному на забій долоті, т. Е. Навантаження на долото передається тільки частиною ваги бурильної колони. Вага інструменту, що висить на гаку та-лівої системи, визначається як добуток зусилля в мертвому кінці каната на число струн його, несучих талевого блок. При цьому враховується початкова зусилля мертвого кінця від ваги талевого блоку, гака і вертлюга.
Навантаження, що діє на вишку, визначається як произве-дення величини зусилля в мертвому кінці талевого каната на загальне число несучих струн плюс дві струни - мертвого і ходового кінця каната, т. Е. Враховуються додаткові зусилля на вишку, що передаються через кронблок ходовим і мертвим кін -цамі талевого каната.
Для вимірювання ваги колони бурильних труб, підвішеною на гаку талевої системи, і непрямого визначення від нього осьового навантаження на долото служить прилад, званий індикато-ром ваги. Спосіб визначення навантаження на долото за допомогою індикатора ваги полягає в наступному: перед початком бурі-ня інструмент, що знаходиться над забоєм, обертаючи вхолосту, повільно подають на забій і потім включають бурові насоси і помічають перші свідчення індикатора ваги; друге його показання відраховують на початку буріння. Величина навантаження на забій буде дорівнювати різниці показань індикатора ваги до і після початку буріння, помноженої на число струн талевого блоку.
Всі існуючі індикатори ваги побудовані на принципі вимірювання горизонтальної складової натягу мертвого кінця талевого каната. Якщо індикатор ваги гідравлічний, то зусилля в талевого канаті - перетворюються трансформатором тиску (перетворювачем) в пропорційні величини тиску, що передаються на вторинні прилади, - показує і самописний манометри. Якщо індикатор ваги електричний, то зусилля в талевого канаті перетворюються за допомогою індукційних-ного датчика в пропорційні величини електрорушійної сили, яка вимірюється електричним вторинним приладом.
де р - тиск рідини в меесдозе в кг / см 2;
F - опорна поверхня мембрани меесдози.
Кінцеве рівняння буде виглядати так:
Навантаження на гаку виражається наступною формулою:
де m - число роликів талевого блоку; n - к. п. д. талевої системи.
Обьеденить дві попередні формули отримаємо навантаження на гаку:
Так як кут а незначний, можна прийняти:
Значення F, l, y, m, n - постійні величини, т. Е. При певній конструкції мессдози і талевої системі, що має даний к. П. Д. Можна написати:
т. е. навантаження на гаку і показання манометра, з'єднаного з меесдозой, мають таку залежність, при якій бурильник може судити про навантаження на гаку за відліком значень Р на манометрі.