RU2011127193A

RU2011127193A - Способ и устройство для уменьшения колебаний прилипания-проскальзывания в бурильной колонне

Info

Publication number: RU2011127193A
Application number: RU2011127193/03A
Authority: RU
Inventors: Оге КЮЛЛИНГСТАД
Original assignee: НЭШНЛ ОЙЛВЕЛЛ ВАРКО, Эл.Пи.
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2013-01-10
Also published as: PL2364397T3; WO2010063982A1; BRPI0822972A2; US9581008B2; BRPI0822972B1; US20110232966A1; US10415364B2; CA2745198A1; MX2011005523A; EP2364397A1; US20170101861A1; RU2478781C2; CA2745198C; EP2364397B1

Abstract

1. Способ демпфирования колебаний прилипания-проскальзывания в бурильной колонне, содержащий следующие этапы:(а) демпфирование колебаний прилипания-проскальзывания с использованием бурильного механизма сверху бурильной колонны;(б) регулирование скорости вращения бурильного механизма с использованием ПИ-регулятора,отличающийся тем, что содержит этап (в) настройки ПИ-регулятора так, что бурильный механизм поглощает большую часть крутильной энергии от бурильной колонны на частоте колебаний прилипания-проскальзывания или вблизи нее.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания прилипания-проскальзывания содержат крутильные волны, распространяющиеся по бурильной колонне, и этап (в) содержит корректировку параметра I ПИ-регулятора в зависимости от приблизительного периода колебаний прилипания-проскальзывания и от действующего момента инерции бурильного механизма, при этом бурильный механизм имеет коэффициент отражения, зависимый от частоты крутильных волн и, по существу, минимальный на частоте колебаний прилипания-проскальзывания или вблизи нее.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра I согласно формуле I=ω J, где ωприблизительная или расчетная угловая частота колебаний прилипания-проскальзывания и J действующий момент инерции бурильного механизма.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап измерения приблизительного периода колебаний прилипания-проскальзывания для использования в корректировке параметра I.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра Р ПИ-регулятора д�

Claims

1. Способ демпфирования колебаний прилипания-проскальзывания в бурильной колонне, содержащий следующие этапы:

(а) демпфирование колебаний прилипания-проскальзывания с использованием бурильного механизма сверху бурильной колонны;

(б) регулирование скорости вращения бурильного механизма с использованием ПИ-регулятора,

отличающийся тем, что содержит этап (в) настройки ПИ-регулятора так, что бурильный механизм поглощает большую часть крутильной энергии от бурильной колонны на частоте колебаний прилипания-проскальзывания или вблизи нее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания прилипания-проскальзывания содержат крутильные волны, распространяющиеся по бурильной колонне, и этап (в) содержит корректировку параметра I ПИ-регулятора в зависимости от приблизительного периода колебаний прилипания-проскальзывания и от действующего момента инерции бурильного механизма, при этом бурильный механизм имеет коэффициент отражения, зависимый от частоты крутильных волн и, по существу, минимальный на частоте колебаний прилипания-проскальзывания или вблизи нее.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра I согласно формуле I=ω_s ²J, где ω_s приблизительная или расчетная угловая частота колебаний прилипания-проскальзывания и J действующий момент инерции бурильного механизма.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап измерения приблизительного периода колебаний прилипания-проскальзывания для использования в корректировке параметра I.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра Р ПИ-регулятора для приведения его к величине того же порядка, что величин характеристического импеданса ζ бурильной колонны.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра Р ПИ-регулятора так, что коэффициент отражения не обращается в нуль, при этом предотвращается разделение основной моды колебаний прилипания-проскальзывания на две новых моды с различными частотами.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап корректировки параметра Р ПИ-регулятора согласно формуле Р=ζ/а где а коэффициент подвижности, обеспечивающий корректировку параметра Р во время бурения, при этом поглощение энергии колебаний прилипания-проскальзывания бурильным механизмом может увеличиваться или уменьшаться.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап увеличения коэффициента подвижности, если величина колебаний прилипания-проскальзывания существенно не уменьшается или они не исчезают.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап уменьшения коэффициента подвижности после существенного уменьшения величины колебаний прилипания-проскальзывания или их исчезновения, при этом производительность бурения увеличивается без повторного появления величины колебаний прилипания-проскальзывания или увеличения их величины.

10. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ПИ-регулятор является отдельным от регулятора скорости бурильного механизма, и способ дополнительно содержит этап шунтирования регулятора скорости бурильного механизма ПИ-регулятором во время демпфирования колебаний прилипания-проскальзывания.

11. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что бурильный механизм содержит ПИ-регулятор, и способ дополнительно содержит этапы настройки ПИ-регулятора при появлении колебаний прилипания-проскальзывания, и исключение настройки ПИ-регулятора в ином случае.

12. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап расчета мгновенной скорости вращения компоновки низа бурильной колонны на нижнем конце бурильной колонны посредством объединения известной крутильной податливости бурильной колонны с изменениями крутящего момента на валу бурильного механизма.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что изменения крутящего момента на валу представлены только на основной частоте колебаний прилипания-проскальзывания, при этом этап расчета упрощен так, что может быть реализован посредством ПЛК и выполнен в режиме реального времени.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанный этап расчета содержит пропуск через полосовой фильтр сигнала крутящего момента на валу с центрированием полосового фильтра на приблизительной частоте колебаний прилипания-проскальзывания.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что расчет мгновенной скорости вращения содержит определение скорости в скважине с использованием суммарной статической податливости бурильной колонны и фазового параметра, и определение суммы сигнала, пропущенного через фильтр низких частот, и представляющего скорость вращения бурильного механизма, и скорости вращения в скважине.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что содержит периодическое проведение указанного этапа расчета и вывод расчетных данных на пульт бурильщика, при этом бурильщик снабжаются, по существу, в режиме реального времени расчетными данными мгновенной частоты вращения компоновки низа бурильной колонны.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап определения показателя интенсивности прилипания-проскальзывания, как отношения амплитуды динамической скорости в скважине к средней скорости вращения бурильного механизма, при этом показатель интенсивности прилипания-проскальзывания используется для создания выходного сигнала, показывающего интенсивность прилипания-проскальзывания в данный момент времени.

18. Способ бурения ствола скважины, содержащий следующие этапы:

(а) вращение бурильной колонны бурильным механизмом для вращения бурового долота на нижнем конце бурильной колонны и осуществление проходки поверхности земли; и

(б) при обнаружении колебаний прилипания-проскальзывания бурильной колонны осуществление их демпфирования с использованием способа по любому из пп.1-11.

19. Бурильный механизм для использования в бурении ствола скважины, содержащий электронный регулятор с ПИ-регулятором и запоминающее устройство, сохраняющее исполняемые компьютером инструкции, обеспечивающие при исполнении осуществление демпфирования колебаний прилипания-проскальзывания бурильной колонны с использованием способа по любому из пп.1-11.

20. Электронный регулятор для использования с бурильным механизмом для бурения ствола скважины, содержащий ПИ-регулятор и запоминающее устройство, сохраняющее исполняемые компьютером инструкции, обеспечивающие при исполнении осуществление демпфирования колебаний прилипания-проскальзывания бурильной колонны с использованием способа по любому из пп.1-11.

21. Способ модернизации бурильного механизма на буровой установке, содержащий этапы загрузки исполняемых компьютером инструкций в электронный регулятор на буровой установке, причем электронный регулятор предназначен для регулирования работы бурильного механизма, и исполняемые компьютером инструкции содержат команды для выполнения способа по любому из пп.1-11.