Патент на изобретение №2182659
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
(57) Реферат: Изобретение относится к области контроля параметров бурения скважин и может быть использовано при диагностике состояния породоразрушающего инструмента. Способ включает измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото и колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями. Новым является то, что в любой момент бурения определяют коэффициент Джини GP колебаний давления промывочной жидкости и коэффициент Джини GQ колебаний осевой нагрузки. В качестве критериев работоспособности принимают текущие величины ТP = 1 – GP и TQ = 1 – GQ, при этом минимальный износ породоразрушающего инструмента и, соответственно, его максимальная работоспособность соответствуют максимальным значениям этих критериев. В качестве эталонных значений критериев принимают TP эт= TQ эт = 1. Изобретение позволяет повысить точность оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе бурения за счет снижения количества контролируемых параметров и тем самым обеспечить эффективную отработку породоразрушающего инструмента. 3 ил., 2 табл. Изобретение относится к области контроля и измерения параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин и преимущественно может быть использовано при диагностировании работоспособности породоразрушающего инструмента с целью его эффективной отработки, а также при разработке автоматизированных систем управления процессом бурения. Известен способ определения степени износа породоразрушающего инструмента, заключающийся в измерении пульсации давления промывочной жидкости с его последующим преобразованием в спектр колебаний давления, причем за критерий износа породоразрушающего инструмента принимается ширина полосы нормированной спектральной плотности, а предельный износ характеризуется полным отсутствием преобладающей частоты (а. с. 1427059, СССР, Е 21 В 45/00, Б.И. 36, 1988). Наряду с неоспоримыми достоинствами спектральный анализ обладает и определенными недостатками. Во-первых, исходный сигнал заменяется периодическим. При Фурье-преобразовании изменяющихся во времени параметров процесса для всего исследуемого сигнала получаются усредненные коэффициенты. Поэтому методы, основанные на спектральном анализе, не позволяют в настоящий момент производить всесторонний анализ вибросигнала, что приводит к общим характерным погрешностям при проведении вибродиагностических исследований. Известен способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента путем регистрации колебаний давления промывочной жидкости в нагнетательной линии и вычисления величины критерия его работоспособности (а.с. 1800011, СССР, Е 21 В 45/00, Б.И. 9, 1993). В данном способе вычисляют корреляционную размерность в начале и в процессе бурения, определяют критерий работоспособности и его эталонное значение для каждой конкретной режимной пачки бурения, а границу времени работоспособности отождествляют со временем достижения критерием его эталонной величины. Недостатком этого метода является довольно сложная процедура определения критерия работоспособности и, соответственно, низкая точность оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации, т.к. используется только один параметр. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента (а.с. 1102906, СССР, Е 21 В 45/00, Б.И. 26, 1984), включающий измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото и колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями. При этом в качестве текущих критериев работоспособности по прототипу используют коэффициенты вариации большого количества замеряемых параметров, в том числе затрат мощности на бурение, скорости проходки и т.д., с учетом уровня значимости и цифрового значения интервала усреднения. Известный способ сложен и недостаточно точен для определения состояния породоразрушающего инструмента в процессе бурения скважины. Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента (долота) в процессе эксплуатации при упрощении за счет снижения количества контролируемых параметров. Поставленная задача решается тем, что в способе определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающем измерение колебаний давления промывочной жидкости на долото и колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задание их эталонных значений и определение работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями, определяют коэффициент Джини GP колебаний давления промывочной жидкости и коэффициент Джини GQ колебаний осевой нагрузки в любой момент бурения, в качестве критериев работоспособности принимают текущие величины ТP = 1 – GP и TQ = 1 – GQ, при этом минимальный износ породоразрушающего инструмента и, соответственно, его максимальная работоспособность соответствуют максимальным значениям этих критериев, а в качестве эталонных значений критериев принимают ТP эт= TQ эт=1. Коэффициент Джини используется, например, в экономике для измерения неравенства в распределении совокупного дохода общества и уровней жизни различных слоев населения с использованием кривой Лоренца (“Наука и жизнь”, 2, 1998, с.60). Алгоритм определения коэффициента Джини, включающий в себя построение кривой Лоренца или линии распределения, описан также в работе (Макконнелл Кэмпбелл Р., Брю Стэнли Л. Экономикс: Принципы, проблема и политика. – Пер. с англ. – М.: Республика, 1993. – с. 276-278). Чем больше отклонение кривой Лоренца от идеальной кривой, тем больше коэффициент Джини будет приближаться к единице, т.е. тем больше неравенств в распределениях. По аналогии с этим можно определить неравенство при измерении колебаний давления промывочной жидкости, колебаний осевой нагрузки и при изменении технического состояния породоразрушающего инструмента в произвольный момент бурения скважины. Для этого строится зависимость (фиг.1) параметров, измеренных в процессе бурения скважины – колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки на долото (Q), – от количества этих значений в начале и конце каждого долбления (N). Если бы между параметрами процесса бурения и техническим состоянием долота существовала однозначная и равномерная зависимость, например 20%-ный износ долота соответствовал строго определенным значениям параметров, 40%-ный износ – другим строго определенным значениям, эта зависимость отразилась бы “идеальной кривой”; на фиг.1 это прямая ОЕ. В действительности наблюдается иная картина, представленная кривой OABCDE или так называемой кривой Лоренца. Чем больше отклонение кривой Лоренца от линии ОЕ, тем меньше взаимосвязь между анализируемыми показателями. Площадь фигуры ABCDEO – это интегральный показатель отличия действительного распределения от полностью однозначного и равномерного. Для определения коэффициента Джини (G) следует разделить площадь S1 между отрезком ОЕ и кривой Лоренца на площадь S2 треугольника OFE: ![]() ![]() ![]() ![]() При бурении десяти скважин на кусте 849 Самотлорской площади ПО “Нижневартовскнефтегаз” были использованы 55 долот, показавших различные степени износа. В произвольный момент бурения через каждые 30 с были замерены 30 значений колебаний давления и осевой нагрузки, которые и составляют статистический ряд для последующего вычисления коэффициента Джини. На конкретном примере рассмотрим расчет коэффициента Джини колебаний осевой нагрузки на долото в конце долбления для скважины 30568, интервал бурения 413-1047 м, износ долота – 3П3. Пример к расчету коэффициента Джини приведен в таблице 1 и на фиг.3; расчет и его результат – ниже. В таблице приняты следующие обозначения: N – количество значений колебаний осевой нагрузки на долото, полученное из реальной кривой путем считывания через равные промежутки времени (30 с) тридцати значений; N, % – для построения кривой Лоренца представляем “N” в процентах: 100%: 30 = 3,333%; Qреал – фрагмент записи колебаний осевой нагрузки, представленный в виде статистического ряда, числовые значения получены через равные промежутки времени (30 с); Qупор – статистический ряд реальной кривой Qреал, представленный в порядке возрастания; Q,% – упорядоченная реальная кривая Qупор в процентах, ![]() Например, для N=1 ![]() ![]() для N = 6 ![]() ![]() ![]() ![]() В таблице 2 приведены выборочные результаты вычисления коэффициентов Джини и критериев работоспособности долота при бурении скважин 14636, 14639, 18022, 18061, 30568 и 37172 ПО “Нижневартовскнефтегаз”. Анализ результатов показал, что минимальный износ вооружения (B1) и опоры долота (П1) соответствует изменению критериев ТP в пределах 0,996… 0,989 и TQ – 0,956…0,950. По мере увеличения износа долота критерий работоспособности уменьшается в следующих пределах: при В2П2 ТP= 0,986…0,981, TQ= 0,924…0,905; при В3П3 ТP= 0,979…0,967, TQ-0,838…0,811; при В4П3 ТP= 0,960…0,933, TQ= 0,769…0,697. Таким образом, по результатам эксперимента принимаем в качестве эталонных значений критериев ТP = TQ = 1, что соответствует новому долоту. При кустовом бурении скважин величину эталонного значения критерия ТP и TQ можно определить по результатам бурения первой скважины после 5-6 долблений. Предлагаемый способ может найти применение при разработке автоматизированных систем процесса бурения, а также в других областях, где ведется оценка технического состояния объектов путем измерения колебаний параметров достаточно длинных временных рядов, представленных в виде стационарного случайного процесса. Формула изобретения
РИСУНКИ
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 16.03.2004 № 18743
Извещение опубликовано: 10.08.2004 БИ: 22/2004
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 04.10.2005 № РД0002515
Извещение опубликовано: 20.12.2005 БИ: 35/2005
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 20.03.2006
Извещение опубликовано: 10.01.2008 БИ: 01/2008
|
||||||||||||||||||||||||||