NO305999B1 - Fremgangsmåte for automatisk overvåkning av vibrasjonstilstanden hos en borestreng - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for automatisk overvåkning av vibrasjonstUstanden hos en borestreng, av den art som er angitt i den innledende del av det vedføyde patentkrav 1.

Forskning innen oljeindustrien har ført til at borestrenger ved sin topp utstyres med en flerhet av følere, f.eks. akselerometre og/eller deformasjonsmålere, som gjør til-gjengelig størrelser som torsjons-, aksial- eller tverr-akselerasjoner, aksial kraft, vridningsmoment og bøynings-moment.

Vibrasjonsdataene som kommer fra disse følerne, har imidlertid en innlysende kompleksitet for en ikke-spesialist som ønsker å gjøre bruk av dem. Tradisjonelle spekter-analysatorer produserer faktisk generelt bare kurver, hvis analyse ikke er umiddelbar.

Imidlertid må sjefsboreren med én gang vite vibrasjonsat-ferden hos sin borestreng, og spesielt en mulig ustabilitet ved nevnte atferd, for å være istand til å justere så fort og så godt som mulig de forskjellige boreparametre, nemlig borekronens vekt, rotasjonshastighet og også slam-strøm-ningshastighet.

Disse ustabiliteter oppstår fordi borestrengen består av en mekanisk sammenstilling som har naturlige modi, og som er istand til å reagere på forskjellige mekaniske påkjenninger som oppstår under boring, f.eks. borekronens bearbeiding av grunnen og vekselvirkninger mellom brønnen og nevnte borestreng, idet dette er tilfellet både aksialt, sidelengs og torsjonsmessig.

Slike ustabiliteter skal fjernes fordi de er årsaken til ekstra belastning på materialet, hvilket innebærer den risiko at borestrengen kan brekke, og dessuten konsumerer de en del av energien som det ville være fordelaktig å overføre direkte til borekronen, idet sistnevnte blir omformet til energi for skjæring i grunnen, hvilket bidrar til en mer effektiv fremgang med boringen.

Av kjent teknikk skal nevnes US 4 150 568 (Berger et al.) som vedrører apparat og fremgangsmåte for nedhulls-vibrasjonsanalyse, US 4.903.21*5 (Close et al.) som vedrører nedhulls-vibrasjonsovervåkning av en borestreng, og US 4.928.521 (Jardine) som vedrører en fremgangsmåte for å bestemme borekrone-slitasje .

Videre er det fra WO 90/12195 kjent en styreinnretning og prosess for boring ved hjelp av vibrasjonsanalyse. Her blir borestrengens vibrasjoner konvertert til synlige og hørbare signaler for boreoperatøren. Dette er bare for å gi opera-tøren en bedre idé om hvordan borestrengen oppfører seg nede i borehullet.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en fremgangsmåte for automatisk overvåkning av vibrasjonstUstanden hos en borestreng, som gjør det mulig å bruke de målinger som blir fremskaffet av følere som er plassert ved enden av en borestreng, spesielt for på en enkel måte å advare en bruker mot mulig ustabiliteter ved disse målingene.

For å gjøre dette, fremskaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i karakte-ristikken av det vedføyde patentkrav 1.

Andre særtrekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil komme tydeligere frem ved å lese den følgende beskriv-else som er gjort ved henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: - figur 1 er et blokkdiagram av hele overvåkningssystemet, - figur 2 er et logikkdiagram som beskriver visse trinn ved signaleringen til brukeren, og

figurene 3a, 3b og 3 c er forklarende kurver av den foreliggende oppfinnelse.

Som vist på figur 1, omfatter overvåkningssystemet en bank av programmerbare filtre 8 og RMS omformere 10 eller anti-aliaseringsfiltre 12 som gjør det mulig å behandle signalene som kommer fra følerne 14 som er anbrakt på borestrengen 16, idet data som kommer fra omformerne 10, blir gruppert ved en multiplekser 18, og som så blir overført til en analog/digital omformer 20 og til slutt til en eller flere prosessorer 22. Mikroprosessoren eller mikroprosessorene 22 blir muligens hjulpet av en eller flere signalprosessorer 24 som er koblet med et grensesnitt 26, idet brukeren kan overføre data til prosessoren eller prosessorene 22 ved hjelp av et tastatur 28 og en kommunikasjons link 30. Det er mulig å føre til grensesnittet 26 en viss informasjon vedrørende referansespektrene 32 som er knyttet til hver føler, idet nevnte grensesnitt 26 er knyttet til et lyd-og/eller bilde-signalerende organ 34, 36.

For å detektere mulige ustabiliteter i størrelsene som ble målt av følerne, er det passende å utføre de følgende trinn: Oppnåelse av et referansespekter for hver av følerne: For å gjøre dette, finnes det to mulige fremgangsmåter. Sjefsboreren bestemmer i det første tilfelle en tilstand som han anser å være tilstrekkelig for effektiv boring, eventuelt hjulpet av en spesialist på vibrasjoner innen borefeltet. Forskjellige vibrasjonsmålinger som er blitt fremskaffet av følerne, svarer til denne tilstand, idet disse målingene blir behandlet på den måte som blir beskrevet i det følgende, for å oppnå referansespektre som er knyttet til hver av disse følere. Behandlingen av vibra-sj onsmålingene kan gjøres enten grovt, dvs. at de blir samplet ved en lavere frekvens, f.eks. 0,1 Hz, og bare deres RMS verdi blir beholdt, eller finere, nemlig ved at de blir samplet ved en frekvens som er høyere enn 40 0 -Hz etter grundig anti-aliaseringsfiltrering.

I det andre tilfelle produserer simulerings-mykvare som får tilført mekaniske spesifikasjoner for borestrengen, spektrene som er knyttet til hver av følerne, idet det er mulig for simulerings-mykvaren å blir integrert i selve systemet, som ønsket. Informasjonen som blir produsert således, blir introdusert for prosessoren eller prosessorene ved hjelp av et kommunikasjonsgrensesnitt, idet nevnte prosessor deretter bare opererer ved sammenligning med disse referanse-elementer.

- Oppnåelse av et spekter med virkelige tilstander:

For dette formål blir vibrasjonsmålingene som er fremskaffet av følerne, behandlet på samme måte som for oppnåelse av referansespekteret, idet nevnte måte er beskrevet ovenfor, og i det viste eksempel er størrelsene som ble målt av følerne henholdsvis den dynamiske komponent hos kraften på kroken (DHF), den langsgående akselerasjon (LA), den dynamiske komponent hos vridnings-momentet, torsjons-akselerasjonen (TA) og bøyningsakselerasjonen (BA) . Informasjonen blir deretter sendt til prosessoren etter ana-log/digital omforming av målingene. - Sammenligning av data og signalering av mulige ustabiliteter : Denne sammenligningen kan gjøres enten bare mellom RMS verdier, eller mellom hele spektre.

Hva angår RMS verdier, sammenligner prosessoren nevnte verdi med den forhåndsbestemte referanseverdi, idet denne sammenligning gjøres i form av at forholdet mellom de to verdier, noe som tillater at kalibrering av følerne, noe som alltid er innviklet, kan ses bort ifra.

Hva angår figur 2, så anses situasjonen å være stabil dersom ingen av RMS verdiene overstiger 10 ganger sin referanseverdi, og blir ikke sendt noen advarsel til sjefsboreren.

Dersom nivået hos én av dem er mellom 10 og 10 0 ganger sin referanseverdi, blir formannen varslet, og kan, dersom han finner det nødvendig, variere boreparametrene.

Dersom nivået hos minst én av dem overstiger 100 ganger sin referanseverdi, blir sjefsboreren varslet om eksistensen av en høyst ustabil situasjon som må rettes opp så raskt som mulig.

Behandling som involverer spektre, er av samme type. De spektre som oppnås fra hver måling av prosessoren, blir faktisk sammenlignet linje for linje med referansespektrene. På samme måte som for RMS verdiene, blir krite-riene som tilsvarer forholdet mellom henholdsvis 10 og 100 ganger større enn referanseverdiene, brukt i det viste eksempel. Imidlertid er verdiene for 10 og 100 vilkårlige og kan i begge tilfeller modifiseres.

Som vist på figur 2, gjør den foreliggende oppfinnelse det mulig på en enkel måte å signalere til sjefsboreren u-stabilitetsnivået for de forskjellige størrelsene som ble målt av følerne. I det illustrerte eksempel blir et sett av fremviserlys brukt, som ligner de vanlige trafikklys som brukes for å regulere veitrafikk, så vel som forskjellige lydsignaler.

I det viste eksempel indikerer et grønt fremviserlys til sjefsboreren, eksistensen av en stabil situasjon, et oransje fremvisningslys supplert av et utkoblbart avbrutt lydsignal advarer ham mot relativ ustabilitet og et rødt fremviserlys supplert av et uavbrutt lydsignal varsler ham om høy ustabilitet.

Figurene 3a, 3b og 3c er forklarende kurver av den foreliggende oppfinnelse. Kurvene 3a og 3b er spektre som er oppnådd for den samme føler, idet 3a er et referansespekter og 3b er et øyeblikkelig spekter som tilsvarer en virkelig situasjon, idet nevnte spektre strekker seg over et frekvensområde fra 0,5 til 50 Hz. Kurven 3c representerer forholdet mellom det øyeblikkelige spekter og det virkelige spekter over det tidligere nevnte frekvensområde. Utifrå forskjellige verdier av dette forhold, er apparatet istand til å signalere til brukeren om hvorvidt det er nødvendig å utføre en modifisering av de forskjellige boreparametre, som ønsket.

Det skal nevnes at dette overvåkningssystem kan være supplert av mange algoritmer som tillater hovedsakelig utvidelse av systemets muligheter. Således er det mulig å detektere et mulig bortfall av vibrasjoner, svarende til henholdsvis forholdene på 1/10 mellom det virkelige spekter og referansespekteret for relativt bortfall og på 1/100 for betydelig bortfall. Bortfall av vibrasjoner er til like stor bekymring som økningen av amplituder, fordi det bl.a. tilkjennegir kollaps i brønnen over borekronen.

Videre gjør systemet som er den foreliggende søknads gjenstand, det mulig å behandle de data som blir utsendt fra bunnen ved hjelp av et tilpasset verktøy og sendt til overflaten ved hjelp av en hvilken som helst målingsfrem-gangsmåte under boringen.

Således kan sjefsboreren, utifrå de forskjellige lyd- og bildesignaler som når ham, foreta de ønskede modifikasjoner som for ham synes nødvendige til de forskjellige boreparametre, f.eks. borekronens vekt, rotasjonshastighet og slam-strømningshastighet.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for automatisk overvåkning av vibra-sj onstilstanden hos en borestreng 16 som er utstyrt med følere 14, idet nevnte fremgangsmåte omfatter følgende trinn: oppnåelse av et referansespekter 32 for hver av følerne 14, oppnåelse av et spekter for hver av følerne 14 under virkelige tilstander, sammenligning av de to spektre for å detektere mulige ustabiliteter ved de størrelser som ble målt av følerne, signalering av nevnte ustabiliteter ved hjelp av lyd 34 -og/eller bilde-anordninger 36,karakterisert vedat behandlingen av spektrene blir utført over et frekvensområde som strekker seg fra minst 0,1 Hz til 400 Hz, og ved at, dersom forholdet mellom det virkelige spekter og referansespekteret er mellom sikkerhetsverdien og varslingsverdien, blir denne tilstand signalert til brukeren for å tillate ham å modifi-sere boreparametrene som ønsket.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat signalene som er fremskaffet av følerne passerer i rekkefølge gjennom programmerbare filtre, RMS omformere eller anti-aliaser-ingsfiltre, en multiplekser, en analog/digital omformer og en eller flere prosessorer.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat sammenligningen foretas i form av et forhold mellom det virkelige spekter og referansespekteret.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat sammenligningene foretas enten mellom RMS verdier alene, eller mellom hele spektre.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4,karakterisert vedat, dersom forholdet mellom det virkelige spekter og referansespekteret ikke overskrider en sikkerhetsverdi, blir brukeren signalert at boreparametrene kan beholdes.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5,karakterisert vedat, dersom forholdet mellom det virkelige spekter og referansespekteret overskrider en alarmverdi, blir denne tilstanden signalert til brukeren slik at han kan foreta modifisering av boreparametrene .