JP3194744B2 - 掘削機ストリングの振動状態の自動監視方法 - Google Patents
掘削機ストリングの振動状態の自動監視方法Info
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-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、掘削機ストリングの振動状態の自動監視方
法に係わる。
法に係わる。
石油産業における研究は、軸方向又は横方向の捩じれ
加速度と、軸方向の力と、偶力と、曲げモーメントのよ
うな大きさを受け入れることを可能にする、加速度計及
び／又は歪み計のような数多くのセンサを掘削機ストリ
ングの頂部に装着することをもたらした。
加速度と、軸方向の力と、偶力と、曲げモーメントのよ
うな大きさを受け入れることを可能にする、加速度計及
び／又は歪み計のような数多くのセンサを掘削機ストリ
ングの頂部に装着することをもたらした。
しかしこれらのセンサから供給される振動情報は、そ
の信号を利用しようとする非専門家にとっては、明らか
な複雑性を有する。実際には従来のスペクトル分析器
は、一般的に、その分析が直ちに得られることが不可能
な曲線しか与えない。しかし掘削管理者は、様々な掘削
パラメータ（即ちビットに対する重量、回転速度、掘削
泥水の流量）を可能な限り迅速且つ適切に調節すること
が可能であるように、その掘削機ストリングの振動成分
を即時的に知らなければならず、特に前記振動成分に生
じる恐れのある不安定性を知らなけれならない。
の信号を利用しようとする非専門家にとっては、明らか
な複雑性を有する。実際には従来のスペクトル分析器
は、一般的に、その分析が直ちに得られることが不可能
な曲線しか与えない。しかし掘削管理者は、様々な掘削
パラメータ（即ちビットに対する重量、回転速度、掘削
泥水の流量）を可能な限り迅速且つ適切に調節すること
が可能であるように、その掘削機ストリングの振動成分
を即時的に知らなければならず、特に前記振動成分に生
じる恐れのある不安定性を知らなけれならない。
岩石に対するビットの作用及び坑井と前記掘削機スト
リングとの間の相互作用のような、掘削時に発生する様
々な機械的外力の影響を受けやすい固有モードを有する
機械的アセンブリを構成するが故に、そうした不安定性
が生じ、これは軸方向と横方向の両方か又は捩じれとし
て生じる。
リングとの間の相互作用のような、掘削時に発生する様
々な機械的外力の影響を受けやすい固有モードを有する
機械的アセンブリを構成するが故に、そうした不安定性
が生じ、これは軸方向と横方向の両方か又は捩じれとし
て生じる。
そうした不安定性は、掘削機ストリングの破壊をもた
らす危険がある、材料に生じさせられる付加的な応力の
原因であるが故に排除されなければならない。更にそう
した不安定性は、ビットに直接的に伝達されることが好
ましいエネルギの一部分を消費する。該エネルギは、そ
れがもともとは岩石の破壊エネルギに変換され、このこ
とはより効率的な掘削の進捗に寄与するものであり得
る。
らす危険がある、材料に生じさせられる付加的な応力の
原因であるが故に排除されなければならない。更にそう
した不安定性は、ビットに直接的に伝達されることが好
ましいエネルギの一部分を消費する。該エネルギは、そ
れがもともとは岩石の破壊エネルギに変換され、このこ
とはより効率的な掘削の進捗に寄与するものであり得
る。
従って本発明の目的は、特にその測定に関する偶発的
な不安定性を単純な仕方で使用者に警告することによっ
て、掘削機ストリングの頂部に配置されたセンサ群によ
って供給される測定を使用することを可能にする、掘削
機ストリングの振動状態の自動監視方法である。
な不安定性を単純な仕方で使用者に警告することによっ
て、掘削機ストリングの頂部に配置されたセンサ群によ
って供給される測定を使用することを可能にする、掘削
機ストリングの振動状態の自動監視方法である。
これを行うために本発明は、センサを備えた掘削機ス
トリングの振動状態の自動監視の方法を提案し、前記方
法が、 − 前記センサ各々毎に基準スペクトルを得る段階と、 − 実際の状況において前記センサ各々毎にスペクトル
を得る段階と、 − 前記センサによって測定される大きさに関する偶発
的な不安定性を検出するために、２つのスペクトルを比
較する段階と、 − 音声表示装置及び／又は視覚表示装置によって前記
不安定性を通報する段階 とを含み。
トリングの振動状態の自動監視の方法を提案し、前記方
法が、 − 前記センサ各々毎に基準スペクトルを得る段階と、 − 実際の状況において前記センサ各々毎にスペクトル
を得る段階と、 − 前記センサによって測定される大きさに関する偶発
的な不安定性を検出するために、２つのスペクトルを比
較する段階と、 − 音声表示装置及び／又は視覚表示装置によって前記
不安定性を通報する段階 とを含み。
本発明の他の特徴と利点が、次の添付図面を参照して
行われる以下の説明を理解することによってより明らか
になるだろう。
行われる以下の説明を理解することによってより明らか
になるだろう。
図１は、監視システム全体のブロック図である。
図２は、使用者に対する通報の幾つかの段階を説明す
る論理図である。
る論理図である。
図3a、図3b、図3cは、本発明を説明するグラフであ
る。
る。
図１に示されるようにこの監視システムは、一組のプ
ログラム可能フィルタ８と、RMS変換器10又はエイリア
ス除去フィルタ12とを有し、このRMS変換器10又はエイ
リアス除去フィルタ（anti−aliasing filters）12は、
掘削機ストリング16上に配置されたセンサ14から来る信
号を処理することを可能にする。変換器10から来るデー
タが、マルチプレクサ18の領域で再編成され、更にA/D
変換器20に伝送され、最後に１つ以上のプロセッサ22に
伝送される。これらの１つ以上のマイクロプロセッサ22
は、場合に応じて１つ以上の信号プロセッサ24によって
支援され、且つインタフェース26に結合されている。使
用者は、キーボード28と通信リンク30によって、１つ以
上のプロセッサ22に情報を伝送する。インタフェース26
の領域内には、各センサに関連した基準スペクトル32に
関する幾つかの情報が格納されることが可能であり、前
記インタフェース26は、音響警報手段34及び／又は視覚
警報手段36に接続されている。
ログラム可能フィルタ８と、RMS変換器10又はエイリア
ス除去フィルタ12とを有し、このRMS変換器10又はエイ
リアス除去フィルタ（anti−aliasing filters）12は、
掘削機ストリング16上に配置されたセンサ14から来る信
号を処理することを可能にする。変換器10から来るデー
タが、マルチプレクサ18の領域で再編成され、更にA/D
変換器20に伝送され、最後に１つ以上のプロセッサ22に
伝送される。これらの１つ以上のマイクロプロセッサ22
は、場合に応じて１つ以上の信号プロセッサ24によって
支援され、且つインタフェース26に結合されている。使
用者は、キーボード28と通信リンク30によって、１つ以
上のプロセッサ22に情報を伝送する。インタフェース26
の領域内には、各センサに関連した基準スペクトル32に
関する幾つかの情報が格納されることが可能であり、前
記インタフェース26は、音響警報手段34及び／又は視覚
警報手段36に接続されている。
前記センサによって測定された大きさに関する偶発的
な不安定性を検出するために、次の諸段階を行うことが
適切である。
な不安定性を検出するために、次の諸段階を行うことが
適切である。
− 各センサ毎に基準スペクトルを得る段階。
これを行うためには２つの方法が可能である。第１の
場合には掘削管理者が、その点では掘削分野の振動の専
門家によって場合に応じて補助されて、効率的な掘削に
適すると自分が判断する状態を決定する。センサによっ
て与えられる様々な振動測定がこの状態に対応し、これ
らの測定が、各センサに関する基準スペクトルを得るよ
うに後述される仕方で処理される。振動測定の処理は大
まかに行われてもよく、即ち測定が低周波数（例えば0.
1Hz）でサンプリングされてもよく、又は振動測定の処
理がより精密に行われてもよく、即ちそれらの測定が入
念なエイリアス除去波の後に400Hzを上回る周波数で
サンプリングされてもよい。
場合には掘削管理者が、その点では掘削分野の振動の専
門家によって場合に応じて補助されて、効率的な掘削に
適すると自分が判断する状態を決定する。センサによっ
て与えられる様々な振動測定がこの状態に対応し、これ
らの測定が、各センサに関する基準スペクトルを得るよ
うに後述される仕方で処理される。振動測定の処理は大
まかに行われてもよく、即ち測定が低周波数（例えば0.
1Hz）でサンプリングされてもよく、又は振動測定の処
理がより精密に行われてもよく、即ちそれらの測定が入
念なエイリアス除去波の後に400Hzを上回る周波数で
サンプリングされてもよい。
第２の場合には、掘削機ストリングに対する機構的情
報がそれに供給されるシミュレーションソフトウェア
が、各センサに関連したスペクトルを発生させ、このシ
ミュレーションソフトウェアは場合に応じてそのシステ
ム自体内に組み入れられることが可能である。従って発
生させられた情報が、通信インタフェースによってプロ
セッサの領域に送り込まれ、それに続いて前記プロセッ
サは、これらの基準エレメントとの比較によって動作す
るだけである。
報がそれに供給されるシミュレーションソフトウェア
が、各センサに関連したスペクトルを発生させ、このシ
ミュレーションソフトウェアは場合に応じてそのシステ
ム自体内に組み入れられることが可能である。従って発
生させられた情報が、通信インタフェースによってプロ
セッサの領域に送り込まれ、それに続いて前記プロセッ
サは、これらの基準エレメントとの比較によって動作す
るだけである。
− 実際の状況においてスペクトルを得る段階。
この目的のためには、センサによって与えられた振動
測定が基準スペクトルを得るための仕方と同じ仕方で処
理され、前記仕方は上記で説明されている。図解された
実施例では、センサによって測定される大きさは、各々
にフックに対する力の動的成分（FCD）、縦方向加速度
（LA）、トルクの動的成分（CD）、捩じれ加速度（A
T）、曲げ加速度（AF）である。更にこの情報は、測定
のA/D変換の後にプロセッサに伝送される。
測定が基準スペクトルを得るための仕方と同じ仕方で処
理され、前記仕方は上記で説明されている。図解された
実施例では、センサによって測定される大きさは、各々
にフックに対する力の動的成分（FCD）、縦方向加速度
（LA）、トルクの動的成分（CD）、捩じれ加速度（A
T）、曲げ加速度（AF）である。更にこの情報は、測定
のA/D変換の後にプロセッサに伝送される。
− データを比較し偶発的な不安定性を警報する段階。
この比較は、実効値に関してのみ行われてもよく、又
は全スペクトルに関して行われてもよい。
は全スペクトルに関して行われてもよい。
実効値に関しては、前記プロセッサが、予め決められ
た基準値と前記実効値とを比較し、この比較はこれらの
２つの値の比率の形で行われ、このことは、常に敏感な
センサが校正から解放されることを可能にする。
た基準値と前記実効値とを比較し、この比較はこれらの
２つの値の比率の形で行われ、このことは、常に敏感な
センサが校正から解放されることを可能にする。
図２に示されるように、どんな実効値も前記基準レベ
ルの10倍を越えない場合には、その状態は安定している
と見なされ、掘削管理者には警報は全く送られない。
ルの10倍を越えない場合には、その状態は安定している
と見なされ、掘削管理者には警報は全く送られない。
それらの実効値の中で少なくとも１つの実効値のレベ
ルがその基準レベルの10〜100倍の間である場合には、
掘削管理者が警報を与えられ、この管理者が必要である
と判断するならば掘削パラメータを変化させることが可
能である。
ルがその基準レベルの10〜100倍の間である場合には、
掘削管理者が警報を与えられ、この管理者が必要である
と判断するならば掘削パラメータを変化させることが可
能である。
それらの実効値の中で少なくとも１つの実効値のレベ
ルがその基準レベルの100倍を越える場合には、掘削管
理者は非常に不安定な状態の存在の警報を与えられ、可
能な限り迅速にその不安定状態を改善しなければならな
い。
ルがその基準レベルの100倍を越える場合には、掘削管
理者は非常に不安定な状態の存在の警報を与えられ、可
能な限り迅速にその不安定状態を改善しなければならな
い。
スペクトルに関する処理は同一タイプである。実際に
は、プロセッサによって各測定から生じさせられたスペ
クトルは、線毎に基準スペクトルと比較される。実効値
の場合と同様に、基準値の大きさの10倍と100倍の比率
に各々に相当する基準が、例示された実施例内で使用さ
れる。しかし両方の場合とも、10という値と100という
値は任意のものであり変更されることが可能である。
は、プロセッサによって各測定から生じさせられたスペ
クトルは、線毎に基準スペクトルと比較される。実効値
の場合と同様に、基準値の大きさの10倍と100倍の比率
に各々に相当する基準が、例示された実施例内で使用さ
れる。しかし両方の場合とも、10という値と100という
値は任意のものであり変更されることが可能である。
図２に示されるように本発明は、単純な仕方で、セン
サによって測定された様々な大きさの不安定性のレベル
を掘削管理者に知らせることを可能にする。図解された
実施例では、道路交通を規制するための従来の信号に類
似した１組の警告灯と、様々な音声信号とが使用され
る。
サによって測定された様々な大きさの不安定性のレベル
を掘削管理者に知らせることを可能にする。図解された
実施例では、道路交通を規制するための従来の信号に類
似した１組の警告灯と、様々な音声信号とが使用され
る。
図解された実施例では、緑色の警告灯が安定状態の存
在を掘削管理者に対して表示し、断続的な音声信号で補
われたオレンジ色の警告灯が、相対的な不安定性を掘削
管理者に警告し、連続的な音声信号で伴われた赤色の警
告灯が、強度の不安定性を掘削管理者に警告する。
在を掘削管理者に対して表示し、断続的な音声信号で補
われたオレンジ色の警告灯が、相対的な不安定性を掘削
管理者に警告し、連続的な音声信号で伴われた赤色の警
告灯が、強度の不安定性を掘削管理者に警告する。
図3a、図3b、図3cは、本発明を説明するグラフであ
る。グラフ3aと3bは同じ１つのセンサに関して得られた
スペクトルである。一方の図3aは基準スペクトルであ
り、他方の図3bは実際の状況に対応した瞬間スペクトル
（実スペクトル）であり、これらのスペクトルは0.5〜5
0Hzの周波数範囲に及ぶ。グラフ3cは、上記周波数領域
に亙っての「瞬間スペクトル」：「基準スペクトル」の
比率を表す。この比率の様々な値に基づいて、この装置
は、万一の場合に個々の掘削パラメータの変更を行うこ
とが必要であるかどうかを使用者に警告することが可能
である。
る。グラフ3aと3bは同じ１つのセンサに関して得られた
スペクトルである。一方の図3aは基準スペクトルであ
り、他方の図3bは実際の状況に対応した瞬間スペクトル
（実スペクトル）であり、これらのスペクトルは0.5〜5
0Hzの周波数範囲に及ぶ。グラフ3cは、上記周波数領域
に亙っての「瞬間スペクトル」：「基準スペクトル」の
比率を表す。この比率の様々な値に基づいて、この装置
は、万一の場合に個々の掘削パラメータの変更を行うこ
とが必要であるかどうかを使用者に警告することが可能
である。
この監視システムが、その可能性を大きく拡大するこ
とを可能にさせる数多くのアルゴリズムによって補完さ
れ得ることが指摘されるべきである。例えば不完全な消
滅の場合には「実スペクトル（すなわち、瞬間スペクト
ル）」と「基準スペクトル」の間の1/10の比率に相当
し、完全な消滅の場合にはその1/100の比率に相当する
偶発的な振動消滅を検出することが可能である。振動の
消滅は、それがビットの上方の立坑の崩壊を特に示すが
故に、振幅の増大と同じ程度に憂慮すべき事柄であるこ
とが明らかにされる。
とを可能にさせる数多くのアルゴリズムによって補完さ
れ得ることが指摘されるべきである。例えば不完全な消
滅の場合には「実スペクトル（すなわち、瞬間スペクト
ル）」と「基準スペクトル」の間の1/10の比率に相当
し、完全な消滅の場合にはその1/100の比率に相当する
偶発的な振動消滅を検出することが可能である。振動の
消滅は、それがビットの上方の立坑の崩壊を特に示すが
故に、振幅の増大と同じ程度に憂慮すべき事柄であるこ
とが明らかにされる。
更に本発明の目的であるシステムは、適用ビットによ
って地底から送信され且ついずれかの測定方法によって
掘削中に地表に伝送されるデータを処理することを可能
にする。
って地底から送信され且ついずれかの測定方法によって
掘削中に地表に伝送されるデータを処理することを可能
にする。
従って、掘削管理者に達する様々な音声及び／又は視
覚信号に基づいて、掘削管理者は、ビットに対する重
量、回転速度、掘削泥水の流量といった様々な掘削パラ
メータに関して、必要に応じて自分にとって必要と思わ
れる修正を加えることが可能である。
覚信号に基づいて、掘削管理者は、ビットに対する重
量、回転速度、掘削泥水の流量といった様々な掘削パラ
メータに関して、必要に応じて自分にとって必要と思わ
れる修正を加えることが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−118186（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−2041（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭50−2841（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−42562（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平３−505110（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21B 44/00 E21B 47/00
Claims (6)
- 【請求項１】センサを備えた掘削機ストリングの振動状
態の自動監視の方法であって、前記方法が、 − 前記センサ各々毎に基準スペクトルを得る段階と、 − 実際の状況において前記センサ各々毎にスペクトル
を得る段階と、 − 前記センサによって測定される大きさに関する偶発
的な不安定性を検出するために、２つのスペクトルを比
較する段階と、 − 音声表示装置及び／又は視覚表示装置によって前記
不安定性を通報する段階 とを含み、 更に前記スペクトルの処理が、少なくとも0.1Hz〜400Hz
の周波数範囲内で行われ、実スペクトルと基準スペクト
ルとの間の比率が安全値と警戒値との間に含まれている
ならば、使用者が必要に応じて掘削パラメータを修正す
ることを可能にするためにその状態が使用者に知らされ
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記センサによって供給される信号が、プ
ログラム可能フィルタと、ＲΜＳ変換器又はエイリアス
除去フィルタと、マクチプレクサと、A/D変換器と、１
つ以上のプロセッサとを連続して通過することを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記比較が、実スペクトルと基準スペクト
ルとの間の比率の形で行われることを特徴とする請求項
１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】前記比較が、実効値に関してのみ行われる
か、又は全スペクトルに関して行われるかのどちらかで
あることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に
記載の方法。 - 【請求項５】前記実スペクトルと基準スペクトルとの間
の比率が安全値を越えないならば、掘削パラメータがそ
のまま維持されることが可能であることが使用者に知ら
されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項６】前記実スペクトルと基準スペクトルとの間
の比率が警戒値を越えるならば、使用者が積極的に行動
して掘削パラメータを修正することが可能であるよう
に、この状態が使用者に知らされることを特徴とする請
求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9102201A FR2673237B1 (fr) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | Methode de surveillance automatique de l'etat vibratoire d'une garniture de forage. |
| FR91/02201 | 1991-02-25 | ||
| PCT/FR1992/000169 WO1992014908A1 (fr) | 1991-02-25 | 1992-02-25 | Methode de surveillance automatique de l'etat vibratoire d'une garniture de forage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05507533A JPH05507533A (ja) | 1993-10-28 |
| JP3194744B2 true JP3194744B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=9410040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50654192A Expired - Lifetime JP3194744B2 (ja) | 1991-02-25 | 1992-02-25 | 掘削機ストリングの振動状態の自動監視方法 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5273122A (ja) |
| EP (1) | EP0526619B1 (ja) |
| JP (1) | JP3194744B2 (ja) |
| AT (1) | ATE127197T1 (ja) |
| CA (1) | CA2080483C (ja) |
| DE (1) | DE69204396T2 (ja) |
| DK (1) | DK0526619T3 (ja) |
| ES (1) | ES2079862T3 (ja) |
| FR (1) | FR2673237B1 (ja) |
| NO (1) | NO305999B1 (ja) |
| OA (1) | OA09619A (ja) |
| WO (1) | WO1992014908A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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