NO178590B - Fremgangsmåte og system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning - Google Patents

Fremgangsmåte og system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning Download PDF

Info

Publication number
NO178590B
NO178590B NO910666A NO910666A NO178590B NO 178590 B NO178590 B NO 178590B NO 910666 A NO910666 A NO 910666A NO 910666 A NO910666 A NO 910666A NO 178590 B NO178590 B NO 178590B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
motor
variable
string
energy flow
input
Prior art date
Application number
NO910666A
Other languages
English (en)
Other versions
NO910666D0 (no
NO910666L (no
NO178590C (no
Inventor
Robert Nicholas Worrall
Ivo Petrus Jozef M Stulemeijer
Johan Dirk Jansen
Bartholomeus Gerardus Walstijn
Original Assignee
Shell Int Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shell Int Research filed Critical Shell Int Research
Publication of NO910666D0 publication Critical patent/NO910666D0/no
Publication of NO910666L publication Critical patent/NO910666L/no
Publication of NO178590B publication Critical patent/NO178590B/no
Publication of NO178590C publication Critical patent/NO178590C/no

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00Automatic 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S254/00Implements or apparatus for applying pushing or pulling force
    • Y10S254/90Cable pulling drum having wave motion responsive actuator for operating drive or rotation retarding means

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning som omfatter en streng av rørelementer og et tilhørende drivsystem.
Tallrike vibrasjoner kan opptre i borehullutrustnlng under brønnboring eller oljeproduksjonsoperasjoner. Dersom utrustningen omfatter en roterende borestreng, kan torsjonsvibrasjoner og langsgående vibrasjoner forårsakes av vekslende glide-fasthengings-bevegelser av borestrengen langs borehullveggen, av fluktuerende vekselvirkningskrefter mellom borkrone og fjell, og av trykkpulser i borefluidumet frembrakt av slampumpene.
I forskjellige situasjoner er det nødvendig å dempe disse vibrasjoner for å redusere støtbelastninger på utrustningen, men i noen situasjoner kan det "være nødvendig å forsterke disse belastninger, for eksempel for å frembringe et resonansrykk for å frigjøre et fastsittende borerør.
Forskjellige konsepter er kjente innen faget for å dempe eller forsterke vibrasjoner i borehullutrustnlng.
US patentskrift 4 535 972 viser et system for å styre vertikale bevegelser av en borestreng ved hjelp av en hydraulisk sylinder som er innkoplet mellom løpeblokken og toppen av borestrengen. Selv om det kjente system er konstruert for å opprettholde vekt på borkronen innenfor ønskede grenser, drives det ikke som en tilbakekoplingsstyrt vibrasjonsdemper.
SPE-artikkel 18049 med tittelen "Torque feedback used to cure slip-stick motion", som ble presentert av G.W. Halsey m.fl. fra Rogaland Forskningsinstitutt på SPE-konferansen i Houston (USA) i oktober 1988, beskriver et system som tilpasser verdien av hastigheten av den roterende drift av en boremontasje, basert på måling av vridningsmomentet ved rotasjonsbordet. Det kjente system er i stand til å utføre en rotasjonshastighetskor-reksjon som er proporsjonal med minus det målte vridningsmoment.
Måling av vridningsmoment ved rotasjonsbordet under virkelige boreoperasjoner er imidlertid ubekvemt og utsatt for feil, da den medfører utrustning, såsom deformasjonsmålere, som er følsomme for vibrasjoner og støtbelastninger.
Formålet med oppfinnelsen er å unngå denne ulempe ved det kjente system og å tilveiebringe en billig og robust fremgangsmåte og et system for kontroll eller styring av vibrasjoner i borehullutrustnlng, idet utrustningen omfatter et langstrakt legeme som strekker seg ned i et borehull som er dannet i en jordformasjon, og et tilknyttet drivsystem for å drive det langstrakte legeme- Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen når drivsystemet driver det langstrakte legeme, hvilken energi-strøm kan defineres som produktet av en tverrgående variabel (across-variable) og en gjennomgående variabel (through-variable), ved å måle fluktuasjoner i minst én av de nevnte variable, og justere i det minste den andre av de nevnte variable som reaksjon på de målte fluktuasjoner i den nevnte minst ene av de nevnte variable.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er basert på den innsikt at vibrasjoner i et fysisk system kan uttrykkes som variasjoner av energistrømmen gjennom systemet, og at denne energistrøm alltid kan uttrykkes ved to variable, såsom spenning ganger strøm, trykk ganger strømningshastighet, lineær hastighet ganger kraft, vridningsmoment ganger vinkelhastighet, eller generelt angitt "tverrgående variabel" ganger "langsgående variabel".
Det skal bemerkes at det system som er vist i ovennevnte SPE-artikkel, varierer vinkelhastigheten av rotas jonsbor-det som reaksjon på målte vridningsmomentvariasjoner, men at det kjente system ikke gir anvisning på å variere vinkelhastigheten på en slik måte at produktet vridningsmoment ganger vinkelhastighet, eller med andre ord energistrømmen, kontrolleres eller styres.
Basert på innsikten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan forskjellige vibrasjoner i borehullutrustnlng styres på nøyaktig måte.
En effektiv måte for å styre energistrømmen gjennom borehullutrustningen omfatter styring av energistrømmen gjennom drivsystemet, idet energistrømmen gjennom drivsystemet kan defineres som produktet av den tverrgående variable og den gj ennomgående variable.
Dersom for eksempel borehullutrustningen er en boremontasje omfattende en roterende borestreng som ved sin øvre ende er koplet til en roterende drivanordning, kan torsjonsvibrasjoner i montasjen dempes ved å opprettholde den energistrøm som leveres av den roterende drivanordning til borestrengen, mellom valgte grenser. Med andre ord blir vibrasjoner som forplanter seg i oppadgående retning gjennom borestrengen, overført til den roterende drivanordning og videre til dens kraftforsyning, i stedet for å bli reflektert tilbake ved borestrengens øvre ende.
Dersom borestrengen drives av en elektrisk motor, kan motorstrømmen velges som den nevnte gjennomgående variable, mens motorspenningen kan velges som den tverrgående variable.
Dersom borestrengen drives av en hydraulisk motor, kan strømningshastigheten i motoren velges som den gjennomgående variable, mens fluidumtrykket i motoren kan velges som den tverrgående variable.
Dersom borestrengen drives av en dieselmotor, kan energistrømmen i borestrengen styres ved å kople en tilbakekoplingsstyrt elektrisk eller hydraulisk motor-generator til dieselmotorens drivaksel ved hjelp av en differensial.
Med hvilken som helst type av elektrisk, hydraulisk eller mekanisk rotas jonsdrif t kan vinkelhastigheten i en roterende del av montasjen velges som den tverrgående variable, og det vridningsmoment som avgis av den roterende drivanordning, kan velges som den gjennomgående variable, mens energistrømmen gjennom montasjen kan opprettholdes mellom valgte grenser ved å måle fluktuasjoner av den nevnte vinkelhastighet, og ved å bringe det vridningsmoment som leveres av den roterende drivanordning, til å fluktuere som reaksjon på de målte hastighetsfluktuasjoner.
Systemet for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning, hvor utrustningen omfatter et langstrakt legeme som strekker seg ned i et borehull som er dannet i en j ordformas jon, og et tilhørende drivsystem for å drive det langstrakte legeme, omfatter ifølge oppfinnelsen en anordning for styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen når drivsystemet driver det langstrakte legeme, hvilken energistrøm kan defineres som produktet av en tverrgående variabel og en gjennomgående variabel, idet anordningen omfatter en anordning for måling av fluktuasjoner i minst én av de nevnte variable, og en anordning for å justere i det minste den andre av de nevnte variable som reaksjon på de målte fluktuasjoner i den nevnte minst ene av de nevnte variable.
Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av en roterende boremontasje som er utstyrt med et system ifølge oppfinnelsen som tjener til å styre torsjonsvibrasjoner, fig. 2 viser en elektronisk krets for anvendelse i systemet på fig. 1, fig. 3 viser skjematisk en roterende boremontasje som er utstyrt med en annen utførelse av et system ifølge oppfinnelsen for styring av torsjonsvibrasjoner, fig. 4 viser en elektronisk krets for anvendelse i systemet på fig. 3, fig. 5 viser en detalj av en elektronisk krets for anvendelse i et system ifølge oppfinnelsen, og fig. 6 viser en ytterligere utførelse av et system ifølge oppfinnelsen for styring av torsj onsvibrasj oner.
Fig. 1 illustrerer skjematisk en roterende borestreng-drivanordning omfattende et rotasjonsbord R med et massetreghetsmoment Jt, en girkasse G med en tannhjulsreduksjon l:n, og en elektrisk shuntmotor M med et massetreghetsmoment Jr, hvilken motor er utstyrt med et vibrasjonskontroll- eller vibrasjons-styresystem ifølge oppfinnelsen.
Styresystemet omfatter en subtraktor S for å sammen-likne den virkelige rotasjonshastighet fi med den nominelle rotasjonshastighet fir, og en tilbakekoplingssløyfe LI som benytter fluktuasjoner i motorspenningen V som innmatet, tverrgående variabel, og systemet styrer motorstrømmen I på en slik måte at det vridningsmoment T som leveres av motoren, varierer på forutbestemt måte som reaksjon på fluktuasjoner i motorens rotasjonshastighet £2, slik at energistrømmen gjennom borestrengen styres slik at den holder seg mellom valgte grenser.
En egenskap ved shuntmotoren er at T er proporsjonal med I, og at fl er proporsjonal med V.
På fig. 1 representerer Tp borestreng-vridningsmomentet.
Sammenhengen mellom den målte, tverrgående variable V og den styrte, gjennomgående variable I i det aktive dempnings-system på fig. 1, slik at deres produkt V- I forblir mellom valgte grenser, defineres ved hjelp av en tilbakekoplingsfunksjon. Tilbakekoplingsfunksjonen influerer sterkt på systemets demp-ningsgrad. Det er mulig å optimere systemets dempningsegenskaper ved å benytte en passende tilbakekoplingsfunksjon. Denne tilbakekoplingsfunksjon kan utledes av følgende sekvens av beregninger.
Drivsystemets torsjons- eller vridningsimpedans Z kan defineres som dreiemoment T ved motorakselen og motorens resulterende rotasjonshastighet JJ: Dersom det dreiemoment T som leveres av den elektriske motor, gjøres avhengig av vinkelhastigheten Cl idet det benyttes en kompleks tilbakekoplingsfunksjon Fx(p) = - T/ Q, er torsjonsimpe-dansen ved motorakselen lik
hvor p = frekvens av endringene av de variable.
Alternativt kan man gjøre vinkelhastigheten n avhengig av dreiemomentet idet det benyttes en kompleks tilbakekoplingsfunksjon F2(P) = - n/T.
Impedansen ved rotasjonsbordet er:
hvor i = den- imaginære enhet V -1'.
Det ekvivalente rotasjonsbord-treghetsmoment Jt' er definert som
Av likningene (2) til (4) følger at:
Zrt gis en på forhånd valgt verdi a for å dempe ut torsjonsvibrasjoner. For den nødvendige tilbakekoplingsfunksjon følger at: Denne funksjon er den ønskede tilbakekoplingsfunksjon for det frekvensområde i hvilket vibrasjonene har en tendens til å opptre. For de meget lave frekvenser, særlig for den statiske komponent av hastigheten, er det ønskelig at driften oppfører seg som den konvensjonelle, stive drift, dvs. a må bli meget stor for å sette boreren i stand til å variere boremontasjens rotasjonshastighet langsomt uten at den statiske komponent av hastigheten blir avhengig av (den statiske komponent av) dreiemomentet. Dette kan oppnås ved å erstatte a i ovenstående likning (6) med
hvor a er en tidskonstant.
Denne impedans blir uendelig dersom frekvensen nærmer seg null, eller nærmer seg a for høye frekvenser. Omslags- eller vendefrekvensen (turnover frequency), dvs. den frekvens ved hvilken den absolutte verdi av impedansen har øket til a/2, ligger ved f = l/2ita.
Innsetting av ovennevnte impedansuttrykk i likning (6) gir den nye tilbakekoplingsfunksjon:
En passende elektronisk krets for å variere motorstrøm-men I og motordreiemomentet T som reaksjon på målte fluktuasjoner i vinkelhastighet Q av toppen av borestrengen i overensstemmelse med ovenstående tilbakekoplingsfunksjon F1((3), er vist på fig. 2.
Kretsen på fig. 2 omfatter tre operasjonsforsterkere Al, A2 og A3, idet hver forsterker har en første og en andre inngang; to kondensatorer Cl og C2; og sju motstander RI, R2, R3, R4, R5, R6 og R7. En inngang 1 til kretsen er koplet via RI til den første inngang til Al, hvilken første inngang er koplet via R2 og C2 til utgangen av Al. Utgangen av Al er via R3 koplet til den første inngang til A2. Kretsens inngang 1 er også koplet via R7 og Cl til den første inngang til A2, hvilken første inngang er koplet via R4 til utgangen av A2. Utgangen av A2 er via R5 koplet til den første inngang til A3, idet denne første inngang er koplet via R6 til utgangen av A3 og til utgangen 2 av kretsen. Den andre inngang til hver forsterker er koplet til jord.
Under normal anvendelse av den krets som er vist på fig. 2, avgis et motorstrøm-tilbakekoplingssignal på kretsens utgang 2 til motoren M som reaksjon på en variasjon i utgangssig-nalet fra et takometer på motorakselen, hvilket utgangssignal er proporsjonalt med motorspenningen, og som avgis på kretsens inngang 1.
Legg merke til at både de styrte og de målte variable er uttrykt i spenninger. Disse spenninger tjener som informa-sjonsbærere og må ikke forveksles med de variable som definerer den energistrøm som skal styres.
Fig. 3 illustrerer skjematisk en drivanordning for en roterende streng omfattende et rotasjonsbord eller en drivanordning R med et massetreghetsmoment Jt, en girkasse G med en tannhjulsreduksjon l:n, og en elektrisk shuntmotor M med et massetreghetsmoment Jr, hvilken motor er utstyrt med et vibra-
sjonsstyresystem ifølge oppfinnelsen.
Styresystemet omfatter en subtraktor S for å sammen-likne den virkelige rotasjonshastighet Q med den nominelle rotasjonshastighet flr, og en tilbakekoplingssløyf e L2 som benytter fluktuasjoner i den målte motorstrøm I som innmatet, gjennomgående variabel, og systemet styrer motorspenningen V slik at produktet V*I, eller med andre ord den elektriske energistrøm gjennom motoren, holder seg mellom valgte grenser. ;Også i dette tilfelle defineres sammenhengen mellom den målte, gjennomgående variable I og den styrte, tverrgående variable V, slik at deres produkt holder seg mellom valgte grenser, ved hjelp av en tilbakekoplingsfunksjon F2 som er den resiproke verdi av Fx. ;En passende elektronisk krets for å variere motorspen--.. ningen V som reaksjon på målte fluktuasjoner i rotorstrømmen I i overensstemmelse med tilbakekoplingsfunksjonen F2, er vist på fig. 4. ;Kretsen på fig. 4 omfatter to operasjonsforsterkere A4 og A5, idet hver forsterker har en første og en andre inngang; to kondensatorer C3 og C4; og fire motstander R8, R9, RIO og Ril. En inngang 3 til kretsen er via R8 forbundet med den første inngang til A4. Utgangen av A4 er koplet til en utgang 4 fra kretsen, via C3 til den første inngang til A4, og via Ril til den første inngang til A5. Den første inngang til A5 er via C4 og RIO koplet til utgangen av A5, hvilken inngang via R9 er koplet til den første inngang til A4. ;Under normal anvendelse av den krets som er vist på fig. 4, avgis et motorspennings-tilbakekoplingssignal på kretsens utgang 4 til motoren M som reaksjon på et signal som representerer variasjoner i motorstrømmen og som avgis på kretsens inngang 3. Motorspennings-tilbakekoplingssignalet tilføres til subtrak-toren S som er vist på fig. 3. ;I tilfelle den elektriske motor som driver rotasjonsbordet, er en likestrømsshuntmotor, finnes det en enkel sammen-heng mellom motorstrøm og dreiemoment, og meliom motorspenning og rotasjonshastighet. For andre motortyper, såsom en serie-eller kompoundmotor, er sammenhengen mer komplisert på grunn av at både dreiemoment og rotasjonshastighet er funksjoner av kvadrater og kryssprodukter av motorstrøm og motorspenning. ;En passende elektronisk krets for bestemmelse av motordreiemoment T ut fra motorstrøm I, motorspenning V og motorhastighet fl er vist på fig. 5. Kretsen omfatter en multiplikator Ml med en første inngang 8 og en andre inngang 9, en multiplikator M2 med en første inngang 10 og en andre inngang 11, og en operasjonsforsterker A6. Utgangen av Ml er koplet til en første inngang til A6, og utgangen av M2 er koplet til en andre inngang til A6. Utgangen av A6 er koplet til en første inngang til M2. ;Under normal anvendelse av den krets som er vist på fig. 5, tilføres et signal som representerer motorspenningen V, til den første inngang 8 til Ml, et signal som representerer motorstrømmen I, tilføres til den andre inngang 9 til Ml, og et signal som representerer motorhastigheten fl, tilføres til den første inngang 10 til M2. Kretsen innstiller seg selv på en slik måte at det på utgangen av forsterkeren A6 oppnås et signal som representerer dreiemomentet T, på grunn av at V-I = T*fl.
Et passende styresystem for anvendelse i forbindelse med de nevnte andre motortyper (f.eks. en serie- eller kompoundmotor) er vist på fig. 6, hvilket styresystem omfatter en multiplikator M3 med en første inngang 12 og en andre inngang 13, en multiplikator M4 med en første inngang 14 og en andre inngang 15, en operasjonsforsterker A7, en tilbakekoplingssløyfe L3 med en tilbakekoplingsfunksjon F3, en effektdrivanordning D og en subtraktor S som sammenlikner den virkelige motorrotasjonshastighet fl med den nominelle motorrotasjonshastighet flr. Den første inngang 12 til M3 er koplet til utgangen av L3, og den andre inngang 13 til M3 er koplet til utgangen av et konvensjonelt takometer (ikke vist) på motorens M rotasjonsaksel. Utgangen av M3 er koplet til en inngang til A7. Den første inngang 14 til M4 er koplet til en første utgang 16 av D, og den andre inngang 15 til M4 er koplet til en andre utgang 17 av D. Utgangen av M4 er koplet til en annen inngang til A7. Utgangen av-A7 er koplet til en inngang 18 til effektdrivanordningen D.
Under normal anvendelse av det styresystem som er vist på fig. 6, avgis et signal som representerer motorhastighet, av ef f ektdrivanordningen D på dens utgang 16, og et signal som representerer motorstrøm, avgis av effektdrivanordningen D på dens utgang 17. Et signal som representerer motorhastighet, avgis av takometeret til inngangen 13 til M3. Systemet innstiller seg selv på en slik måte at et signal som representerer motorens dreiemoment, avgis på inngangen 12 til M3. Tilbakekoplingsfunksjonen F3 kan realiseres ved å benytte kretsen med henvisning til fig. 2.
Ut fra ovenstående beskrivelse under henvisning til tegnings figurene vil det være klart at energistrømmen i et fysisk system kan uttrykkes ved et produkt av en tverrgående variabel ganger en gjennomgående variabel. Aktiv dempning av vibrasjoner krever kontroll eller styring av i det minste én av de to variable basert på målinger av fluktuasjonene i minst den andre variable.
Følgende kombinasjoner av tverrgående og gjennomgående variable er særlig velegnet for anvendelse i et system ifølge oppfinnelsen for styring av torsjonsvibrasjoner i en borestreng: 1) Tilpasning av det dreiemoment som leveres av en elektrisk, mekanisk eller hydraulisk, roterende drivanordning basert på måling av vinkelhastigheten av hvilken som helst av de roterende deler ved eller mellom borkronen og den roterende drivanordning, såsom borerøret, rotasjonsbordet, girkassen, drivakselen,
etc.
2) Tilpasning av den spenning som tilføres til en elektrisk, roterende drivanordning basert på måling av den
strøm som flyter gjennom motoren, eller omvendt.
3) Tilpasning av trykket -til en hydraulisk, roterende drivanordning basert på måling av strømningshastigheten i den hydrauliske motor, eller omvendt.
Det skal bemerkes at tilpasning av de variable kan utføres på én slik måte at den aktive dempning fremkommer som en fluktuasjon i energiforbruket til den roterende drivanordning. En annen måte for å oppnå de nødvendige tilpasninger er å benytte en tilleggsanordning som både kan lagre og generere 'energi. For eksempel kan tilpasninger av det dreiemoment som leveres til rotasjonsbordet ved hjelp av en dieseldrivanordning, gjøres ved hjelp av en tilbakekoplingsstyrt elektrisk motor/generator eller en hydraulisk motor/akkumulator som er koplet til drivakselen ved hjelp av en differensial.
Det skal videre bemerkes at fluktuasjoner i en variabel kan måles indirekte ved å måle fluktuasjonen i en avledet variabel. For eksempel kan fluktuasjoner i hastighet observeres ved å måle forskyvningen eller akselerasjonen.
Videre skal det bemerkes at styring av en variabel også kan oppnås indirekte, for eksempel kan det dreiemoment som leveres av en elektrisk motor, styres ved å styre motorstrømmen.
Konseptet med aktiv dempning av borestrengvibrasjoner slik som beskrevet i det foregående, kan utvides til å omfatte aksiale borestrengvibrasjoner. Dempning av aksiale vibrasjoner er av viktighet under boring såvel som under uttrekking eller nedføring av foringsrør. For dempning av aksiale vibrasjoner kan det gjøres bruk av det system som er vist i US patentskrift 4 535 972, for å styre de vertikale bevegelser av en borestreng ved hjelp av en hydraulisk sylinder som er innkoplet mellom løpeblok-ken og borerøret. Aksiale vibrasjoner kan også dempes aktivt ved å gjøre bruk av tunge kompensasjonssystemer som består av et hydraulisk system som er konstruert for å kompensere for vertikale bevegelser av et fartøy som understøtter en borerigg. En annen mulig hydraulisk innretning for aktiv vibrasjonsdempning består av en teleskopisk del av en borestreng med en aktivt styrt, variabel utstrekning. En sådan innretning kan være beliggende i hvilken som helst del av borestrengen, dvs. over eller under bakken. Videre kan aktiv dempning av aksiale borestrengvibrasjoner oppnås ved hjelp av tilbakekoplingsstyrt drift av heisemaskineriet. Dempningssystemet kan virke ved dødlineankeret (dead line anchor) ved benyttelse av en hydraulisk innretning, eller det kan virke ved drivanordningen for vinsjen eller ved bremsen for vinsjen. Konseptet med aktiv dempning kan også anvendes på nedkjøringen av pumpestenger og anvendelse av pumpestenger til å drive trykkstempel-løf tepumper. I det følgende er det beskrevet mulige tverrgående og gjennomgående variable for tilbakekoplingsstyresystemer som kan benyttes i sådanne aktive aksialvibrasjonsdempere: 1) Tilpasning av den kraft som leveres av dempningsinnretningen (dvs. den hydrauliske sylinder, hivkompensa-sjonssystemet, den elektriske motor som driver vinsjen, etc), basert på måling av hastigheten av hvilken som helst av borestrengdelene ved eller mellom borkronen og dempningsinnretningen, eller omvendt. 2) Tilpasning av trykket til en hydraulisk dempningsinnretning basert på måling av strømningshastigheten i
denne innretning, eller omvendt.
3) Tilpasning av den spenning som tilføres til den elektriske motor som driver vinsjen, basert på måling av den strøm som flyter gjennom motoren, eller omvendt.
En annen anvendelse av aktive dempningssystemer kan være ved dempning av trykkpulser som frembringes av pumper. Dette kan gjøres ved enten å styre driften av pumpene, eller ved å benytte en tilleggsinnretning som er koplet til fluidumsystemet, såsom en aktivt styrt, hydraulisk sylinder. Aktiv dempning kan nå oppnås ved tilpasning av strømningshastigheten i fluidumsystemet, basert på målinger av trykket i fluidumsystemet, eller omvendt.
En annen måte for benyttelse av aktiv dempning er det helt motsatte av de anvendelser som er beskrevet ovenfor. Styresystemet tilveiebringer nå "negativ dempning" og reflekterer energi inn i systemet i stedet for å forbruke denne. På denne måte kan virkningen av verktøy, såsom resonans-rykkeledd (nede i borehullet eller ved overflaten) forbedres drastisk: Ved hjelp av aktiv, styrt, refleksjon av spenningsbølger i den vibrerende borestreng kan en liten resonans som utløses ved hjelp av resonans-rykkeleddet, forsterkes kraftig.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustnlng, idet utrustningen omfatter et langstrakt legeme som strekker seg ned i et borehull som er dannet i en j ordformas jon, og et tilhørende drivsystem for driving av det langstrakte legeme, KARAKTERISERT VED at den omfatter styring av energistrøm-men gjennom borehullutrustningen når drivsystemet driver det langstrakte legeme, hvilken energistrøm kan defineres som produktet av en tverrgående variabel og en gjennomgående variabel, ved å måle fluktuasjoner i minst én av de nevnte variable, og justere i det minste den andre av de nevnte variable som reaksjon på de målte fluktuasjoner i den nevnte minst ene av de nevnte variable.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at trinnet med styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen omfatter styring av energistrømmen gjennom drivsystemet, idet energistrømmen gjennom drivsystemet kan defineres som produktet av den tverrgående variable og den gjennomgående variable.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor borehullutrustningen er en boremontasje omfattende en roterende borestreng som ved sin øvre ende er koplet til en roterende drivanordning, KARAKTERISERT VED at torsjonsvibrasjoner i boremontasjen dempes ved å opprettholde energistrømmen som leveres av den roterende drivanordning til borestrengen, mellom valgte grenser.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor borestrengen drives av en elektrisk motor, KARAKTERISERT VED at motorstrømmen velges som den gjennomgående variable og motorspenningen velges som den tverrgående variable, og at energistrømmen gjennom motorens utgangsaksel opprettholdes mellom valgte grenser ved å måle fluktuasjoner i minst én av de nevnte variable, og bringe minst én annen av de nevnte variable til å fluktuere på en forutbestemt måte som reaksjon på de målte fluktuasjoner.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor borestrengen drives av en hydraulisk motor, KARAKTERISERT VED at strømningshastig-heten av fluidum i motoren velges som den gjennomgående variable og fluidumtrykket i motoren velges som den tverrgående variable.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at rotasjonshastigheten av en roterende del av montasjen velges som den tverrgående variable, og det dreiemoment som leveres av den roterende del, velges som den gjennomgående variable.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvor borestrengen drives av en dieselmotor, KARAKTERISERT VED at energistrømmen i borestrengen styres ved å tilkople en tilbakekoplingsstyrt, elektrisk eller hydraulisk motor-generator til dieselmotorens drivaksel ved hjelp av en differensial.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor borehullutrustningen er en boremontasje omfattende en roterende borestreng som ved sin øvre ende er koplet til en roterende drivanordning, KARAKTERISERT VED at vibrasjoner i borestrengen reflekteres ved å variere den energistrøm som leveres av den roterende drivanordning til borestrengen, i et forutbestemt mønster mellom valgte grenser.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor det langstrakte legeme er valgt fra gruppen av langstrakte strenger av borerør, foringsrør og pumpestenger for drift av trykkstempel-løftepumper, KARAKTERISERT VED at langsgående vibrasjoner av strengen styres ved å styre energistrømmen gjennom strengen.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor strengen omfatter en aksialdempningsinnretning, KARAKTERISERT VED at den kraft som tilføres av dempningsinnretningen til strengen, velges som den gjennomgående variable, og den aksiale hastighet av en del av strengen velges som den tverrgående variable.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor strengen omfatter en aksial, hydraulisk dempningsinnretning, KARAKTERISERT VED at strømningshastigheten av fluidum som passerer gjennom innretningen, velges som den gjennomgående variable, og trykket av fluidum i innretningen velges som den tverrgående variable.
12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor strengen er opphengt i en kabel som er oppspolet på en vinsj som drives av en elektrisk motor, KARAKTERISERT VED at den spenning som tilføres til motoren, velges som den tverrgående variable, og den elektriske strøm som flyter gjennom motoren, velges som den gjennomgående variable.
13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor borehullutrustningen omfatter en rørstreng gjennom hvilken fluidum pumpes av en pumpe, KARAKTERISERT VED at fluidumvibrasjoner i rørstrengen forårsaket av trykkpulser som frembringes av pumpen, dempes ved å velge strømningshastigheten av fluidum i strengen som den gjennomgående variable, og trykket av fluidum i strengen som den tverrgående variable.
14. System for kontroll av vibrasjoner i borehullutrust-nlng, idet utrustningen omfatter et langstrakt legeme som strekker seg ned i et borehull som er dannet i en j ordformas jon, og et tilhørende drivsystem for driving av det langstrakte legeme, KARAKTERISERT VED at det omfatter en anordning for styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen når drivsystemet driver det langstrakte legeme, hvilken energistrøm kan defineres som produktet av en tverrgående variabel og en gjennomgående variabel, idet anordningen omfatter en anordning for måling av fluktuasjoner i minst én av de nevnte variable, og en anordning for å justere i det minste den andre av. de nevnte variable som reaksjon på de målte fluktuasjoner i den nevnte minst ene av de nevnte variable.
15. System ifølge krav 14, KARAKTERISERT VED at borehullutrustningen omfatter en roterende borestreng som drives av en elektrisk motor, idet den tverrgående variable er motorspenningen og den gjennomgående variable er mo tor st rømmen, og at anordningen for styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen omfatter en tilbakekoplingssløyfe med en inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer fluktuasjoner av motorspenningen, og en utgang for avgivelse av elektriske signaler som representerer justeringer av motorstrømmen som reaksjon på målte fluktuasjoner av motorspenningen.
16. System ifølge krav 14, KARAKTERISERT VED at borehullutrustningen omfatter en roterende borestreng som drives av en elektrisk motor, idet den tverrgående variable er motorspenningen og den gjennomgående variable er motorstrømmen, og at anordningen for styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen omfatter en tilbakekoplingssløyfe med en inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer fluktuasjoner i motorstrømmen, og en utgang for avgivelse av elektriske signaler som representerer justeringer av motorspenningen som reaksjon på målte fluktuasjoner i motorstrømmen.
17. System ifølge krav 14, KARAKTERISERT VED at borehullutrustningen omfatter en roterende borestreng som drives av en elektrisk motor som mottar effekt fra en effektdrivanordning, idet den tverrgående variable er motorspenningen og den gjennomgående variable er motorstrømmen, og at anordningen for styring av energistrømmen gjennom borehullutrustningen omfatter en tilbakekoplingssløyfe med en inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer fluktuasjoner av motorspenningen, og en utgang for avgivelse av elektriske signaler som representerer justeringer av motorstrømmen som reaksjon på målte fluktuasjoner i motorspenningen, en første elektrisk multiplikator med en første inngang som er koplet til tilbakekoplingssløyfens utgang og en andre inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer motorspenningen, en andre elektrisk multiplikator med en første inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer motorstrømmen, og en andre inngang for mottakelse av elektriske signaler som representerer motorspenningen, og en operasjonsforsterker med en første inngang som er koplet til en utgang av den første multiplikator, en andre inngang som er koplet til en utgang av den andre multiplikator, og en utgang som er koplet til en inngang til effektdrivanordningen.
NO910666A 1990-02-20 1991-02-19 Fremgangsmåte og system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning NO178590C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB909003759A GB9003759D0 (en) 1990-02-20 1990-02-20 Method and system for controlling vibrations in borehole equipment

Publications (4)

Publication Number Publication Date
NO910666D0 NO910666D0 (no) 1991-02-19
NO910666L NO910666L (no) 1991-08-21
NO178590B true NO178590B (no) 1996-01-15
NO178590C NO178590C (no) 1996-04-24

Family

ID=10671273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO910666A NO178590C (no) 1990-02-20 1991-02-19 Fremgangsmåte og system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning

Country Status (15)

Country Link
US (1) US5117926A (no)
EP (1) EP0443689B1 (no)
CN (1) CN1049718C (no)
AU (1) AU627644B2 (no)
BR (1) BR9100660A (no)
CA (1) CA2035823C (no)
DE (1) DE69102789T2 (no)
EG (1) EG19323A (no)
GB (1) GB9003759D0 (no)
MY (1) MY104800A (no)
NO (1) NO178590C (no)
NZ (1) NZ237021A (no)
OA (1) OA09282A (no)
RU (1) RU2087701C1 (no)
TR (1) TR24946A (no)

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2705801B1 (fr) * 1993-05-26 1995-07-28 Elf Aquitaine Procédé de contrôle de la vitesse de rotation d'une garniture de forage.
EP0870899A1 (en) * 1997-04-11 1998-10-14 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Drilling assembly with reduced stick-slip tendency
US6327539B1 (en) * 1998-09-09 2001-12-04 Shell Oil Company Method of determining drill string stiffness
US6571870B2 (en) 2001-03-01 2003-06-03 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus to vibrate a downhole component
US7082821B2 (en) * 2003-04-15 2006-08-01 Halliburton Energy Services, Inc. Method and apparatus for detecting torsional vibration with a downhole pressure sensor
US7748474B2 (en) * 2006-06-20 2010-07-06 Baker Hughes Incorporated Active vibration control for subterranean drilling operations
WO2009030925A2 (en) * 2007-09-04 2009-03-12 Stephen John Mcloughlin A downhole assembly
US9109410B2 (en) * 2007-09-04 2015-08-18 George Swietlik Method system and apparatus for reducing shock and drilling harmonic variation
EP2071213B1 (en) * 2007-12-11 2014-12-03 General Electric Company Gearbox noise reduction by electrical drive control
GB2459514B (en) * 2008-04-26 2011-03-30 Schlumberger Holdings Torsional resonance prevention
CA2680894C (en) 2008-10-09 2015-11-17 Andergauge Limited Drilling method
EP2364397B1 (en) * 2008-12-02 2013-01-02 National Oilwell Varco, L.P. Method and apparatus for reducing stick-slip
MX2011005529A (es) * 2008-12-02 2011-06-16 Nat Oilwell Varco Lp Metodo y aparato para estimar la velocidad rotacional instantanea de una sarta de fondo.
CA2774551C (en) 2009-09-21 2015-11-17 National Oilwell Varco, L.P. Systems and methods for improving drilling efficiency
US9366131B2 (en) 2009-12-22 2016-06-14 Precision Energy Services, Inc. Analyzing toolface velocity to detect detrimental vibration during drilling
US8453764B2 (en) * 2010-02-01 2013-06-04 Aps Technology, Inc. System and method for monitoring and controlling underground drilling
DE102010046849B8 (de) * 2010-09-29 2012-08-02 Tutech Innovation Gmbh Sensorbasierte Regelung von Schwingungen in schlanken Kontinua, speziell Torsionsschwingungen in Tiefbohrsträngen
US9410417B2 (en) 2010-11-10 2016-08-09 Baker Hughes Incorporated Drilling control system and method
CN103270243B (zh) 2010-12-22 2016-07-06 国际壳牌研究有限公司 控制钻井系统中的振动
GB2486898A (en) 2010-12-29 2012-07-04 Nov Downhole Eurasia Ltd A downhole tool with at least one extendable offset cutting member for reaming a bore
WO2013056152A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Precision Energy Services, Inc. Analysis of drillstring dynamics using a angular rate sensor
NL2007656C2 (en) * 2011-10-25 2013-05-01 Cofely Experts B V A method of and a device and an electronic controller for mitigating stick-slip oscillations in borehole equipment.
CA2856004A1 (en) 2011-11-25 2013-05-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and system for controlling vibrations in a drilling system
US9297743B2 (en) 2011-12-28 2016-03-29 Schlumberger Technology Corporation Determination of stick slip conditions
NO333959B1 (no) 2012-01-24 2013-10-28 Nat Oilwell Varco Norway As Fremgangsmåte og system for å redusere borestrengoscillasjon
US9476261B2 (en) * 2012-12-03 2016-10-25 Baker Hughes Incorporated Mitigation of rotational vibration using a torsional tuned mass damper
NL2010033C2 (en) * 2012-12-20 2014-06-23 Cofely Experts B V A method of and a device for determining operational parameters of a computational model of borehole equipment, an electronic controller and borehole equipment.
RU2508447C1 (ru) * 2013-02-12 2014-02-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" Способ контроля режима работы гидравлического забойного двигателя в забойных условиях
CN105143599B (zh) 2013-03-20 2018-05-01 普拉德研究及开发股份有限公司 钻井系统控制
US9920612B2 (en) 2013-03-21 2018-03-20 Shell Oil Company Method and system for damping vibrations in a tool string system
US9657523B2 (en) * 2013-05-17 2017-05-23 Baker Hughes Incorporated Bottomhole assembly design method to reduce rotational loads
US9567844B2 (en) 2013-10-10 2017-02-14 Weatherford Technology Holdings, Llc Analysis of drillstring dynamics using angular and linear motion data from multiple accelerometer pairs
US10100630B2 (en) 2014-02-12 2018-10-16 Weatherford Technology Holdings, Llc Method and apparatus for communicating incremental depth and/or other useful data of a downhole tool
RU2569652C1 (ru) * 2014-05-16 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
RU2569656C1 (ru) * 2014-05-16 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
RU2569659C1 (ru) * 2014-05-16 2015-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
US9689250B2 (en) 2014-11-17 2017-06-27 Tesco Corporation System and method for mitigating stick-slip
US10100580B2 (en) 2016-04-06 2018-10-16 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Lateral motion control of drill strings
NL2016859B1 (en) 2016-05-30 2017-12-11 Engie Electroproject B V A method of and a device for estimating down hole speed and down hole torque of borehole drilling equipment while drilling, borehole equipment and a computer program product.
US10233740B2 (en) 2016-09-13 2019-03-19 Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. Stick-slip mitigation on direct drive top drive systems
US10539000B2 (en) 2016-12-30 2020-01-21 Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. Instrumented saver sub for stick-slip vibration mitigation
WO2019050824A1 (en) 2017-09-05 2019-03-14 Schlumberger Technology Corporation ROTATION CONTROL OF DRILL ROD TRAIN
US10724358B2 (en) 2017-10-11 2020-07-28 Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. Anti-stick-slip systems and methods

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3660990A (en) * 1970-02-27 1972-05-09 Donald L Zerb Vibration damper
US3793632A (en) * 1971-03-31 1974-02-19 W Still Telemetry system for drill bore holes
US3813656A (en) * 1972-09-29 1974-05-28 Texaco Inc Methods and apparatuses for transmission of longitudinal and torque pulse data from drill string in well while drilling
US4206389A (en) * 1977-02-02 1980-06-03 Clark Equipment Company Automatic field control for direct current shunt motor
SU909139A2 (ru) * 1980-04-01 1982-02-28 Тульский Политехнический Институт Автоматическое устройство управлени бурового станка
US4535972A (en) * 1983-11-09 1985-08-20 Standard Oil Co. (Indiana) System to control the vertical movement of a drillstring
GB2179736B (en) * 1985-08-30 1989-10-18 Prad Res & Dev Nv Method of analyzing vibrations from a drilling bit in a borehole
US4715451A (en) * 1986-09-17 1987-12-29 Atlantic Richfield Company Measuring drillstem loading and behavior
SU1488448A1 (ru) * 1987-04-21 1989-06-23 Ni Pk I Dobyche Poleznykh Isko Cпocoб упpabлehия пpoцeccom буpehия bзpыbhыx ckbaжиh
US4878206A (en) * 1988-12-27 1989-10-31 Teleco Oilfield Services Inc. Method and apparatus for filtering noise from data signals

Also Published As

Publication number Publication date
EP0443689B1 (en) 1994-07-13
NO910666D0 (no) 1991-02-19
NO910666L (no) 1991-08-21
AU7087291A (en) 1991-08-22
EG19323A (en) 1994-10-30
GB9003759D0 (en) 1990-04-18
BR9100660A (pt) 1991-10-29
MY104800A (en) 1994-05-31
DE69102789T2 (de) 1995-01-19
NZ237021A (en) 1993-05-26
DE69102789D1 (de) 1994-08-18
EP0443689A3 (en) 1992-01-15
CA2035823A1 (en) 1991-08-21
OA09282A (en) 1992-08-31
CN1054813A (zh) 1991-09-25
NO178590C (no) 1996-04-24
CN1049718C (zh) 2000-02-23
CA2035823C (en) 2002-03-12
AU627644B2 (en) 1992-08-27
TR24946A (tr) 1992-07-01
US5117926A (en) 1992-06-02
RU2087701C1 (ru) 1997-08-20
EP0443689A2 (en) 1991-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO178590B (no) Fremgangsmåte og system for kontroll av vibrasjoner i borehullutrustning
US10584572B2 (en) Method and system for damping vibrations in a tool string system
US3912227A (en) Motion compensation and/or weight control system
CN111989457B (zh) 用于减轻井下工具振动的阻尼器
AU2011101765A4 (en) Controlling vibrations in a drilling system
US8474550B2 (en) Adaptive drilling control system
US8622153B2 (en) Downhole assembly
CN105143599B (zh) 钻井系统控制
CA2558318C (en) Providing a local response to a local condition in an oil well
CN112088240B (zh) 用于减轻井下工具振动的阻尼器及用于井下井底钻具组合的振动隔离设备
US20150176344A1 (en) Downhole assembly
NO20101280L (no) Styringsenhet med fordelte sensorer for aktiv vibrasjonsdemping fra overflaten
NO321320B1 (no) Fremgangsmate og anordning for a bestemme en borestrengs rotasjonsstivhet under boring
CN114502817A (zh) 通过模态振型调谐优化振动阻尼器工具的放置
US5234056A (en) Sonic method and apparatus for freeing a stuck drill string
Jansen et al. Active damping of torsional drillstring vibrations with a hydraulic top drive
CN114585796A (zh) 结合有用于高频扭转振荡的阻尼器的钻头支撑组件
RU2765931C1 (ru) Устройство стабилизации динамических нагрузок в станках шарошечного бурения взрывных скважин с дифференциальной фрикционной системой подачи долота на забой
WO2014041036A2 (en) Steering system
RU2569659C1 (ru) Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
RU2569656C1 (ru) Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
RU2569652C1 (ru) Способ управления процессом бурения и система для его осуществления
Maitra et al. How Does Flow Rate Affect Drillstring Vibrations? Experimental Investigation
WO2014151420A2 (en) Fluid flow normalizer
CN1174261C (zh) 流速波发生的方法