способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента

Формула изобретения

Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающий измерение 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, отличающийся тем, что вычисляют фрактальные размерности по построенным фазовым кривым колебаний осевой нагрузки текущего состояния породоразрушающего инструмента D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме работы породоразрушающего инструмента D₂, в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную =D₁/D₂, а эталонные значения критериев _э определяют для максимально изношенного долота.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контролю параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при диагностике состояния породоразрушающего инструмента.

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. СССР №1427059, Е21В 45/00, №36, 1988).

Известный спектральный анализ достаточно разработан, однако обладает некоторыми недостатками. Во-первых, при Фурье-преобразовании исходный сигнал заменяется периодическим, что приводит к невозможности однозначного определения дефектов при регистрации хаотических колебаний. Во-вторых, теряется информация о временном факторе, что приводит к искажению первоначальной информации при обработке и снижению точности определения.

Известен способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающий регистрацию колебаний давления промывочной жидкости в нагнетательной линии и вычисление критерия его работоспособности (а.с. СССР №1800011, Е21В 45/00, №9, 1993).

В данном способе вычисляют корреляционную размерность в начале и в процессе бурения определяют критерий работоспособности и задают 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 достаточно сложная процедура определения критерия работоспособности, и, соответственно, возникают трудности в интерпретации технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента путем измерения колебаний давления промывочной жидкости и колебаний осевой нагрузки на долото, выбор текущих критериев работоспособности, задания их эталонного значения и определения работоспособности породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями (а.с. №2182659, Россия, Е21В 44/06, 45/00, №14, 2001). При этом в качестве текущих критериев работоспособности используют коэффициент Джини колебаний давления промывочной жидкости и коэффициент Джини колебаний осевой нагрузки на долото.

Данный способ оказывается недостаточно эффективным при обработке сложных сигналов колебаний давления промывочной жидкости и осевой нагрузки на долото при возникновении хаотических вибрационных воздействий на буровую колонну.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения точности оценки технического состояния породоразрушающего инструмента в процессе эксплуатации за счет регистрации хаотических колебаний осевой нагрузки на долото.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения работоспособности породоразрушающего инструмента, включающем измерение 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, согласно изобретению вычисляют фрактальные размерности по построенным фазовым кривым колебаний осевой нагрузки текущего состояния породоразрушающего инструмента D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме работы породоразрушающего инструмента D₂, в качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную =D₁/D₂, а эталонные значения критериев _э определяют для максимально изношенного долота.

Способ осуществляют следующим образом. По измерениям колебаний осевой нагрузки на долото, снятым в процессе бурения скважины, строят фазовые кривые методом запаздывания. По полученным фазовым кривым вычисляют фрактальную размерность текущего состояния D₁ и начального времени бурения при оптимальном режиме D₂. Фрактальная размерность характеризует степень пространственной неоднородности фазовых кривых - чем больше значение, тем однородней фазовые кривые и тем больше система детерминирована. В качестве критерия работоспособности породоразрушающего инструмента принимают величину, равную =D₁/D₂, задают их эталонные значения _э при максимально изношенном долоте и определяют работоспособность породоразрушающего инструмента сравнением текущих значений критериев с их эталонными значениями.

Конкретный пример реализации предлагаемого способа.

При построении фазовых кривых были использованы записи временных рядов колебаний осевой нагрузки на долото при бурении скважины №1472 Шкаповского месторождения ООО "БурКан".

На фиг.1 приведены фазовые кривые при бурении с изношенным долотом (интервал 1431-1652 м, код износа - В3П3) с фрактальной размерностью D₁=1,04. На фиг.2 изображены фазовые кривые начального времени бурения при оптимальном режиме работы долота (интервал 660-734 м, код износа - В0П1), фрактальная размерность которых равна D₂=1,21.

В конкретном примере (режим и условия бурения, тип долота и забойного двигателя) эталонное значение критерия работоспособности породоразрушающего инструмента определяется из выражения

_э=D₁/D ₂=1,04/1,21=0,856

При дальнейшем бурении в определенных условиях необходимо контролировать текущее значение критерия - , и при = _э=0,856 принять решение о подъеме породоразрушающего инструмента.

Предлагаемый способ может найти применение при разработке автоматизированных систем бурения, а также в других областях, где ведется оценка технического состояния объектов путем измерения колебаний параметров достаточно длинных временных рядов, представляющих хаотический процесс.