Способ обнаружения момента смены пласта по буримости

 

Изобретение относится к области контроля и управления, процессом бурения. Цель изобретения - повьшение точности. Измеряют скорость перемещения верхнего конца бурильной колонны. Определяют мгновенную скорость V; и частоту fo колебаний, скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны. Определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сглаживания значений V;. Осуществляют их центрирование. Вычисляют оценки автокорреляционных функций R(t,t) и c(t), определяют величину статистики L(t) R(t, С) r,(t)/R(t,t) и при резком увеличении значения L (t) и постоянстве значения fo фиксируют смену буримости пород. При одновременном резком увеличении значений L (t) и fg фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов. Способ позволяет определить моменты смены пластов горных пород по буримости, обеспечивает повышение точности механического каротажа поглубине скважины. По выбросу значений статистики L (t) судят о факте смены горной породы. По совместным изменениям статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определяют момент заклинивания породоразрушакицего инструмента или полного износа режущих элементов. 5 ил. (О 00 О5 О5 05 00 о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (!9) (И) (5р 4 Е 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTWI (21) 4111052/22-03 (22) 12.05.86 (46) 15.01.88 ° Бюл, № 2 (71) Свердловский горный институт им. В. В, Вахрушева (72) Е. В. Калыгин, Г, А. Багаутинов, О. Ю. Баженов и В. В. Шабалин (53) 622,245(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 876977, кл. E 21 В 47/00, 1980.

Гулизаде М. П. и др. Метод обнаружения момента смены пласта по буримости. — Известия ВУЗов: Нефть и газ ° 1973, ¹- 9, с. 35-36. (54) СПОСОБ ОБ11АРУЖЕНИЯ МОМЕНТА

СМЕНЫ ПЛАСТА ПО БУРИМОСТИ (57) Изобретение относится к области контроля и управления, процессом бурения, Цель изобретения — повышение точности. Измеряют скорость перемещения верхнего конца бурильной колонны, Определяют мгновенную скорость Ч и частоту f колебаний, скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, Определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сгла живания значений V Осуществляют их центрирование. Вычисляют оценки автокорреляционных функций R(t, t) и (t), определяют величину статистики L" (t) = PR(t, t))? c. (t)/R(t, t) и при резком увеличении значения

Ь (t) и постоянстве значения f, фик 0 сируют смену буримости пород, При одновременном резком увеличении знаФ чений Ь (t) и Е фиксируют самозакли нивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов. Способ позволяет определить моменты смены пластов горных пород по буримости, обеспечивает повышение точности механического каротажа по. глубине скважины. По выб росу значений статистики Ь (С) судят о факте смены горной породы. По совместным изменениям статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определяют момент заклинивания породоразрушающего инструмента или полного износа режущих элементов. 5 ил °

1366636

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и может быть использовано для определения моментов времени смены rop5 ных пород для распознавания аварийных ситуаций в скважине.

Цель изобретения — повышение точности обнаружения момента смены пласта по буримости. 1р

На фиг. 1 приведены диаграммы мгновенных значений проходки h и скорости V„ ïеремещения верхнего конца бурильной колонны; на фиг. 2— диаграммы мгновенных значений Ч„ при изменении осевой нагрузки Р; на фиг. 3 — пример выполнения блоксхемы устройства, реализующего данный способ; на фиг. 4 - изменение статистики L (t) и частоты f авто- 2р колебания верхнего конца бурильной колонны при смене горной породы; на фиг. 5 — изменение L (t) и f при самозаклинивании керна в колонковой трубе. 25 !

Из диаграммы мгновенных значений проходки h (фиг. 1) видно, что перемещение верхнего конца бурильной колонны имеет пульсирующий характер.

При этом на пульсирующее перемещение верхнего конца колонны Наложены колебания более высокой частоты.

Высокочастотные колебания равны частоте вращения бурильной колонны и проявляются в основном в периоды поступательного движения верхнего конца или в периоды времени, когда он неподвижен, Естественно, что высокочастотные колебания тождественны механическим вибрациям бурового сна- 4Р ряда на поверхности, Диаграммы мгновенных значений скорости V перемещения верхнего конца бурильной колонны получены численным дифференцированием проходки h, Из диаграммы

VÄ(t) следует, что скорость перемещения носит колебательный характер, при этом амплитуда колебаний намного превышает (более, чем на порядок) среднее значение скорости бурения 50

V„(t). На фиг, 1 показаны два интервала времени бурения: первый (фиг. 1а) соответствует нормальному бурению в однорядных породах; второй (фиг. 1б) отображает процесс перехода от нормального бурения к самозаклиниванию керна в.колонковой трубе, При нормальном бурении частота перехода Чм через среднее ее значение равна О, 12 Гц, а на втором интервале частота коле" баний V возросла до 0,3 Гц, с сохранением колебаний верхнего конца около нулевого уровня. Рост проходки во втором случае отсутствует, но появились незатухающие высокочастотные колебания с частотой, равной частоте вращения бурового снаряда.

Характер изменения скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны при изменении нагрузки на поверхности с 5,4 до 10,6 кН показаны на фиг. 2. При бурении с нагрузкой

5,4 кН средняя скорость перемещения

Чм.ер, = 0,65 мм/с, а частота автоколебаний скорости перемещения верхнего конца составила 0,458 Гц, После повышения нагрузки до 10,6 кН, средняя скорость повысилась до 0,72 мм/с, а частота автоколебаний практически не изменилась и -составила 0,43 Гц.

Следовательно, частота автоколебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны инвариантна изменению осевой нагрузки. Изменение амплитуды колебаний скорости перемещения верхнего конца колонны под действием осевой нагрузки можно интерпретировать как изменение свойств горных пород по буримостй, так как изменение ведет только к повышению или снижению скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны.

Таким образом, структура способа обнаружения момента смены пласта следующая. В процессе контроля мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны по постоянству частоты автоколебаний и отклонению амплитуды мгновенной скорости бурения судят о смене пласта, по повышению частоты автоколебаний и снижению скорости бурения практически до нулевого уровня — о самозаклинивании породоразрушающего инструмента или износе его режущих элементов, Остается выбрать метод измерения для оценки отклонения скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны от установившегося значения.

Из приведенных выше данных следует, что перемещение верхнего конца бурильной колонны следует рассматривать как случайный процесс и для его исследования необходимо исполь" зовать теорию нестационарных случайных функций. При этом при бурении в однородных породах процесс переме13б6636 щения верхнего конца бурильной колонны стационарен, а при переходе в другую горную породу стационарные свойства его нарушаются считая мо9

5 мент перехода в другую горную породу ! моментом слабой импульсной помехи с прямоугольной огибающей ° С этой целью можно использовать статистику (К (t,t)J

Ь (t) (1)

Ь,() .»9 где R (t< t) — оценка корреляционной функции;

Ь,(й) — статистика, равная 15

R (t,t)/" (t); (,"(С) — оценка интервала корреляции, равная

/R gt, с +2)/d(, J

25 по

О 2л 9 о (2) 30

35 (t i t + () 1 Vo„,(t, ) V >ä(t„+ ) 1 9

»9 1

Т, Ф -

Z.(1Кп мсР м) 9

Т = (о ° измеряемое на интервале времени Т, .

На фиг. 3 показан пример блок-схемы устройства для реализации способа обнаружения момента времени смены пласта по буримости, содержащей буро- 45 вую установку 1, датчик 2 мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, фильтр 3 низких частот, блок 4 вычисления, устройство 5 вывода информации, устройство 6 ввода информации.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигнал о скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны снимается с выхода датчика 2 мгновенной скорости перемещения верхне"

ro конца бурильной колонны и поступает на вход фильтра низких частот. С где ь — интервал измерения корреляционной функции.

Для измерения частотной характе-. .ристики процесса можно использовать формулу где f — частота автоколебания верх(9 него конца бурильной колонны; и — число переходов мгновенной о скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны через среднее ее значение выхода последнего сигнал поступает. на блок 4 вычисления, где по формуле (2) вычисляется частота автоколебаний верхнего конца бурильной колонны и рассчитывается период колебаний ° По значению периода колебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны вычисляют частоту дискретизации непрерывного колебательного процесса по формуле

К = 1Of„ где f — частота дискретизации;

10 — число отсчетов в одном пе" риоде исследуемого процесса, Необходимая длина интервала измерения корреляционной функции принята равной четырем периодам колебаний верхнего конца бурильной колонны, 1 т.е. 7о, = 4 —. В этом случае погрешо ность оценки корреляционной функции будет около 47.

В блоке 4 вычисления осуществляется расчет статистики L (t) по следующей схеме. Осуществляется центрирование реализации случайного процесса по формуле

t

v,„(e)=v„(e) — — J 9„(;)а;, а,-т, где Т» — интервал сглаживания, равный m/f, m = 3.

Производится оцейка корреляционной функции

Осуществляется расчет интервала корреляции л

/R (t, t + /d», с) о (С использованием формул (1) и (2) производится расчет текущих статистик и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны, значения которых выводятся на печать устройства 5 вывода информации. По выбросу значений статистики Ь (t) судят о факте смены горной породы, а по совместным изменениям статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определяют моменты времени самозаклинивания породоразрушаю1366636 щего инструмента или о полном износе .его режущих элементов.

Реализация программы расчета не составляет трудностей ввиду наличия

5 стандартных программ расчета автокорреляционных функций.

На фиг. 4 представлен фрагмент записи статистики L"(t) и частотной характеристики процесса К при смене горной породы.

На фиг. 5 даны фрагменты записи E статистики L (t) и частотной характеристики при самозаклинивании керна в колонковой трубе. 15

Из диаграммы фиг. 4 видно, что при переходе из одной горной породы в другую произошло резкое изменение статистики L (t) при неизменной частоте колебания верхйего конца буриль- 2б ной колонны f = const.

Из диаграмм на фиг. 5 следует, что при самозаклинивании керна в ко» лонковой трубе изменились как Ь (t), так и 25

ИсследОвания способа показали, что он очень выгодно отличается от известных, так как позволяет на 48 мм углубки скважины определить моменты смены пластов горных пород по буримости, что позволяет повысить точность проведения механического каротажа по глубине скважины.

Формула изобретения

Способ обнаружения момента смены пласта по буримости, основанный на измерении скорости перемещения верхнего коцца бурильной колонны, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют мгновенную скорость V и частоту f . колебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сглаживания значений Ч, осуществляют их центрирование, вычисляют оценки автокорреляционных функций R(t t) и а (с), определяют величину статистики L" (t) = R(t, t)J ° i (t) /R(t, t) и при резком увеличении значения

L (t) и постоянстве значения f фиксируют смену буримости пород, а при одновременном резком увеличении значений Ь (t) и f0 фиксируют самозакли"

+ нивание породораэрушающего инстру" мента или полный износ его режущих элементов.

1366636

136663б рие4

4 (t) Составитель В, Шилов

Редактор М. Товтин Техред Л.Сердюкова

Корректор О. Кравцова

Эаказ 6795/29 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4