Способ определения степени износа долота в процессе бурения Советский патент 1991 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего инструмента с целью достижения его эффективной отработки.

Целью изобретения является повышение точности способа путем уменьшения влияния помех.

На фиг. 1 показан вид нормированной корреляционной функции сигнала вибраций бурового долота; на фиг. 2 - зависимость значения максимума (нормированной корреляционной функции от энергии Е, затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг. 3 -зависимость производной, взятой с знаком минус, значения максимума нормированной корреляционной функции

по энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя; на фиг. 4 - зависимость велиdRi

d Ri

а гч , / а HI чины , - -j-|-/ i - -pjr } макс от энергии,

затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг. 5 - блок-схема устройства, реализующего способ.

Способ основан на свойстве нормированной корреляционной функции выделять и определять долю мощности периодического сигнала из общего сигнала на фоне случайной помехи.

Сигнал вибраций долота имеет ярко выраженный периодический характер, обусловленный вращательным движением долота, шарошек и геометрическим расположением зубъев долота. Зубъя долота, двигаясь по забою и взаимодействуя с леодно- родностями породы забоя, создают вибраON

00

о

о о

ции, сигнал последних передается по колонне бурильных труб и из дневной поверхности скважин воспринимается как сигнал вибраций бурового инструмента. Сигнал вибраций бурового инструмента представляет собой в отом случае периодическую последовательность импульсов, где каждый импульс отражает взаимодействие каждого зуба с неоднородностью породы

Частотное разрушение зуба вызывает уменьшение амплитуды, т.е средней мощ- нос1и соответствующего импульса, а полное разрушение 3} ба- исчезновение импульса. Однако непосредственный анализ сигнала вибраиий затруднителен высоким уровнем поме, обусловленных трением бурильной коло.жы о стенки сквожины, шумами от движения промывочной жидкости и т.п. Преодолен ь это препятствие п значительной степени позволяем применение корреляционного анализа

Согласно свойствам нормированной корреляционной функции наличие в сигнале вибраций выраженной периодической составляющей вызывает появление максимума 1 (фиг. 1), а его значение RI характеризует долю мощности периодической составляющей в общей мощности сигнала, Таким обоазом, уменьшение средней мощности отдельных пмпульсоп или их исчезновение приводит к уменьшению значения RI - максимума нормированной корреляционной функции. Величина RI в процессе долбления монотонно уменьшается в полном соответствии со степенью тчоса зубьев долота.

На фиг, 2 участок 0-Ei отражает период эффективной риботы и накопление усталости материалом долот а. Учас гок Е i-Ег сеют - ветствует процессу активного износа долота, характеризуется высокой скоростью спада значения Pi в начальной части участка и уменьшением скорости спада до нуля к концу участка, Дальнейшее бурение нецелесообразно ввиду полного износа зубьев долота - учасго Е Еа . Таким образом точка EI соответствует практически ие- изношенному доложу и может быть определена по наибольшей скорости спада зависимости RI от Е. Точка Е2 сответствует максимально изношенному долоту и можег быть определена по близкой к нулю скорости спада зависимости RI от Е. Скорость спада зависимости RI от Е равна производной RI по аргументу Е, с знаком минус

i d Ri.

dE

-). Полученная зависимость приведена па фиг. 3, где точка II соответс.твуе началу активного износа зубъев долота, а точка III - максимальному износу.

Определяют величину/г по формуле

/

d Ri , /d Ri

d E

-/

dRi

/- i UE /

где ----- взятая с знаком минус производная значения максимума нормированной корреляционной функции RI по энергии Е, затрачиваемой на разрушение породы забоя;

( d

(- -)макс - наибольшее с начала долбления на данный момент бурения значение

указанной производной,взятой с знаком минус.

Зависимость величины /и, характеризующей износ долота, от Е приведена на фиг,4. При этом минимальный износ долота

определяют по значению/- , близкому к единице, а максимальный износ-no значению/г близкому к нулю.

Блок-схема (фиг. 5) содержит датчик 1 вибраций бурового инструмента, полосовой

фильтр 2, блок 3 вычисления нормированной корреляционной функции 3, первый анализатор 4 максимума, блок 5 измерения энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя, блок 6 дифференцирования с

инверсией, второй CHI н лизатор 7 максимума, блок 8 деления, индикатор 9 степени износа.

Способ реализуется следующим образом.

Вибрации бурового инструмента воспринимаются да гчиком 1. Электрический сигнал с датчика 1 проходит через полосовой фильтр 2 Фильтр 2 пропускает лишь те частотные составляющие сигнала вибраций,

которые лежат в диапазоне возможных частот вибраций бурового инструмента, обусловленных взаимодействием зубьев долота с породой забоя. С выхода фильтра 2 полученный сигнал поступает на вход блока 3

вычисления нормированной корреляционной функции. Сигнал, соответствующий R Л) - результату вычисления, поступает на вход первого анализатора 4 максимума, на выходе которого получают текущее значение RI значение максимума нормированной корреляционной функции, С выхода первого анализатора 4 максимума сигнал поступает на первый вход блока б дифференцирования с инверсией, на второй вход которого поступает сигнал с блока 5 из измерения энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя.

На выходе блок 6 дифференцирования с иныерсией получают сигнал, соответствующий (- --Ј-) Во втором анализаторе 7

максимума, на вход которого поступает полученный сигнал, определяется наибольшее с начала долбление производной

(- )Макс. С выхода блока 6 дифференцирования с инверсией сигнал поступает также на первый вход блока 8 деления, на второй вход блока 8 деления поступает сигнал с второго анализатора 7 максимума. На выходе блока 8 деления получают сигнал, соответствующий величине

dRt d E

-/

(dRiТЕ/

макс,

который индицируется в индикаторе 9 износа долота. По индикатору определяют степень износа долота.

Способ позволяет значительно повысить помехоустойчивость и снизить влияние условий бурения на результат измерений, что приводит к повышению точности в определении степени износа долота. Формула изобретения Способ определения степени износа долота в процессе бурения, включающий измерение вибраций бурового долота с помощью датчика вибраций, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности способа путем уменьшения влияния помех, получают нормированную корреляционную функцию сигнала вибрации бурового долота, определяют значение ее максимума, а степень износа долота ft определяют из выражения

dRi

dRix

d E } макс

где RI - значение максимума нормированной корреляционной функции;

Е - энергия, затрачиваемая долотом на разрушение забоя;

j р

- - производная; d fc

(- -р)макс - наибольшее с начала долбления значение производной со знаком минус;

причем минимальный износ долота определяют по значению//, близкому к единице, а максимальный износ - по значению/г, близкому к нулю.

Изобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего фронта. Цель - повышение точности определения степени износа долота путем уменьшения влияния помех. Для этого измеряют амплитуды различных диапазонов спектра частот вибраций долота датчиком вибраций. Затем получают нормированную корреляционную функцию из амплитуд различных диапазонов спектра частот вибрации долота блоком вычисления. После этого определяют значение ее максимума анализатором максимума. Степень износа долота/г определяют из выражения/г (-d Ri/d E):(-d Ri/d Е)такс,значение /г, близкое к единице, указывает на минимальны износ долота, а значение близкое к нулю, на максимальный износ. Величина /.I индицируется на индикаторе степени износа 5 ил. сл с

фиг. 5