Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины

Авторы патента:


Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины
Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины
Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины
Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины
Система для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины

 


Владельцы патента RU 2636072:

ХАЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСЕЗ, ИНК. (US)

Изобретение относится к средствам контроля износа эксплуатируемых компонентов в скважине. Техническим результатом является обеспечение своевременного определения вывода из эксплуатации компонентов скважины при приближении к истечению срока их службы. В частности, предложена система для отслеживания срока службы компонента в стволе скважины, содержащая: устройство для обработки данных и компьютерочитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые указанным устройством для обработки данных для выполнения соответствующих операций. При этом указанные операции содержат этапы, на которых осуществляют: периодический прием значения нагрузки, когда эта нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины, и когда нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины, периодическое определение усталости на этом компоненте, вызванной указанной нагрузкой, по меньшей мере частично на основании указанных периодически принимаемых значений нагрузки, и в которой периодическое определение усталости на компоненте, вызванной нагрузкой. Причем операция определения усталости на компоненте содержит следующие этапы: прием модели усталости, которая моделирует усталость на компоненте; обеспечение прошлой истории значений нагрузок в качестве первого входа на модель усталости; обеспечение значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, в качестве второго входа на модель усталости и выполнение модели усталости на основании первого входа и второго входа, что приводит к усталости в качестве выхода; и обеспечение усталости в ответ на прием первого входа и второго входа. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к компонентам, например буровым компонентам, используемым в стволах скважин.

Уровень техники

[0002] Бурение ствола скважины представляет собой процесс бурения отверстия в земле для извлечения одного или большего количества природных ресурсов, например, нефти, минерализированной воды, природного газа, грунтовой воды или их комбинаций. Стволы скважин также могут бурить для нагнетания флюида от поверхности в подземный пласт-коллектор или для оценки или отслеживания подземных формаций. Компоненты, используемые в стволах скважин, например, скважинные буровые инструменты, могут подвергаться циклическим нагрузкам, например, из-за повторяющихся нагружений или вибраций или их комбинаций. Такие нагрузки могут приводить к усталости, накопленному повреждению и со временем к выходу из строя этого компонента. Срок службы компонента, используемого в стволе скважины, может зависеть от факторов, содержащих нагрузку, приложенную к указанному компоненту, скорость, с которой приложена нагрузка, и продолжительность, в течение которой приложена нагрузка, физические свойства формации (формаций), в которой (которых) работает указанный компонент, и другие факторы. Информация о нагрузке, приложенной к компоненту, может обеспечивать отслеживание усталости на этом компоненте и его срока службы.

Описание чертежей

[0003] На фиг. 1 проиллюстрирован пример системы ствола скважины, соединенной с системой для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины.

[0004] На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема примерного процесса отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, показанном на фиг. 1.

[0005] На фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема примерного процесса периодического предоставления значений нагрузок для нагрузок, приложенных к компоненту в стволе скважины, показанном на фиг. 1.

[0006] На фиг. 4 проиллюстрирована примерная архитектура компьютерной системы для системы для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, показанной на фиг. 1.

[0007] Одинаковые ссылочные символы на различных чертежах указывают на одинаковые элементы.

Подробное описание

[0008] Настоящее изобретение относится к отслеживанию сроков службы компонентов, работающих в стволах скважин, например, для бурения стволов скважин. Такие компоненты, например, буровые инструменты, сталкиваются с нагрузками, например, нагрузкой на долото, крутящим моментом, изгибающим моментом и другими нагрузками, когда работают в скважине, и, вследствие этого, подвержены усталости, вызванной указанными нагрузками. Знание срока службы компонента может быть полезным для оператора буровой установки, который управляет этим инструментом. Срок службы компонента могут предполагать, например, посредством выполнения испытаний на выносливость в лабораторных условиях и сравнения полученных данных с известными эксплуатационными данными. Например, буровой инструмент могут подвергать циклическим нагрузкам при лабораторных условиях. Способ вычисления усталости бурового инструмента при лабораторных условиях может быть откалиброван на основании характеристик и ожидаемого срока службы, определенных и сохраненных для идентичных или по существу аналогичных инструментов, которые использовались в других стволах скважин в прошлом.

[0009] Однако, условия, при которых компонент подвергают нагрузкам, могут не совпадать с условиями эксплуатации, например, с условиями в стволе скважины, в котором указанный компонент работает. Даже если лабораторные условия могут моделировать таким образом, что они совпадают с условиями эксплуатации, этот компонент не обязательно будет работать при смоделированных условиях эксплуатации все время. Например, компонент может работать в первом стволе скважины при первом наборе условий эксплуатации (таких как приложенная нагрузка и время, в течение которого эта нагрузка была приложена), а позже во втором стволе скважины при втором наборе условий эксплуатации. Первый ствол скважины может различаться от второго ствола скважины, что приводит к тому, что второй набор условий будет различаться от первого набора. Следовательно, анализ усталости при лабораторных условиях может не быть точным предсказателем строка службы компонента, который используют в различных стволах скважин.

[0010] Кроме того, при лабораторных условиях может быть трудно или невозможно определить часть срока службы компонента, которая была израсходована вследствие усталости, вызванной нагрузками, приложенными к этому компоненту, в то время как указанные нагрузки прикладывались к указанному компоненту. Например, нагрузки, приложенные к буровому долоту, использованному для бурения ствола скважины, могут анализировать для определения части срока службы указанного компонента, который был израсходован после того, как ствол скважины был пробурен, и, например, это буровое долото извлечено из ствола скважины. Если часть срока службы, которая была израсходована, превышает максимально допустимый срок службы бурового долота, в то время как ствол скважины бурят, тогда это буровое долото может выходить из строя. Кроме того, извлечение бурового долота в середине буровой работы для анализа его срока службы не всегда экономически осуществимо. Невыполнимость или трудность определения части срока службы компонента, которая была израсходована и которая остается, в то время как компонент работает в стволе скважины, может приводить к времени простоя и вызывать необходимость дорогостоящих операций для извлечения компонента, которой должен выходить из строя.

[0011] Настоящее изобретение описывает технологии отслеживания срока службы компонента в стволе скважины при реальных условиях эксплуатации, т.е. условиях в стволе скважины, а не в смоделированных лабораторных условиях. Настоящее изобретение также описывает технологии определения части срока службы компонента, израсходованной вследствие усталости, вызванной нагрузками, приложенными к этому компоненту, в то время как прикладывались указанные нагрузки. В общем, технологии, описанные в настоящем документе, могут реализовывать для определения усталости любого компонента, который может испытывать усталостное повреждение. В дополнение к буровым инструментам примеры таких компонентов могут содержать приводные валы, забойные турбинные двигатели, роторные управляемые системы, кольца для оценки параметров продуктивного пласта с накладками, т.е. отверстиями, пробуренными через наружную часть, и другие подходящие компоненты.

[0012] Как описано ниже, реальные нагрузки, приложенные к компоненту, и время, в течение которого эти нагрузки приложены, могут быть периодически записаны. Для выполнения анализа усталости указанные нагрузки и время могут обеспечивать в качестве входа для модели усталости, которая может обеспечивать спрогнозированный срок службы компонента в качестве выхода. Иногда компонент может не достигать своего спрогнозированного срока службы в одной операции, что означает, что этот компонент могут повторно использовать для одной или большего количества операций. Благодаря записи и обеспечению истории нагрузок в качестве входа для модели усталости, соединенной с моделью накопленного повреждения, могут прогнозировать срок службы компонента, как часть системы технического обслуживания на основе контроля состояния, в которой могут выполнять решения относительно вывода из эксплуатации ответственных компонентов (например, компонентов, приближающихся к их спрогнозированным срокам службы) до аварии в скважине.

[0013] Например, оператор указанной технологии может знать, что компонент для работы в стволе скважины имеет 10% оставшегося срока службы. Ожидаемый срок службы может быть основан на заданном случае нагрузки. В этом примере ожидаемый срок службы может быть максимальной указанной рабочей нагрузкой. Если пользователь знает, что предполагаемые нагрузки меньше, чем указанный максимум, тогда может оставаться больше чем 10% от срока службы. На основании условий в стволе скважины и прошлой истории аналогичных компонентов, оператор может определять, что работа компонента в стволе скважины израсходует 25% от срока службы этого компонента. На основании этого определения оператор может определять, что не использовать этот компонент. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления на основании условий в стволе скважины и прошлой истории аналогичных компонентов оператор может определять, что работа компонента в стволе скважины израсходует только 5% от срока службы указанного компонента. На основании этого определения оператор может определять, что использовать этот компонент, даже хотя осталось только 10% от срока службы этого компонента.

[0014] В качестве альтернативы или дополнения к записи нагрузок, об этих нагрузках могут периодически сообщать, например, в реальном времени, обеспечивая определение усталости так часто, как сообщают об этих нагрузках. Такой анализ усталости может обеспечивать оператору буровой установки возможность определения, выше ли нагрузка для конкретной операции, чем предполагаемая. Для обеспечения раннего предупреждения для предотвращения аварии в скважине могут использовать указанное сравнение. В общем, технологии, описанные в настоящем документе, могут минимизировать время простоя, например, посредством предотвращения аварий в скважине посредством выполнения предусмотренных графиком ремонтов или замен (или и того, и другого) на основании периодически выполняемого анализа усталости компонентов.

[0015] На фиг. 1 проиллюстрирован пример системы ствола скважины, соединенной с системой 102 для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины. Примерная система ствола скважины может содержать ствол 110 скважины, проходящий от земной поверхности в одну или большее количество подземных зон. Буровой снаряд 112, несущий компонент, например, буровой инструмент, могут вставлять в ствол 110 скважины. Ствол 110 скважины может быть соединен с системой 102 для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, которая может быть реализована вверху по стволу скважины, например, на поверхности, как показано на фиг. 1 или в скважине.

[0016] В соответствии с некоторыми реализациями отслеживающая система 102 может быть компьютерной системой (например, настольным компьютером, портативным компьютером, планшетным компьютером, смартфоном, серверной компьютерной системой или другим подходящим компьютером). Отслеживающая система 102 может содержать компьютерочитаемый носитель 106, хранящий компьютерные инструкции, выполняемые устройством 104 для обработки данных для выполнения операций отслеживания срока службы компонентов, таких как описываемые в настоящем документе. В соответствии с некоторыми реализациями, в то время как нагрузка прикладывается к компоненту в стволе скважины, отслеживающая система 102 может периодически принимать значения этой нагрузки. В то время, как нагрузка прикладывается к компоненту в стволе скважины, отслеживающая система 102 может периодически определять усталость на этом компоненте, вызванную указанной нагрузкой, по меньшей мере частично на основании периодически принятых значений нагрузки.

[0017] Отслеживающая система 102 может быть соединена с системой 114 для измерения нагрузок, которая соединена с компонентом в стволе 110 скважины. Система 114 для измерения нагрузок может периодически измерять значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, и обеспечивать указанные значения нагрузки на отслеживающую систему 102. Например, система 114 для измерения нагрузок может содержать измеритель 118 деформации для восприятия деформации компонента и компьютерную систему 116 для приема деформации, воспринятой измерителем 118 деформации, и преобразования деформации в значение нагрузки (например, нагрузки на долото, крутящий момент, изгибающий момент) для нагрузки, прикладываемой к компоненту. Система 114 для измерения нагрузок может быть аналогично соединена с другими измерителями деформации или датчиками (или и теми, и другими), расположенными где-нибудь в стволе 112 скважины. Компьютерная система 116 может быть реализована в скважине, например, в компоновке низа бурильной колонны или около нее, или вверху по стволу скважины, например, на поверхности или вблизи ее. Система 114 для измерения нагрузок может измерять и обеспечивать нагрузки таким образом, что отслеживающая система 102 периодически принимает значения нагрузки, в то время как компонент работает в стволе 114 скважины. Примерной системой 114 для измерения нагрузок является инструмент DrillDOC®, предлагаемый компанией Halliburton Energy Services Inc. (Хьюстон, Техас).

[0018] Отслеживающая система 102 может быть соединена с системой 120 для хранения нагрузок, которая сможет сохранять прошлую историю значений нагрузок, которые были приложены к компоненту. Прошлая история значений нагрузок может содержать значения нагрузок, измеренные во время одной или большего количества операций компонента, которые различались (например, дискретно) от текущей операции этого компонента. Например, компонент, работающий в стволе 112 скважины, может ранее работать для бурения в различном стволе скважины. Система 114 для измерения нагрузок может измерить значения нагрузок, приложенных к компоненту, когда этот компонент работал для бурения различного ствола скважины. Прошлая история значений нагрузок, альтернативно или в дополнение, может содержать значения нагрузок, измеренные для каждой операции, во время которой этот компонент запускали в стволе 112 скважины или вне его, например, для технического обслуживания.

[0019] Система 120 для хранения нагрузок может принять значения нагрузок, измеренные посредством системы 114 для измерения нагрузок и сохранять эти значения нагрузок, как прошлую историю значений нагрузок. Прошлая история значений нагрузок может дополнительно содержать условия в стволе скважины (например, типы формаций), которые были пробурены с использованием указанного компонента во время указанной одной или большего количества предыдущих, отдельных операций или во время одной или большего количества запусков указанного компонента в столе 112 скважины или вне его (или их комбинации). Отслеживающая система 102 может принимать прошлую историю значений нагрузок, которые были приложены к компоненту, и периодически определять усталость, вызванную нагрузкой на основании прошлой истории нагрузок. Таким образом, отслеживающая система 102 может определять усталость на компоненте на основании не только значений нагрузок для нагрузок, в то время как эти нагрузки прикладываются к указанному компоненту, но также и на основании значений нагрузок для прошлых нагрузок, которые ранее были приложены к указанному компоненту. Технологии для выполнения этого и для обеспечения усталости в реальном времени описаны ниже со ссылкой на фиг. 2 и 3.

[0020] На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема примерного процесса 200 отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, показанном на фиг. 1. В соответствии с некоторыми реализациями процесс 200 может быть реализован, как компьютерные инструкции, хранящиеся на компьютерочитаемом носителе и выполнимые устройством для обработки данных. Например, процесс 200 может быть реализован посредством системы 102 для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, показанной на фиг. 1.

[0021] На этапе 202 могут принимать модель усталости, которая моделирует усталость на компоненте. Например, отслеживающая система 102 может принимать модель усталости от пользователя отслеживающей системы 102. Модель усталости, которая может быть математическим уравнением, может брать известную конфигурацию нагрузки компонента в стволе скважины, вычислять напряженное состояние компонента и определять предел выносливости для этого компонента по меньшей мере частично на основании механических свойств этого компонента. Указанное уравнение может быть линейным, нелинейным, логарифмическим или их комбинацией.

[0022] В соответствии с некоторыми реализациями, срок службы компонента, который отслеживающая система 102 определяет посредством выполнения модели усталости, является количеством циклов заданной нагрузки. Если напряжение компонента остается ниже предела выносливости, тогда этот компонент теоретически может иметь бесконечный срок службы. Однако, на практике нагрузки на компонент являются такими высокими, что этот компонент не может иметь бесконечный срок службы. Отслеживающая система 102 может вычислять модель усталости на основании напряженного состояния и количества циклов нагрузок, которые были приложены к компоненту, для определения конечного срока службы указанного компонента. Например, когда напряженное состояние по сравнению с пределом усталости обеспечивают в качестве входа для логарифмического уравнения, это уравнение в качестве выхода обеспечивает количество циклов, израсходованных из максимального количества циклов, которые может выдерживать этот компонент. Этот выход могут сообщать оператору в виде отношения указанного количества циклов к максимальному количеству циклов, или процентного соотношения (или и того, и другого).

[0023] Обычная модель усталости объединяет напряжения по фон Мизесу (Von Mises) в переменное и среднее эквивалентное напряжение, затем применяя критерий усталости, такой как критерий Гудмана (Goodman). Однако, когда указанное переменное и среднее напряжение находится выше критерия Гудмана, для определения количества циклов, которые должны сохраниться у компонента, можно использовать правило Майнера (Miner).

Фон Мизес:

Гудман

правило Майнера (линейное накопление повреждения):

Обратный степенной закон Вейбулла (Weibull) (улучшенная вероятностная модель)

[0024] На этапе 204 на модель усталости в качестве первого входа могут обеспечивать прошлую историю значений нагрузок. Если указанный компонент ранее не использовался, тогда с этим компонентом не связана прошлая история значений нагрузок. Если указанный компонент ранее использовался, тогда система 120 для хранения нагрузок может хранить прошлую историю значений нагрузок, приложенных к этому компоненту, например, на компьютерочитаемом носителе информации. В ответ на прием запроса от отслеживающей системы 102 система 120 для хранения нагрузок может обеспечивать прошлую историю нагрузок на компонент в качестве первого входа на отслеживающую систему 102, например, в виде данных, переданных по проводной или беспроводной сети или через систему телеметрии по столбу бурового раствора или их комбинации.

[0025] Если компонент не работает в стволе 112 скважины, тогда отслеживающая система 102 может определять срок службы этого компонента посредством обеспечения текущего накопленного повреждения (т.е., прошлой истории нагрузок, представленной количеством циклов, выдержанных этой частью, и состоянием нагрузок, при которых выдерживались эти циклы) на модель усталости и выполнения указанной модели усталости. Благодаря выполнению этого отслеживающая система 102 может определять израсходованную часть срока службы компонента.

[0026] На этапе 206 могут определять обновленную модель усталости, используя историю прошлых нагрузок. Поскольку напряженное состояние компонента постоянно изменяется, в то время как прикладывается указанная нагрузка, израсходованный срок службы также постоянно изменяется. Например, если компонент работает на 10000 футофунтах (13558,18 Дж) при 200 оборотов в минуту в течение 10 часов, отслеживающая система 102 может выполнять модель усталости для определения, что 50% от срока службы указанного компонента было израсходовано. Если нагрузка на компонент снижается до 8000 футофунтов (10846,54 Дж) при 150 оборотов в минуту в течение 10 часов, тогда отслеживающая система 102 может выполнять модель усталости для определения, что, например, 25% (или меньше) от срока службы этого компонента было израсходовано. Если компонент работает при обоих условиях, например, в двух отдельных операциях, тогда отслеживающая система 102 может определять, что суммарно, например, 75% от срока службы этого компонента было израсходовано. В настоящем документе процентные соотношения предоставлены в качестве примера; отношение не обязательно должно быть линейным.

[0027] На этапе 208 для определения, что указанный компонент все еще является рабочим, могут выполнять проверку. Если компонент является рабочим (ветка решения "ДА"), тогда на этапе 210 могут принимать значения нагрузки, прилагаемой к этому компоненту, в то время как указанная нагрузка прикладывается к этому компоненту. Например, отслеживающая система 102 может обеспечивать значения нагрузки, принятые от системы 114 для измерения нагрузок, в то время как указанная нагрузка прикладывается к этому компоненту, в качестве второго входа на модель усталости.

[0028] На этапе 212 из модели усталости могут определять усталость, используя указанные значения нагрузки и прошлую историю. Например, отслеживающая система 102 может выполнять модель усталости на основании первого входа и второго входа, что приводит к усталости в качестве выхода. Другими словами, отслеживающая система 102 может обеспечивать первый вход и второй вход в качестве входа для математического уравнения, которое представляет модель усталости. Благодаря выполнению модели усталости система 102 может получать усталость на компоненте в виде количества циклов нагрузки, приложенной к этому компоненту.

[0029] На этапе 214 могут выполнять сравнение усталости, которая была определена для компонента, и пороговой усталости, определенной для этого компонента. Пороговую усталость могут определять, например, из предыдущих использований идентичных или по существу аналогичных компонентов, которые работали при идентичных или аналогичных условиях эксплуатации. Например, пороговую усталость можно представить в виде максимального количества циклов, которые может выдерживать идентичный или аналогичный компонент. Максимальное количество циклов может быть статистическим представлением (например, средним) заранее определенного количества идентичных или по существу аналогичных компонентов.

[0030] На этапе 216 для определения, превысила ли усталость пороговую усталость, могут выполнять проверку. Например, отслеживающая система 102 может сохранять максимальное количество циклов для компонента и сравнивать периодически определенную усталость с указанным пороговым значением. Если усталость превысила пороговую усталость (ветка решения "ДА"), тогда на этапе 218 отправляют уведомление. Например, отслеживающая система 102 может передавать уведомление оператору компонента, уведомляя оператора, что израсходованный срок службы этого компонента превысил его ожидаемый срок службы. Оператор может предпринимать необходимое действие, например, прекращать работу для замены компонента.

[0031] В соответствие с некоторыми реализациями вместо ожидания того, когда периодически определенная усталость превысит пороговое значение, отслеживающая система 102 может отправлять уведомление до того, как израсходованный срок службы компонента будет равен или превысит ожидаемый срок службы. Например, отслеживающая система 102 может обеспечивать уведомление, когда количество циклов нагрузки, приложенной к компоненту, приблизится к максимальному количеству циклов. Для того, чтобы выполнить это, в соответствии с некоторыми реализациями отслеживающая система 102 может периодически сравнивать разность между максимальным количеством циклов и определенным количеством циклов с пороговой разностью. Когда эта разность становится меньше, чем пороговая разность, тогда отслеживающая система 102 может обеспечивать уведомление, описанное выше. В соответствии с некоторыми реализациями, отслеживающая система 102 может обеспечивать уведомление на основании скорости, с которой количество циклов приближается к максимальному количеству циклов.

[0032] В качестве альтернативы или в дополнение к обеспечению уведомления, описанного выше, отслеживающая система 102 может определять из усталости альтернативную нагрузку, прилагаемую к компоненту для снижения скорости, с которой использованный срок службы компонента приближается к максимальному сроку службы этого компонента. Например, отслеживающая система 102 может определять усталость, как количество циклов, выдерживаемых компонентом. На основании максимального количества циклов, спрогнозированных для этого компонента, отслеживающая система 102 может определять скорость, с которой количество циклов, выдержанных этим компонентом, будет приближаться к максимальному количеству циклов. Отслеживающая система 102 может определять условия альтернативной нагрузки, например, сниженные нагрузки, примененные в течение более длинных периодов времени, которые могут снижать скорость, с которой количество циклов, выдержанных компонентом, будет приближаться к максимальному количеству циклов. Отслеживающая система 102 может обеспечивать оператору указанные сниженные нагрузки, более длинные периоды времени и сниженную скорость.

[0033] В соответствии с некоторыми реализациями отслеживающая система 102 может принимать значения нагрузки от системы 114 для измерения нагрузок в реальном времени. Например, система 114 для измерения нагрузок может быть выполнена таким образом, что не существует умышленной или существенной задержки между моментом времени, в который система 114 для измерения нагрузок измеряет значение нагрузки, и моментом времени, в который система 114 для измерения нагрузок передает это значение нагрузки на отслеживающую систему 102. Другими словами, не происходит какой-либо задержки при передаче значения нагрузки системой 114 для измерения нагрузок на отслеживающую систему 102 из-за каких-либо операций посредством системы 114 для измерения нагрузок. Напротив, задержка может быть, например, вследствие пропускной способности сети, которая несет значения нагрузки от системы 114 для измерения нагрузок к отслеживающей системе 102.

[0034] Аналогично, отслеживающая система 102 может определять усталость на компоненте в реальном времени. Например, отслеживающая система 102 может определять усталость на компоненте для каждого значения нагрузки, принятого от системы 114 для измерения нагрузок, таким образом, что не существует умышленной или существенной задержки между моментом времени, в который отслеживающая система 102 принимает значение нагрузки, и моментом времени, в который отслеживающая система 102 определяет усталость на компоненте для этого значения нагрузки.

[0035] Однако, в соответствии с некоторыми реализациями частота, с которой система 114 для измерения нагрузок измеряет значения нагрузок, может быть такой высокой, что определение усталости для каждого значения нагрузки может влечь за собой интенсивные операции посредством отслеживающей системы 102. Например, система 102 для измерения нагрузок может измерять осевые, изгибающие и крутящие нагрузки в реальном времени с частотой выборки 50 Гц. Если отслеживающая система 102 приняла измеренные данные от системы 114 для измерения нагрузок с такой частотой, тогда существенная часть возможностей процессора и памяти отслеживающей системы 102 могут потребляться для определения и обеспечения усталости на компоненте в реальном времени. В таких ситуациях отслеживающая система 102 может быть выполнена с возможностью сбора и анализа значений нагрузок, принятых от системы 114 для измерения нагрузок, для определения тенденций нагрузок, как описано ниже со ссылкой на фиг.3.

[0036] Если проверка, выполненная на этапе 214, показывает, что усталость не превысила пороговую усталость (ветка решения "НЕТ"), тогда на этапе 218 нагрузки, измеренные системой 114 для измерения нагрузок и принятые от нее, могут добавлять к прошлой истории и сохранять, например, в системе 120 для хранения нагрузок. Для определения обновленной модели усталости могут обеспечивать указанные нагрузки, как описано выше на этапе 206. Если проверка, выполненная на этапе 208, показывает, что компонент больше не является рабочим (ветка решения "НЕТ"), тогда на этапе 220 могут сохранять все значения нагрузки, например, в системе 120 для хранения нагрузок. Значения нагрузки могут сохранять в системе 120 для хранения нагрузок, даже если проверка, выполненная на этапе 214, показывает, что усталость превышает пороговую усталость. Кроме того, также могут сохранять усталость, определенную, как описано выше. Во время последующих использований указанного компонента, например, в стволе 112 скважины или в различном стволе скважины, значения нагрузки, сохраненные на этапе 220 могут обеспечивать в качестве прошлой истории нагрузок, приложенных к этому компоненту, частично на основании чего могут определять обновленную усталость на компоненте.

[0037] На фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема примерного процесса 300 периодического обеспечения значений нагрузок, приложенных к компоненту в стволе скважины, показанном на фиг. 1. В соответствии с некоторыми реализациями процесс 300 может быть реализован, как компьютерные инструкции, хранящиеся на компьютерочитаемом носителе и выполнимые устройством для обработки данных. Например, процесс 300 может быть реализован посредством системы 114 для измерения нагрузок, показанной на фиг. 1.

[0038] На этапе 302 могут принимать множественные значения нагрузки в соответствующие множественные последовательные моменты времени. Например, система 114 для измерения нагрузок может измерять нагрузки с частотой, например, 50 Гц. Как описано выше, обеспечение значений нагрузки на отслеживающую систему 102 с частотой, с которой эти значения нагрузки измеряют, могут быть интенсивными с точки зрения процессора или памяти (или и того, и другого) частично вследствие ограничений пропускной способности сети, которая несет значения нагрузки на отслеживающую систему 102. Запись значений нагрузки с частотой обеспечения в более позднее время может быть менее интенсивным с точки зрения процессора или памяти относительно обеспечения этих данных в реальном времени. Как описано ниже, значения нагрузки могут быть сгруппированы в зависимости от того, должны ли быть обеспечены эти значения нагрузки в реальном времени или записаны.

[0039] На этапе 304 могут группировать значения нагрузок в элементы выборки. Например, система 114 для измерения нагрузок может делить последовательные моменты времени на множественные сегменты времени. Каждый сегмент времени может содержать поднабор множественных последовательных моментов времени. На этапе 306 для определения, должны быть значения нагрузки обеспечены в реальном времени или записаны, могут выполнять проверку. Длительность сегмента времени может частично зависеть от того, должны быть обеспечены ли значения нагрузки в реальном времени или записаны.

[0040] Если значения нагрузки должны быть обеспечены в реальном времени (ветка решения "Реальное время"), тогда на этапе 308 могут создавать 15-минутные сегменты времени. Для каждого сегмента времени система 114 для измерения нагрузок может идентифицировать поднабор множественных значений нагрузки, принятых в последовательные моменты времени, содержащиеся в этом сегменте времени. Система 114 для измерения нагрузок может определять характерное значение нагрузки, которое статистически представляет значения нагрузки в поднаборе. Например, система 114 для измерения нагрузок может определять среднее значение нагрузки из значений нагрузки в поднаборе.

[0041] На этапе 310 указанные значения нагрузок могут отправлять на поверхность. Например, система 114 для измерения нагрузок может обеспечивать характерное значение нагрузки поднабора на отслеживающую систему 102. Благодаря выполнению этого, система 114 для измерения нагрузок может обеспечивать характерное значение нагрузки раз в каждые 15 минут, тем самым снижая ресурсы процессора и памяти относительно обеспечения значений нагрузки с частотой, с которой эти значения нагрузки измеряют. Отслеживающая система 102 может определять усталость на компоненте на основании множественных характерных значений нагрузки, определенных для множественных сегментов времени, при этом каждое характерное значение нагрузки принимают раз в каждые 15 минут от системы 114 для измерения нагрузок. 15-минутный интервал, описанный выше, является одним примером продолжительности сегмента времени. Другие продолжительности могут выбирать частично на основании доступных возможностей процессора и памяти и пропускной способности сети.

[0042] Если значения нагрузки должны быть записаны для более позднего обеспечения (ветка решения "Записано"), тогда на этапе 312 могут создавать 1-минутные сегменты времени. Для каждого сегмента времени система 114 для измерения нагрузок может определять характерное значение нагрузки, которое статистически представляет значения нагрузки в поднаборе, как описано выше. Система 114 для измерения нагрузок может сохранять характерные значения нагрузки. Эти значения могут впоследствии извлекать, например, когда компонент извлекают из ствола 112 скважины. 1-минутный интервал, описанный выше, является одним примером продолжительности сегмента времени. Могут выбирать другие продолжительности, например, меньшие, чем продолжительность передачи в реальном времени, описанной выше. На этапе 314 для определения, может ли быть закончено измерение нагрузок, могут выполнять проверку. Если измерение может быть закончено (ветка решения "ДА"), тогда процесс 300 заканчивается. Если измерение не может быть закончено (ветка решения "НЕТ"), тогда процесс 300 могут повторять, начиная с этапа 302. В итоге, благодаря реализации технологий, описанных выше, отслеживающая система 102 может записывать накопленное повреждение компонента, добавлять это накопленное повреждение к истории запусков компонента и обновлять накопленное повреждение в течение запуска. Благодаря реализации такого технического обслуживания на основе контроля состояния оператор компонента может заменять этот компонент, например, когда 90% от срока службы этого компонента было израсходовано.

[0043] На фиг. 4 проиллюстрирована примерная архитектура 400 компьютерной системы для системы 102 для отслеживания срока службы компонентов в стволе скважины, показанной на фиг. 1. Возможны другие архитектуры, включая архитектуры с большим или меньшим количеством компонентов. В соответствии с некоторыми реализациями архитектура 400 содержит один или большее количество процессоров 402 (например, двухъядерных процессоров Intel Xeon®), одно или большее количество устройств 404 вывода (например, ЖКД), один или большее количество сетевых интерфейсов 408, один или большее количество устройств 406 ввода (например, манипулятор "мышь", клавиатуру, сенсорный дисплей, микрофон для приема звукового ввода) и один или большее количество компьютерочитаемых носителей 412 (ОЗУ, ПЗУ, синхронное динамическое ОЗУ, жесткий диск, оптический диск, флэш-память и т.д.), таких как компьютерочитаемый носитель 106. Эти компоненты могут осуществлять обмен сообщениями и данными по одному или большему количеству каналов 410 связи (например, шинам), которые могут использовать различное аппаратное и программное обеспечение для облегчения передачи данных и управляющих сигналов между компонентами.

[0044] Термин "компьютерочитаемый носитель" относится к носителю, который участвует в обеспечении инструкций на процессор 402 (например, устройство 104 для обработки данных) для выполнения, включая среди прочего энергонезависимые носители (например, оптические и магнитные диски), энергозависимые носители (например, память) и передающую среду. Передающая среда содержит среди прочего коаксиальные кабели, медный провод и волоконную оптику.

[0045] Компьютерочитаемый носитель 412 может дополнительно содержать операционную систему 416 (например, операционную систему Linux®) и модуль 414 сетевой связи. Операционная система 416 может быть одной или большим количеством из многопользовательской, многопроцессорной, многозадачной системы, системы реального времени и т.д. или их комбинаций. Операционная система 416 выполняет основные задачи, содержащие среди прочего: распознавание входа от устройств 404, 806 и обеспечения вывода на них; поддержание канала и управление файлами и папками на компьютерочитаемых носителях 412 (например, памяти или запоминающем устройстве); управление периферийными устройствами; и управлением трафиком на указанном одном или большем количестве каналов 410 связи. Модуль 414 сетевой связи содержит различные компоненты для установления и поддержания сетевых соединений (например, программное обеспечение для реализации протоколов связи, таких как телеметрия по столбу бурового раствора и т.д.).

[0046] Описанные признаки могут быть преимущественно реализованы в одном или большем количестве компьютерных программ, выполняемых на программируемой системе, содержащей по меньшей мере один программируемый процессор, соединенный с возможностью приема данных и инструкций от системы для хранения данных и с возможностью передачи данных и инструкций на нее, по меньшей мере одно устройство ввода и по меньшей мере одно устройство вывода. Компьютерная программа является набором инструкций, которые могут использовать прямо или косвенно на компьютере для выполнения некоторой деятельности или обуславливать некоторый результат.

[0047] Система из одного или большего количества компьютеров может быть выполнена с возможностью выполнения конкретных действий благодаря наличию программного, программно-аппаратного, аппаратного обеспечения или их комбинации, установленного на этой системе, что в процессе работы вызывает выполнение указанных действий или побуждает указанную систему выполнять их. Одна или большее количество компьютерных программ могут быть выполнены с возможностью выполнения конкретных действий благодаря содержанию инструкций, которые при выполнении их устройством для обработки данных побуждают это устройство выполнять указанные действия.

[0048] Был описан ряд реализаций. Несмотря на это, следует понимать, что без отхода от сущности и объема настоящего изобретения могут быть выполнены различные модификации. В соответствии с некоторыми реализациями система 114 для измерения нагрузок может быть выполнена с возможностью определения усталости на компоненте. Для выполнения этого, система 114 для измерения нагрузок может хранить и выполнять модель усталости на основании первого входа, который представляет значения нагрузок, прилагаемых в настоящее время к этому компоненту, и второго входа, который представляет прошлую историю, принятую от системы 120 для хранения нагрузок. Система 114 для измерения нагрузок может периодически передавать определенную усталость на отслеживающую систему 102. Отслеживающая система 102 может быть выполнена с возможностью приема усталости от системы 114 для измерения нагрузок и обеспечения уведомлений оператору указанного компонента, как описано выше.

1. Система для отслеживания срока службы компонента в стволе скважины, содержащая:

устройство для обработки данных и

компьютерочитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые указанным устройством для обработки данных для выполнения операций, содержащих:

периодический прием значения нагрузки, когда эта нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины, и

когда нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины, периодическое определение усталости на этом компоненте, вызванной указанной нагрузкой, по меньшей мере частично на основании указанных периодически принимаемых значений нагрузки, и

в которой периодическое определение усталости на компоненте, вызванной нагрузкой, содержит:

прием модели усталости, которая моделирует усталость на компоненте;

обеспечение прошлой истории значений нагрузок в качестве первого входа на модель усталости;

обеспечение значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, в качестве второго входа на модель усталости; и

выполнение модели усталости на основании первого входа и второго входа, что приводит к усталости в качестве выхода; и

обеспечение усталости в ответ на прием первого входа и второго входа.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая периодический прием значения нагрузки, в то время как указанный компонент находится в рабочем состоянии в стволе скважины.

3. Система по п. 1, дополнительно содержащая систему для хранения нагрузок для хранения прошлой истории значений нагрузок, которые были приложены к компоненту, причем указанные операции дополнительно содержат:

прием прошлой истории значений нагрузок, которые были приложены к компоненту; и

периодическое определение усталости, вызванной нагрузкой на основании прошлой истории нагрузок.

4. Система по п. 1, в которой периодическое определение усталости на компоненте содержит:

периодическое определение количества циклов нагрузки, приложенной к этому компоненту;

сравнение указанного количества циклов нагрузки с максимальным количеством циклов, прилагаемых к этому компоненту, причем количество циклов, приложенных к компоненту, увеличивается со временем; и

обеспечение уведомления, когда количество циклов нагрузки, приложенной к компоненту, приблизится к максимальному количеству циклов.

5. Система по п. 1, в которой указанные операции дополнительно содержат определение из усталости альтернативной нагрузки, прилагаемой к компоненту для снижения скорости, с которой использованный срок службы компонента приближается к максимальному сроку службы этого компонента.

6. Система по п. 1, в которой указанные операции дополнительно содержат:

прием множества значений нагрузки в соответствующее множество последовательных моментов времени; и

периодическое определение усталости, вызванной указанной нагрузкой на компонент, по меньшей мере частично на основании указанного периодически принятого множества значений нагрузки посредством:

деления указанного множества последовательных моментов времени на множество сегментов времени, причем каждый сегмент времени содержит поднабор из указанного множества последовательных моментов времени; и

для каждого сегмента времени:

идентификации поднабора из указанного множества значений нагрузки, принятого в последовательные моменты времени, содержащиеся в этом сегменте времени, и

определения характерного значения нагрузки, которое статистически представляет значения нагрузки в указанном поднаборе; и

определение усталости на компоненте на основании множества характерных значений нагрузки, определенных для указанного множества сегментов времени.

7. Система по п. 1, дополнительно содержащая систему для измерения нагрузок, соединенную с компонентом для:

периодического измерения значения нагрузки, в то время как эта нагрузка прикладывается к компоненту; и

обеспечения значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту.

8. Система по п. 7, в которой система для измерения нагрузки содержит:

измеритель деформации для восприятия деформации компонента; и

компьютерную систему, соединенную с указанным измерителем деформации и выполненную с возможностью:

приема деформации, воспринятой измерителем деформации; и

преобразования указанной деформации в значение нагрузки, приложенной к компоненту.

9. Система по п. 1, в которой периодический прием нагрузки содержит прием нагрузки в реальном времени от системы для измерения нагрузок.

10. Способ отслеживания срока службы компонента в стволе скважины, содержащий:

прием в реальном времени значения нагрузки, в то время как эта нагрузка прикладывается к компоненту в стволе скважины; и

в то время, как нагрузка прикладывается к компоненту в стволе скважины, определение в реальном времени усталости на этом компоненте, вызванной указанной нагрузкой, по меньшей мере частично на основании указанного принятого значения нагрузки;

прием модели усталости, которая моделирует усталость на компоненте;

прием прошлой истории значений нагрузок, которые были приложены к компоненту, в качестве первого входа на модель усталости;

обеспечение значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, в качестве второго входа на модель усталости; и

выполнение модели усталости на основании первого входа и второго входа, что приводит к усталости в качестве выхода; и

обеспечение усталости в ответ на прием первого входа и второго входа.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий прием в реальном времени значения нагрузки, в то время как указанный компонент находится в рабочем состоянии в стволе скважины.

12. Способ по п. 10, в котором определение в реальном времени усталости на компоненте содержит:

определение в реальном времени количества циклов нагрузки, приложенной к этому компоненту;

сравнение указанного количества циклов нагрузки с максимальным количеством циклов, прилагаемых к этому компоненту, причем количество циклов, приложенных к компоненту, увеличивается со временем; и

обеспечение уведомления, когда количество циклов нагрузки, приложенной к компоненту, приблизится к максимальному количеству циклов.

13. Способ по п. 10, дополнительно содержащий определение из усталости альтернативной нагрузки, прилагаемой к компоненту для снижения скорости, с которой использованный срок службы компонента приближается к максимальному сроку службы этого компонента.

14. Способ по п. 10, дополнительно содержащий:

прием множества значений нагрузки в соответствующее множество последовательных моментов времени; и

определение усталости, вызванной указанной нагрузкой на компонент, по меньшей мере частично на основании указанного принятого множества значений нагрузки посредством:

деления указанного множества последовательных моментов времени на множество сегментов времени, причем каждый сегмент времени содержит поднабор из указанного множества последовательных моментов времени; и

для каждого сегмента времени:

идентификации поднабора из указанного множества значений нагрузки, принятого в последовательные моменты времени, содержащиеся в этом сегменте времени, и

определения характерного значения нагрузки, которое статистически представляет значения нагрузки в указанном поднаборе; и

определения усталости на компоненте на основании множества характерных значений нагрузки, определенных для указанного множества сегментов времени.

15. Способ по п. 10, дополнительно содержащий:

измерение в реальном времени значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, посредством:

восприятия деформации компонента, используя измеритель деформации, и

преобразования указанной деформации в значение нагрузки, приложенной к компоненту; и

обеспечение значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту.

16. Энергонезависимый компьютерочитаемый носитель, хранящий инструкции, выполняемые устройством для обработки данных для выполнения операций, содержащих:

периодический прием значения нагрузки, когда эта нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины и когда этот компонент находится в рабочем состоянии в стволе скважины;

прием прошлой истории значений нагрузок, которые были приложены к компоненту в прошлых отдельных случаях операций компонента; и

когда нагрузка приложена к компоненту в стволе скважины, периодическое определение усталости на этом компоненте, вызванной указанной нагрузкой, по меньшей мере частично на основании указанных периодически принятых значений нагрузки и прошлой истории значений нагрузок;

прием модели усталости, которая моделирует усталость на компоненте;

прием прошлой истории значений нагрузок, которые были приложены к компоненту, в качестве первого входа на модель усталости; обеспечение значения нагрузки, в то время как указанная нагрузка прикладывается к компоненту, в качестве второго входа на модель усталости; и

выполнение модели усталости на основании первого входа и второго входа, что приводит к усталости в качестве выхода; и

обеспечение усталости в ответ на прием первого входа и второго входа.

17. Носитель по п. 16, в котором указанные операции дополнительно содержат определение из усталости альтернативной нагрузки, прилагаемой к компоненту для снижения скорости, с которой использованный срок службы компонента приближается к максимальному сроку службы этого компонента.



 

Похожие патенты:

Предложенная группа изобретений относится к средствам измерения параметров бурения и передачи измеренных данных в скважине в процессе бурения. В частности, предложена телеметрическая система определения параметров в процессе бурения, содержащая нижний тороид, содержащий обмотку нижнего тороида и дополнительно выполненный с возможностью принимать сигнал от одного или большего количества датчиков, верхний тороид, причем верхний тороид содержит обмотку верхнего тороида, и магнит, расположенный вдоль вращающегося элемента внутри одного из нижнего тороида или верхнего тороида.

Изобретение относится к бурению скважин шарошечными долотами и может быть применено для совершенствования условий бурения. Техническим результатом является получение коэффициентов трения вращательного и поступательного движений долота при взаимодействии его вооружения с горной породой забоя, т.е.

Изобретение относится к управлению процессом бурения. Техническим результатом является определение скорости и глубины бурения для скважинных инструментов.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к разработке прибрежных морских россыпных месторождений полезных ископаемых, в том числе к разработке аллювиальных россыпей ценных минералов и благородных металлов, включая золото, серебро, платину и др.

Изобретение относится к средствам контроля параметров процесса бурения скважин. .
Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к способам предупреждения и предотвращения осложнений и аварий в процессе бурения.

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использовано при бурении, эксплуатации скважин, шурфов. .

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для контроля числа оборотов вала турбобура по акустическому каналу связи. .

Изобретение относится к управлению процессом бурения. Техническим результатом является определение скорости и глубины бурения для скважинных инструментов.

Изобретение относится к забойным бескомпрессорным двигателям для вращения буровых долот. Технический результат - обеспечение возможности контроля и/или управления работой забойного бескомпрессорного двигателя.

Изобретение относится к устройству для разработки скважины в грунте. Техническим результатом является повышение эффективности разработки скважины.

Изобретение относится к технике измерений в процессе бурения, в частности к средствам автоматической калибровки датчика нагрузки бурового долота и регулирования продольного изгиба бурильной колонны.

Группа изобретений относится к области формирования подземных стволов скважин. Система для формирования подземного ствола скважины cодержит систему реечной передачи, содержащую систему привода с зажимным устройством, выполненную с возможностью управления бурильной колонной; и систему автоматического регулирования по положению, содержащую по меньшей мере один измерительный датчик, соединенный с системой реечной передачи, причем система автоматического регулирования по положению выполнена с возможностью измерять и отслеживать увеличивающееся угловое положение по меньшей мере одной трубы и управлять положением указанной по меньшей мере одной трубы с использованием системы реечной передачи.

Изобретение относится к способу измерения волны напряжения и к измерительному устройству и устройству для дробления породы. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при бурении разведочных и разгрузочных скважин при подготовке к выемке полезного ископаемого, включая выбросоопасные и высокогазоносные пласты.

Изобретение относится к области бурения скважин и представляет скважинный инструмент для приложения осевой нагрузки к удлиненному телу, расположенному в стволе буровой скважины, образованной в подземной формации, содержит по меньшей мере одно установленное с возможностью вращения тело, снабженное множеством валиков, способных радиально перемещаться к стенке ствола буровой скважины при выбранном контактном усилии между валиком и стенкой ствола буровой скважины.

Изобретение относится к горной промти, а именно к бурильным машинам вращательного действия. .

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет расширить функциональные возможности способа управления при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин забойными движителями.
Наверх