SU1366636A1 - Способ обнаружени момента смены пласта по буримости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрол  и управлени , процессом бурени . Цель изобретени  - повьше- ние точности. Измер ют скорость перемещени  верхнего конца бурильной колонны. Определ ют мгновенную скорость V; и частоту fo колебаний, скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны. Определ ют величину интервала измерени  коррел ционной функции и интервала сглаживани  значений V;. Осуществл ют их центрирование. Вычисл ют оценки автокоррел ционных функций R(t,t) и c(t), определ ют величину статис- тики L(t) R(t, С) r,(t)/R(t,t) и при резком увеличении значени  L (t) и посто нстве значени  fo фиксируют смену буримости пород. При одновременном резком увеличении значений L (t) и fg фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов. Способ позвол ет определить моменты смены пластов горных пород по буримости, обеспечивает повышение точности механического каротажа по- глубине скважины. По выбросу значений статистики L (t) суд т о факте смены горной породы. По совместным изменени м статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определ ют момент заклинивани  породоразрушакицего инструмента или полного износа режущих элементов. 5 ил. (О 00 О5 О5 05 00 о:

Description

1

Изобретение относитс  к контролю и управлению процессом бурени  и может быть использовано дл  определени  моментов времени смены горных пород дл  распознавани  аварийных ситуаций в скважине.

Цель изобретени  - повышение точности обнаружени  момента смены пласта по буримости.

На фиг. 1 приведены диаграммы мгновенных значений проходки h и скорости Удд перемещени  верхнего конца бурильной колонны; на фиг. 2 -

136

1366636 - а на

втором интервале частота коле

баний V возросла до 0,3 Гц, с сохранением колебаний верхнего конца около нулевого уровн . Рост проходки во втором случае отсутствует, но по вились незатухающие высокочастотные колебани  с частотой, равной частоте вращени  бурового снар да.

Характер изменени  скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны при изменении нагрузки на поверхности с 5,4 до 10,6 кН показаны на фиг. 2. При бурении с нагрузкой

диаграммы мгновенных значений V, при; 15 средн   скорость перемещени 

Ум.с-р. 0,65 мм/с, а частота автоколебаний скорости перемещени  верхнего конца составила 0,458 Гц. После по- выщени  нагрузки до 10,6 кН, средн   скорость повысилась до 0,72 мм/с а частота автоколебаний практически не изменилась и-составила 0,43 Гц. Следовательно, частота автоколеба- НИИ скорости перемещени  верхнего 25 конца бурильной колонны инвариантна изменению осевой нагрузки. Изменение амплитуды колебаний скорости перемещени  верхнего конца колонны под действием осевой нагрузки можно интерпретировать как изменение свойств горных пород по буримости, так как изменение ведет только к повьшению или снижению скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны.

изменении осевой нагрузки Р; на фиг. 3 - пример вьшолнени  блок- схемы устройства, реализующего данный способ; на фиг. 4 - изменение статистики L(t) и частоты f, автоколебани  верхнего конца бурильной колонны при смене горной породы; на фиг. 5 - изменение L(t) и f при самозаклинивании керна в колонковой трубе.

Из диаграммы мгновенных значений проходки h (фиг. 1) видно, что перемещение верхнего конца бурильной колонны имеет пульсирующий характер. При этом на пульсирующее перемещение верхнего конца колонны наложены колебани  более высокой частоты. Высокочастотные колебани  равны частоте вращени  бурильной колонны и . про вл ютс  в основном в периоды поступательного движени  верхнего конца или в периоды времени, когда он неподвижен. Естественно, что высокочастотные колебани  тождественны механическим вибраци м бурового снар да на поверхности. Диаграммы мгновенных значений скорости V перемещени  верхнего конца бурильной колонны получены численным дифференцированием проходки h. Из диаграммы V(t) следует, что скорость перемещени  носит колебательный характер, при этом амплитуда колебаний намного превышает (более, чем на пор док) среднее значение скорости бурени  V(t). На фиг. 1 показаны два интервала времени бурени : первый (фиг. 1а соответствует нормальному бурению в однор дных породах; второй (фиг. 16) отображает процесс перехода от нормального бурени  к самозаклиниванию керна в-КОЛОНКОВОЙ трубе. При нормальном бурении частота перехода Vj через среднее ее значение равна О, 1 2 Гц

5 средн   скорость перемещени 

0

0

Ум.с-р. 0,65 мм/с, а частота автоколебаний скорости перемещени  верхнего конца составила 0,458 Гц. После по- выщени  нагрузки до 10,6 кН, средн   скорость повысилась до 0,72 мм/с, а частота автоколебаний практически не изменилась и-составила 0,43 Гц. Следовательно, частота автоколеба- , НИИ скорости перемещени  верхнего 5 конца бурильной колонны инвариантна изменению осевой нагрузки. Изменение амплитуды колебаний скорости перемещени  верхнего конца колонны под действием осевой нагрузки можно интерпретировать как изменение свойств горных пород по буримости, так как изменение ведет только к повьшению или снижению скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны.

Таким образом, структура способа обнаружени  момента смены пласта следующа  . В процессе контрол  мгновенной скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны по посто нству частоты автоколебаний и отклонению амплитуды мгновенной скорости бурени  суд т о смене пласта, по повышению частоты автоколебаний и снижению скорости бурени  практически до нулевого уровн  - о самозаклинивании породоразрушающего инструмента или износе его режущих элементов. Остаетс  выбрать метод измерени  дл  оценки отклонени  скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны

от установившегос  значени . I

Из приведенных выше данных следует , что перемещение верхнего конца бурильной колонны следует рассматривать как случайный процесс и дл  его исследовани  необходимо использовать теорию нестационарных случайных функций. При этом при бурении в однородных породах процесс переме5

0

5

0

5

щени  верхнего конца бурильной колонны стационарен, а при переходе в другую горную породу стационарные свойства его нарушаютс , считал момент перехода в другую горную породу моментом слабой импульсной помехи с пр моугольной огибающей, С этой целью можно использовать статистику

рел ции, равна  ( ,t +21/dj

j R(t,t)R(t+ C,t+)

где Од - интервал измерени  коррел ционной функции.

Дл  измерени  частотной характе-. .ристики процесса можно использовать формулу

По

(2)

где f - частота автоколебани  верхнего конца бурильной колонны;

Пд - число переходов мгновенной скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны через среднее ее значение

По 2I(signV cp -У„),

измер емое на интервале времени to

На фиг. 3 показан пример блок-схемы устройства дл  реализадщ способа обнаружени  момента времени смены пласта по буримости, содержащей буро вую устано-вку 1, датчик 2 мгновенной скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны, фильтр 3 низких частот, блок 4 вычислени , устройство 5 вывода информации, устройство 6 ввода информации.

Способ осуществл етс  следующим образом.

Сигнал о скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны снимаетс  с выхода датчика 2 мгновенной скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны и поступа

ет на вход фильтра низких частот. С

выхода последнего сигнал поступает на блок 4 вычислени , где по формуле (2) вычисл етс  частота автоколебаний верхнего конца бурильной колонны и рассчитываетс  период роле- баний. По значению периода колебаний скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны вычисл ют частоту дискретизации непрерывного колебательного процесса по формуле

lOf

о

где fa частота дискретизации;

10 - число отсчетов в одном периоде исследуемого процесса .

Необходима  длина интервала измерени  коррел ционной функции прин та равной четырем периодам колебаний верхнего конца бурильной колонны, 1

т.е,

В этом случае погреш5

0

осуществл - расчет статистики L(t) по

ность оценки коррел ционной функции будет около 4%.

В блоке 4 вычислени  етс 

следующей схеме. Осуществл етс  центрирование реализации случайного процесса по формуле

1 Т,

о

(t)V(t) - -- j V(7r)d,

t-T,

5

где

Т, интервал ный m/f

сглаживани  m 3.

, равПроизводитс  оценка коррел ционной функции

R4t.t +

« i-1

t-T.

Vo/t,)V rt. + r)dt, ;

Те .

Осуществл етс  расчет интервала

коррел ции

/

2(t) Г/g-i -:tIl/dL..

I .t)R(t-b,t+t-)

С использованием формул (1) и (2) производитс  расчет текущих статистик и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны, значени  которых вывод тс  на печать устройства 5 вывода информации. По выбросу значений статистики L(t) суд т о факте смены горной породы, а по совместным изменени м статистики и частоты колебаний верхнего конца бурильной колонны определ ют моменты времени самозаклинивани  породоразрушающего инструмента или о полном износе его режущих элементов.

Реализаци  программы расчета не составл ет трудностей ввиду наличи  стандартных программ расчета автокоррел ционных функций.

На фиг. 4 представлен фрагмент записи статистики L(t) и частотной характеристики процесса f при смене ю горной породы.

На фиг. 5 даны фрагменты записи статистики L (t) и частотной характеристики при самозаклинивании керна в колонковой трубе.15

Из диаграмъвл фиг. 4 видно, что при переходе из одной горной породы в другую произошло резкое изменение статистики L(t) при неизменной часбуримости , что позвол ет повысить точность проведени  механического каротажа по глубине скважины.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обнаружени  мо,мента смены цласта по буримости, основанный на измерении скорости перемещени  верхнего коцца бурильной колонны, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, измер ют мгновенную скорость V, и частоту fj, колебаний скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны, определ ют величину интервала измерени  коррел ционной функции и интервала сглаживани  значений V, осуществл ют их центрирование, вычисл ют оцентоте колебани  верхнего конца буриль-го ки автокоррел ционных функций R(t,t) колонны г„ const.

   ной

   и (t), рпредел к)т величину статистики L(t) R(t,t). ti(t)/R(t,t) и при резком увеличении значени  L(t) и посто нстве значени  f, фиксируют смену буримости пород, а при одновременном резком увеличении значений L(t) и f(j фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов.

   Из диаграмм на фиг. 5 следует, что при самозаклинивании керна в колонковой трубе изменились как L(t), так и fо.

   Исследовани  .способа показали, что он очень выгодно отличаетс  от известных, так как позвол ет на 4- 8 мм углубки скважины определить моменты смены пластов горных пород по

   А Л/ .. (JW - (у

   . .л

   %

   ч/

   гс

   Л л/Л /

   V

   буримости, что позвол ет повысить точность проведени  механического каротажа по глубине скважины.

   Формула изобретени 

   Способ обнаружени  мо,мента смены цласта по буримости, основанный на измерении скорости перемещени  верхнего коцца бурильной колонны, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, измер ют мгновенную скорость V, и частоту fj, колебаний скорости перемещени  верхнего конца бурильной колонны, определ ют величину интервала измерени  коррел ционной функции и интервала сглаживани  значений V, осуществл ки автокоррел ционных функций R(t,t)

   и (t), рпредел к)т величину статистики L(t) R(t,t). ti(t)/R(t,t) и при резком увеличении значени  L(t) и посто нстве значени  f, фиксируют смену буримости пород, а при одновременном резком увеличении значений L(t) и f(j фиксируют самозаклинивание породоразрушающего инструмента или полный износ его режущих элементов.

   .л

   %

   Л л/Л /уГ

   V

   g csjc:

   Г

   ft}

   фиг. 5

   Редактор М, Товтин

   Составитель В. Шилов Техред Л.Сердюкова

   Фиг. J

   дзиеЛ

   Корректор О. Кравцова