Способ определения степени износа долота в процессе бурения скважин Советский патент 1993 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к способам определения износа бурового инструмента в процессе бурения скважин.

Целью изобретения является повышение достоверности оценки износа долота в процессе бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин различными способами (роторный, турбинный, электробурение).

Сущность изобретения заключается в следующем,

Вибрации, вызванные работой долота на забое скважины и при прочих известных условиях характеризующие его техническое состояние, распространяясь в виде упругих колебаний по бурильной колонне к устью скважины, измеряются, а затем обрабатываются «з вычислительном устройстве. Полученные о процессе обработки спектры упругих колебаний бурильной колонны.

имеющие в машинном представлении п дискретных отсчетов, рассматриваются как N- мерные векторы. Значения спектральной плотности в каждом из этих отсчетов принимаются в качестве величин соответствующих компонентам N-мерного вектора. Спектр, полученный для нового долота принимается в качестве эталонного. По мере износа долота вычисляются текущие спектры и сравниваются с эталонным по соответствующему правилу,

Определение износа долота в процессе бурения скважин с использованием предложенного способа производится следующим образом..

В начале бурения, после переработки долота к забою скважины производится запись в память вычислительного устройства (например, Электроника 60, ПЭВМ ЕС 1841 и др.) 1520 реализаций виброускоре«Wk

о ел

««&

01

ния продольных колебаний бурильной колонны длительностью 10-15 с измеренных с помощью акселерометра установленного на ведущей трубе (квадрата) или вертлюге. В вычислительном устройстве производится фильтрация, центрирование и интегрирование (для получения реализаций виброскорости продольных колебаний). Затем вычисляются дисперсия и спектральные плотности. Последние нормируются после чего осуществляется усреднение спектров по формуле

-К-Ы

li + xi

где Xi -текущий усредненный спектр, Хи - усредненный на предыдущем шаге спектр, Х| - текущий мгновенный спектр. Это позволяет в любой момент времени иметь усредненную спектральную плотность.

Усредненный по 15-20 реализациям спектр запоминается в качестве эталонного. / .

В процессе бурения скважины производят определение усредненного текущего спектра, который сравнивают с эталонным.

Сравнение заключается в вычислении косинуса угла cosy между эталонным X3 и текущими Хт векторами, полученными соответственно из-эталонного и текущего усредненных спектров. При этом вычисления производятся по формуле:

Ј XfXf cos р

/V 2 п -г 2

V 2L(xf) 2L(.x7)

I - Ii - I

где Xj3 и XIT - компоненты соответственно эталонного и текущего векторов.

Изменение величины в процессе бурения будет характеризовать степень износа долота, а достижение значения cos крбудет

отождествлять критическое значение величины его износа. Данный критерий не зависит от режимных параметров и способа бурения скважин, так как угол между векторами не зависит от их модуля.

Формула изобретения Способ определения степени износа долота в процессе бурения скважин, включающий определение текущих значений

энергетических спектров параметра процесса бурения, характеризующего состояниебурового инструмента, соответствующих начальному и текущему времени бурения, вычисление величины

критерия работоспособности породоразру- шающего инструмента, задание его критической величины, сравнение текущей и заданной величин критерия работоспособности и определение предельного износа

инструмента по моменту достижения величиной критерия, его критического значения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности оценки степени износа долота при бурении вертикальных и

наклонно-направленных скважин различными способами, в качестве параметра, характеризующего состояние бурового инструмента, принимают мощность колебаний бурильной колонны, энергетические

спектры мощности колебаний бурильной колонны нормируют и усредняют, из усредненных нормируемых спектров определяют N-мерные векторы, в качестве заданного значения критерия работоспособности принимают энергетический спектр, полученный для нового инструмента, вычисляют величину косинуса угла между векторами, соответствующими начальному и текущему времени бурения, и принимают ее за критерий работоспособности породоразруша ю- щего инструмента.

Назначение: изобретение относится к способам определения износа бурового инструментз в процессе бурения скважины и позволяет повысить достоверность оценки износа долота в процессе бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин различными способами (роторным, турбинным, бурение электробуром). Сущность изобретения: в качестве крите-. рия степени износа долота принята величина косинуса угла между векторами, соответствующими начальному и текущему времени бурения, Причем N-мерные вектора определяют из усредненных нор- мируем(ых спектров мощности колебаний бурильной колонны. Данный критерий износа долота не зависит от режимных параметров и способа бурения скважин, т.е. угол между векторами не зависит от их модуля. 1 ил.