SU1719626A1 - Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин - Google Patents
Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин Download PDFInfo
- Publication number
- SU1719626A1 SU1719626A1 SU904819237A SU4819237A SU1719626A1 SU 1719626 A1 SU1719626 A1 SU 1719626A1 SU 904819237 A SU904819237 A SU 904819237A SU 4819237 A SU4819237 A SU 4819237A SU 1719626 A1 SU1719626 A1 SU 1719626A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- bit
- axial load
- frequency
- pressure
- time
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к турбинному бурению скважин и позвол ет повысить точность определени и поддержани оптимальной осевой нагрузки на долото. Изменени давлени промывочной жидкости воспринимаютс преобразователем 1 давлени . Сигнал с преобразовател 1 в первом АЦП 3 преобразуетс в цифровой код и записываетс в первый блок 6 пам ти. Вибрации долота, передающиес по колонне бурильных труб, воспринимаютс акустическим вибропреобразователем 2. Сигнал с него поступает в блок 5 измерени частоты вращени долота, а также оцифровываетс блок 7 пам ти, Информаци из блоков 5, 6 и 7 поступает в программируемый вычислительный блок 8. В блоке 8 дл каждого временного интервала A t определ ют среднюю частоту тд вращени долота и среднюю частоту Гмакс наибольшей по амплитуде частотной составл ющей сигнала упругих колебаний бурильной колонны. Вычисл ют отношение I . Определ ют во времени скорость изменени мгновенного значени тмакс. Определ ют врем задержки между пульсаци ми давлени промывочной жидкости и вызванными ими изменени ми тмакс. Определ ют с учетом времени задержки коэффициент К. пропорциональности между сигналом переменной составл ющей давлени и зависимостью во времени скорости изменени мгновенного значени тмакс. Вычисл ют по значени м , К, Тд дл каждых двух последовательных интервалов Д t значение а- характеристики оптимальной осевой нагрузки на долото. В зависимости от величины и знака «измен ют осевую нагрузку, стрем сь поддерживать с помощью исполнительного механизма 10 а 0. При этом интервал At выбирают меньше интервала времени, за который осева нагрузка на долото изменитс меньше чем по 10 - 20%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё ю о го о
Description
Изобретение относитс к бурению скважин и может быть использовано при поддержании режимов рационального турбинного бурени и создании автоматических систем управлени процессом такого бурени .
Цель изобретени - повышение точности определени оптимальной осевой нагрузки на долото и посто нного поддержани эффективности режима турбинного бурени путем контрол момента сил трени долота о забой по изменени м частоты гармонических составл ющих сигнала колебаний.
На чертеже представлено устройство дл реализации предлагаемого способа.
Устройство содержит преобразователь 1 давлени , акустический вибропреобразователь 2, первый 3 и второй 4 аналого-цифровые преобразователи, блок 5 измерени частоты вращени долота, первый 6 и второй 7 блоки пам ти, программируемый вычислительный блок 8, блок 9 индикации и исполнительный механизм 10.
Предлагаемый способ определени и регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото с помощью устройства работает следующим образом.
Сигнал давлени промывочной жидкости воспринимаетс преобразователем 1 давлени , с выхода последнего информаци в виде электрического сигнала поступает на вход первого аналого-цифрового преобразовател 3 и после него в цифровой форме записываетс последовательно по адресам во времени в первом блоке 6 пам ти.
При движении долота по забою и взаимодействии его с неоднородност ми породы забо возникают вибрации долота, которые передаютс по колонне бурильных труб и воспринимаютс на дневной поверхности скважины акустическим вибропреоб- разователем 2. С выхода последнего информаци в виде электрического сигнала поступает на вход второго аналого-цифрового преобразовател А и на вход блока 5 измерени частоты вращени долота (тд), а после аналого-цифрового преобразовани в цифровой форме записываютс последовательно по адресам во времени во втором блоке 7 пам ти.
Сигнал с выходов первого 6 и второго 7 блоков пам ти, а также блока 5 измерени частоты вращени долота подают на вход программируемого вычислительного блока 8. Последний, управл адресом считывани первого 6 и второго 7 блоков пам ти, определ ет значение характеристик t К, а по ним и веаичине тд, определенной также в блоке 5 измерени частоты вращени долота , вычисл ют дл двух последовательных интервалов At значение «-характеристику оптимальной осевой нагрузки на долото.
С выхода программируемого вычислительного блока 8 сигнал, соответствующий а, поступает в блок 9 индикации, по которому контролируетс , и на исполнительный механизм 10, управл ющий осевой
нагрузкой.
При движении долота по забою и взаимодействии его с неоднородност ми породы забо возникают вибрации долота, которые передаютс по колонне бурильных
труб и воспринимаютс на дневной поверхности скважины как упругие колебани бурильной колонны. При этом наибольшую амплитуду в сигнале колебаний имеют частотные составл ющие с частотами, кратными частоте вращени долота . В общем свлучае частота 1д имеет переменное во времени значение, обусловленное как пульсирующим характером промывочной жидкости (быстрые изменени ), так и непосто нством режима бурени (медленные изменени ). При этом быстрые изменени тем больше, чем больше переменна составл юща давлени промывочной жидкости и чем меньше момент сил трени на
долото.
Таким образом, уровень быстрых изменений может характеризовать момент сил трени на долото. Медленные изменени частоты 1д определ ютс переменным характером среднего давлени промывочной жидкости, перемежающейс по свойствам породой забо , изменени ми осевой нагрузки на долото - наиболее динамичного параметра из перечисленных. Выбрав интервал времени At определени оптимальной осевой нагрузки на долото меньше интервала времени, за который осева нагрузка на долото измен етс на 10-20%, можно считать малыми на интервале At
медленные изменени частоты вращени долота..
Значение давлени P(t) промывочной жидкости как функци времени может быть записана в виде
P(t)Po(1+g(t)),(1)
где Ро - среднее в интервале At давление промывочной жидкости;
55
Р(О-Ро Ро
(2)
где g - функци , характеризующа отклонение зо времени величины давлени промывойной жидкости от среднего на интервале At давлени и отражающа пульсации давлени .
Момент сил турбобура может быть записан в том случае в виде
вращени долота Тд, а колебани долота, распростран сь по колонне бурильных труб, достигают дневном поверхности с временной задержкой t32 уравнение (8) пре образуетс к
M(t) М0(1 + Sg (t - t3i)),
где Мо - среднее на интервале At значение момента сил на турбобуре;
131 - врем распространени акустической волны пульсаций давлени с поверхности до турбобура;
S - малоизмен ющийс на интервале определени коэффициент , характери- зующий затухание акустической волны при ее движении с поверхности до турбобура .
На основании (3) уравнение движени долота, св занного с турбобуром может быть записано как
I
. d( 2JTffl)
dt25
Mo (1 + Sg (t - t3l)) - MTp ,(4)
где I - момент инерции системы турбобур - долото;30
Мтр - момент сил трени долота о поверхность забо .
В установившемс равновесном режиме движени долота долота выполн етс Мтр Мо и выражение (4) преобразуетс к 35
2 л
df« dt
Мтр Sg {t - t3i)
Учитыва (2) на основании (5) MTpS
2 л I Ро
(P(t - t3l) - Ро) (6)
Определив переменную составл ющую давлени
P(t)P(t)-P0,
получаем
MrpS 2лП Ро
P(t - tai)
Величина Тд определ етс по упругим колебани м бурильной колонны. Принима во внимание, что наибольшую амплитуду в сигнале упругих колебаний бурильной колонны имеют частотные гармоники с частотами, кратными частоте
(3)
.X
2 л I Ро
Р (t - t31 - t32)
(9)
где Тмакс - среднее на интервале At значение частоты максимальной по амплитуде гармоники сигнала колебаний бурильной колонны;
О Тмакс
- производна по времени
мгновенного значени частоты сигнала максимальной по амплитуде гармоники сигнала;
Тд - среднее на интервале At значение частоты вращени долота.
Обозначив отношение средней на интервале At частоты вращени долота к сред- ней на том же интервале частоте наибольшей по амплитуде гармоники
(Ю)
а суммарное врем задержки
t3 t31 + t32
получим
(11)
dfn,
dt
1
2л PC
P(t-t3). (12)
(6)
ую
40
45
7)
50
Таким образом, скорость изменени мгновенного значени частоты наибольшей по амплитуде гармоники сигнала упругих колебаний пропорциональна сигналу переменной составл ющей давлени , задержанному на суммарное врем распространени акустической волны давлени с поверхности до турбобура и волны механических колебаний долота о забой до дневной поверхности скважины с коэффициентом пропорциональности
/ -.
М.1Р„
1
Т 2 I Ро
(13)
Учитыва , что величины S, , Ро не мен ютс с изменением осевой нагрузки, мало мен ютс от времени, счита их посто нными на интервале 2А t, можно дл двух последовательных интервалов At записать
AjMrE
м
Ф
(14)
где Д-fK - вызванное изменени ми осевой нагрузки на долото приращение произведени Ј К дл двух последовательных интервалов At;
Д МТр - вызванное изменением осевой нагрузки на долото приращение момента сил трени дл двух последовательных интервалов At;
-fK - среднее на двух последовательных интервалах значение произведени Ј К;
Мтр - среднее на двух последовательных интервалах значение момента сил трени .
Мощность, затрачиваема долотом на разрушение забо , определ етс выражением
N Мтр2 лгтд ,
(15)
а осева нагрузка на долото, при которой N имеет максимальное значение, вл етс оптимальной с точки зрени эффективности бурени , Относительное приращение мощности при изменении осевой нагрузки на долото дл двух последовательных интервалов At становитс
N
(16)
где AN, АМТр, Дтд - приращени мощности , момента сил трени и частоты вращени долота соответственно, вызванные изменением осевой нагрузки на долото дл двух последовательных интервалов At;
N, МТр, Тд-средние значени мощности, момента сил трени и частоты вращени долота соответственно дл двух последовательных интервалов времени At.
Принима во внимание (14), получим
дек
ЕК
+
Alfl (17)
Рассматрива
AN N
как функцию двух
независимых переменных, можно получить характеристику/ отклонени от максимального значени мощности
AiK
( AiK Vz+f
(w +(
4k-)2
тд
(18)
0
5
величина которой показывает, насколько далек режим бурени с данной средней осевой нагрузкой на долото от оптимального режима. При этом величина Д близка к нулю, означает режим, близкий к оптимальному . означает, что изменение осевой нагрузки на долото, вызвавшее приращение АЖ и Лтд, приближает к оптимальному значению осевой нагрузки на долото. ft 0 означает, что изменение осевой нагрузки на долото, вызвавшее приращение AfK и , удал ет от оптимального значени осевой нагрузки на долото.
При увеличении осевой нагрузки на долото выполн етс условие
/ АЈк ч (Тк- f7)0
(19)
20 а при уменьшении осевой нагрузки на долото выполн етс условие
/ А-ЕК
(
(7
(20)
Учитыва (19) и (20), получают критерий эффективности бурени
30
A-tK . Affl
-ж-+- га
5
0
5
0
5
х sign (АЈ-ДЬ(21)
Тд /
Величина ос показывает, насколько режим бурени удален от оптимального и в каком направлении следует измен ть осевую нагрузку на долото, чтобы достигнуть оптимальной осевой нагрузки на долото и поддерживать ее. Дл поиска и поддержани оптимального режима бурени при «4 0 осевую нагрузку на долото следует увеличить тем больше, чем больше значение а, так как большему значению соответствует большее отклонение от оптимальной осевой нагрузки на долото . ПрискО осевую нагрузку следует уменьшить тем больше, чем больше абсолютное значение а. Значение а, близкое к 0, соответствует режиму оптимальной осевой нагрузки на долото.
Таким образом, дл определени и поддержани оптимальной осевой нагрузки на долото дл каждого временного интервала At измер ют упругие колебани бурильной колонны. Определ ют среднюю терш пе At частоту вращени долота тд и
определ ют среднюю частоту тмакс наибольшей по амплитуде частотной составл ющей сигнала упругих колебаний бурильной колонны . Вычисл ют отношение Ј .
Измер ют переменную составл ющую пульсации давлени . Определ ют во времени скорость изменени мгновенного значени частоты fMaxc. Определ ют врем задержки между пульсаци ми давлени промывочной жидкости и вызванными ими изменени ми мгновенного значени частоты Тмакс, например коррел ционными методами , как аргумент, соответствующий максимуму взаимокоррел ционной функции . Определ ют с учетом времени задержки коэффициент К пропорциональности между сигналом переменной составл ющей и зависимостью во времени скорости изменени мгновенного.значени частоты finaicc, например методом наименьших квадратов. Вычисл ют согласно (21) по найденным значени м Ј К, тд дл каждых двух последовательных интервалов At значение а, по которому наход т и поддерживают режим оптимальной осевой нагрузки на долото.
Проверка способа проведена на Само- тлорском месторождении, куст № 1253, дл п ти скважин. С этой целью в процессе бурени измер ют и записывают с помощью геотехнологической станции Тюмень скорость бурени . В зависимости от скорости бурени выбирают значение интервала усреднени At. При скорост х бурени , больших 0,05 м/с(значение At выбирают равным 4 с, а при меньших - 16 с, так как вы влено, что при данных скорост х бурени осева нагрузка мало измен етс за указанный интервал времени при данных услови х бурени . Одновременно с помощью датчика вибраций типа MB 04-2 измер ют колебани бурильной колонны и по измеренным колебани м прибором ИРД (индикатор работы долота) определ ют и записывают во времени значение частоты вращени долота , усредненное на каждый интервал времени At. Преобразователем давлени ПДМТ измер ют и записывают во времени значение давлени промывочной жидкости Р. Измер ют каждый период колебаний П бурильной колонны в полосе частот д, т.е. принимают -6 1. В качестве мгновенного значени частоты сигнала принимают
fM3Kc -j- , a (т) на интервале At.
В этом случае скорость-изменени мгновенного значени частоты сигнала упругих колебаний определ етс как
2
1 Т i -+ 1
I ч
ТГ
dt
Ti-M +Т,
5В соответствии с полученными запис ми указанных величин вычисл ют взаимокоррел ционную функцию dfMai c/dt и сигнал переменной составл ющей давлени P(t), откуда определ ют Ю значение t3 (формула 12). Затем методом наименьших квадратов вычисл ют коэффициент К дл каждого интервала Ate учетом т.3. Дл каждых двух последовательных интервалов At вычисл лось значе- 15 ниеа(21).
Так как процесс бурени управл етс оператором независимо, осева нагрузка приобретает как оптимальное, так и неоптимальное значени . По величине определи0 ют, насколько режим бурени , выбранный оператором, отличаетс от режима с оптимальной осевой нагрузкой, дл чего сравнивают средние скорости бурени при сА 0,1 и при сА 0,1. При этом вы влено, что ско5 рость бурени при lol 0,1 больше на 10- 20% средней скорости бурени при иных значени х а, а знак а однозначно указывает на направление изменени осевой нагрузки на долото дл .достижени оптимальнолго
0 режима бурени .
Все вычислени провод т на миниЭВМ СМ-1800. Бурение ведут дл различных скважин до глубины 2200-3100 м долотом 215,9 МЗГВ и 215,9 СГН-3 с турбобуром
5 ЗТСШ.
Предлагаемый способ определени и регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото в процессе турбинного бурени позвол ет определить отклонение текущего
0 значени осевой нагрузки на долото от оптимального и, регулиру оптимальную осевую нагрузку, в зависимости от породы забо поддерживать эффективный режим бурени .
5
Claims (2)
- Формула изобретени1, Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении0 скважин, включающий измерение упругих колебаний бурильной колонны, отличающийс тем. что, с целью повышени точности определени оптимальной осевой нагрузки на долото и посто нного поддер5 жани эффективного режима турбинного бурени путем контрол момента сил трени долота о забой по изменени м частоты гармонических составл ют, сигнала колебаний , измер ют во времени давление промывочной жидкости и задают интервалвремени определени оптимальной осевой нагрузки на долото, на заданном интервале времени определ ют среднее значение частоты вращени д долота, среднее Тмакс и мгновенное значени частоты сигнала упругих колебаний бурильной колонны наибольшей по амплитуде частотной составл ющей и скорость изменени мгновенного значени частоты, вызванную пульсаци ми давлени промывочной жидкости, определ ют коэффициент пропорциональности К между сопоставленными во времени сигналами переменной составл ющей давлени и скоростью изменени мгновенного значени частоты и по выражениювг+ Akдif/ Afr }: ( (К )050(--Ъгде-С -т-а- максА (К - приращение произведени & дл двух последовательных интервалов времени;Л fд - приращение частоты вращени долота,вычисл ют характеристику оптимальности осевой нагрузки на долото и при а больше нул увеличивают осевую нагрузку, а при а меньше нул уменьшают, причем величина изменени осевой нагрузки пропорциональна абсолютному значению величины а.
- 2. Способ по п. 1, от л ича ю щийс тем, что интервал времени определени оптимальности осевой нагрузки выбирают меньше интервала времени, за который осева нагрузка на долото изменитс меньше чем на 10-20%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904819237A SU1719626A1 (ru) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904819237A SU1719626A1 (ru) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1719626A1 true SU1719626A1 (ru) | 1992-03-15 |
Family
ID=21510974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904819237A SU1719626A1 (ru) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1719626A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505671C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Способ регулирования нагрузки на долото при бурении горизонтальной скважины |
-
1990
- 1990-04-25 SU SU904819237A patent/SU1719626A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 71.7299, кл. Е 21 В 45/00, 1977. Авторское свидетельство СССР №840311, кл. Е 21 В 45/00, 1978. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505671C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Способ регулирования нагрузки на долото при бурении горизонтальной скважины |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5019978A (en) | Depth determination system utilizing parameter estimation for a downhole well logging apparatus | |
| US5151882A (en) | Method for deconvolution of non-ideal frequency response of pipe structures to acoustic signals | |
| RU2289104C2 (ru) | Электронная схема полевого прибора с сенсорным блоком для техники измерения процессов | |
| AU2002219098A1 (en) | Method and device for determining and/or monitoring the level of a medium in a container, or for determining the density of a medium in a container | |
| MX2011005523A (es) | Metodo y aparato para reducir el deslizamiento pegajoso. | |
| SU1719626A1 (ru) | Способ регулировани оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин | |
| Määttänen | Dynamic ice-structure interaction during continuous crushing | |
| EP0119790A1 (en) | Liquid level monitoring | |
| CN110133665A (zh) | 一种超声换能器基于包络线的多普勒测量方法 | |
| Pandit et al. | Variation in friction coefficient with tool wear | |
| Brownjohn et al. | Errors in mechanical impedance data obtained with impedance heads | |
| De Santo | Added mass and hydrodynamic damping of perforated plates vibrating in water | |
| Petersson | An approximation for the point mobility at the intersection of two perpendicular plates | |
| SU1425043A1 (ru) | Способ управлени точностью перемещени | |
| JP2002055090A (ja) | 液状化判定方法 | |
| RU2097553C1 (ru) | Устройство для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов | |
| SU1377642A1 (ru) | Способ измерени относительного коэффициента поперечного преобразовани вибропреобразовател и устройство дл его осуществлени | |
| RU2108502C1 (ru) | Способ определения относительных коэффициентов демпфирования механических и электромеханических колебательных систем по ускорению | |
| Rim et al. | Identification of tension in a belt-driven system by analysing flexural vibrations | |
| Pavić | Measurement of vibrations by strain gauges, Part II: Selection of measurement parameters | |
| RU2699926C1 (ru) | Лазерно-интерференционный векторный приемник | |
| JPH0365857B2 (ru) | ||
| SU1411599A1 (ru) | Способ определени коэффициента демпфировани механической системы | |
| SU1647325A1 (ru) | Способ определени характеристик рассе ни энергии при колебани х линейной механической системы | |
| White et al. | Measurement of mobility and damping of floors |