Способ обнаружения момента смены пласта по буримости Советский патент 1988 года по МПК E21B45/00 

1

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и может быть использовано для определения моментов времени смены горных пород для распознавания аварийных ситуаций в скважине.

Цель изобретения - повышение точности обнаружения момента смены пласта по буримости.

На фиг. 1 приведены диаграммы мгновенных значений проходки h и скорости Удд перемещения верхнего конца бурильной колонны; на фиг. 2 -

136

1366636 - а на

втором интервале частота коле

баний V возросла до 0,3 Гц, с сохранением колебаний верхнего конца около нулевого уровня. Рост проходки во втором случае отсутствует, но появились незатухающие высокочастотные колебания с частотой, равной частоте вращения бурового снаряда.

Характер изменения скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны при изменении нагрузки на поверхности с 5,4 до 10,6 кН показаны на фиг. 2. При бурении с нагрузкой

Изобретение относится к области контроля и управления, процессом бурения. Цель изобретения - повьше- ние точности. Измеряют скорость перемещения верхнего конца бурильной колонны. Определяют мгновенную скорость V; и частоту fo колебаний, скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны. Определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сглаживания значений V;. Осуществляют их центрирование. Вычисляют оценки автокорреляционных функций R(t,t) и c(t), определяют величину статис- тики L(t) R(t, С) r,(t)/R(t,t) и при резком увеличении значения L (t) и постоянстве значения fo фиксируют смену буримости пород. При одновременном резком увеличении значений L (t) и fg фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов. Способ позволяет определить моменты смены пластов горных пород по буримости, обеспечивает повышение точности механического каротажа по- глубине скважины. По выбросу значений статистики L (t) судят о факте смены горной породы. По совместным изменениям статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определяют момент заклинивания породоразрушакицего инструмента или полного износа режущих элементов. 5 ил. (О 00 О5 О5 05 00 о:

диаграммы мгновенных значений V, при; 15 средняя скорость перемещения

Ум.с-р. 0,65 мм/с, а частота автоколебаний скорости перемещения верхнего конца составила 0,458 Гц. После по- выщения нагрузки до 10,6 кН, средняя скорость повысилась до 0,72 мм/с а частота автоколебаний практически не изменилась и-составила 0,43 Гц. Следовательно, частота автоколеба- НИИ скорости перемещения верхнего 25 конца бурильной колонны инвариантна изменению осевой нагрузки. Изменение амплитуды колебаний скорости перемещения верхнего конца колонны под действием осевой нагрузки можно интерпретировать как изменение свойств горных пород по буримости, так как изменение ведет только к повьшению или снижению скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны.

изменении осевой нагрузки Р; на фиг. 3 - пример вьшолнения блок- схемы устройства, реализующего данный способ; на фиг. 4 - изменение статистики L(t) и частоты f, автоколебания верхнего конца бурильной колонны при смене горной породы; на фиг. 5 - изменение L(t) и f при самозаклинивании керна в колонковой трубе.

Из диаграммы мгновенных значений проходки h (фиг. 1) видно, что перемещение верхнего конца бурильной колонны имеет пульсирующий характер. При этом на пульсирующее перемещение верхнего конца колонны наложены колебания более высокой частоты. Высокочастотные колебания равны частоте вращения бурильной колонны и . проявляются в основном в периоды поступательного движения верхнего конца или в периоды времени, когда он неподвижен. Естественно, что высокочастотные колебания тождественны механическим вибрациям бурового снаряда на поверхности. Диаграммы мгновенных значений скорости V перемещения верхнего конца бурильной колонны получены численным дифференцированием проходки h. Из диаграммы V(t) следует, что скорость перемещения носит колебательный характер, при этом амплитуда колебаний намного превышает (более, чем на порядок) среднее значение скорости бурения V(t). На фиг. 1 показаны два интервала времени бурения: первый (фиг. 1а соответствует нормальному бурению в однорядных породах; второй (фиг. 16) отображает процесс перехода от нормального бурения к самозаклиниванию керна в-КОЛОНКОВОЙ трубе. При нормальном бурении частота перехода Vj через среднее ее значение равна О, 1 2 Гц

5 средняя скорость перемещения

0

0

Ум.с-р. 0,65 мм/с, а частота автоколебаний скорости перемещения верхнего конца составила 0,458 Гц. После по- выщения нагрузки до 10,6 кН, средняя скорость повысилась до 0,72 мм/с, а частота автоколебаний практически не изменилась и-составила 0,43 Гц. Следовательно, частота автоколеба- , НИИ скорости перемещения верхнего 5 конца бурильной колонны инвариантна изменению осевой нагрузки. Изменение амплитуды колебаний скорости перемещения верхнего конца колонны под действием осевой нагрузки можно интерпретировать как изменение свойств горных пород по буримости, так как изменение ведет только к повьшению или снижению скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны.

Таким образом, структура способа обнаружения момента смены пласта следующая . В процессе контроля мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны по постоянству частоты автоколебаний и отклонению амплитуды мгновенной скорости бурения судят о смене пласта, по повышению частоты автоколебаний и снижению скорости бурения практически до нулевого уровня - о самозаклинивании породоразрушающего инструмента или износе его режущих элементов. Остается выбрать метод измерения для оценки отклонения скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны

от установившегося значения. I

Из приведенных выше данных следует, что перемещение верхнего конца бурильной колонны следует рассматривать как случайный процесс и для его исследования необходимо использовать теорию нестационарных случайных функций. При этом при бурении в однородных породах процесс переме5

0

5

0

5

щения верхнего конца бурильной колонны стационарен, а при переходе в другую горную породу стационарные свойства его нарушаются, считал момент перехода в другую горную породу моментом слабой импульсной помехи с прямоугольной огибающей, С этой целью можно использовать статистику

реляции, равная ( ,t +21/dj

j R(t,t)R(t+ C,t+)

где Од - интервал измерения корреляционной функции.

Для измерения частотной характе-. .ристики процесса можно использовать формулу

По

(2)

где f - частота автоколебания верхнего конца бурильной колонны;

Пд - число переходов мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны через среднее ее значение

По 2I(signV cp -У„),

измеряемое на интервале времени to

На фиг. 3 показан пример блок-схемы устройства для реализадщ способа обнаружения момента времени смены пласта по буримости, содержащей буро вую устано-вку 1, датчик 2 мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, фильтр 3 низких частот, блок 4 вычисления, устройство 5 вывода информации, устройство 6 ввода информации.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигнал о скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны снимается с выхода датчика 2 мгновенной скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны и поступа

ет на вход фильтра низких частот. С

выхода последнего сигнал поступает на блок 4 вычисления, где по формуле (2) вычисляется частота автоколебаний верхнего конца бурильной колонны и рассчитывается период роле- баний. По значению периода колебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны вычисляют частоту дискретизации непрерывного колебательного процесса по формуле

lOf

о

где fa частота дискретизации;

10 - число отсчетов в одном периоде исследуемого процесса.

Необходимая длина интервала измерения корреляционной функции принята равной четырем периодам колебаний верхнего конца бурильной колонны, 1

т.е,

В этом случае погреш5

0

осуществля- расчет статистики L(t) по

ность оценки корреляционной функции будет около 4%.

В блоке 4 вычисления ется

следующей схеме. Осуществляется центрирование реализации случайного процесса по формуле

1 Т,

о

(t)V(t) - -- j V(7r)d,

t-T,

5

где

Т, интервалный m/f

сглаживания m 3.

, равПроизводится оценка корреляционной функции

R4t.t +

« i-1

t-T.

Vo/t,)V rt. + r)dt, ;

Те .

Осуществляется расчет интервала

корреляции

/

2(t) Г/g-i -:tIl/dL..

I .t)R(t-b,t+t-)

С использованием формул (1) и (2) производится расчет текущих статистик и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны, значения которых выводятся на печать устройства 5 вывода информации. По выбросу значений статистики L(t) судят о факте смены горной породы, а по совместным изменениям статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определяют моменты времени самозаклинивания породоразрушающего инструмента или о полном износе его режущих элементов.

Реализация программы расчета не составляет трудностей ввиду наличия стандартных программ расчета автокорреляционных функций.

На фиг. 4 представлен фрагмент записи статистики L(t) и частотной характеристики процесса f при смене ю горной породы.

На фиг. 5 даны фрагменты записи статистики L (t) и частотной характеристики при самозаклинивании керна в колонковой трубе.15

Из диаграмъвл фиг. 4 видно, что при переходе из одной горной породы в другую произошло резкое изменение статистики L(t) при неизменной часбуримости, что позволяет повысить точность проведения механического каротажа по глубине скважины.

Формула изобретения

Способ обнаружения мо,мента смены цласта по буримости, основанный на измерении скорости перемещения верхнего коцца бурильной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют мгновенную скорость V, и частоту fj, колебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сглаживания значений V, осуществляют их центрирование, вычисляют оцентоте колебания верхнего конца буриль-го ки автокорреляционных функций R(t,t) колонны г„ const.

ной

и (t), рпределяк)т величину статистики L(t) R(t,t). ti(t)/R(t,t) и при резком увеличении значения L(t) и постоянстве значения f, фиксируют смену буримости пород, а при одновременном резком увеличении значений L(t) и f(j фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов.

Из диаграмм на фиг. 5 следует, что при самозаклинивании керна в колонковой трубе изменились как L(t), так и fо.

Исследования .способа показали, что он очень выгодно отличается от известных, так как позволяет на 4- 8 мм углубки скважины определить моменты смены пластов горных пород по

А Л/ .. (JW - (у

. .л

%

ч/

гс

Л л/Л /

V

буримости, что позволяет повысить точность проведения механического каротажа по глубине скважины.

Формула изобретения

Способ обнаружения мо,мента смены цласта по буримости, основанный на измерении скорости перемещения верхнего коцца бурильной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют мгновенную скорость V, и частоту fj, колебаний скорости перемещения верхнего конца бурильной колонны, определяют величину интервала измерения корреляционной функции и интервала сглаживания значений V, осуществляки автокорреляционных функций R(t,t)

и (t), рпределяк)т величину статистики L(t) R(t,t). ti(t)/R(t,t) и при резком увеличении значения L(t) и постоянстве значения f, фиксируют смену буримости пород, а при одновременном резком увеличении значений L(t) и f(j фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов.

.л

%

Л л/Л /уГ

V

g csjc:

Г

ft}

фиг. 5

Редактор М, Товтин

Составитель В. Шилов Техред Л.Сердюкова

Фиг. J

дзиеЛ

Корректор О. Кравцова