Способ и устройство для оценивания внутрискважинных параметров бурильной колонны - заявка 2016150161 на патент на изобретение в РФ

1. Способ оценивания величин скоростных и силовых параметров в произвольном месте движущейся бурильной колонны (13) на основании данных измерения тех же параметров на поверхности, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
a) используют геометрию и упругие свойства бурильной колонны (130 для расчета передаточных функций, описывающих зависящие от частоты амплитудные и фазовые соотношения между взаимными комбинациями указанных скоростных и силовых параметров на поверхности и в забое;
b) выбирают базовый период времени, который может быть длиннее, но, по существу, не короче периода основного резонанса бурильной колонны;
c) измеряют, напрямую или косвенно, скоростные и силовые параметры на поверхности, обрабатывают указанные измеренные данные, и сохраняют обработанные данные в средствах хранения данных, которые выполнены с возможностью хранения предварительно обработанных данных измерений на поверхности по меньшей мере на протяжении последнего истекшего базового периода времени;
d) при обновлении содержимого средств хранения данных вычисляют внутрискважинные параметры в частотной области путем применения интегрального преобразования, такого как дискретное преобразование Фурье, к величинам, полученным на поверхности, перемножают результаты с указанными передаточными функциями, применяют обратное интегральное преобразование к суммам связанных членов, и выявляют точки в указанных базовых периодах времени, чтобы получить задержанные по времени оценки динамических параметров скорости и силы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценивание указанных скоростных и силовых параметров предполагает оценивание общих величин, представляющих одну или более следующих пар:
- крутящий момент и скорость вращения;
- сила натяжения и осевая скорость; и
- давление и расход.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно содержат этап прибавления средних значений к указанным оценкам динамической скорости и силы.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что этап а) содержит аппроксимацию указанной бурильной колонны (13) посредством ряда однородных участков.
5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что этап с) содержит сохранение данных в кольцевых буферах.
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что этап с) содержит фильтрацию данных, начиная от пуска средств, приводящих бурильную колонну в движение, таких как верхний силовой привод.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что этап фильтрации данных при пуске содержит задание скорости равной нулю до тех пор, пока средний силовой параметр, такой как средний крутящий момент, не достигнет среднего значения силы, измеренного перед последней остановкой указанных движущих средств бурильной колонны.
8. Способ по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что этап b) содержит выбор базового периода времени, представляющего величину, обратную основной частоте из ряда гармонических частотных компонентов указанной бурильной колонны.
9. Способ по любому из пп 1, 2, 7, отличающийся тем, что этап d) содержит выявление точек в центре или вблизи центра указанного базового периода времени.
10. Способ по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что этап а) дополнительно содержат вычисление эффективного характеристического импеданса для выбранной моды бурильной колонны.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что этап вычисления эффективного характеристического механического импеданса бурильной колонны содержит
добавление поправочного коэффициента бурильного замка к параметру импеданса трубы, чтобы учесть бурильные замки в указанной бурильной колонне (13).
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что указанный поправочный коэффициент бурильного замка используют для вычисления волнового числа участка трубы в бурильной колонне (13), при этом к волновому числу добавляют коэффициент затухания, чтобы учесть линейное затухание вдоль бурильной колонны.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что учет линейного затухания содержит добавление коэффициента затухания, зависящего от частоты и/или коэффициента затухания, не зависящего от частоты.
14. Способ по любому из пп. 2, 7, 11-13, отличающийся тем, что этап с) содержит измерение силы натяжения и осевой скорости в месте крепления неподвижного конца и/или барабана буровой лебедки, и учет инерции движущейся массы перед сохранением данных в указанных средствах хранения данных.
15. Компьютерная программа для реализации способа по любому из пп. 1-14, раскрывающих данный способ.
16. Система (1) для оценивания внутрискважинных скоростных и силовых параметров в произвольном месте движущейся бурильной колонны (13) на основании данных измерения тех же параметров на поверхности, содержащая:
- движущие средства (3) бурильной колонны для обеспечения движения бурильной колонны (13) в стволе (2) скважины;
- средства (7) измерения скорости для измерения скорости на поверхности или вблизи поверхности у ствола скважины;
- средства (9) измерения силы для измерения силы на поверхности или вблизи поверхности у ствола скважины;
- управляющее устройство (5) для выборки, обработки и сохранения, по меньшей мере временного, данных, собранных от указанных средств (7, 9) измерения скорости и силы,
отличающаяся тем, что управляющее устройство (5) дополнительно предназначено для:
- использования геометрии и упругих свойств указанной бурильной колонны (13) для вычисления передаточных функций, описывающих зависящие от частоты амплитудные и фазовые соотношения между взаимными комбинациями указанных скоростных и силовых параметров на поверхности и в забое;
- выбора или получения базового периода времени в качестве входного параметра;
- обработки данных, собранных при помощи средств (7, 9) измерения скорости и силы, и сохранения обработанных данных измерения на поверхности по меньшей мере на протяжении последнего истекшего базового периода времени; и
- при обновлении указанных сохраненных данных, вычисления внутрискважинных параметров в частотной области путем применения интегрального преобразования, такого как преобразование Фурье, параметров с поверхности, перемножения результатов с указанными передаточными функциями, применения обратного интегрального преобразования к суммам связанных членов, и выявления точек в указанном базовом периоде времени, чтобы получить задержанные по времени оценки динамических параметров скорости и силы.
Наверх