Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента

Изобретение относится к контролю параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями. Техническим результатом является повышение точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации за счет регистрации хаотических колебаний осевой нагрузки на долото. Способ заключается в измерении колебаний осевой нагрузки на долото, выборе текущих критериев работоспособности, задании их эталонных значений и определении работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями. Причем вычисляют фрактальные размерности по построенным фазовым кривым колебаний осевой нагрузки текущего состояния породоразрушающего инструмента D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме работы породоразрушающего инструмента D₂, а в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную γ=D₁/D₂. Эталонные значения критериев у определяют для максимально изношенного долота. 2 ил.

 

Изобретение относится к контролю параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при диагностике состояния породоразрушающего инструмента.

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. СССР №1427059, Е21В 45/00, №36, 1988).

Известный спектральный анализ достаточно разработан, однако обладает некоторыми недостатками. Во-первых, при Фурье-преобразовании исходный сигнал заменяется периодическим, что приводит к невозможности однозначного определения дефектов при регистрации хаотических колебаний. Во-вторых, теряется информация о временном факторе, что приводит к искажению первоначальной информации при обработке и снижению точности определения.

Известен способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающий регистрацию колебаний давления промывочной жидкости в нагнетательной линии и вычисление критерия его работоспособности (а.с. СССР №1800011, Е21В 45/00, №9, 1993).

В данном способе вычисляют корреляционную размерность в начале и в процессе бурения определяют критерий работоспособности и задают его эталонное значение для каждой конкретной режимной пачки бурения, а границу времени работоспособности отождествляют со временем достижения критерием его эталонной величины.

Недостатком этого метода является достаточно сложная процедура определения критерия работоспособности, и, соответственно, возникают трудности в интерпретации технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента путем измерения колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задания их эталонного значения и определения работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями (а.с. №2182659, Россия, Е21В 44/06, 45/00, №14, 2001). При этом в качестве текущих критериев работоспособности используют коэффициент Джини колебаний давления промывочной жидкости и коэффициент Джини колебаний осевой нагрузки на долото.

Данный способ оказывается недостаточно эффективным при обработке сложных сигналов колебаний давления промывочной жидкости и осевой нагрузки на долото при возникновении хаотических вибрационных воздействий на буровую колонну.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации за счет регистрации хаотических колебаний осевой нагрузки на долото.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающем измерение колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями, согласно изобретению вычисляют фрактальные размерности по построенным фазовым кривым колебаний осевой нагрузки текущего состояния породоразрушающего инструмента D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме работы породоразрушающего инструмента D₂, в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную γ=D₁/D₂, а эталонные значения критериев γ_э определяют для максимально изношенного долота.

Способ осуществляют следующим образом. По измерениям колебаний осевой нагрузки на долото, снятым в процессе бурения скважины, строят фазовые кривые методом запаздывания. По полученным фазовым кривым вычисляют фрактальную размерность текущего состояния D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме D₂. Фрактальная размерность характеризует степень пространственной неоднородности фазовых кривых - чем больше значение, тем однородней фазовые кривые и тем больше система детерминирована. В качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную γ=D₁/D₂, задают их эталонные значения γ_э при максимально изношенном долоте и определяют работоспособность породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями.

Конкретный пример реализации предлагаемого способа.

При построении фазовых кривых были использованы записи временных рядов колебаний осевой нагрузки на долото при бурении скважины №1472 Шкаповского месторождения ООО "БурКан".

На фиг.1 приведены фазовые кривые при бурении с изношенным долотом (интервал 1431-1652 м, код износа - В3П3) с фрактальной размерностью D₁=1,04. На фиг.2 изображены фазовые кривые начального времени бурения при оптимальном режиме работы долота (интервал 660-734 м, код износа - В0П1), фрактальная размерность которых равна D₂=1,21.

В конкретном примере (режим и условия бурения, тип долота и забойного двигателя) эталонное значение критерия работоспособности породоразрушающего инструмента определяется из выражения

γ_э=D₁/D₂=1,04/1,21=0,856

При дальнейшем бурении в определенных условиях необходимо контролировать текущее значение критерия - γ, и при γ=γ_э=0,856 принять решение о подъеме породоразрушающего инструмента.

Предлагаемый способ может найти применение при разработке автоматизированных систем бурения, а также в других областях, где ведется оценка технического состояния объектов путем измерения колебаний параметров достаточно длинных временных рядов, представляющих хаотический процесс.

Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающий измерение колебаний осевой нагрузки 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 вычисляют фрактальные размерности по построенным фазовым кривым колебаний осевой нагрузки текущего состояния породоразрушающего инструмента D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме работы породоразрушающего инструмента D₂, в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную γ=D₁/D₂, а эталонные значения критериев γ_э определяют для максимально изношенного долота.