NO320684B1 - Fremgangsmate for a regulere driftsparametre for en borkrone - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår regulering, og fortrinnsvis optimalisering, av boreforhold, spesielt rotasjonshastighet og vekt på borkronen, tilført en brønn-borkrone. Som brukt her, omfatter uttrykket "brønn-borkrone" ordinære brønn-boringskroner, så vel som kjerneboringskroner.

Tidligere har regulering av slike boreforhold ofte vært mer et spørsmål om kunst (eller til og med gjetning) enn vitenskap.

Så vidt oppfinneren vet, har det vært i det minste noen få anstrengelser for å ta en mer vitenskapelig tilnærming til slik regulering. F.eks. beskriver US 5 449 047 "automatisk" styring av boresystem. Den fundamentale tilnærming er ganske enkelt å empirisk opprettholde en gitt dybde av kutt (per omdreining) for et gitt område av sten-trykkfasthet.

US 3 593 807 beskriver en fremgangsmåte for å regulere styringsparametre for en borekrone, hvor vekten på borekronen reguleres som funksjon av momentet på borestrengen.

Artikkelen "Best Constant Weight and Rotary Speed for Rotary Rock Bits" av E.M. Galle og H.B. Woods, API Drilling and Production Practice, 1963, side 48-73, beskriver en fremgangsmåte som opererer på den antagelsen at, i en gitt boreoperasjon, hvis vekten på kronen endres, vil rotasjonshastigheten automatisk endres tilsvarende (og/eller vise versa), slik at produktet av vekt på kronen og rotasjonshastighet vil forbli konstant under boreoperasjonen. (Oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelse har funnet at skjønt en endring i en av disse variable kan forårsake en responsendring i den andre, er den antagelsen at produktet av de to alltid forblir konstant ugyldig). I det man fortsetter på denne antagelsen, omfatter fremgangsmåten bruken av laboratorietester for å finne kombinasjoner av vekt på kronen og rotasjonshastighet som resulterer i at en borkrone feiler, og å unngå disse kombinasjoner. En annen teknisk publikasjon "Drilling Parameters and the Journal Bearing Bit", av H. Word og M. Fisbeck, presentert ved the 34th Annual Petroleum Mechanical Engineering Conference, Tulsa, Oklahoma, 1979, oppdaterer den sistnevnte publikasjon, men endrer ikke den fundamentale antagelsen og metologien.

Ingen av de ovennevnte fremgangsmåter optimaliserer de totale boringsoperasjoner så vel som de burde.

Den foreliggende oppfinnelsen synes å frembringe en mer universelt gyldig kriterium for å unngå i det minste katastrofisk kroneslitasje, og i foretrukne utførelser av oppfinnelsen, også å unngå uakseptabelt akselerert kroneslitasjetakt, slik at man kan oppnå en balanse mellom kronens levetid og andre parametere, så som inntrengningstakten. Skjønt de boreforhold som blir regulert fortrinnsvis er rotasjonshastigheten og vekt på kronen, er det ovennevnte kriterium verken den ene, den andre eller begge disse parameterene i seg selv, men er i stedet effekt. Ved å bruke effekt som det fundamentale kriterium, er det mulig, i foretrukne former av oppfinnelsen, å frembringe et valg av kombinasjoner av rotasjonshastighet og vekt på kronen som vil oppnå den ønskede effekt, og så bruke enda andre kriterier for optimalisering innenfor dette området.

I den mest fundamentale form for den foreliggende oppfinnelse, blir trykkfastheten av formasjonen i et intervall som skal bores med kronen, prøvet. Kritiske kronestrukturer av samme størrelse og konstruksjon som i den gitte kronen og hvilken struktur har båret materiale av tilnærmet samme trykkfasthet som den prøvede, sammen med respektive boredata for den slitte struktur, blir analysert. Fra denne analysen, blir en driftseffekt-grensedriftseffekt-grense for den respektive trykkfasthet bestemt. Over denne driftseffekt-grensedriftseffekt-grense, vil uønsket kroneslitasje sannsynligvis oppstå. I meget fundamentale former for den foreliggende oppfinnelse, kan "uønsket" kroneslitasje bli valgt til å være katastrofisk kronefeil. I mange høyt foretrukne utførelser, er imidlertid akselerert slitasjetakt ansett uønsket, og unngått ved bruk av driftseffekt-grensedriftseffekt-grensen. I alle tilfeller, er dette gjort ved å regulere de boreforhold ved hvilket den gitte kronen blir operert for å opprettholde en ønsket operasjonseffekt som er mindre enn eller lik driftsefFekt-grensedriftseffekt-grensen.

Den "kritiske struktur" slik analysert er definert som den struktur som, i den gitte borkronekonstruksjon, vil sannsynligvis slite raskest og/eller først feile, slik at denne strukturen er en begrensende faktor på borekronens levetid. F.eks., i polykrystallinsk diamant kompakt (PDC) type skrapeborkrone, vil vanligvis kuttere eller polykrystallinske diamant kompakter vanligvis være den kritiske struktur. På den annen side, i rullemeiselborkroner, er vanligvis den kritiske struktur typisk lager- eller j ournalstrukturen.

I foretrukne utførelser av oppfinnelsen, er et antall slike strukturer og deres respektive boredata analysert. Fra disse analysene, er en første type serie av korrelerte par av elektriske signaler generert. De to signalene i hvert slikt par tilsvarer henholdsvis slitasjetakten og operasjonseffekten for en respektiv struktur. Driftseffekt-grenseDriftseffekt-grensen genereres fra disse signalene fra den første type serie. En fordel med å analysere flere kritiske strukturer og å generere en slik serie av korrelerte par av signaler er en meget høyere grad av sikkerhet i å bestemme en driftseffekt-grensedriftseffekt-grense over hvilken sterkt akselerert slitasje (i motsetning til total feil) oppstår. Disse foretrukne utførelser kan således gjøre mer enn bare å unngå katastrofisk kroneslitasje, de kan balansere en rimelig slitasjetakt (og således balansere borkronens levetid) mot andre faktorer så som inntrengningstakt).

"Tilsvarende" som brukt her, i forhold til signaler eller numeriske verdier, vil bety "funksjonelt relatert", og man vil forstå at vedkommende funksjon kunne, men trenger ikke, å være et enkelt ekvivalensforhold. "Nøyaktig tilsvarende" hvis brukt i forhold til et

elektrisk signal, vil bety at signalet oversetter direkte til verdien av vedkommende parameter. "Slitasjetakt" av en borkronedel kan defineres enten i enheter av lengde (målt fra den ytre profil av den nye del) per tidsenhet eller volum av materiale (av delen) per tidsenhet.

De boreforhold som reguleres er fortrinnsvis rotasjonshastighet og vekt på borkronen. I alminnelighet er det å foretrekke å bygge inn en sikkerhetsfaktor, dvs for å opprettholde effektnivået noe lavere enn driftseffekt-grensedriftseffekt-grensen, men omkring så nær grensen som er rimelig mulig. F.eks., "rimelig" omfatter således bruken av den nevnte sikkerhetsfaktor, så vel som justering for forskjellige pragmatiske begrensninger på boreforholdene som skal reguleres. Som et mer spesifikt eksempel, en gitt rigg kan ha en grense på rotasjonshastighet som ikke tillater operasjon så nær driftseffekt-grensen som teoretisk kunne være ønsket, selv om man tar i betraktning sikkerhetsfaktoren. Likeledes, i et hull som ennå ikke er svært dypt, kan det være praktisk umulig å tilføre tilstrekkelig vekt på borkronen til å operere så nær driftseffekt-grensen som teoretisk ønskelig.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen omfatter videre generering av en annen type serie av korrelerte par av elektriske signaler, hvor de respektive signaler i hvert par tilsvarer en rotasjonshastighetsverdi og en vekt på kronen verdi, og hvor verdiene av rotasjonshastigheten og vekt på borkronen i hvert par teoretisk resulterer i en effekt som tilsvarer driftseffekt-grensen. Med andre ord, selv for en konstant stenstyrke og slitasjeforhold på borkronen, er det et antall forskjellige kombinasjoner av rotasjonshastigheter og vekt på borkronen som teoretisk kan resultere i en effekt ved den nevnte grense. Borkronen drives fortrinnsvis ved en rotasjonshastighet og en vekt på kronen som tilsvarer et av parene av signaler i denne andre serien. Siden "tilsvarende" betyr funksjonelt relatert til, må man forstå at dette vil kunne bety at borkronen kan være drevet med verdier av rotasjonshastighet og vekt på kronen som er noe mindre enn de som tilsvarer nøyaktig et av parene av signaler, slik at en sikkerhetsfaktor er inkludert, f.eks. på grunn av at en del vibrasjon i borkronen nesten alltid oppstår.

Det er også mulig å bestemme en grense for rotasjonshastigheten for driftseffekt-grensen, over hvilken i det vesentlige ufordelaktige krone-bevegelseskarakteirstikker, så som topp aksiale og laterale vibrasjoner og kronevirvel, sannsynligvis kan oppstå. Selv om operasjon over denne hastighetsgrensen kan resultere i den ønskede effekt, er det således å foretrekke å operere borkronen under denne rotasjonshastighetsgrense. Likeledes er det mulig å bestemme en grense for vekt på kronen for driftseffekt-grensen over hvilken andre typer av meget ufordelaktige kronebevegelseskarakteristikker, så som topp torsjonsvibrasjoner og såkalt "feste og slippe" kan oppstå, og det er likeledes ønskelig å drive borkronen ved en vekt på kronen som er nedenfor denne siste grense.

I foretrukne utførelser, blir en marginal rotasjonshastighet for driftseffekt-grensen, hvilken marginal rotasjonshastighet er mindre enn den nevnte rotasjonshastighetsgrense, bestemt, over hvilken uønskede kronebevegelseskarakteristikker, så som økende aksiale og laterale vibrasjoner, kan oppstå. Det er likeledes å foretrekke å bestemme en marginal vekt på kronen for driftseffekt-grensen, som er lavere enn den tidligere nevnte vekt på krone-grensen, over hvilken andre typer av uønskede kronebevegelseskarakteristikker, så som økende torsjonale vibrasjoner, kan oppstå. Det er klart at det ville være enda mer fordelaktig å operere borkronen ved en rotasjonshastighet som er mindre enn eller lik den marginale rotasjonshastighet, og med en vekt på kronen som er mindre enn eller lik den marginale vekt på kronen.

Det er enda mer fordelaktig å operere omkring så nær som mulig til en optimal kombinasjon av rotasjonshastighet og vekt på kronen så nær som rimelig mulig til den marginale vekt på kronen.

Det er også å foretrekke og generere et antall slike andre serier av signaler, hvor hver serie tilsvarer en forskjellig grad av borkroneslitasje, men for samme stenstyrke. Deretter, ved å modellere eller overvåke kroneslitasje og ved bruk av disse andre typer av serier, er det å foretrekke å øke vekt på kronen og tilsvarende endre rotasjonshastigheten etter hvert som kronen slites. Likeledes, det vil ofte være forventet at vedkommende borkrone vil bore gjennom et antall formasjonslag eller strata av forskjellige kompresjonstyrker. I slike tilfeller, er det å foretrekke å generere respektive første og andre type serie av signaler for hver slik trykkfasthet, overvåke fremgangen av borkronen gjennom formasjonen, og periodisk entre operasjonen av borkronen i henhold til den respektive serie av signaler for trykkfastheten av den formasjon som blir boret av borkronen.

Ytterligere detaljer av den foreliggende oppfinnelse og fremgangsmåter for å implementere den, sammen med forskjellige fremstående trekk, formål og fordeler med den, vil fremgå fra den følgende detaljerte beskrivelse, sammen med kravene og med henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser en diagramatisk illustrasjon av boreoperasjoner fra hvilke inngangsdata kan genereres og til hvilke oppfinnelsen kan anvendes, som relatert til en datamaskin, figur 2 viser en grafisk illustrasjon av driftseffekt-grenser, figur 3 viser en graf som illustrerer en annen type signalserie for relativt bløt sten, figur 4 viser en grafisk illustrasjon i likhet med den på figur 3, men for forholdsvis hård sten, figur 5 viser et diagram som generelt illustrerer en slitasje-modelleringsprosess som kan brukes i den foreliggende oppfinnelse, figur 6 viser en grafisk illustrasjon av det nominelle arbeidsforhold og figur 7 viser en grafisk illustrasjon av arbeidstap på grunn av formasjonens slipevirkning.

Figur 1 illustrerer en jordformasjon 10. Det er ment at en gitt brønnborekrone 18 borer et intervall 14 av formasjonen 10 som generelt tilsvarer borehullintervallene 20 og 22, som er boret av borkroner 24 og 26, av samme størrelse og konstruksjon som borkronen 18.

Før borkronen 18 er startet i sitt respektive hull (som vist), vil trykkfastheten av det formasjonsintervall som ønskes boret ved kronen 18, ha vært prøvet. Dette kan beleilig utføres, på en måte som er kjent i teknikken, ved å analysere boredata, så som brønnlogger, analyse av borkaks, og kjerneanalyser, diagramatisk indikert ved 28 og 30, fra de nærliggende hullintervaller 20 og 22. For denne del av beskrivelsen, skal man anta et meget enkelt tilfelle i hvilket prøven indikerer en konstant trykkfasthet over hele intervallet 14.

Deretter genereres en driftseffekt-grense. Med henvisning til figur 2, har forskning av oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelse vist, at mens operasjonseffekt øker, har slitasjetakten for en gitt krone en tendens til å følge et ganske forutsigbart mønster. Kurven Ci illustrerer dette mønsteret for en forholdsvis myk sten, dvs en sten med forholdsvis lav trykkfasthet. Man kan se at slitasjetakten øker tilnærmet lineært med økning i effekt opp til et punkt pL. Med videre økning i effekt, begynner slitasjetakten å øke raskere, mer spesielt, eksponentielt. Disse alvorlige slitasjetakter har på grunn av økende friksjonskrefter, høyere temperatur, og økende vibrasjons-intensitet (impulsbelastning). Endelig når slitasjetakten et endepunkt ei, som representerer katastrofisk krone-feiling. Denne katastrofiske slitasje ville oppstå ved effekten ved dette endepunkt under støe forhold i virkelig feltboring, men kunne oppstå ved en lavere effekt, dvs et sted mellom pL og eL, under høy anslagsbelastning på grunn av sterke vibrasjoner. Kurven c2 er en lignende kurve for sten av forholdsvis høy trykkfasthet. Igjen øker slitasjetakten tilnærmet lineært med økning i effekt (skjønt med en større hastighet som indikert ved skråningen av kurven c2, og til et punkt pH, hvoretter slitasjetakten begynner å øke raskere til en katastrofisk feiling er nådd ved punkt eH.

For å generere en passende driftseffekt-grense, blir den kritiske struktur av samme type som kronen 18 analysert. I mindre foretrukne utførelser av oppfinnelsen, kunne en slik analyse f.eks. bestå av å kjøre en enkelt polykrystallinsk diamant kompakt, montert på en passende understøttelse, mot materiale av tilnærmet samme trykkfasthet som den som er prøvet for formasjonsintervallet 14, i et laboratorium, med gradvis økning av operasjonseffekten, til feiling er observert. Denne feiling skulle imidlertid være anomal, f.eks. en funksjon av en eller annen særegenhet ved den spesielle kutter som ble analysert, og i alle tilfelle, ville bare gi en effektverdi for katastrofisk feiling, så som ved punkt eH eller eL. I den foreliggende oppfinnelse, er det foretrukket å unngå ikke bare slik katastrofisk feiling, men også å unngå drift ved effektnivåer som produserer den eksponentielt økende slitasjetakt som eksemplifisert ved delene av kurvene mellom punktene pH og eH, og mellom punktene pL og eL.

Derfor, i de foretrukne utførelser, er et antall kritiske strukturer av samme størrelse og konstruksjon som borkronen 18, og hvilke strukturer har boret materiale av tilnærmet samme trykkfasthet som utprøvet, sammen med respektive boredata, analysert. Noen av disse strukturene kan være separate kronedeler eller subenheter, spesielt hvis borkronen 18 er av PDC skrapekrone-typen, hvor den kritiske struktur er kutterne, slitt og analysert under laboratorieforhold. Det er imidlertid nyttig hvis i det minste noen av strukturene som analyseres er inkludert i komplette kroner som er slipt under feltboring. Disse kunne f.eks. omfatte kronene 24 og 25 fra hullene 20 og 22, som kunne bli analysert sammen med deres respektive boredata 32 og 34. Disse sistnevnte kroner og de respektive boredata kan også frembringe data for videre aspekter ved oppfinnelsen, som skal beskrives nedenfor.

I alle tilfeller, fra dataene fra de kritiske strukturer som er analysert, er tilsvarende elektriske signaler generert og behandlet i en datamaskin 36 for å generere en første type serie av korrelerte par av elektriske signaler.

Før man går inn på denne første type serie av korrelerte par av elektriske signaler, skal det bemerkes, for enkelthet og klarhet av figur 1, at bare to slitte kroner og deres respektive hull og boredata er illustrert. I foretrukne utførelser, vil imidlertid den første type serie av signaler bli generert fra et større antall slitte borkroner og deres respektive boredata. Disse kunne komme fra den samme formasjon 10 eller fra andre felter med formasjoner av sammenlignbar trykkfasthet og/eller flere labtester.

I den første serie av korrelerte par av elektriske signaler, tilsvarer de to signaler for hvert slikt par henholdsvis slitasjetakt og operasjonseffekt for den respektive slitte krone.

Figur 2 er en matematisk, spesifikk grafisk, illustrasjon av forholdet mellom disse signalene. Kurven Ci representerer den nevnte serie av den første type for sten med forholdsvis lav trykkfasthet. Ved å prosessere dataene av signaler som tilsvarer kurven Ci, er det mulig for datamaskinen 36 å generere et elektrisk driftseffekt-grensesignal som tilsvarer en driftseffekt-grense, f.eks. effektverdien ved punkt pL, for vedkommende lave trykkfasthet, over hvilken driftseffekt-grense høy slitasje sannsynligvis vil oppstå.

En annen serie av korrelerte par av signaler av den første type blir likeledes generert for en forholdsvis høy trykkfasthet, og en grafisk illustrasjon av forholdet mellom disse signalene er illustrert ved kurven c2. Igjen, fra disse signalene kan et elektrisk driftseffekt-grense-signal genereres, hvilket signal tilsvarer en driftseffekt-grense ved et kritisk punkt pH, hvor slitasjetakten slutter å øke lineært med økning i effekt, og begynner å økes eksponentielt.

I samsvar med foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse, ville ytterligere serier av den første type, omfattende korrelerte par av signaler, bli generert for mellomliggende trykkfasthet. Fra signalene av hver slik serie, ville et driftseffekt-grensesignal for den respektive trykkfasthet bli generert. Disse andre serier er ikke illustrert grafisk på figur 2, for enkelthet og klarhet av illustrasjonen. Man ville se at, hvis de var illustrert, ville slike punkter som pL og pn valgt som driftseffekt-grenser, og driftseffekt-grensepunktene av alle kurver forbundet, ville forbindelsene resultere i kurven c3, som ville gi driftseffekt-grenser for tilnærmet alle kompresjonsstyrker i et ønsket område. Man vil forstå at datamaskinen 36 kan bringes til å prosessere signalene i disse forskjellige serier til å resultere i en annen type serie av signaler tilsvarende kurven c3. Antatt at kurven Ci er for den laveste trykkfasthet i det ønskede område, og kurven c2 er for det høyeste, representerer verdiene piim-min og <p>iim-max driftseffekt-grensene for et område av mulige effekter for vedkommende kronekonstruksjon. Det skal bemerkes at kurven C3 teoretisk ville bli sett også som en funksjon av kutter- (eller tann) metallurgi og diamantkvalitet, men disse faktorene er ubetydelige som en praktisk sak.

Et mest fundamentalt aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen omfatter regulering av boreforholdene ved hvilket den gitte borkrone 18 blir drevet for å opprettholde et ønsket operasjonseffekt-nivå som er lavere enn eller lik driftseffekt-grensen for den trykkfasthet som er prøvet for den sten som blir båret ved denne kronen. Den valgte driftseffekt-grense er fortrinnsvis et punkt så som pL, hvor slitasjetakten begynner å øke eksponentielt. I mindre foretrukne utførelser, kunne den imidlertid være høyere. Når man således borer gjennom den bløteste sten i området, blir forholdene regulert til å holde effekten ved eller under effekten piim.max- Effekten skal fortrinnsvis holdes lavere enn driftseffekt-grensen, for å gi en sikkerhetsfaktor. Det er imidlertid ønskelig at effekten blir holdt så nær som rimelig mulig til driftseffekt-grensen. "Så nær som rimelig mulig" er ment å tillate ikke bare den nevnte sikkerhetsfaktor, men også praktiske begrensninger, f.eks. begrensninger på boreriggen som blir brukt så som en dreiemoment-grensen, strømningsmengde-grense osv. Dette uttrykket er modifisert ved "omkring" fordi ånden av dette aspektet ved den foretrukne form av oppfinnelsen er ment å omfatte brukbare variasjoner, hvis maksimalverdier kan variere, f.eks. med kostnader av operasjonstiden eller en gitt operatørs bedømmelse av en passende sikkerhetsfaktor.

Ved å operere så nær som rimelig mulig til driftseffekt-grensen maksimaliserer man borsynk, som er direkte proporsjonal til effekt. I alminnelighet, er det ønskelig å maksimalisere borsynk, unntatt i ekstreme tilfeller hvor man kunne begynne å bore så raskt at mengden av borkaks som genereres ville øke den effektive slamvekt til det punkt hvor den kunne overskride frakturgradienten for formasjonen.

De boreforhold som reguleres omfatter forhold tilført borkronen, spesielt rotasjonshastighet og vekt på kronen. Borkronevibrasjoner, som kan detekteres mens man borer gjennom kjente anordninger, kan forårsake at de krefter som overføres til formasjonen ved borkronen varierer over små inkrementer alt det intervall som blir boret eller som skal bores. I slike tilfeller, er det å foretrekke at de tilførte forhold blir regulert med hensyn til topp overførte krefter blant disse variasjoner, istedenfor de midlere overførte krefter.

I samsvar med et annet aspekt av foretrukne former for oppfinnelsen, er det et antall kombinasjoner av rotasjonshastigheter og vekt på kronen, hvilket som helst av hvilke vil resultere i en effekt som tilsvarer driftseffekt-grensen. Oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å optimalisere den spesielle valgte kombinasjon.

Figur 3 omfatter en kurve c4 som representerer verdier tilsvarende parete signaler i en serie av en annen type for en ny borkrone av vedkommende konstruksjon. Signalserien som tilsvarer kurven C4 blir generert, på en måte som er beskrevet nærmere nedenfor, fra historiske data fra et antall borkroner av samme størrelse og konstruksjon som borkronen 18, og som har boret formasjoner av tilnærmet samme trykkfasthet som den som er prøvet for intervall 14. En kurve så som c4, kan være et resultat av plotting av rotasjonshastighetsverdier mot verdier av vekt på kronen fra de individuelle historiske data, og så ekstrapolering en kontinuerlig kurve. Det vil bli forstått at fagfolk i teknikken kunne programmere datamaskinen 36 til å utføre tilsvarende operasjoner på korrelerte par av elektriske signaler tilsvarende henholdsvis rotasjonshastigheten og vekt på kronen fra de historiske data, og at datamaskinen 36 også kunne produsere en grafisk representasjon så som en kurve C4. De historiske data ville så bli brukt til å generere tilsvarende elektriske signaler ført inn i datamaskinen 36, som så videre genererer tilstrekkelig ytterligere slike par av signaler, i samsvar med mønsteret fra den opprinnelige inngang, til å frembringe en annen type serie av korrelerte par av vekt på borkronen og rotasjonshastighetssignaler. Fra denne andre serien, kan den grafiske representasjon c4 bli ekstrapolert, faktisk generert av datamaskinen 36.

Ved korrelasjon av kurven c4 (og/eller den tilsvarende serie av signaler) med de historiske boredata (eller tilsvarende signaler), er det mulig å bestemme et punkt pN-mar ved hvilket rotasjonshastigheten N er ved en marginal ønsket verdi, dvs en verdi over hvilken uønskede kronebevegelseskarakteristikker sannsynligvis kan oppstå, spesielt de uunngåelige laterale og/eller aksiale vibrasjoner begynner å øke, enten på grunn av rotasjonshastigheten er for høy og/eller den tilsvarende vekt på kronen er for lav. Et annet punkt pN-iims ved hvilken rotasjonshastigheten er enda høyere, hvor disse uønskede kronebevegelseskarakteristikker, spesielt aksiale og/eller laterale vibrasjoner topper seg, og f.eks. resulterer i at borkronen virvler, er således enda mindre ønskelig å operere nær eller over rotasjonshastigheten ved pN-iim- Vekt på kronen ved pN-iim er den minimumsvekt på kronen som er nødvendig for å dempe slike vibrasjoner, og er enkelte ganger kalt "terskel"-verdien av vekt på borkronen.

Det er likeledes mulig å lokalisere et punkt pw.mar ved hvilket vekt på kronen w er ved en marginal ønsket verdi i det, over denne verdien, andre typer uønskede kronebevegelseskarakteristikker, spesielt økende torsjonale vibrasjoner, vil oppstå. Ved Pw-iim vil disse uønskede bevegelser toppe seg, og "stopp-gå" (støtvis istedenfor bitrotasjon) kan oppstå slik at det er enda mindre ønskelig å operere med vekter nær eller over verdien av vekt på kronen ved pw-iim-

I alminnelighet, skjønt hvilket som helst punkt på kurven c4 omfatter en rotasjonshastighet og vekt på kronen verdi som tilsvarer driftseffekt-grensen for vedkommende trykkfasthet og for en ny borkrone, vil være klart ønskelig å operere innenfor området mellom punktene pN-mar og Pw-mar- Som illustrert, er kurven c4 nøyaktig tilsvarende driftseffekt-grensen. Derfor, for å inkludere det nevnte sikkerhetstrekk, vil det være enda mer å foretrekke og operere i et område lavere enn begge punktene PN-mar eller Pw-mar- Enda mer ønskelig, kunne en operere med verdier som tilsvarer et punkt på kurven c4 ved hvilket verdien av vekt på borkronen, w, er mindre enn men omkring så nær som rimelig mulig, til verdien av vekt på kronen ved pw.mar- Dette er fordi, jo høyere rotasjonshastighet, jo mer energi er tilgjengelig for potensielle vibrasjoner av borestrengen (i motsetning til bare borkronen i seg selv).

Med det i tanken at figur 3 gjelder forholdsvis bløt sten, vil man se at, omkring så nær som rimelig mulig til pw-mar, vil i dette tilfellet egentlig være temmelig langt fra pw-mar-Dette er fordi, i meget bløt sten, vil borkronen nå en maksimum skjæringsdybde hvor skjæringsstrukturen av kronen er helt innesluttet av stenen, ved en verdi av vekt på kronen ved punkt pdc, som er godt nedenfor verdien av vekt på kronen ved pw.mar- For PDC og rullemeiselborkroner, er det urimelig og unyttig å tilføre ytterligere vekt på borkronen utover den som gjør at kutterne bli innesluttet. For diamant-impregnerte borkroner, kan det være ønskelig å operere med en verdi av vekt på borkronen som er noe større enn ved pdc. Dette vil delvis inneslutte matrise-kronens legeme, i hvilket diamantene er impregnert. Matrisen slites således sammen med diamantene slik at diamantene alltid stikker ut noe fra matrisen (en tilstand som ofte kalles "selvskjerpende"). De optimale verdier for rotasjonshastighet og vekt på kronen vil således være de som er ved eller nær punkt pdc.

Fra ytterligere historiske boredata, kan en annen serie av korrelerte signaler av den andre typen genereres for en meget slitt borkrone av vedkommende type, og disse tilsvarer kurven c5. Mellomliggende serier av denne andre typen, for mindre grader av slitasje, kunne også genereres, men er ikke illustrert av kurvene på figur 3 for enkelthet og klarhet av illustrasjonen. I alle tilfelle, kan datamaskinen 36 bringes til å prosessere signalene av disse forskjellige serier på en måte som er vel kjent i teknikken, for å generere serier av signaler av en tredje type, tilsvarende kurvene C6, c7, c8, c9 og Ci0. Kurven c6 tilsvarer pN-iim type verdier, siden de varierer med slitasje. Kurven c7 tilsvarer PN-mar type verdier, siden det varierer med kroneslitasje. Kurve c8 tilsvarer pdc type verdier, siden det varierer med kroneslitasje. Kurven c9 tilsvarer pw.mar type verdier siden det varierer med kroneslitasje. Og kurven Cio tilsvarer pw.Hm type verdier siden det varierer med slitasje. Mens boringen går fremover, er det således ønskelig å måle og/eller modellere slitasjen av borkronen 18, og periodisk øke vekten på kronen og tilsvarende endre rotasjonshastigheten, mens man fortrinnsvis holder seg innenfor området mellom kurvene c6 og Ci0, mer å foretrekke mellom kurvene c7 og c9, og enda bedre ved eller nær kurven c8.

Figur 4 ligner på figur 3, men representerer rekker av signaler for en relativt hård sten (høy trykkfasthet). Her er det igjen vist to kurver Cu og cn, som tilsvarer henholdsvis serier av signaler av den andre typen for en ny og en meget slitt borkrone. I denne hårde sten, har punktet pw.mar hvoretter økninger i vekt på kronen vil resultere i uønskede torsjonale vibrasjoner, en verdi av vekt på kronen som er mindre enn den ved punkt pdc, og det har derfor også pw-iim-1 hård sten, selv om man tillater en sikkerhetsfaktor, vil det således være mulig å operere ved et optimalt par av verdier, som oppstår ved popt, meget nærmere pw-marj enn det som er tilfellet med bløt sten. Andre par av verdier, analoge med Popt, kan finnes for varierende grader av borkroneslitasjer. Fra de signaler som tilsvarer disse, kan en serie av parede elektriske signaler genereres og tilsvare kurven Co ekstrapolert ved datamaskinen 36.

Som tidligere, er "så nær som rimelig mulig" ment å tillate ikke bare en sikkerhetsfaktor, men også praktiske begrensninger. F.eks., et teoretisk optimalt par av verdier for rotasjonshastighet, vekt på kronen, kan i sammenheng med en spesiell borestrenggeometri eller hullgeometri, produsere borestrengresonans, hvilket bør unngås.

I andre høyst uvanlige eksempler, kan stenen være så hård, og dreiemoment-evnen av motoren så lav, at riggen er ute av stand til å tilføre tilstrekkelig vekt på kronen til tilmed å nå terskelverdien av vekt på kronen ved PN-iim- Det er da umulig tilmed å holde seg innenfor området mellom PN-iim og pw-iim- Da kunne man bare operere omkring så nær som rimelig mulig til dette nye området, f.eks. ved en vekt på kronen som er mindre enn ved PN-iim og en tilsvarende høy rotasjonshastighet.

Mari bør også ha i tanken, at mens slike verdier som de som er vist på de forskjellige kurver på figuren 3 og 4 er generelt gyldige, kan avvikende forhold i spesielle boreoperasjoner forårsake uønskede krone- og/eller borestreng-bevegelser ved verdier av rotasjonshastighet og vekt på kronen ved hvilke de ikke teoretisk bør oppstå. Det er således ønskelig å frembringe en anordning, kjent i teknikken, for å detektere slike bevegelser i sann tid (under boring) og å ta egnet korrigerende aksjon når slike bevegelser er detektert, mens man holder seg så nær som mulig til den optimale verdi mens man fremdeles korrigerer tilstanden.

Med de ovenstående generelle konsepter i tanken, skal det nå beskrives et eksempel på en fremgangsmåte for å prosessere signaler for å oppnå serier av signaler av den typen som tilsvarer kurvene på figurene 3 og 4.

For vedkommende sten-styrke a, er historiske empiriske slitasje- og effektdata brukt til å generere tilsvarende elektriske signaler, og disse signalene er prosessert av datamaskinen 36 for å generere en serie av parete signaler av den første type, tilsvarende en begrensende effektkurve så som C] eller c2. Deretter, fra historiske empiriske data, f.eks. logger fra hullene 20 og 22 som viser dreiemoment- og vibrasjonsmålinger, kan begrensende verdier av dreiemoment bestemmes. Spesielt bestemmer man en dreiemomentverdi T^iim ved hvilken laterale og aksiale vibrasjoner topper seg, dvs en verdi tilsvarende PN-iim for vedkommende a og slitasjeforhold, og en dreiemomentverdi Tw-iim ved hvilken torsjonale vibrasjoner topper seg (produserer "stopp-gå"), dvs en verdi som tilsvarer pw-Hm for vedkommende o og slitasjeforhold. Fortrinnsvis bestemmer man likeledes dreiemomentverdier TN.mar og Tw.mar tilsvarende henholdsvis PN-mar og pw.mar for vedkommende a og slitasjeforhold.

Det er fortrinnsvis tilstrekkelig dreiemoment- og vibrasjonsdata for vedkommende o og sliteforhold. Disse blir omformet til tilsvarende elektriske signaler for inngang i datamaskinen 36. Disse signalene blir prosessert av datamaskinen 36 til å produsere signaler som tilsvarer dreiemomentverdier TN_iim, TN.mar, Tw.mar og Tw_iim.

I det minste hvis o er lav, dvs stenen er bløt, og fortrinnsvis i alle tilfeller, når man en dreiemomentverdi Tdc som tilsvarer det dreiemoment ved hvilket den maksimale skjæringsdybde er nådd (dvs skjæringsstrukturen er helt innesluttet) blir også bestemt. Man vil se at denne verdien og dens tilsvarende elektriske signal også tilsvarer pdc.

Dataene for å bestemme Tdc kan frembringes ved laboratorietester. Alternativt, i en virkelig boreoperasjon i felten, kan Tdc bestemmes ved å begynne å bore med en fast rotasjonshastighet og minimum vekt på kronen, og så gradvis øke vekten på kronen mens man overvåker dreiemoment og borsynk. Borsynk vil øke med vekt på kronen til et punkt ved hvilket den vil flate ut, eller tilmed falle. Dreiemomentet ved dette punkt er Tdc.

For hver av de ovennevnte dreiemomentverdier, er det mulig å prosessere det tilsvarende elektriske signal til å produsere signaler som tilsvarer tilsvarende verdier av rotasjonshastighet og vekt på kronen, og således å lokalisere et tilsvarende punkt på en kurve, så som de som er vist på figurene 3 og 4.

En verdi w, vekt på kronen som tilsvarer vedkommende dreiemoment T, kan bestemmes og et tilsvarende signal genereres og ført inn i datamaskinen 36. Alternativt, hvor signalserie eller familier av signalserier blir utviklet for å frembringe komplette forhånds-hjelpelinjer for en spesiell borkrone, kan det være nyttig å definere, fra feltdata, en verdi \ l som varierer med slitasje:

hvor T0 = dreiemoment for terskelverdien av vekt på kronen

w0 = terskelverdi for vekt på kronen

Datamaskinen 36 produserer så T, T0, w0 og \ i signaler for å utføre den elektroniske ekvivalent av å løse ligningen:

for å produsere signaler som tilsvarende vekt på kronen tilsvarende vedkommende dreiemoment.

Deretter utfører datamaskinen 36 den elektroniske ekvivalent av å løse ligningen: eller

hvor

N = rotasjonshastighet

Piim = den driftseffekt-grense som tidligere bestemt som beskrevet ovenfor

dc = inntrenging per omdreining (eller "skjæringsdybde").

Hvor det er ønsket å bruke både aksiale og torsjonale komponenter (den laterale komponent er ubetydelig). Alternativt, hvis det er ønsket å bruke bare torsjonskomponenter, blir disse ligningene: eller

Datamaskinen gjør dette ved å prosessere signaler tilsvarende variablene og konstantene i ligningene (3), (3a), (4) eller (4a).

Man har nå signaler som tilsvarer henholdsvis en vekt på kronen w og en rotasjonshastighet N, tilsvarende vedkommende dreiemoment T, dvs en første par av signaler for en serie av den andre type representert ved kurvene c4, c5, Cu og C\ 2. F.eks., hvis det brukte dreiemoment var TN_iim, kan man lokalisere punktet PN-iim-

Ved lignende prosessering av ytterligere dreiemomentsignaler for den samme borkroneslitasjetilstand og stenstyrke a, kan man utvikle hele den andre type serie av par, tilsvarende en kurve så som c4, omfattende alle referansepunktene PN-iim» PN-mar» Pdc» Pw-mar Og Pw-lim-

Deretter, når man borer med en borkrone med vedkommende størrelse, konstruksjon og slitasjeforhold, i sten av vedkommende styrke o, opererer man med en kombinasjon av rotasjonshastighet og vekt på kronen som tilsvarer et par signaler i denne serie, i området mellom PN-iim og Pw-iim> hvis ikke w ved Pw-iim er større enn w ved Pdc, i hvilke tilfelle man opererer med verdier mellom PN-iim og Pdc-

Mer å foretrekke, er det å operere mellom PN-mar og Pw-mar» eller PN-mar og Pdc» den som gir det minste område. Enda bedre er det å operere omkring så nær som rimelig mulig til Pdc eller Pw.mar, den som har den laveste vekt på kronen. Hvis PdC har den laveste vekt på kronen og kronen er av en type PDC eller rullemeiselkrone, opererer man ved eller litt nedenfor verdien ved Pdc, avhengig av den ønskede sikkerhetsfaktor. Hvis imidlertid kronen er av den diamant impregnerte typen, kan man foretrekke å operere ved eller litt ovenfor Pdc.

Ved lignende prosessering av signaler for samme stenstyrke a, men forskjellig slitasjeforhold, kan man utvikle en familie av serier av parede signaler av den andre type, som kan vises som en familie av kurver eller et område, så som området mellom kurvene <C>ll <O>g<C>i2.

Det er da mulig å utvikle serier av den tredje type, tilsvarende f.eks. kurvene c8 og C13. Deretter, ved å overvåke eller modellere slitasjen av kronen, kan man optimalisere ved å øke vekten på kronen, w, tilført når borkronen slites, og tilsvarende justering av rotasjonshastigheten N.

I mindre foretrukne utførelser, kan man ganske enkelt velge en dreiemomentverdi Topt, f.eks. så nær som rimelig mulig til Tdc eller Tw.raar, den av disse som er mindre, og så prosessere som forklart ovenfor for å oppnå den tilsvarende w og N. Ved å gjenta dette for forskjellige slitasjeforhold, kan man generere en serie av den tredje type, f.eks. tilsvarende kurven C13.

Det er imidlertid å foretrekke å utvikle områder, som vist på figurene 3 og 4, for å frembringe retningslinjer for modifikasjon av de hypotetiske optimale operasjonsforhold. F.eks., hvis operasjon ved Popt med en spesiell streng og hullgeometri skulle produsere resonans strengen, kan operatøren da velge et annet sett av forhold mellom PN-mar og Pw.

mar-

Det vil bli forstått av fagfolk i teknikken at mange alternative måter for å generere og prosessere data for å generere signalseriene er mulig, de ovenstående er eksempler.

Som nevnte ovenfor, opp til dette punkt har man antatt at o er konstant over intervallet 14. I virkelige boreoperasjoner, kan imidlertid a variere over intervallet som bores av en krone. Uansett fremgangsmåten som brukes til å utvikle signalserier av den andre og tredje type for en gitt stenstyrke, er det således ønskelig å gjenta den ovenstående prosess for andre stenstyrker som vedkommende krone er konstruert til å bore. F.eks., for en gitt krone, kan man utvikle signalserier som tilsvarer kurver som vist på figur 3 for den bløteste sten det er forventet at kronen vil bore, andre signalserier tilsvarende kurver så som vist på figur 4 for den hardeste sten, og enda andre slike serier for mellomliggende stenstyrke. Dette kan gi operatøren i felten mer komplett informasjon for å optimalisere bruken av vedkommende borkrone.

Deretter, hvis f.eks. prøven av intervallet som skal bores med kronen omfatter strata av forskjellige stenstyrker, kan operasjonen i hver av disse strata optimaliseres. Som et ytterligere eksempel, hvis prøven er basert på nærliggende hull, men MWD-målinger indikerer at sten av en annen styrke er, av en eller annen grunn møtt i vedkommende hull, kan operasjonsforholdene endres tilsvarende.

I enda mer foretrukne utførelser, er det mulig å modellere a i sann tid mens den endrer seg med forholdsvis små økninger i dybde, som forklart i oppfinnerens samtidige søknad WO 97/36091 med tittelen "Fremgangsmåte for å prøve trykkfastheten av sten" inngitt samtidig med denne, og tatt inn her ved referanse.

Som tidligere nevnt, for best å utnytte den foreliggende oppfinnelse, er det tilrådelig å modellere slitasjen av borkronen mens den beveger seg gjennom det intervall som blir boret, eller gitt tilgjengelig teknologi, måle slitasjen på borkronen eller en parameter som indikerer denne i sann tid, slik at vekt på kronen og rotasjonshastighet kan periodisk justeres til nye verdier for den løpende slitasjeforhold på kronen.

Noen tidligere patenter, US 3 058 532, US 2 560 328, US 2 580 860, US 4 785 895, US 4 785 894, US 4 655 300, US 3 853 184, US 3 363 702 og US 2 925 251, beskriver forskjellige teknologier i forbindelse med direkte detektering av borkroneslitasje i sann tid.

Tidligere US 5 305 836 til Holbrook beskriver en teknikk for å modellere borekroneslitasje i sann tid.

En annen fremgangsmåte for å modellere borekroneslitasje er som følger.

Med henvisning til figur 5, går slitasjemodelleringen frem fra prøvearbeid av en brønn-borkrone så som 24 av samme størrelse og konstruksjon som borkrone 18. Som på figur 1, blir det boret et brønnhull eller hullseksjon 20, i det minste delvis med borkronen 24. Mer spesielt, borkronen 24 vil ha boret hullet 20 mellom et første punkt I og et endepunkt T. I denne illustrerende utførelse, er det første punkt 1 det punkt ved hvilket borkronen 24 blir satt i arbeid i borehullet 20, og endepunktet T er det punkt ved hvilket borkronen 24 blir trukket tilbake. For formålet med prøvearbeid i seg selv, kan imidlertid punktene I og T være hvilke som helst to punkter som kan identifiseres, mellom hvilke borkronen 24 har boret, og mellom hvilke de nødvendige data, som skal beskrives nedenfor, kan bli generert.

Det fundamentale grunnlag er å prøve arbeidet for bruk av det velkjente forhold:

hvor:

Qb= borekronearbeid

Fb = total kraft ved borkronen

D = distanse boret.

Lengden av intervallet av hullet 20 mellom punktene I og T kan bestemmes og registreres som et av et antall brønndata som kan genereres etter boring av hullet 20, som indikert diagramatisk ved linjen 50. For å omforme det til en passende form for innføring i og prosessering av datamaskinen 36, blir denne lengden, dvs avstanden mellom punktene I og T, fortrinnsvis delt i et antall små inkrementer av avstanden, f.eks. på omkring en halv fot hver. For hvert av disse inkrementelle avstandsverdier, blir et tilsvarende elektrisk inkrement-avstandssignal generert og ført inn i datamaskinen 36, som indikert ved linjen 52.

For å bestemme arbeidet, blir også et antall elektriske inkrementelle virkelig kraftsignaler, hvert tilsvarende kraften på borkronen over et respektivt inkrement av avstanden mellom punktene I og T, også generert. Imidlertid, på grunn av de iboende vanskeligheter i direkte bestemmelse av den totale kraft på borkronen, blir signaler som tilsvarer andre parametere fra brønndataene 50, for hvert inkrement av avstand, ført inn som indikert ved 52. Disse kan teoretisk være i stand til å bestemme den sanne totale kraft på borkronen, hvilket omfatter den tilførte aksiale kraft, torsjonskraften og enhver tilført lateral kraft. Imidlertid, hvis laterale krefter ikke er tilført med hensikt, (i hvilke tilfelle den er kjent), f.eks. hvis ikke stabilisatorer er fraværende fra bunnhullenheten, er den laterale kraft så ubetydelig at den kan ignoreres.

I en utførelse, er de brønndata som brukes til å generere de inkrementelle virkelig kraft signaler:

vekt på kronen (w), f.eks. i pund,

hydraulisk anslagskraft av borefluidet (FO, f.eks. i pund,

rotasjonshastighet i omdreininger per minutt (N),

dreiemoment (T), f.eks. i fot pund,

borsynk (R), f.eks. i fot/time, og,

lateral kraft, hvis anvendelig (F(), f.eks. i pund.

Med disse data for hver inkrement, respektivt omformet til tilsvarende signaler og ført inn som indikert ved 52, er datamaskinen 36 programmert eller utformet til å prosessere disse signalene for å generere de inkrementelle virkelig kraftsignaler ved å utføre den elektriske ekvivalent av å løse den følgende ligning:

hvor lateral kraft Fi er ubetydelig, dette uttrykk og det tilsvarende elektriske signal faller ut.

Overraskende, har man funnet at den torsjonale komponent av kraften er den mest dominerende og viktige, og i mindre foretrukne utførelser av oppfinnelsen, kan arbeidsprøven utføres ved bruk av denne kraftkomponent alene, i hvilke tilfelle den tilsvarende ligning blir:

I en alternativ utførelse, ved generering av signalene for den inkrementelle virkelige kraft, kan datamaskinen 36 bruke den elektroniske ekvivalent av ligningen: hvor d representerer skjæringsdybden per omdreining, og er i sin tur definert ved forholdet:

Datamaskinen 36 er programmert eller utformet til så å prosessere signalene for inkrementell virkelig kraft og de respektive inkrementelle avstandssignaler for å produsere et elektrisk signal som tilsvarer det totale arbeid utført av borkronen 24 ved boring mellom punktene I og T, som indikert ved blokk 54. Dette signal kan lett omformes til en menneskelig forståelig numerisk verdi utgitt av datamaskinen 36, som indikert ved linjen 56, på en vel kjent måte.

Prosesseringen av de inkrementelle virkelig kraft signaler og inkrementelle avstandssignaler for å produsere totalt arbeid 54 kan utføres på flere forskjellige måter. F.eks.: I en versjon prosesserer datamaskinen de inkrementelle virkelig kraft signaler og de inkrementelle avstandssignaler for å produsere et elektrisk avveiet gjennomsnittskraftsignal som tilsvarer en avveiet gjennomsnitt av den kraft som er utøvet av borkronen mellom det første punkt og terminalpunktet. Med "avveiet gjennomsnitt" mener man at hver kraftverdi tilsvarende en eller flere av de inkrementelle virkelig kraft signaler blir "avveiet" med antallet av avstandsinkrementer ved hvilke kraften blir utøvet. Deretter utfører datamaskinen ganske enkelt den elektriske ekvivalent av å multiplisere den avveide gjennomsnittskraft med den totale avstand mellom punktene I og T for å produsere et signal som tilsvarer den totale arbeidsverdi.

I en annen versjon blir de respektive inkrementelle virkelig kraft signaler og inkrementelle avstandssignaler for hvert inkrement prosessert for å produsere et respektivt elektrisk inkrementelt virkelig arbeidssignal, hvoretter disse inkrementelle virkelig arbeidssignaler blir kumulert for å produsere et elektrisk totalt arbeidssignal tilsvarende den totale arbeidsverdi.

I enda en versjon, kan datamaskinen utvikle en kraft mot avstand funksjon fra de inkrementelle virkelig kraft signaler og inkrementelle avstandssignaler, og så utføre den elektriske ekvivalent av å integrere den funksjonen.

De tre måter å prosessere signalene på for å produsere en totalt arbeidssignal er ikke bare ekvivalente, de er også eksempler på den typen av alternative prosesser som vil bli ansett ekvivalente i sammenheng med andre prosesser som danner forskjellige deler av den foreliggende oppfinnelse, og som beskrevet nedenfor.

Teknologi er nå tilgjengelig for å bestemme når en borkrone vibrerer urimelig under boring. Hvis det er bestemt at dette har skjedd over i det minste en del av intervallet mellom punktene I og T, kan det være å foretrekke å programmere og mate datamaskinen 36 til å produsere respektive inkrementelle virkelig kraft signaler for vedkommende inkrementer, hver av hvilke tilsvarer den gjennomsnittlige borkronekraft for det respektive inkrement. Dette kan gjøres ved å bruke den gjennomsnittlige (midlere) verdi for hver av de variable som går inn i bestemmelse av det inkrementelle virkelig kraft signal.

Slitasje av en borkrone er funksjonelt relatert til det kumulative arbeid utført av kronen. I tillegg til å bestemme arbeid som er gjort av borkronen 24 under boring mellom punktene I og T, blir slitasjen på borkronen 24 under boring av hvert intervall målt. Et tilsvarende elektrisk signal blir generert og ført inn i datamaskinen som en del av de historiske data 58, 52. (For dette formål skulle således punkt I være det punkt kronen 24 først blir satt til arbeide i hullet 20, og punkt T skulle være det punkt ved hvilket kronen 24 blir fjernet). Det samme kan gjøres for ytterligere hull 24 og 60, og deres respektive borkroner 26 og 62.

Figur 6 er en grafisk representasjon av hva datamaskinen 36 kan gjøre, elektronisk, med de signaler som tilsvarer slike data. Figur 6 representerer en graf av borkrone-slitasje mot arbeid. Ved bruk av de nevnte data, kan datamaskinen 36 prosessere de tilsvarende signaler for å korrelere respektive arbeid- og slitasjesignaler og å utføre den elektroniske ekvivalent og lokalisere et punkt på grafen for hvert av hullene 20, 22 og 60, og dets respektive borkrone. F.eks., punkt 24' kan representere det korrelerte arbeid og slitasje for borkronen 24, punkt 26' kan representere det korrelerte arbeid og slitasje for kronen 26, og punkt 62' kan representere det korrelerte arbeid og slitasje for kronen 62. Andre punkter pls p2 og p3 representer arbeid og slitasje for andre bofkroner av samme konstruksjon og størrelse, ikke vist på figur 5.

Ved å prosessere de signaler som tilsvarer disse punktene, kan datamaskinen 36 generere en funksjon, definert ved passende elektriske signaler, hvilken funksjon, når den representeres grafisk, tar form av en glatt kurve, generelt i form av kurven c2o, vil man forstå at interessen i å generere en glatt og kontinuerlig kurve, vil kurven kanskje ikke passere presist gjennom alle de individuelle punkter som tilsvarer de spesifikke empiriske data. Dette kontinuerlige "nominelt arbeidsforhold" kan være en utgang 64 i seg selv, og kan også brukes i slitasje-modellering.

Det er nyttig å bestemme et endepunkt pmax som representerer den maksimale borkrone-slitasje som kan tåles før kronen ikke lenger er realistisk brukbar, og fra det nominelle arbeidsforhold, bestemme den tilsvarende mengde arbeid. Punktet pmax representerer således et maksimum slitasje maksimum arbeid punkt, enkelte ganger kalt "arbeidsklassen" for vedkommende type borkrone. Det kan også være nyttig å utvikle et forhold representert ved speilbildet av kurven c2o, dvs kurven c22 som plotter resterende nyttig borkroneliv mot arbeid utført fra de tidligere nevnte signaler.

De elektriske signaler i datamaskinen som tilsvarer de funksjoner som er representert ved kurvene c20 og c22 skal fortrinnsvis omformes til en visuelt observerbar form, så som de kurvene som er vist på figur 6, når de kommer ut ved 64.

Som nevnt ovenfor i en annen sammenheng, kan vibrasjoner av borkronen forårsake at borkronens kraft varierer betydelig over individuelle inkrementer. Ved utvikling av det nominelle arbeidsforhold, er det å foretrekke i slike tilfeller, å generere et respektivt topp kraft signal som tilsvarer den maksimale kraft kronen over hvert slikt inkrement. En grense tilsvarende den maksimalt tillatte kraft for stenstyrken i dette inkrement kan også bestemmes, som forklart nedenfor. For en hvilken som helst slik borkrone som er potensielt vurdert for bruk til å utvikle kurven Ci, bør en verdi som tilsvarer topp kraft signalet sammenlignes med grensen, og hvis verdien er større enn eller lik grensen, skulle den respektive borkrone bli ekskludert fra de fra hvilke de nominelle arbeidsforhold signaler blir generert. Denne sammenligningen kan selvfølgelig utføres elektronisk av datamaskinen 36 ved bruk av et elektrisk grensesignal som tilsvarer den nevnte grense.

Grunnlaget for å bestemme den nevnte grense er basert på den driftseffekt-grense som er forklart ovenfor i forbindelse med figur 2. Så snart grenseeffekten for den rette stenstyrke således er bestemt, kan den tilsvarende maksimum kraft grense bli ekstrapolert ved ganske enkelt å dividere denne effekten med borsynk.

Alternativt kan den virkelige borkroneeffekt bli sammenlignet direkte med driftseffekt-grensen.

I begge tilfeller, kan prosessen utføres elektronisk med datamaskinen 36. Andre faktorer kan også påvirke intensiteten av vibrasjonene, og disse kan også tas i betraktning i foretrukne utførelser. Slike andre faktorer omfatter borestrenggeometri og stivhet, hullgeometri og massen av bunnhullenheten nedenfor det nøytrale punkt i borestrengen.

Fremgangsmåten for å generere topp kraft signalet kan være den samme som den som er beskrevet ovenfor for å generere inkrementelle virkelig kraft signaler for inkrementer i hvilke det ikke er noen vibrasjonsproblem, dvs ved bruk av den elektroniske ekvivalent av ligningene (5), (6), eller (7) + (8), unntatt at for hver av disse variable, f.eks. w, vil den maksimale eller topp verdi av den variable for vedkommende intervall bli brukt (unntatt for R, for hvilken minimumsverdien skal brukes).

Det nominelle arbeidsforhold 66 kan brukes til å utvikle informasjon om slipeevne, som indikert ved 68. Slipeevne kan i sin tur brukes til å forbedre slitasjemodulering og/eller til å justere driftseffekt-grensen. Spesielt, hvis slipeevne er detektert, bør driftseffekt-grensen senkes for den seksjonen av intervallet som blir boret.

Når det gjelder slipeevne i seg selv, er det nødvendig å ha ytterligere historiske data, mer spesielt slipeevnedata 70, fra tilleggsbrønnen eller hullet 72 som har vært boret gjennom et slipende stratum så som "hård stringer" 74, og kronen 76 som boret det intervallet som omfattet hård stringer 74.

Det skal bemerkes, at som brukt her, betyr et utsagn at en del av formasjonen er "slipende" at vedkommende sten er relativt slipende, f.eks. kvarts eller sandsten, i sammenligning med skifer. Stenens slipeevne er i det vesentlige en funksjon av stenens overflatekonfigurasjon og stenens styrke. Konfigurasjonsfaktoren er ikke nødvendigvis relatert til kornstørrelsen, men heller til kornenes vinkelform eller "skarphet".

Det henvises igjen til figur 5. Slipeevnedataene 70 omfatter den samme type data 78 fra brønnen 72 som data 50, dvs de brønndata som er nødvendig for å bestemme arbeid, så vel som en slitasjemåling 80 for kronen 76.1 tillegg, omfatter slipeevne-dataene volumet 82 av et slipende medium 74 boret av borkronen 78. Sistnevnte kan bestemmes på en kjent måte ved å analysere brønnlogger fra hullet 72, som generelt indikert ved den svarte boks 84.

Som med andre aspekter ved oppfinnelsen, blir dataene omformet til respektive elektriske signaler ført inn til datamaskinen 36 som indikert ved 86. Datamaskinen 16 kvantifiserer slipeevne ved å prosessere signalene for å utføre den elektroniske ekvivalent av å løse ligningen:

hvor:

X, = slipeevne,

Qb= virkelig kronearbeid (for mengden av slitasje på borkronen 56)

^rated= nominelt arbeid (for den samme mengde slitasje)

Vabr = volum av slipende medium boret.

F.eks., anta at en borkrone har utført 1.000 tonn-mil av arbeid og blir trukket ut med 50 % slitasje etter boring av 200 kubikk fot av slipende medium. Anta også at det historiske nominelt arbeidsforhold for den spesielle kronen indikerer at slitasjen skulle være bare 40 % ved 1.000 tonn-mil og 50 % ved 1.200 tonn-mil av arbeid som indikert på figur 7. Med andre ord, de ekstra 10 % av slipende slitasje tilsvarer ytterligere 200 tonn-mil av arbeid. Slipeevne er kvantifisert som en reduksjon i borkronens liv på 200 tonn-mil per 200 kubikk fot av slipende medium boret eller 1 (tonn-mil/kubikkfot). Denne måleenheten er dimensjonelt ekvivalent til laboratorieslipeevne-tester. Volumprosenten av slipende medium kan bestemmes fra brønnlogger som kvantifiserer litologiske komponentrfaksjoner. Volumet av slipende medium boret kan bestemmes ved å multiplisere det totale volum av sten boret med volumfraksjonen for det slipende komponent. Alternativt kan de litologiske data tas fra logger fra hullet 72 ved teknikker for måling under boring, som indikert ved svart boks 84.

Det nominelle arbeidsforhold 66, og hvis passende, slipeevnen 68, kan videre brukes til å fjernmodulere slitasjen av borkronen 18 mens den borer et hull 14. I eksempelutførelsen illustrert på figur 5, går intervallet av hull 14 boret med borkronen 18 fra overflaten gjennom og forbi den hårde stringer 74.

Bruk av teknikker for måling under boring og annen tilgjengelig teknologi, av den type av data som genereres ved 50 genereres på en løpende basis for brønnen 14 som indikert ved 88. Fordi disse data blir generert på en løpende basis, blir de her kalt "sann tids data". Sann tids dataene blir omformet til respektive elektriske signaler ført inn i datamaskinen 36 som indikert ved 90. Ved bruk av samme prosess som for de historiske data, dvs prosessen som indikert ved 54, kan datamaskinen generere inkrementelle virkelig kraft signaler og tilsvarende inkrementelle avstandssignaler for hvert inkrement boret av borkronen 18. Videre kan datamaskinen prosessere de inkrementelle virkelig kraft signaler og de inkrementelle avstandssignaler for borkronen 18 for å produsere et respektivt elektrisk inkrementelt virkelig arbeidssignal for hvert inkrement boret av borkronen 18, og periodisk kumulere disse inkrementelle virkelig arbeidssignaler. Dette produserer i sin tur et elektrisk signal for løpende arbeid, tilsvarende det arbeid som har vært løpende utført av borkronen 18. Deretter, ved bruk av signaler som tilsvarer nominelt arbeidsforhold 66, kan datamaskinen periodisk omforme signalet for løpende arbeid til et elektrisk signal for løpende slitasje, som indikerer slitasjen på borkronen under bruk, dvs borkrone 18.

Disse grunnleggende trinn ville bli utført selv om borkronen 68 var antatt ikke å bore gjennom hård stringer 54 eller annet slipende stratium. Fortrinnsvis, når signalet for løpende slitasje når en forutbestemt grense, tilsvarende en verdi ved eller under arbeidsevnen for størrelse og design av vedkommende borkrone, blir borkronen 68 hentet ut.

Fordi brønnen 70 er nær brønnen 52, og det derfor er logisk å konkludere at borkronen 68 borer gjennom hård stringer 54, blir slipeevne-signalet produsert ved 48 prosessert for å justere det løpende slitasjesignal produsert ved 74 forklart i slipeevne-eksempelet ovenfor.

Igjen kan det også være nyttig å overvåke for overdrevne vibrasjoner av borkronen 18 under bruk. Hvis slike vibrasjoner detekteres, skal et respektivt topp kraft signal genereres, som beskrevet ovenfor, for hvert respektivt inkrement i hvilket slike overdrevne vibrasjoner blir erfart. Igjen, en grense tilsvarende den maksimalt tillatte kraft for stenens styrke i hvert av inkrementene blir også bestemt, og et tilsvarende signal generert. Datamaskinen 36 sammenligner elektronisk hvert slikt topp kraft signal til de respektive grensesignaler for å prøve mulig slitasje utover den som tilsvarer det løpende slitasjesignal. Korrigerende aksjon kan tas. F.eks., kan man redusere operasjonseffekt-nivået, dvs vekten på borkronen og/eller rotasjonshastigheten.

I alle tilfeller, skal det løpende slitasjesignal 92 fortrinnsvis tømmes i en type av visuelt observerbar form som indikert ved 94.

Det ovenstående eksempel illustrerer en modelleringsprosess for sann tids slitasje. Det må forstås at en forutsigende slitasjemodell kunne produseres på forhånd, som bruker lignende elektronisk prosesseringsmetologi, men som opererer med den antagelse at den litologien som vil bli boret med borkronen 18 er identisk med den som er blitt boret med borkronen 76. Deretter kunne de før nevnte justeringer av vekt på kronen og rotasjonshastigheten, for å gjøre rede for slitasje på borkronen, baseres på denne forutsigelsesmodell. I en høyst foretrukken utførelse, kunne en forutsigelsesmodell anordnes på forhånd, men sann tids slitasjemodulering kunne også bli gjort, for å verifisere og/eller justere forhåndsmodellen, og de tilsvarende justeringer på rotasjonshastigheten og vekt på kronen.

Tallrike modifikasjoner på de foranstående utførelser kunne tenkes av fagfolk i teknikken. Følgelig er det ment at omfanget av den foreliggende oppfinnelse skal begrenses bare av de følgende krav.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for å regulere driftsparametre for en gitt brønn-borkrone, karakterisert ved å undersøke trykkfastheten av formasjonen (20) i et intervall som skal bores av den nevnte krone (18), å analysere slitasje av kritisk borkronestruktur av samme størrelse og konstruksjon som den gitte borkronen (18), og hvilken struktur har boret materiale av tilnærmet samme trykkfasthet som den som blir prøvet, sammen med respektive boredata (78) for den slitte struktur, fra den nevnte analyse, å bestemme en driftseffekt-grense for den respektive trykkfasthet, over hvilken driftseffekt-grense uønsket borkrone-slitasje sannsynligvis vil oppstå, og å regulere boreforhold ved hvilke de nevnte gitte borkroner (18) blir operert for å opprettholde en ønsket operasjonseffekt som er lavere enn eller lik den nevnte driftseffekt-grense.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et antall slike strukturer og respektive boredata (50) blir analysert, videre omfattende generering fra de nevnte analyser en første type serie av korrelerte par av elektriske signaler, hvor de to signalene i hvert slikt par tilsvarer henholdsvis slitasjetakt og operasjonseffekt for en av de nevnte strukturer, og ved at den nevnte driftseffekt-grense blir generert fra de nevnte signaler av den første type serie.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at minst en av de nevnte strukturer er en separat del av en størrelse og konstruksjon som brukes i den nevnte gitt borkrone (18), og som blir analysert under laboratorieforhold.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at minst en av de nevnte strukturer er en komplett borkrone av samme størrelse og konstruksjon som den gitte borkrone (18) og som er slitt under feltboring.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at de nevnte boreforhold blir slik regulert for å holde den nevnte ønskede operasjonseffekt mindre enn, men så nær som rimelig mulig, til den nevnte driftseffekt-grense.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at de nevnte boreforhold omfatter forhold som gjelder den nevnte borkrone (18), hvor borkrone-vibrasjoner forårsaker at krefter som blir overført til borkronen (18) vil variere over små inkrementer av intervallet, og ved at de tilførte forhold blir så regulert i forhold til de høyeste overførte krefter.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at forholdene som reguleres er rotasjonshastighet (N) og vekt på kronen (w).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den videre omfatter generering av en annen type serie av korrelerte par av elektriske signaler, hvor de respektive signaler i hvert par tilsvarer en verdi av rotasjonshastighet (N) og en verdi av vekt (w) på kronen, hvor verdiene av rotasjonshastighet (N) og vekt (w) på kronen i hvert par teoretisk resulterer i en effekt som tilsvarer driftseffekt-grensen, og ved at den nevnte borkrone blir operert med en rotasjonshastighet og vekt på kronen som tilsvarer et av de nevnte par av signaler i den andre typen av serie.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av en rotasjonshastighetsgrense for den nevnte driftseffekt-grense (N-lim) over hvilken vesentlige ufordelaktige borkronebevegelseskarakteristikker sannsynligvis kan oppstå, og derfor å operere den nevnte borkronen (18) med en rotasjonshastighet som er lavere enn rotasjonshastighetsgrensen (N-lim).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av en vekt på kronen for den nevnte driftseffekt-grense (w-lim) over hvilken vesentlige ufordelaktige borkronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, og å operere den nevnte kronen (18) med en vekt på kronen (w) som er under den nevnte vekt på krone-grensen (w-lim).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at den videre omfatter: å bestemme en marginal rotasjonshastighet (N-mar) for den nevnte driftseffekt-grense, lavere enn den nevnte rotasjonshastighetsgrense, over hvilken uønskede kronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, å bestemme en marginal vekt (w-mar) på kronen for den nevnte driftseffekt-grense, lavere enn den nevnte vekt på krone-grense, over hvilken uønskede kronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, og å operere den nevnte borkronen (18) med en rotasjonshastighet som er lavere enn eller lik den nevnte marginale rotasjonshastighet (N-mar), og en vekt på kronen som er mindre enn eller lik den nevnte marginale vekt (w-mar) på kronen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den omfatter operering av den nevnte kronen (18) med en slik rotasjonshastighet og vekt på kronen omkring så nær som rimelig mulig til den nevnte marginale vekt (w-mar) på kronen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av en kombinasjon Pdc av vekt på kronen og rotasjonshastighet ved hvilken en maksimum skjæringsdybde er oppnådd, og å operere den nevnte borkronen (18) med en vekt på kronen som er nær eller lik den mindre vekt på kronen som tilsvarer den nevnte maksimale skjæringsdybde (dc), eller den marginale vekt på kronen (w-mar).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at den videre omfatter: å bestemme en marginal rotasjonshastighet (N-mar) for den nevnte driftseffekt-grense, lavere enn den nevnte rotasjonshastighetsgrense (N-lim), over hvilken uønskede borkronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, å bestemme en marginal vekt (w-mar) på borkronen for den nevnte driftseffekt-grense, lavere enn den nevnte vekt på kronen grense (w-lim), over hvilken uønskede borkronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, å bestemme en vekt på kronen for den nevnte driftseffekt-grense som produserer en maksimum skjæringsdybde (dc) for borkronen (18), og å operere den nevnte borkronen (18) med en rotasjonshastighet som er mindre enn eller lik den nevnte marginale rotasjonshastighet (N-mar), og en vekt på borkronen som er nær eller lik den mindre av den nevnte marginale vekt (w-mar) på borkronen og den nevnte vekt på borkronen for maksimal skjæringsdybde.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av en vekt på kronen grense (w-lim) for den nevnte driftseffekt-grense, over hvilken vesentlige ufordelaktige borkronebevegelseskarakteristikker kan oppstå, og å operere den nevnte borkronen med en vekt på kronen som er lavere enn den nevnte vekt på kronen grense (w-lim).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den videre omfatter generering av et antall signalserier av den andre typen, hver av en forskjellig mengde av slitasje, og periodisk øke vekt på kronen (w) etter hvert som borkronen slites, i samsvar med den passende serie av den andre typen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at den videre omfatter endring av rotasjonshastigheten (N) når vekt på kronen (w) øker.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at den videre omfatter måling eller modulering av slitasje på samme borkronen (18) i sann tid.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den nevnte trykkfasthet-prøving omfatter et antall formasjonslag av forskjellig trykkfasthet, og videre omfatter, generering av respektive første og andre typer serie av signaler for hver slik trykkfasthet, overvåking fremgangen av borkronen (18) gjennom formasjonen, og periodisk endring av operasjonen av borkronen (18) i samsvar med de respektive serier av signaler for trykkfastheten av formasjonen som blir boret av den nevnte borkronen (18).

20. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kompresjonstyrken er slik prøvet ved modulering i sanntid mens man borer intervallet med borkronen (18).