Способ получения информации в процессе бурения скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК E21B47/00 E21B47/12 

непосредственно подключены к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители , сумматоры и блоки сравнения с решающим блоком, вход которого связан с блоком памяти, а выход - с блоком регистрации при этом входы умножителей связаны с выходами функционального блока коррекции матриц.

4. Устройство для осуществления способа по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено блоком формирования управляющих сигналов, функциональным блоком формирования кодов управляющих воздействий, вход которого связан решающим блоком, а выход - с блоком формирования управляющих сигналов, выход последнего подключен к блокам управления механизмами

&УРОВОЙ установки и циркуляционной системы.

5. Устройство по пп. 3 и 4, о тличающ-ееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено запоминающими, устройствами по числу датчиков, задатчиком способа бурения, блоком коррекции, блоком формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, вторым блоком .памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающее устройство подключен к блоку формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, выход последнего соединен с блоком коррекции, два других входа которого подключены к задатчику способа бурения и функциональному блоку формирования кодов, а выход подсоединен непосредствено и через второй блок памяти к функци нальному блоку коррекции матриц.

1.Способ получения информации о с кважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и про- мйвочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дисперсии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, отличающийся тем, что, с целью расширения объема получаемой информации и повышения ее точности, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характе- ристики и их дисперсии дополнительно сглаживак т высокочастотной фильтрацией , определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и технологическое состояние скважины, получают оценки близости эталонным , ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации и по их совокупности принимают решение о ситуации. . 2. Способ ПОП.1, отлича; ю щ и и с я тем, что, с целью ; уточнения геологической и техно логической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровойустановки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента, прокывочной жидкости и скважины, измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и § промывочн те) жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию 3. Устройство для получения информации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики характеризующие работу этих механизоо мов , датчик проходки, блок формирования дисперсии сигнала, фильтрл СЛ 1чЭ низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, блоки формирования последовательносО О) ти сигналов, блок документирования, отл и ча ющ ее с я тем, что оно снабжено блоком формирования ско рости изменения сигнала, фильтрами высокой частоты, блоком памяти, функциональным блоком коррекции рабочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через .блоки формирования скорости иэмейения сигнала и дисперсии сигнала к фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к получению технологической и геологической информации в процессе бурения, прежде всего в процессе бурения разведочных скважин.

Известен способ диагностики ситуаций на буровой, основанный на получении численной оценки близости текущей ситуации на буровой ситуациям эталонной матрицы. Распрзнавание осуществляется в два этапа. На первом определяется технологическая операция, а на втором этапе переходят к распознаванию ос ложнений и аварий

Известный способ обладает целым рядом недостатков, главными из , которых являются информационная неполнота системы признаков - используются только первичные xapgKтеристики, трудность получения статистического промыслового материла, на обработке которого основано определение уставок; отсутствие адаптации уставок к процессам, что делает способ распознавания малочувствительным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае мому результату является способ получения информации о скважине в . процессе ее .бурения, включающий непрерывное измерение по глубине сглаженных характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерение дисперсии этих

характеристик, формирование сигнало о выходе характеристик за пороги и сравнение этих сигналов с матрицами

Устройство для осуществления этого способа содержит блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики, характеризующие работу этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии, фильтры низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования 2.

Известный способ характеризуется недостаточным объемом получаемой информации и низкой ее точностью, в частности неполньпл использованием информации с датчиков, отсутствием распознавания аварий и осложнений, распознаванием ситуаций только по совпадению сигналов с сигналами эталонной матрицы и отсутствием распознавания ситуаций, близких к ним, .неадаптивностью к составу датчиков и способу бурения.

Целью изобретения является расширение объема получаемой информации и повышение ее точности.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения информации о скважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения днеПерсии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеритик за пороги -и сравнения этик сигналов с матрицами, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характеристики и их дисперсии дополнительно сглаживают высокочастотной фильтрацией, определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям, а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и технологическое состояние скважины, получают оценки близости эталонным ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации и по их совокупности принимают решение о ситуации.

При этом, с целью уточнения геологической и технологической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровой установки и циркуляционной системы, изменяют условия в-заимодействия инструмента, промывочной жидкости и скважины, измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и промывочную жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию.

Кроме того, устройство для осуществления способа получения информации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики, характеризующие работу-этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии сигнала, фильтры низкой частоты, блоки формирования порбгов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования, снабжено блоком формирования скорости изменения сигнала, фильтра высокой частоты, блоком памяти, функциональным блоком коррекции рабочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через блоки формирования скорости изменения сигнала и дисперсии сигнала к фильтрам высокрй и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и непосредственно подключены к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители, сумматори и блоки сравнения с решающим

блоком, вход которого связан с блоком памяти, а выход - с блоком регистрации, при этом входы умножителей связаны с выходами функционального блока коррекции матриц. Устройство также снабжено блоком формирования управляющих сигналов, функциональным блоком формирования кодов управляющих воздействий, вход которого связан с решающим

д блоком, а выход - с блоком формирования управляющих сигналов, выход последнего подключен к блокам управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы.

С целью расширения функциональ5ных возможностей устройство для осуществления способа снабжено запоминающими устройствами по числу датчиков, задатчиком .способа бурения, блоком коррекции, блоком

0 формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, вторым блоком памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающее устройство подключен к блоку формирования последовательности сигналов о наличии датчиков, выход последнего соединен с блоком коррекции, два других входа которого подключены к задатчику способа бурения и функциональному блоку формирования кодов , а выход подсоединен непосредственно и через второй блок памяти к функциональному блоку коррекции матриц.

На чертеже приведена структур5ная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Бурова я установка содержит механизм вращения долота 1, блок управления 2 этим механизмом, датчики 3 1, связанные по входу с механизмом вращения долота (например, датчик частоты вращения 3, датчик крутящего момента 32 ), механизм 4 подачи долота, блок управления 5 подачей долота, включающий регулятор нагрузки нА долото 6, датчик веса 62 на крюке, датчик механической скорости б , буровой насос 7, блок управления 8

буровым насосом, датчики 9. , связанные по входу с буровым насосом (цапример, датчики расхода 9 бурового раствора в скважину, датчик давления 92 в напорном трубопроводе , емкость 10 для бурового раствора, датчики , связанные по входу с устьем скважины и емкостью для бурового раствора (например, датчики 11-1 расхода раствора на выходе, датчик112 уровня в приемной емкости, датчики плотности

раствора на входе 11 и на выходе из скважины 11), датчик проходки 12, противовыбросовае оборудование 13, блок управления 14, датчики 15, связанные по входу с противовыбросовым оборудованием (например, датчик открытия-закрытия превенторов 15 датчик положения задвижек 152, Д тчик положения штуцеров 15з, датчик давления на штуцерах 154.

Блоки 1бг-23 и связи между ними . образуют блок-схему обработки сигнала с одного датчика. Устройство содержит столько таких блок-схем сколько в устройстве датчиков.

Блок-схема включает блок 16 формирования скорости измерения сигнала, блок 17 формирования дисперсии сигнала, фильтры высокой 18 и низкой 19 частоты соответственно. Вхо.ды блоков 1б и 17 соединены с выходом соответствующего датчика, входы блоков 18. и 19 соединены с выходами блоков 16 и 17 и с выходом датчика 20 и 21 - блоки формирования порогов, .22 и 23 - блоки сравнения фильтрованных характеристик с порогами. Выходы блоков 18 и 19 соединены непосредственно и через блоки 20 и 21 с блоками 22 и 23, 24 и 25 - блоки формирования послед вательности сигналов о выходе за пороги характеристик, прошедших соответственно высокочастотную и низкочастотную фильтрацию. Выходы блоков 22 по реем датчикам присоединены к блоку 24, В151ХОДЫ блоков 23 по всем датчикам - к блоку 25. Сигналы с датчиков , 6,, 9з, 11.,- 114Г 15 поступают каждый в свое запоминающее устройство 38, в свой блок формирования дисперсии 17 . В. .блоке 16 происходит сравнение двух соседних предыдущего и текущего, текущего и последующего и т.д. - сигналов и деление полученной разности величин сигналов со своим знаком на временной интервал, определяемый частотой опроса датчиков, на выходе блока 16 присутствует сигнал скорости изменения сигнала с датчика 7 характеризующий темп его возрастания или убывания. Обе сформированные характеристики - скорост изменения сигнала из блока 16 и дисперсия сигнала из блока 17 вместе с самим сигналом с датчика поступают как на вход фильтра высокой частоты 18, так и на вход фильтра низкой частоты 19. В фильтре 18 все три величины проходят высокочастотное сглаживание, усредняющее сигналы за каждые несколько сантиметров проходки. В фильтре 19 эти же величины (сигнал с датчика и характеристики из блоков 16 и 17} проходят низкочастотное сглаживание, усредняющее сигналы за , каждый метр проходки. Усредненные сигналы из блоков 18 (19). поступают в. блоки 20 (21), где формируются их пороговые значения, пt)ичeк величина каждого порога пропорциональн.а значениям самих усредненных сигналов. Сигналы, соответствующие порогам, из блоков 20 (21) и сглаженные с.игналы из блоков 18 (19), по три из каждого блока, поступают в блоки сравнения характеристик с порогами 22 (23), где сравниваются. Блоки 22 (23) вырабатывают дискретные сигналы о выходе фильтровальных характеристик за пороги. Превышение порога есть изменение сигнала. Пусть, например, изменились следующие сигналы с датчиков: увеличилось давление в напорном трубопроводе ( датчик 9)г увеличился уровень раствора в приемной емкости (датчик 112), уве- . личился расхс д бурового раствора на выходе из скважины (датчик 11) и, кроме того, изменились следуюие характеристики: увеличилась скорость изменения давления в напорном трубопроводе (характеристика, сформированная в блоке 16 по сигналу с датчика 9уг увеличилась скорость изменения уровня раствора в. приемной емкости (характеристика из блока 16 по сигналу с датчика И), что соответствует возникновению на буровой ситуаций опасного проявления пластового флюида (технологическая) и смены непроницаемой породы на проницаемую (геологическая.).

Результаты сравнения, содержащие всю .информацию об изменениях характеристик (о выходе характеристик за пороги), из блоков 22 (23) по всем датчикам поступают в блоки формирования 24 (25) двух оследовательностей.сигналов, в которых каждой характеристике отвеено одинаковое количество разрядов (например, три: уменьшение, нормальное состояние, увеличение). Эти ве последовательности сигналов, несущие информацию о выходе за пороги характеристик, прошедших высокочастотную и низкочастотную фильтрации, поступают из блоков 24 (25) на входыблоков умножения 27 (28).

Пусть имеем роторный способ бурения, о чем из задатчика способа бурения 40 поступает сигнал в блок , коррекции 41. Сигналы из запоминающих устройств- 38 (их столько, сколько сигналов с датчиковj собиратся блоком 39 в последовательность сигналов о наличии датчиков, которая также поступает в блок 51. По сигналу из блока 41 второй блок памяти 42 передает в функциональный блок 26 две матрицы эталонных ехнологических и геологических сиуаций, а по другому сигналу из лока 41 в этих матрицах перечень аспознаваемых ситуаций (строки атрицы ) приводится в соответствие абору датчиков (столбцам матрицы).

Таким образом, в блоке 26 оказываются две рабочие эталонные матрцы, скорректированные по способу бурения и.наличию датчиков, которые построчно передаются в умножители 2 (28 ). Первая строка матрицы эталонных технологических .ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например, Обрыв ) поступает на вход блока 27, где поразрядно умножается на бинарную последовательность из блока 24; характеризующую текущее технологическое состояние на буров.ой. А первая строка матрицы эталонных геологических ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например, JIecчaник-coль ) поступает на вход блока 28, где поразрядно умножается на бинарную последовательность из блока 25, характеризующую текущее геологическое состояние на буровой. При поразрядном умножении последовательностей - текущей бинарной и эталонной - в блоках 27 .28 ) формируются последовательности , которые поступают в сумматоры 29 (.30), где сигналы, составляющие последовательность, складываются и вырабатывается сигнал, равный по величине оценке близости текущего технологического состояния первому эталонному состоянию из матрицы технологических ситуацией, например, Обрыв (блок 29), и текущего геологического состояния первому эталонному состоянию из матрицы геологических ситуаций, например, Песчаник-соль. Эти сигналы (оценки близости ) поступают в блоки сравнения 31 (32), где запоминаются. Затем в блоках 27 28) происходит умножение текущих бинарных последовательностей на вторые строки эталонных матриц (соответствующих, например, ситуациям Сальник и Глина-соль j, суммирование их в блоках 29 (30), передача в блоки 31 (32 ) для сравнения с записанными в памяти сигналамиоценками близости первым строкамситуациям. Из двух сигналов в -каждом блоке сохраняется наибольший по величине сигнал и его код (по рядковый номер сигнала ). Таким об-разом сравниваются все последук цие сигналы-оценки близости по ситуациям.

В рассматриваемом случае увеличение давления в напорном трубопроводе-, уровня раствора в емкости, расхода раствора на выходе из скважины, увеличение скорости изменения давления в напорном трубопроводе и скорости изменения уровня раствора в емкости приводит к тому, что сигнал-оценка близости к строке из матрицы эталонных технологичес.ких ситуаций, соответствующей ситуации Опасное проявление пластового флюида, оказывается максимальным среди аналогичных сигналов, сформированных в блоках 27 и 29 и прошедших сравнение в блоке 31, а сигнал-оценка близости к стррке из матрицы эталонных геологических ситуаций, соответствующей ситуации смены Непроницаемая порода - проницаемая порода, оказывается максимальным среди сигналов, прошедших через блоки 28, 30 и 32. Сигналы с максимальными оценками .близости по ситуациям Опасное проявление и Непроницаемая-проницаемая порода со своими кодами-номерами строк этих ситуаций в эталонных матрицах поступают в решающий блок 34, куда из блока памяти 33 подается последовательно ряд сигналов, соответствукядиЯ разрешенным

сочетаниям кодов ситуаций. При совпадении кодов ситуаций из блоков 31 (32) с кодами из блока 33 решакяций блок 34 вырабатывает код

результирующей ситуации - Опасное .проявление со -сменой; непроницаемой породы на проницаемую, котоР4ЛЙ поступает во второй функциональный блок 36, а также вместе с оценкой близости - в блок 35 для документирования.

Вблоке 36 по коду (или сочетанию кодов) отыскивается однозначно соответствующий этому коду пе- речень номеров управляемых параметров, которыми необходимо управлять для уточнения степени опасности ситуаххии. Сигна-пы с номерами параметров передаются в блок формирования управляющих воздействий 37

ив блок коррекции 41ч

В блоке 37 для нашего примера формируются следуквдие значения управляемых параметров для уточнения степени опасности ситуации: частота вращения ротора (З)равна нулю, нагрузка на долото (6) равна нулю (долото поднято над забоем, долбле-; -Нйе прекращено), положение превенторов(15-,) соответствует нулю

(закрытое), положение .задвижек(15о) соответствует максимуму (открытое) расход бурового раствора на входе (9) равен нулю, положениештуцеров (15 j) соответствует нулю (закрытое ). В блоке 41 по сигналам из блока 36 корректируются эталонные матрицы - в нашем с.пучае исключаются строки матрицы технологических ситуаций, связанных с долблением:

Заклинка опор долота, Сальник и иск.точается .вся матрица эталонных геологических ситуаций .

CигнaJHlI из блока 37 передаютс:я в блоки управления 2, 5, 8 и 14,