RU2739875C1 - Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента - Google Patents
Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2739875C1 RU2739875C1 RU2020116660A RU2020116660A RU2739875C1 RU 2739875 C1 RU2739875 C1 RU 2739875C1 RU 2020116660 A RU2020116660 A RU 2020116660A RU 2020116660 A RU2020116660 A RU 2020116660A RU 2739875 C1 RU2739875 C1 RU 2739875C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluctuations
- drilling
- hurst
- axial load
- cutting tool
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 abstract 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B45/00—Measuring the drilling time or rate of penetration
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области контроля и измерения параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин и преимущественно может быть использовано при диагностировании работоспособности породоразрушающего инструмента с целью его эффективной отработки, а также при разработке автоматизированных систем управления процессом бурения. Обеспечивается повышение точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации. Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента включает измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями. Дополнительно замеряют колебания осевой нагрузки на долото датчиком, установленным на неподвижном конце талевого каната или на гидравлическом индикаторе веса, и определяют показатель Херста HQ колебаний осевой нагрузки в начале и в процессе долбления скважины. Другим датчиком, установленным на манифольдной линии, замеряют колебания давления промывочной жидкости и определяют показатель Херста HP колебаний давления промывочной жидкости и в качестве текущих критериев диагностирования принимают величины KXP=НР2/НР1 и KXQ=HQ2/HQ1 соответствующих сигналов, где HP1 и HQ1 – показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки в начале долбления; НР2 и HQ2 – показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и осевой нагрузки в процессе долбления. Эталонные значения критериев определяют в процессе бурения первой скважины на кусте для максимально изношенного инструмента. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к области контроля и измерения параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин и преимущественно может быть использовано при диагностировании работоспособности породоразрушающего инструмента с целью его эффективной отработки, а также при разработке автоматизированных систем управления процессом бурения.
Известен способ определения степени износа породоразрушающего инструмента, заключающийся в измерении пульсации давления промывочной жидкости с его последующим преобразованием в спектр колебаний давления, причем за критерий износа породоразрушающего инструмента принимается ширина полосы нормированной спектральной плотности, а предельный износ характеризуется полным отсутствием преобладающей частоты (а.с. 1427059, СССР, Е21В 45/00, БИ 36, 1988).
Наряду с неоспоримыми достоинствами спектральный анализ обладает и определенными недостатками. Во-первых, исходный сигнал заменяется периодическим. При Фурье-преобразовании изменяющихся во времени параметров процесса для всего исследуемого сигнала получаются усредненные коэффициенты. Поэтому методы, основанные на спектральном анализе, не позволяют в настоящий момент производить всесторонний анализ вибросигнала, что приводит к общим характерным погрешностям при проведении вибродиагностических исследований.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента путем регистрации колебаний давления промывочной жидкости в нагнетательной линии и вычисления величины критерия его работоспособности (а.с. 1800011, СССР, Е21В 45/00, БИ 9, 1993).
В данном решении вычисляют корреляционную размерность в начале и в процессе бурения, определяют критерий работоспособности и его эталонное значение для каждой режимной пачки бурения, а границу времени работоспособности отождествляют со временем достижения критерием его эталонной величины.
Недостатками этого метода являются довольно сложная процедура определения критерия работоспособности и соответственно низкая точность оценки технического состояния долота в процессе эксплуатации.
Техническая задача изобретения - повышение точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающем измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений, согласно предлагаемому решению дополнительно замеряют колебания осевой нагрузки на долото датчиком, установленным на неподвижном конце талевого каната или на гидравлическом индикаторе веса и определяют показатель Херста HQ колебаний осевой нагрузки в начале и в процессе долбления скважины, другим датчиком установленным на манифольдной линии замеряют колебания давления промывочной жидкости и определяют показатель Херста HP колебаний давления промывочной жидкости и, в качестве текущих критериев диагностирования принимают величины KXP=НР2/HP1 и KXQ=HQ2/HQ1 соответствующих сигналов, где HP1 и HQ1 - показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки в начале долбления; НР2 и HQ2 - показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и осевой нагрузки в процессе долбления, а эталонные значения критериев определяют в процессе бурения первой скважины на кусте для максимально изношенного инструмента. Кроме того, сигналы датчиков каждый по своему каналу связи, поступают на блок нормирования, который обеспечивает согласование диапазона выходных сигналов датчиков с диапазоном входных сигналов аналого-цифрового преобразователя, далее блок обработки и управления формирует управляющие сигналы и вычисляет показатель Херста колебаний давления промывочной жидкости HP и показатель Херста колебаний осевой нагрузки на долото HQ в любой момент бурения, данные поступающие на блок индикации предназначены для визуального контроля за изменением текущих величин критериев работоспособности долота, контролируемые пультом управления, служащим для ввода оператором необходимых параметров, при изменениях происходящих в процессе бурения скважины, и позволяющего при переходе на другую режимную пачку буримости скорректировать текущую величину критерия работоспособности породоразрушающего инструмента.
Техническим результатом является своевременное диагностирование степени износа породоразрушающего инструмента, путем обработки временных реализаций давления промывочной жидкости и осевой нагрузки с использованием показателя Херста Н. Способ дает возможность непосредственного контроля технического состояния долота по мере его износа в процессе бурения, предотвратить аварии с долотами и его своевременной замены, а также рационального использования времени бурения.
На фиг. 1 показана схема для осуществления определения предлагаемого способа работоспособности породоразрушающего инструмента при бурении скважин; на фиг. 2 представлено графическое объяснение определения показателя Херста.
Устройство содержит датчики 1 и 2, блок нормирования 3, аналогово-цифровой преобразователь 4, блок обработки и управления 5, блок индикации 6, пульт управления 7.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На устье скважины устанавливаются два датчика давления - два приемника сигналов. Датчик 1 устанавливается на неподвижном конце талевого каната или гидравлическом индикаторе веса для измерения колебаний осевой нагрузки на долото, а датчик 2 - на манифольдной линии для измерения колебаний давления промывочной жидкости.
Далее сигналы, каждый по своему каналу связи, поступают на блок нормирования 3, который обеспечивает согласование диапазона выходных сигналов датчиков с диапазоном входных сигналов аналого-цифрового преобразователя 4. Блок обработки и управления 5 формирует управляющие сигналы и вычисляет показатель Херста колебаний давления промывочной жидкости HP и показатель Херста колебаний осевой нагрузки на долото HQ в любой момент бурения. Блок индикации 6 предназначен для визуального контроля за изменением текущих величин критериев работоспособности долота. Пульт управления 7 служит для ввода оператором необходимых параметров, изменениями которых сопровождается процесс бурения скважины, а именно изменения типа породы, долота, забойного двигателя, режима бурения, что позволит, например, при переходе на другую режимную пачку буримости скорректировать текущую величину критерия работоспособности породоразрушающего инструмента.
Показатель Херста имеет широкое применение при анализе и классификации достаточно длинных временных рядов в разных областях. Он может отличить случайный ряд от неслучайного. Если ряд случайный, размах будет увеличиваться пропорционально корню квадратному из времени. Для калибровки временных измерений Херст ввел безразмерное отношение: деления размаха на стандартное отклонение наблюдений. Данный способ анализа называется методом нормированного размаха (анализ).
Если X={Xn} - это заданный набор значений анализируемого динамического ряда, тогда накопленное отклонение от среднего для некоторого интервала определяют как:
где 
- среднее выборочное по ряду в целом;
Xi - значения колебаний давления промывочной жидкости или осевой нагрузки на долото.
Соответственно, размах R(t):
R(t)=max[Δ(t)]-min[Δ(t)],
где Δ(t) - накопленное отклонение от среднего для некоторого интервала времени t, то есть разность между максимальным и минимальным отклонениями от среднего, эта характеристика отличается от разности между максимальным и минимальным значениями временной последовательности.
Для описания и сравнения различных временных рядов, более удобна нормированная безразмерная характеристика - нормированный размах.
Нормированный размах на интервале определяют следующим образом:
где S(t) - стандартное отклонение;
n - величина промежутка времени 
Согласно формуле Херста:
где Н - показатель Херста;
N - число наблюдений (количество точек в отрезке временного ряда);
α - константа (принимается равной 0,5).
Показатель Н может изменяться в диапазоне от 0 до 1 и называется показателем Херста.
Имеются три различных классификации для показателя Херста:
1) Н=0,5 - указывает на случайный ряд, события случайны и не коррелированны.
2) 0≤Н<0,5 - данный диапазон соответствует гармоническому сигналу.
3) 0,5<Н≤1 - соответствует возрастающему или убывающему ряду.
Конкретный пример расчета показателя Херста
Рассмотрены колебания давления промывочной жидкости на долото в конце долбления для скважины №20232, интервал бурения 854-1003 м, износ долота после подъема - В1П1. Пример к расчету показателя Херста приведен в таблице 1.
В таблице приняты следующие обозначения:
N - количество значений колебаний давления промывочной жидкости;
Xi - фрагмент записи колебаний давления промывочной жидкости с интервалом дискретности Δt=30 с;
Xiy - фрагмент записи колебаний давления промывочной жидкости в возрастающем порядке;
Хср - среднее выборочное по ряду;
R - размах ряда;
S - стандартное отклонение;
Н - показатель Херста.
R(t)=max[Δ(t)]-min[Δ(t)]=0,537-(-0,363)=0,9;
В таблице 2 и 3 приведены результаты вычисления показателей Херста и критериев диагностирования долота при бурении скважины №20232 Альметьевского УБР и скважины №14627 Нижневартовского УБР-2.
Показатель Херста характеризует угол наклона графика линейной зависимости 
от ln(t). На фиг. 2 показано графическое объяснение определения показателя Херста для скважины №20232, интервал бурения 854-1003 м, износ долота - В1П1. Таким образом, параметр Н можно оценить, изобразив график указанной зависимости, и, используя полученные точки, подобрать по методу наименьших квадратов прямую линию с наклоном Н.
Таким образом, если скважину №20232 или №14627 считать первой пробуренной на кусте или же для скважин с подобными геолого-техническими условиями бурения, то критериями диагностирования долот по показателю Херста будут: KXP=1,00; KXQ=0,95. При бурении последующих скважин, контролируя критерий диагностирования долота по показателю Херста KXP и KXQ можно предотвратить наступление предаварийного состояния долота.
Предлагаемый способ может найти применение при разработке автоматизированных систем процесса бурения, а также в других областях, где ведется оценка технического состояния объектов путем измерения колебаний параметров достаточно длинных временных рядов, представленных в виде стационарного случайного процесса.
Claims (2)
1. Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающий измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями, отличающийся тем, что дополнительно замеряют колебания осевой нагрузки на долото датчиком, установленным на неподвижном конце талевого каната или на гидравлическом индикаторе веса, и определяют показатель Херста HQ колебаний осевой нагрузки в начале и в процессе долбления скважины, другим датчиком, установленным на манифольдной линии, замеряют колебания давления промывочной жидкости и определяют показатель Херста HP колебаний давления промывочной жидкости и в качестве текущих критериев диагностирования принимают величины KXP=НР2/НР1 и KXQ=HQ2/HQ1 соответствующих сигналов, где HP1 и HQ1 – показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки в начале долбления; НР2 и HQ2 – показатели Херста соответственно колебаний давления промывочной жидкости и осевой нагрузки в процессе долбления, а эталонные значения критериев определяют в процессе бурения первой скважины на кусте для максимально изношенного инструмента.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сигналы датчиков, каждый по своему каналу связи, поступают на блок нормирования, который обеспечивает согласование диапазона выходных сигналов датчиков с диапазоном входных сигналов аналого-цифрового преобразователя, далее блок обработки и управления формирует управляющие сигналы и вычисляет показатель Херста колебаний давления промывочной жидкости HP и показатель Херста колебаний осевой нагрузки на долото HQ в любой момент бурения, данные, поступающие на блок индикации, предназначены для визуального контроля за изменением текущих величин критериев работоспособности долота, контролируемые пультом управления, служащим для ввода оператором необходимых параметров, при изменениях, происходящих в процессе бурения скважины, и позволяющим при переходе на другую режимную пачку буримости скорректировать текущую величину критерия работоспособности породоразрушающего инструмента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020116660A RU2739875C1 (ru) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020116660A RU2739875C1 (ru) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2739875C1 true RU2739875C1 (ru) | 2020-12-29 |
Family
ID=74106468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020116660A RU2739875C1 (ru) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2739875C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819317C1 (ru) * | 2023-12-12 | 2024-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ определения работоспособности фрезерного инструмента |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1427059A1 (ru) * | 1986-09-08 | 1988-09-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Способ определени степени износа породоразрушающего инструмента |
| SU1492033A1 (ru) * | 1987-12-28 | 1989-07-07 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем | Система контрол процесса бурени скважин |
| RU2093674C1 (ru) * | 1995-12-07 | 1997-10-20 | Владимир Альбертович Шокин | Способ регулирования процесса бурения |
| RU2124125C1 (ru) * | 1997-03-12 | 1998-12-27 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин |
| RU2142557C1 (ru) * | 1999-06-29 | 1999-12-10 | Некоммерческое партнерство Институт системных исследований процессов нефтегазодобычи | Способ разработки нефтяной залежи |
| CN101025084B (zh) * | 2006-02-20 | 2011-04-13 | 中国石油大学(北京) | 一种随钻预测钻头底下地层孔隙压力的方法 |
-
2020
- 2020-05-12 RU RU2020116660A patent/RU2739875C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1427059A1 (ru) * | 1986-09-08 | 1988-09-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Способ определени степени износа породоразрушающего инструмента |
| SU1492033A1 (ru) * | 1987-12-28 | 1989-07-07 | Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем | Система контрол процесса бурени скважин |
| RU2093674C1 (ru) * | 1995-12-07 | 1997-10-20 | Владимир Альбертович Шокин | Способ регулирования процесса бурения |
| RU2124125C1 (ru) * | 1997-03-12 | 1998-12-27 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин |
| RU2142557C1 (ru) * | 1999-06-29 | 1999-12-10 | Некоммерческое партнерство Институт системных исследований процессов нефтегазодобычи | Способ разработки нефтяной залежи |
| CN101025084B (zh) * | 2006-02-20 | 2011-04-13 | 中国石油大学(北京) | 一种随钻预测钻头底下地层孔隙压力的方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819317C1 (ru) * | 2023-12-12 | 2024-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ определения работоспособности фрезерного инструмента |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104880544B (zh) | 地下工程中对软弱围岩注浆加固效果的检测与评价方法 | |
| RU2567878C2 (ru) | Способ прогнозирования опасности выброса угля и газа посредством объединения различной информации | |
| CN108263639B (zh) | 谱载下基于间接测量应变的飞机结构关键部位疲劳寿命在线监测方法 | |
| EP0168996B1 (en) | Drilling monitor | |
| RU2010132231A (ru) | Системы и способы для анализа скважинных данных | |
| CN109711632B (zh) | 一种基于瓦斯涌出异常敏感指标的煤与瓦斯突出预测方法 | |
| US11085287B2 (en) | Measurement of cement properties | |
| CN112483076B (zh) | 一种用于识别钻井施工复杂情况的*** | |
| CN104453842A (zh) | 油气井井下故障诊断***及其诊断方法 | |
| RU2739875C1 (ru) | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента | |
| CN105466321B (zh) | 一种切削刀具磨损检测方法 | |
| WO2018203753A1 (en) | Method and system for operating a drilling plant | |
| JP6696787B2 (ja) | 教師データの作成方法および地盤評価方法 | |
| CN113283182A (zh) | 地层压力预测分析方法、装置、介质及设备 | |
| RU2819317C1 (ru) | Способ определения работоспособности фрезерного инструмента | |
| RU2183266C1 (ru) | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента | |
| CN103487275A (zh) | 基于二维投射的煤矿设备状态识别和预警方法 | |
| CN116049942A (zh) | 一种应用于施工的软岩大变形快速判别及分级方法 | |
| CN102278109A (zh) | 井漏位置地面与井下综合检测***及方法 | |
| RU2182659C1 (ru) | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента | |
| CN103069100A (zh) | 用于确定冲洗介质流的变化的方法和***以及钻岩设备 | |
| RU2321737C1 (ru) | Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента | |
| NO20161482A1 (en) | Multi-model fraction verifican | |
| RU2335629C1 (ru) | Устройство для оценки состояния породоразрушающего инструмента | |
| RU2795665C1 (ru) | Способ определения остаточного ресурса деталей машин |