Способ получения информации в процессе бурения скважины и устройство для его осуществления

 

1.Способ получения информации о с кважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промйвочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дисперсии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, отличающийся тем, что, с целью расширения объема получаемой информации и повышения ее точности, измеряют скорости изменения характеристик , сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характеристики и их дисперсии дополнительно сглаживак т высокочастотной фильтрацией , определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и технологическое состояние скважины, получают оценки близости эталонным , ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации и по их совокупности принимают решение о ситуации . . 2. Способ ПОП.1, отлича; ю щ и и с я тем, что, с целью ; уточнения геологической и техно логической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровойустановки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента , прокывочной жидкости и скважины , измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и § промывочн те) жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию 3. Устройство для получения информации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики характеризующие работу этих механизоо мов , датчик проходки, блок формирования дисперсии сигнала, фильтрл СЛ 1чЭ низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, блоки формирования последовательносО О) ти сигналов, блок документирования, отл и ча ющ ее с я тем, что оно снабжено блоком формирования ско рости изменения сигнала, фильтрами высокой частоты, блоком памяти, функциональным блоком коррекции рабочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через .блоки формирования скорости иэмейения сигнала и дисперсии сигнала к фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 3<5п Е 21 В 47/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ/ . ь,..., ГОСУДАРСТВЕНКЬЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbrrMA (21 ) 3385151/22-03 (22) 15.01.82 (46) 15.08.83. Бюл. 9 30 (72) В.И. Дмитриев, Э.Г. Карапетян, A.M. Котляров, P.Þ. Равич-Щербо, A.Н. Роговцев и Л.Г. Шраго (71) Специальное проектно-конструкторское бюро автоматизации глубокого разведочного бурения (53) 550.332 .79(088.8) (5б) 1. Филатов В.Ф. и Степанов Н.В.

Диагностика технологических ситуаций при буренин скважин, ° Труды

ВНИИБТ, 1977, Р 42, с. 95-100.

2. Авторское свидетельство СССР

9 919413, кл. E 21 В 47/00, 1979.

:(54 ) . СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СКВАЖИНЕ В ПРОЦЕССЕ EE БУРЕНИЯ

И. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1.Способ получения информации о скважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дисперсии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, о т л и ч аю щ н и с я тем, что, с целью расширения объема получаемой информации и повышения ее точности, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характе ристики и их дисперсии дополнительно сглаживают высокочастотной фильтрацией, определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям, а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и тех„.Я0„„1035206 А нологическое состояние скважины, получают оценки .близости эталонным ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации н по нх совокупности принимают решение о ситуации.

2. Способ по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью

: уточнения геологической и техно логической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровой установки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента, промывочной жидкости и скважины, измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и промывочную жидкость в новых условиях и по этим характеристикам оп ределяют ситуацию.

3. Устройство для получения ин- формации о скважине в процессе ее . бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и имй .циркуляционной системы, датчики, характеризующие работу этих механиз- ив мов, датчик проходки, блок форми-,ф ) рования дисперсии сигнала, фильтры уь низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, бло- Я ки формирования последовательнос-,>ав ти сигналов, блок документирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено блоком формирования ско рости изменения сигнала, фильтрами высокой частоты., блоком памяти, функциональным блоком коррекции ра- а бочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через-.блоки формирования скорости изменения сигнала и дисперсии сигнала к фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и

103520б

15

25

30 непосредственно подключены к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители, сумматоры и бло- ки сравнения с решающим блоком, вход которого связан с блоком памяти, а выход — с блоком регистрации> при этом входы умножителей связаны с выходами функционального блока коррекции матриц.

4. Устройство для осуществления способа по и. 2, отличаю щ е е с я тем, что оно снабжено блоком формирования управляющих сигналов, функциональным блоком формирования кодов управляющих воздействий, вход которого связан с решающим блоком, а выход — с бло- ком формирования управляющих сигналов, выход последнего подключен к блокам управления механизмами

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к получению технологической и геологической информации в процессе бурения, прежде всего в процессе бурения разведочных скважин, Известен способ диагностики ситуаций на буровой, основанный на получении численной оценки близости текущей ситуации на буровой ситуациям эталонной матрицы. Распознавание осуществляется в два этапа. На первом определяется технологйческая операция, а на втором этапе переходят к распознаванию ос ложнений и аварий (1).

Известный способ обладает целым рядом недостатков, главными из, которых являются информационная неполнота системы признаков - используются только первичные характеристики, трудность получения статистического промыслового матерна= ла, на обработке которого основано определение уставок, отсутствие адаптации уставок к процессам, что делает способ распознавания малочувствительным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае. мому результату является способ получения информации о скважине в процессе ее .бурения, включающий непрерывное измерение по глубине скважины сглаженных характеристик воздействия инструмрнта и промывочной жидкостй на скважину и скважинй на них, измерение дисперсии этих буровой установки и циркуляционной системы.

5. Устройство по пп. 3 и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено запоминающими устройствами по числу датчиков, задатчиком способа бурения, блоком коррекции, блоком формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, вторым блоком ,памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающее устройство подключен к блоку формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, выход последнего соединен с блоком коррекции, два других входа которого подключены к задатчику способа бурения и функциональному блоку формирования ко-,. дов, а выход подсоединен непосредственно и через второй блок памяти к функцио» нальному блоку коррекции матриц.

2 характеристик формирование сигналов о выходе характеристик эа пороги и сравнение этих сигналов с матрицами.

Устройство для осуществления этого способа содержит блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики, характеризующие работу этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии, фильтры низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования (2

Известный способ характеризуется недостаточным объемом получаемой информации и низкой ее точностью, в частности неполным использованием информации с датчиков, отсутствием распознавания аварий и осложнений, распознаванием ситуаций только по совпадению сигналов с сигналами эталонной матрицы и отсутствием распознавания ситуаций, близких к ним, .неадаптивностью к составу датчиков и способу бурения.

Целью изобретения является рас,ширение объема получаемой информации и повышение ее точности.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения информации о скважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дис103520б 4

65 персии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характеристики и их дисперсии дополнительйо сглаживают высокочастотной фильтрацией, определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям, а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и технологическое состояние скважины, получают оценки близости эталонным ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации и по их совокупности принимают решение о ситуации.

При этом, с целью утОчнения геологической и технологической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровой установки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента, промывочной жидкости и скважины, из- . меряют характеристики воздействия скважины на инструмент и промывочную жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию.

Кроме того, устройство для осуществления способа получения информации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, дат. чики, характеризующие работу этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии сигнала, фильтры низкой частоты, блоки формирования порбгов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования, снабжено блоком формирования скорости изменения сигнала, фильтрами высокой частоты, блоком памяти, функциональным блоком коррекции рабочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через блоки фор мирования скорости изменения сигнала и дисперсии сигнала к фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и непосредственно подключе- ны к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители, сумматоры и блоки сравнения с решающим блоком, вход которого связан с блоком памяти, а выход — с блоком регистрации, при этом входы умножителей связаны с выходами функционального блока коррекции матриц.

Устройство также снабжено блоком формирования управляющих сигналов, функциональным блоком формирования кодов управляющих воздействий, вход которого связан с решающим 0 блоком, а выход — с блоком формирования управляющих сигналов, выход последнего подключен к блокам управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы.

С целью расширения функциональных возможностей устройство для осуществления способа снабжено запоминающими устройствами по числу датчиков, задатчиком .способа бурения, блоком коррекции, блоком

20 формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, вторым блоком памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающее устройство подключен к блоку форми25 рования последовательности сигналов о наличии датчиков, выход последнего соединен с блоком коррекции, два других входа которого подключены к задатчику способа бурения и функЗ0 циональному блоку формирования кодов, а выход подсоединен непосредственно и через второй блок памяти к функциональному блоку коррекции матриц.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Буровая установка содержит механизм вращения долота 1, блок управления 2 этим механизмом, датчи40 ки 31, связанные по входу с механизмом вращения долота (например, датчик частоты вращения 3, датчик крутящего момента 32 ), механизм 4 подачи долота, блок уп45 равления 5 подачей долота, включающий регулятор нагрузки на долото б, датчик веса б на крюке, датчик механической скорости б буровой насос 7, блок управленйя 8

50 буровым насосом датчики 9.1 cBH» занные по входу с буровым насосом (например, датчики расхода 9 бурового раствора в скважину, датчик давления 9 в напорном трубопрово2 де, емкость 10 для бурового раствора, датчики 11 1, связанные по входу с устьем скважины и емкостью для бурового раствора (например, датчики 11 расхода раствора на выходе, датчик 11 уровня в приемной емкости, датчики плотности раствора на входе 11 и на выходе из скважины 11+) датчик проходки 12, противовыбросовое оборудование 13, блок управления 14, датчики 151, связанные по входу с противовыбросо1035206 вым оборудованием (например, датчик открытия-закрытия превенторов 15 датчик положения задвижек 152, дат-чик положения штуцеров 153, датчик давления на штуцерах 15 ).

Блоки 16-. 23 и связи между ними . образуют блок-схему обработки сигнала с одного датчика. Устройство содержит столько таких блок-схем, сколько в устройстве датчиков.

Блок-схема включает блок 16 формирования скорости измерения сигнала, блок 17 формирования дисперсии сигнала, фильтры высокой 18 и низкой 19 частоты соответственно. Входы блоков 16 и 17 соединены с выходом соответствующего датчика, вхо ды блоков 18. и 19 соединены с выходами блоков 16 и 17 и с выходом датчика 20 и 21 — блоки формирования порогов, 22 и 23 — блоки сравнения фильтрованных характеристик 20 с порогами. Выходы блоков 18 и 19 соединены непосредственно и через блоки 20 и 21 с блоками 22 и 23.

24 и 25 — блоки формирования последовательности сигналов о выходе за 25 пороги характеристик, прошедших соответственно высокочастотную и низкочастотную фильтрацию. Выходы блоков 22 по всем датчикам присоединены к блоку 24, выходы блоков

23 по всем датчикам — к блоку 25.

Сигналы с датчиков 3 -3, 6„- бэ, 9 - 9, 11>- 11+, 15„- 15 йоступают каждыи в свое запоминающее устройство 38, в свой блок формирования дисперсии 17. В блоке 16 происходит сравнение двух соседних предыдущего и текущего, текущего и последующего и т.д. — сигналов и деление полученной разности величин сигналов со своим знаком на временной интервал, определяемый частотой опроса датчиков, на выходе блока 16 присутствует сигнал скорости изменения сигнала с датчика, характеризующий темп его воз- 45 растания или убывания. Обе сформированные характеристики - скорость изменения сигнала иэ блока 16 и дисперсия сигнала иэ блока 17 вместе с самим сигналом с датчика поступают как на вход фильтра высокой частоты 18, так и на вход фильтра низкой частоты 19. В фильтре 18 все три величины проходят высокочастотное сглаживание, усредняющее сигналы за каждые несколько сантиметров проходки. В фильтре 19 эти же величины (сигнал с датчика и характеристики из блоков 16 и 17) проходят низкочастотное сглаживание, усредняющее сигналы за каждый метр проходки. Усредненные сигналы из блоков 18 (19) поступают в блоки 20 (21), где формируются их пороговые значения, причем величина каждого порога пропор- 65 циональна значениям самих усредненных сигналов. Сигналы, соответствующие порогам, из блоков 20 (21) и сглаженные сигналы иэ блоков 18 (19), по три из каждого блока, поступают в блоки сравнейия характеристик с порогами 22 (23), где сравниваются, Блоки 22 (23) вырабатывают дискретные сигналы о выходе фильтровальных характеристик за пороги. Превышение порога есть изменение сигнала. Пусть, например, изменились следующие сигналы с датчиков: увеличилось давление в напорном трубопроводе (датчик 92) увеличился уровень раствора в при.емной емкости (датчик 112), увеличился расход бурового раствора на выходе иэ скважины (датчик 11 } и, кроме того, изменились следующие характеристики: увеличилась скорость изменения давления в напорном трубопроводе (характеристика, сформированная в блоке 16 по сигналу с датчика 92, увеличилась скорость изменения уровня раствора в приемной емкости (характеристика из блока 16 по сигналу с датчика 112), что соответствует возникновению на буровой ситуаций опасного проявления пластового флюида (технологическая) и смены непроницаемой породы на проницаемую (геологическая).

Результаты сравнения, содержащие всю .информацию об изменениях характеристик (о выходе характеристик за пороги ), из блоков 22 (23) по всем датчикам поступают в блоки формирования 24 (25) двух последовательностей сигналов, в которых каждой характеристике отведено одинаковое количество разрядов (например, три: уменьшение, нормальное состояние, увеличение). Эти две последовательности сигналов, несущие информацию о выходе за пороги характеристик, прошедших высокочастотную и низкочастотную фильтрации, поступают из блоков 24 (25) на входы блоков умножения 27 (28}.

Пусть имеем роторный способ бурения, о чем из задатчика способа. бурения 40 поступает сигнал в блок коррекции 41. Сигналы из запоминающих устройств 38 (их столько, сколько сигналов с датчиков ) собираются блоком 39 в последовательность сигналов о наличии датчиков, которая также поступает в блок 41. По сигналу из блока 41 второй блок памяти 42 передает в функциональ-ный блок 26 две матрицы эталонных технологических и геологических ситуаций, а по другому сигналу из блока 41 в этих матрицах перечень распознаваемых ситуаций (строки матрицы ) приводится в соответствие набору датчиков (столбцам матрицы).

1035206

Таким образом, в блоке 26 оказываются две рабочие эталонные матрицы, скорректированные по способу бурения и. наличию датчиков, которые построчно передаются в умножители 27 (28). Перэая строка матрицы эталонных технологических .ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например, "Обрыв" ) поступает на вход блока

27, где поразрядно умножается на бинарную последовательность из блока 24, характеризующую текущее технологическое состояние на буровой. A первая строка матрицы эталонных геологических ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например, "Песчаник-солъь ) поступает на вход .блока 28, где поразрядно умножается на бинарную последовательность из блока 25, характеризующую текущее геологическое состояние на буровой. При поразрядном умножении последовательностей - текущей бинарной и эталонной — в блоках .

27 (28 ) формируются последовательности, которые поступают в сумматоры 29 (,30 ), где сигналы, составляющие последовательность, складываются и вырабатывается сигнал, равный по величине оценке близости текущего технологического состояния первому эталонному состоянию из матрицы технологических ситуаций, например, "Обрыв" (блок 29), и те кущего геологического состояния первому эталонному состоянию из матрицы геологических ситуаций, например, "Песчаник-соль". Эти сигналы (оценки близости ) поступают в блоки сравнения 31 (32), где запоминаются. Затем в блоках 27 (28) происходит умножение текущих бинарных последовательностей на вторые строки эталонных матриц (соответствующих, например, ситуациям

"Сальник" и "Глина-соль"), суммирование их в блоках 29 (30) передача в блоки 31 (32 ) для сравнения с записанными в памяти сигналамиоценками близости первым строхамситуациям. Из двух сигналов в .каждом блоке сохраняется наибольший по величине сигнал и его код (по. рядковый номер сигнала ). Таким об-. разом сравниваются все последующие сигналы-оценки близости по ситуациям.

В рассматриваемом случае увеличение давления в напорном трубопроводе., уровня раствора в емкости, расхода раствора на выходе из скважины, увеличение скорости изменения .давления в напорном трубопроводе и скорости изменения уровня раствора в емкости приводит к тому, что сигнал-оценка близости к строке из матрицы эталонных технологичес10 налы с максимальными оценками . близости по ситуациям "Опасное проявление" и "Непроницаемая-проницаемая порода" со своими кодами-номерами строк этих ситуаций в эталонных матрицах поступают в решающий блок 34, куда из блока памяти 33 подается последовательно ряд сигна_#_ лов, соответствующих разрешенным сочетаниям кодов ситуаций. При совпадении кодов ситуаций иэ блоков

31 (32) с кодами из блока 33 ре25

60 ких ситуаций, соответствующей ситуации "Опасное проявление пластового флюида", оказывается максимальным среди аналогичных сигналов, сформированных в блоках 27 и 29 и прошедших сравнение в блоке 31, а сигнал-оценка близости к стррке из матрицы эталонных геологических ситуаций, соответствующей ситуации смены "Непроницаемая порода - проницаемая порода", оказывается маю- симальным среди сигналов, прошедших через блоки 28, 30 и 32. Сиг- шающий блок 34 вырабатывает код результирующей ситуации - "Опасное проявление со сменой. непроницаемой породы на проницаемую", который поступает во второй функциональный блок Зб, а также вместе с оценкой близости — в блок 35 для документирования.

В блоке 36 по коду (или сочетанию кодов) отыскивается однозначно соответствующий. этому коду перечень номеров управляемых параметров, которыми необходимо управлять для уточнения степени опасности ситуации. Сигналы с номерами параметров передаются в блок формирования управляющих воздействий 37 и в блок коррекции 41.

В блоке 37 для нашего примера формируются следующие значения управляемых параметров для уточнения степени опасности ситуации: частота вращения ротора (3„)равна нулю, нагрузка на долото (6„) равна нулю (долото поднято над забоем, долбле-: ние прекращено), положение превенторов(15„) соответствует нулю (закрытое), положение, задвижек(15 ) соответствует максимуму (открытое) расход бурового раствора на входе (9 ) равен нулю, положение штуцеров(15>) соответствует нулю (закрытое ) .

B блоке 41 по сигналам из блока

36 корректируются эталонные матрицы — в нашем случае исключаются строки матрицы технологических ситуаций, связанных с долблением:

"Заклинка опор долота", "Сальник" и исключается .вся матрица эталонных геологических ситуаций .

Сигналю из блока 37 передаются в блоки управления 2, 5, 8 и 14, 1035206

ВНИИПИ, Заказ 5780/30 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðoä, ул.Проектная,4 ! которые приводят управляемые ими механизмы s соответствующее положение, что, в свою очередь, приводит к герметизации скважины. к

Датчики 3„, ., 15< собирают ин 5 формацию о новом состоянии буровой установки,.преобразование которой в блоках устройства заканчивается в блоке 34 получением кода ситуации, уточняющего опасность возникшей ситуации. Предположим,. блок 34 классифицирует ситуацию как опасную, при которой возможен выброс, Тогда блок 37 по сигналу из решающего блока 34 (через блок 36 ) формирует следующие значения параметров для ликвидации возникшей ситуации: увеличение на 20Ъ давления в. напорном трубопроводе (92 ), увеличение свыше максимально допустимого уровня в приемной емкости (112 ), неизмен- 20 ность давления на штуцерах (15+)..

A блок 41 через блок 42 сначала восстанавливает рабочие матрицы в блоке 26, а затем корректирует их.

Датчики 3,..., 15 вновь собирают информацию, которая еще раз пройдя через устройство, преобразуется в блоке 34 в код ситуации, соответствующий нормальному ходу процесса бурения.. Аварийная ситуация ликвидирована. Блок 36 воспринимает этот ход и, не обнаружив набора параметров, соответствующего полученному коду, не передает в блок

37 никакого сигнала, а в блок 41 передает сигнал, по которому в блоке 36 восстанавливаются эталонные рабочие матрицы, Устройство готово для принятия новой информации с датчиков.

Таким образом, предлагаемый способ существенно увеличивает точность и достоверность получаемой технологической и геологической информации, что обеспечивает увеличение эффективности геологоразведочных работ, позволяет избежать ошибок при распознавании аварийных ситуаций, снижает воэможность осложнений прн бурении.