JPH05507533A - 掘削機ストリングの振動状態の自動監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 掘削機ストリングの振動状態の自動監視方法・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。

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。

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。

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、これは輪方 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。

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。

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 とを含む。

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。

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。

図３！、図３ｈ、図３Ｃは、本発明を説明するグラフである。

図１に示されるようにこの監視システムは、−組のプログラム可能フィルタ８と 、１ＭＳ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ｌＯ又はエイリアス除去フィルタ１ｎｌｉ−ｓｌｉｉ＋ｉｎｇ　＋１１１ｅｒ ｔ）１２は、掘削機ストリング１Ｇ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１ａ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２ ６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、音声警報手段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。

−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。ｊｆｆｌ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。センナ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Ｏ，１，ｌ＋り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ろ波の後に４００［１ｇを上回る周波数でサンプリング されてもよい。

茶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。

−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、センナ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（Ｃ［ｌ） 、捩じれ加速度（ＡＴ）、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。

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。

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。

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１Ｏ −１０（１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づの実効値のレベルがその基準レベルの１０ ０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。

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。

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。

図３５図３ｂ、図３Ｃは、本発明を説明するグラフである。グラフ３１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３！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であり、こ れらのスペクトルは０．５〜５０Ｂ！の周波数範囲に及ぶ。グラフ３Ｃは、上記 周波数領域に亙っでの「瞬間スペクトル」：「実スペクトル」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」と「基準スペクトル」の間の１／１Ｇ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。

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。

要　約 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、 −前記センナ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、前記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 とを含む方法。

国際調査報告 −一一−−〜−−−−、ＰＣＩ’／ＦＲ９２１００１６９

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 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。
2. ２．　前記センサによ，て供給される信号が、プログラム可能フィルタと、ＲＭ Ｓ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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。