Способ определения степени износа долота в процессе бурения

 

Изобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего фронта. Цель - повышение точности определения степени износа долота путем уменьшения влияния помех . Для этого измеряют амплитуды различных диапазонов спектра частот вибраций долота датчиком вибраций. Затем получают нормированную корреляционную функцию из амплитуд различных диапазонов спектра частот вибрации долота блоком вычисления. После этого определяют значение ее максимума анализатором максимума. Степень износа долота/г определяют из выражения/г (-d Ri/d E):(-d Ri/d Е)такс,значение /г, близкое к единице, указывает на минимальны износ долота, а значение близкое к нулю, на максимальный износ. Величина /.I индицируется на индикаторе степени износа 5 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)5 Е 21 В 10/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4708068/03 (22) 21.06,89 (46) 23,10,91. Бюл. 39 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Научно-производственного .объединения "Сибнефтеавтоматика" (72) Л.А, Кол еватов (53) 622.24.051 (088.8) (56) Патент СССР

М 563930, кл, Е 21 В 45/00, опублик. 1970. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

ИЗНОСА ДОЛОТА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего фронта. Цель — поИзобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего инструмента с целью достижения его эффективной отработки.

Целью изобретения является повышение точности способа путем уменьшения влияния помех.

На фиг, 1 показан вид нормированной корреляционной функции сигнала вибраций бурового долота; на фиг. 2 — зависимость значения максимума И1нормированной корреляционной функции от энергии Е, затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг. 3 — зависимость производной, взятой с знаком минус, значения максимума нормированной корреляционной функции

„„5U 1686109 Ai вышение точности определения степени износа долота путем уменьшения влияния помех, Для этого измеряют амплитуды различных диапазонов спектра частот вибраций долота датчиком вибраций. Затем получают нормированную корреляционную функцию иэ амплитуд различных диапазонов спектра частот вибрации долота блоком вычисления.

После этого определяют значение ее максимума анализатором максимума. Степень износа долота р определяют из выражениями =

= (-d R1/d Е):(— d R1/d Е)плакс,значение р, близкое к единице, указывает на минимальны износ долота, а значение близкое к нулю, на максимальный износ. Величина р индицируется на индикаторе степени износа, 5 ил. по энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя; на фиг. 4 — зависимость велиdR1 у dR1x чины,и = — I (— ) макс QT энергии, затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг, 5 — блок-схема устройства, реализующего способ.

Способ основан на свойстве нормированной корреляционной функции выделять и определять долю мощности периодического сигнала из общего сигнала на фоне случайной помехи.

Сигнал вибраций долота имеет ярко выраженный периодический характер, обусловленный вращательным движением долота, шарошек и геометрическим расположением эубъев долота, Зубья долота, двигаясь по забою и взаимодействуя с неоднородностями породы забоя, создают вибра16f36109 ции, сигнал последних передается по колонне бурильных труб и на дневной поверхности скважин воспринимается как сигнал вибраций бурового инструмента. Сигнал вибраций бурового инструмента представляет собой в этом случае периодическую последовательность импульсов, где каждый импульс отражает г1за: модействие каждого зуба с неоднородностью породы.

Частотное разрушение зуба вызывает уменьшение амплитуды, т,е, средней мощности соответствующего импульса, а полное разрушение зуба-исчезновение импульса. Однако непосредственный allaлиз сигнала вибраций затруднителен высоким уровнем помех, обусловленных трением бурильной колонны о стенки скважины, шумами от движения промывочной жидкости и т.п. Преодолеть э1о препятствие в значительной степени позволяет применение корреляционного анализа.

Согласно свойствам нормированной корреляционной функции наличие в сигнале вибраций выраженной периодической составляющей вызывает появление максимума 1 (фиг. 1), à elo .значение RI характеризует долю мощllocTII периодической составляющей в общей мощности сигнала, Таким образом, уменьшение средней мощности отдельных импульсов или их исчезновение приводит к у еньшению значения B-I— максимума нормированнсй корреляционной функции. Вели ина RI в процессе долбления монотонно уменьшается в полном соответствии со степенью эпоса зубьев долота.

На фиг. 2 участок О-Е1 отражает период эффективной работы и накопление усталости материалом долота. Участок Е1 — Е2 соответствует процессу активного износа долота, характеризуется высокой скоростью спада значения Г,1 в начальной части участка и уменьшением скорости спада до нуля к концу участка, ) !альнейшее бурение нецелесообразно ввиду полного износа зубьев долота — участок Е > Е2. Таким образом точка Е1 соответствует практически IIeизношенному доло у и может быть определена по наибольшей скорости спада зависимости RI от Е. Точка Е2 сответствует максимально изношенному долоту и может быть определена по близкой к нулю скорости спада зависимости Ri от Е, Скорость спада зависимости RI от Е равна производной RI по аргументу Е, взятой с знаком минус

dRg (- ). Полученная зависимость приведена на фиг. 3, где точка tl coo",âåòñ Toóeò нача5

55 лу активного износа зубьев долота, а точка !

П - максимальному износу.

Определяют величинур по формуле сЫ1 «d R1

p= — — /() а с, d RI где — — -- взятая с знаком минус производdЕ ная значения максимума нормированной корреляционной функции RI по энергии Е, затрачиваемой на разрушение породы забоя; сЫ1 (- — )макс - наибольшее с начала долdE бления на данный момент бурения значение указанной производной,взятой с знаком минус.

Зависимость величины р, характеризующей износ долота, от Е приведена на фиг,4. При этом минимальный износ долота определяют по значению р, близкому к единице, а максимальный износ — по значениюр, близкому к нулю.

Блок-схема (фиг. 5) содержит датчик 1 вибраций бурового инструмента, полосовой фильтр 2, блок 3 вычисления нормированной корреляционной функции 3, первый анализатор 4 максимума, блок 5 измерения энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя, блок 6 дифференцирования с инверсией, второй сигнализатор 7 максимума, блок 8 деления, индикатор 9 степени износа.

Способ реализуется следующим образом, Вибрации бурового инструмента воспринимаются датчиком 1. Электрический сигнал с датчика 1 проходит через полосовой фильтр 2. Фильтр 2 пропускает лишь те частотные составляющие сигнала вибраций, которые лежат в диапазоне возможных частот вибраций бурового инструмента, обусловленных взаимодействием зубьев долота с породой забоя, С выхода фильтра 2 полученный сигнал поступает на вход блока 3 вычисления нормированной корреляционной функции. Сигнал, соответствующий R Щрезультату вычисления, поступает на вход первого анализатора 4 максимума, на выходе которого получают текущее значение RI— значение максимума нормированной корреляционной функции, С выхода первого анализатора 4 максимума сигнал поступает на первый вход блока 6 дифференцирования с инверсией, на второй вход которого поступает сигнал с блока 5 из измерения энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя.

На выходе блока б дифференцирования с инверсией получают сигнал, соответству1686109

СЯ1

Фиг.4 ющий (— — ), Во втором анализаторе 7

d R1

dE максимума, на вход которого поступает полученный сигнал, определяется наибольшее с начала долбление производной 5 (- — )мзкс. С выхода блока 6 дифференциd R1

dE рования с инверсией сигнал поступает также на первый вход блока 8 деления, на второй вход блока 8 деления поступает сиг- 10 нал с второго анализатора 7 максимума. На выходе блока 8 деления получают сигнал, соответствующий величине

/4 = — / () макс, dR1 dR1

15 который индицируется в индикаторе 9 износа долота. По индикатору определяют степень износа долота.

Способ позволяет значительно повысить помехоустойчивость и снизить влияние 20 условий бурения на результат измерений, что и риводит к повышению точности в определении степени износа долота.

Формула изобретения

Способ определения степени износа 25 долота в процессе бурения, включающий измерение вибраций бурового долота с помощью датчика вибраций, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности способа путем уменьшения влияния помех, получают нормированную корреляционную функцию сигнала вибрации бурового долота, определяют значение ее максимума, а степень износа долота,и определяют из выражения где R1 - значение максимума нормированной корреляционной функции;

Е - энергия, затрачиваемая долотом на разрушение забоя;

d R1 — — - производная;

dE

d R1 ()макс наибольшее с начала долdE бления значение производной со знаком минус; причем минимальный износ долота определяют по значению р, близкому к единице, а максимальный износ — по значению р, близкому к нулю.

1686109

Составитель Л.Скалунов

Техред М,Моргентал Корректор Т.Колб

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3582 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5