Способ определения степени износа долота в процессе бурения

) Д 1) 1)5 Е 21 В 1 Е БРЕ СТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИИЗНОСА ДОЛОТА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ(57) Изобретение относится к технике контроля и измерения параметров бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения степени износа породоразрушающего фронта. Цель - поИэоброля и иэтяных ииспол ьэоноса порцелью доботки.Цельние точнвлияния ретение относится к технике контмерения параметров бурения нефгазовых скважин и может быть вано для определения степени изодоразрушающего инструмента с стижения его эффективной отраю изобретения является повыше- ости способа путем уменьшения помех.На фиг, 1 показан вид нормированной корреляционной функции сигнала вибраций бурового долота; на фиг. 2 - зависимость значения максимума В 1 нормированной корреляционной функции от энергии Е, затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг. 3 - зависимость производной, взятой с знаком минус, значения максимума нормированной корреляционной функции вышение точности определения степени износа долота путем уменьшения влияния помех, Для этого измеряют амплитуды различных диапазонов спектра частот вибраций долота датчиком вибраций. Затем получают нормированную корреляционную функцию иэ амплитуд различных диапазонов спектра частот вибрации долота блоком вычисления. После этого определяют значение ее максимума анализатором максимума. Степень износа долота р определяют из выражения р = = (-б н 1/о Е):( - д Я 1/о Е)гпакс,значение р, близкое к единице, указывает на минимальны износ долота, а значение близкое к нулю, на максимальный износ. Величина р индицируется на индикаторе степени износа, 5 ил. по энергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя; на фиг. 4 - зависимость велиОВ 1б В 1чины,и = - I- макс от энергии, затрачиваемой долотом на разрушение породы забоя; на фиг, 5 - блок-схема устройства, реализующего способ.Способ основан на свойстве нормированной корреляционной функции выделять и определять долю мощности периодического сигнала из общего сигнала на фоне случайной помехи.Сигнал вибраций долота имеет ярко выраженный периодический характер, обусловленный вращательным движением долота, шарошек и геометрическим расположением зубьев долота, Зубья долота, двигаясь по забою и взаимодействуя с неоднородностями породы забоя, создают вибраЫ 36109ции, сигнал последних передается по колонне бурильных труб и на дневной поверхности скважин воспринимается как сигнал вибраций бурового инструмента, Сигнал вибраций бурового инструмента представляет собой в этом случае периодическую последовательность импульсов, где каждый импульс отражает гзапмодействие каждого зуба с неоднородностью породы,Частотное разрушение зуба вызывает уменьшение амплитуд дс, т,е, средней мощности соответствующего импульса, а полное разрушение зуба-исчезновение импульса. Однако непосредственный анализ сигнала вибраций затрудцителец высоким уровнем помех, обусловленных трением бурильной колонны о ствки скважины, шумами от движения про ывочной жидкости и т.п. Преодолеть э о препятствие в значительной степени позволяет грименение корреляционного анализа,Согласно свойствам нормированной корреляционной функции наличие в сигнале вибраций выраженной периодической составляющей вызывает появление максимума 1 (фиг. 1), а его,зца ение В 1 характеризует долю мощности периодической составляющей в общей мощнос.ги сигнала, Таким образом, уменьшение средней мощности отдельных импульсов или их исчезновение приводит к утленывению значения В - максимума нормированнсй корреляционной функции. Величина В 1 в процессе долбления монотонно уменьшается в полном соответствии со степеньюэпоса зубьев долота,На фиг. 2 участок О-Ет отражает период эффективной работы и накопление усталости материалом долота. Участок Е 1-Е 2 соответствует процессу активного износа долота, характеризуется высокой скоростью спада значения В в начальной части участка и уменьшением скорости спада до нуля к концу участка, пальнейшее бурение нецелесообразно ввиду полного износа зубьев долота - участок ЕЕ 2, Таким образом точка Е 1 соответствует практически цеизношенному долоту и может быть определена по наибольшей скорости спада зависимости В от Е. Точка Е 2 сответствует максимально изношенному долоту и может быть определена по близкой к нулю скорости спада зависимости В 1 от Е, Скорость спада зависимости В 1 от Е равна производной В 1 . по аргументу Е, взятой с знаком минусд В 1(- ). Полученная зависимость приведена на фиг. 3, где точка 11 соответствует нача 5 10 15 20 30 35 40 45 50 лу активного износа зубьев долота, а точкаП - максимальному износу.Определяют величинур по формулес Б 1 д В 1Р / ( )мяис,3 В 1где --взятая с знаком минус производс 1 Еная значения максимума нормированнойкорреляционной функции В по энергии Е,затрачиваемой на разрушение породы забоя;б В 1(- - )макс - наибольшее с начала долбЕбления на данный момент бурения значениеуказанной производной,взятой с знакомминус.Зависимость величины р, характеризующей износ долота, от Е приведена нафиг,4. При этом минимальный износ долотаопределяют по значению р, близкому к единице, а максимальный износ - по значениюр,близкому к нулю.Блок-схема (фиг. 5) содержит датчик 1вибраций бурового инструмента, полосовойфильтр 2, блок 3 вычисления нормированной корреляционной функции 3, первыйанализатор 4 максимума, блок 5 измеренияэнергии, затрачиваемой на разрушение породы забоя, блок 6 дифференцирования синверсией, второй сигнализатор 7 максимума, блок 8 деления, индикатор 9 степениизноса.Способ реализуется следующим образом,Вибрации бурового инструмента воспринимаются датчиком 1. Электрический сигнал с датчика 1 проходит через полосовойфильтр 2. Фильтр 2 пропускает лишь те частотные составляющие сигнала вибраций,которые лежат в диапазоне возможных частот вибраций бурового инструмента, обусловленных взаимодействием зубьев долотас породой забоя, С выхода фильтра 2 полученный сигнал поступает на вход блока 3вычисления нормированной корреляционной функции. Сигнал, соответствующий В Щрезультату вычисления, поступает на входпервого анализатора 4 максимума, на выходе которого получают текущее значение В 1 -значение максимума нормированной корреляционной функции, С выхода первого анализатора 4 максимума сигнал поступает напервый вход блока 6 дифференцирования синверсией, на второй вход которого поступает сигнал с блока 5 из измерения энергии,затрачиваемой на разрушение породы забоя.На выходе блока б дифференцированияс инверсией получают сигнал, соответству 1686109ющий ( -- ), Во втором анализаторе 7б К 1бЕмаксимума, на вход которого поступаетполученный сигнал, определяется наибольшее с начала долбление производной 5(- - )макс. С выхода блока 6 дифференциб й 1бЕрования с инверсией сигнал поступает также на первый вход блока 8 деления, навторой вход блока 8 деления поступает сигнал с второго анализатора 7 максимума. Навыходе блока 8 деления получают сигнал,соответствующий величинека -К ( )макс,б В 1 б Й 115который индицируется в индикаторе 9 износа долота. По индикатору определяют степень износа долота.Способ позволяет значительно повысить помехоустойчивость и снизить влияние 20условий бурения на результат измерений,что приводит к повышению точности в определении степени износа долота.Формула изобретенияСпособ определения степени износа 25долота в процессе бурения, включающийизмерение вибраций бурового долота с помощью датчика вибраций, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности способа путем уменьшения влияния помех, получают нормированную корреляционную функцию сигнала вибрации бурового долота, определяют значение ее максимума, а степень износа долота,и определяют из выраженияд%бЕ где 81 - значение максимума нормированной корреляционной функции;Е - энергия, затрачиваемая долотом на разрушение забоя;б В 1-- - производная;бЕб 81)макс - наибольшее с начала долбЕбления значение производной со знаком минус;причем минимальный износ долота определяют по значению р, близкому к единице, а максимальный износ - по значению р, близкому к нулю.1686109 Составитель Л.СкалуновРедактор И.Шулла Техред М,Моргентал Корректор Т.Ко 1 роизводсвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3582 ТиражВНИИПИ Государственного к113035, М Подписноеитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРква, )К, Раущская наб 4/5