Способ получения информации в процессе бурения скважины и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 21 В 47/О ОБРЕ У ГОСУДАРСТВЕНКЬЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИ(71) Специальное проектно-конструкторское бюро автоматизации глубокого разведочного бурения(5 б) 1. Филатов В.Ф. и Степанов Н.В Диагностика технологических ситуаций при бурении скважин,Труды ВНИИБТ, 1977, Р 42, с. 95-100.2. Авторское свидетельство СССР Р 919413, кл. Е 21 В 47/00, 1979. (54 ) , СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СКВАЖИНЕ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1.Способ получения информации о скважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дисперсии этих характеристик,. Формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, о т л и ч а - ю щ н й с я тем, что, с целью расширения объема получаемой информации и повышения ее точности, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характе. ристики и их дисперсии дополнительно сглаживают высокочастотной Фильт рацией, определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям, а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и тех 801035206 А нологическое состояние скважины, получают оценки .близости эталонным ситуациям, по величинам этих оценок определяют ситуации н по нх совокупности принимают решение о ситуации.2. Способ по п.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью ; уточнения геологической и техно логической ситуации при равенстве оценок, Формируют управляющие сигналы на механизмы буровойустановки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента, промывочной жидкости и скважины, измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и Щ промывочную жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию. 3. Устройство для получения ин- формации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и вам циркуляционной системы, датчики характеризующие работу этих механиз- вел мов, датчик проходки, блок форми- ,ф) рования дисперсии сигнала, фильтры рь низкой частоты, блоки формирования порогов, блоки сравнений, бло-Я ки формирования последовательнос- ,ее ти сигналов, блок документирования, ффффф о т л и ч а ю щ е е с я тем, что фЪ оно снабжено блоком формирования ско рости изменения сигнала, Фильтрами высокой частоты., блоком памяти, Функциональным блоком коррекции ра- е бочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через .блоки Формирования скорости изменения сигнала и дисперсии сигнала к Фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки Формирования порогов и103520 б 10 15 20 25 30 непосредственно подключены к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам Формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители, сумматоры и бло- ки сравнения с решающим блоком, вход которого связан с блоком памяти, а выход - с блоком регистрации при этом входы умножителей связаны с выходами функционального блока коррекции матриц.4. Устройство для осуществления способа по и. 2, отличаю щ е е с я тем, что оно снабжено блоком формирования управляющих сигналов, функциональным блоком Формирования кодов управляющих воздействий, вход которого связан с решающим блоком, а выход - с бло- ком Формирования управляющих сигналов, выход последнего подключен к блокам управления механизмами Изобретение относится к бурениюскважин, а именно к получению технологической и геологической информации в процессе бурения, преждевсего в процессе бурения разведочных скважин,Известен способ диагностики ситуаций на буровой, основанный наполучении численной оценки близости текущей ситуации на буровой ситуациям эталонной матрицы. Распознавание осуществляется в два этапа. На первом определяется технологйческая операция, а на второмэтапе переходят к распознаванию ос.,ложнений и аварий 1.Известный способ обладает целымрядом недостатков, главными из,которых являются информационнаянеполнота системы признаков - используются только первичные характеристики, трудность получениястатистическогО промыслового матерна=ла, на обработке которого основаноопределение уставок; отсутствиеадаптации уставок к процессам, чтоделает способ распознавания малочувствительным.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способполучения информации о скважине в .процессе ее.бурения, включающий непрерывное измерение по глубинескважины сглаженных характеристиквоздействия инструмрнта и промывочной жидкостй на скважину и скважинйна них, измерение дисперсии этих буровой установки и циркуляционной системы,5. Устройство по пп. 3 и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональныхвозможностей, оно снабжено запоминающими устройствами по числу датчиков, задатчиком способа бурения,блоком коррекции, блоком формирования последовательности сигналово наличии датчиков, вторым блоком,памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающее устройство подключен к блоку формированияпоследовательности сигналов о наличии датчиков, выход последнегосоединен с блоком коррекции, двадругих входа которого подключены кзадатчику способа бурения и функциональному блоку формирования ко-,.дов, а выход подсоединен непосредственно и через второй блок памяти к функциональному блоку коррекции матриц. 2характеристик, формирование сигналов о выходе характеристик эа пороги и сравнение этих сигналов с матрицами.Устройство для осуществления этого способа содержит блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, датчики, характеризующие работу этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии, фильтры низкой частоты, блоки Формирования порогов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования 2Известный способ характеризуется недостаточным объемом получаемой информации и низкой ее точностью, в частности неполным использованием информации с датчиков, отсутствием распознавания аварий и осложнений, распознаванием ситуаций только по совпадению сигналов с сигналами эталонной матрицы и отсутствием распознавания ситуаций, близких к ним,.неадаптивностью к составу датчиков и способу бурения.Целью изобретения является рас,ширение объема получаемой информации и повышение ее точности.Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения информации о скважине в процессе ее бурения путем непрерывного измерения по глубине скважины сглаженных низкочастотной фильтрацией характеристик воздействия инструмента и промывочной жидкости на скважину и скважины на них, измерения дис103520 б 4 65 персии этих характеристик, формирования сигналов о выходе характеристик за пороги и сравнения этих сигналов с матрицами, измеряют скорости изменения характеристик, сглаживают их посредством низкочастотной и высокочастотной фильтрации, при этом сами характеристики и их дисперсии дополнительйо сглаживают высокочастотной фильтрацией, определяют пороги перечисленных характеристик пропорционально их значениям, а сравнение последовательности сигналов о выходе за пороги производят по матрицам вероятностей эталонных ситуаций, характеризующих геологическое и технологическое состояние скважины, получают оценки близости эталонным ситуациям, по величинам этих оценок определяют оитуации и по их совокупности принимают решение о ситуации.При этом, с целью утОчнения геологической и технологической ситуации при равенстве оценок, формируют управляющие сигналы на механизмы буровой установки и циркуляционной системы, изменяют условия взаимодействия инструмента, промывочной жидкости и скважины, измеряют характеристики воздействия скважины на инструмент и промывочную жидкость в новых условиях и по этим характеристикам определяют ситуацию.Кроме того, устройство для осуществления способа получения информации о скважине в процессе ее бурения, содержащее блоки управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы, дат. чики, характеризующие работу этих механизмов, датчик проходки, блок формирования дисперсии сигнала, фильтры низкой частоты, блоки формирования порбгов, блоки сравнений, блоки формирования последовательности сигналов, блок документирования, снабжено блоком формирования скорости изменения сигнала, фильтрами высокой частоты, блоком памяти, функциональным блоком коррекции рабочей и эталонной матриц, двумя умножителями, двумя сумматорами, решающим блоком, при этом выход каждого датчика подключен непосредственно и через блоки формирования скорости изменения сигнала и дисперсии сигнала к Фильтрам высокой и низкой частот, выходы которых через блоки формирования порогов и непосредственно подключе- ны к блокам сравнения, выходы последних по всем датчикам подключены к блокам формирования последовательности сигналов, выходы которых соединены через умножители, сумматоры и блоки сравнения с решающим блоком, вход которого связан сблоком памяти, а выход - с блокомрегистрации, при этом входы умножителей связаны с выходами Функционального блока коррекции матриц.5 Устройство также снабжено блокомформирования управляющих сигналов,функциональным блоком формированиякодов управляющих воздействий,вход которого связан с решающим 10 блоком, а выход - с блоком формирования управляющих сигналов, выходпоследнего подключен к блокам управления механизмами буровой установки и циркуляционной системы.С целью расширения функциональных возможностей устройство дляосуществления способа снабженозапоминающими устройствами по числу датчиков, задатчиком .способабурения, блоком коррекции, блоком 20 Формирования последовательностисигналов о наличии датчиков, вторымблоком памяти, при этом выход каждого датчика через запоминающееустройство подключен к блоку форми рования последовательности сигналово наличии датчиков, выход последнегосоединен с блоком коррекции, двадругих входа которого подключенык задатчику способа бурения и функЗ 0 циональному блоку Формирования кодов, а выход подсоединен непосредственно и через второй блок памяти к функциональному блоку коррекции матриц.На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Буровая установка содержит механизм вращения долота 1, блок управления 2 этим механизмом, датчи ки 31 , связанные по входу с механизмом вращения долота например, датчик частоты вращения 31,датчик крутящего момента 32 ), механизм 4 подачи долота, блок уп равления 5 подачей долота, включающий регулятор нагрузки на долото б, датчик веса б 2 на крюке,датчик механической скорости ббуровой насос 7, блок управленйя 8буровым насосом, датчики 9. , связанные по входу с буровым насосомнапример, датчики расхода 9 бурового раствора в скважину, датчикдавления 9 в напорном трубопрово 2де, емкость 10 для бурового раствора, датчики 11 1 , связанныепо входу с устьем скважины и емкостью для бурового раствора (например, датчики 11 расхода растворана выходе, датчик 112 уровня в при емной емкости, датчики плотностираствора на входе 113 и на выходе изскважины 11, датчик проходки 12,противовыбросовое оборудование 13,блок управления 14, датчики 151, связанные по входу с противовыбросо 1035206вым оборудованием (например, датчикоткрытия-закрытия превенторов 15датчик положения задвижек 152, дат-.чик положения штуцеров 153, датчик давления на штуцерах 15),Блоки 16-, 23 и связи между ними .образуют блок-схему обработкисигнала с одного датчика. Устройство содержит столько таких блок-схем,сколько в устройстве датчиков.Блок-схема включает блок 16 формирования скорости измерения сигнала, блок 17 формирования дисперсиисигнала, фильтры высокой 18 и низкой 19 частоты соответственно. Входы блоков 16 и 17 соединены с выходом соответствующего датчика, входы блоков 18 и 19 соединены с выходами блоков 16 и 17 и с выходомдатчика 20 и 21 - блоки формирования порогов, 22 и 23 - блоки сравнения фильтрованных характеристик 20с порогами. Выходы блоков 18 и 19соединены непосредственно и черезблоки 20 и 21 с блоками 22 и 23.24 и 25 - блоки формирования последовательности сигналов о выходе за 25пороги характеристик, прошедшихсоответственно высокочастотную инизкочастотную фильтрацию. Выходыблоков 22 по всем датчикам присоединены к блоку 24, выходы блоков23 по всем датчикам - к блоку 25.Сигналы с датчиков 3 -3 , 6- бэ,9- 93, 11- 114, 15- 15 йоступают каждыи в свое запоминающееустройство 38, в свой блок формирования дисперсии 17, В блоке 16происходит сравнение двух соседнихпредыдущего и текущего, текущего и последующего и т,д. - сигналов и деление полученной разностивеличин сигналов со своим знаком на 40временной интервал, определяемыйчастотой опроса датчиков, на выходе блока 16 присутствует сигналскорости изменения сигнала с датчика, характеризующий темп его возрастания или убывания. Обе сформированные характеристики - скоростьизменения сигнала иэ блока 16 идисперсия сигнала иэ блока 17 вместе с самим сигналом с датчика поступают как на вход фильтра высокойчастоты 18, так и на вход фильтранизкой частоты 19. В фильтре 18все три величины проходят высокочастотное сглаживание, усредняющеесигналы за каждые несколько сантиметров проходки. В фильтре 19эти же величины (сигнал с датчика и характеристики из блоков 16и 17) проходят низкочастотное сглаживание, усредняющее сигналы за, 60каждый метр проходки. Усредненныесигналы из блоков 18 (19).поступают в блоки 20 (21), где формируются их пороговые значения, причемвеличина каждого порога пропор циональна значениям самих усредненных сигналов. Сигналы, соответствующие порогам, из блоков 20 (21) и сглаженные сигналы иэ блоков 18 (19), по три из каждого блока, поступают в блоки сравнейия характеристик с дорогами 22 (23), где сравниваются, Блоки 22 (23) вырабатывают дискретные сигналы о выходе фильтровальных характеристик за пороги, Превышение порога есть изменение сигнала, Пусть, например, изменились следующие сигналы с датчиков: увеличилось давление в напорном трубопроводе (датчик 92), увеличился уровень раствора в приемной емкости (датчик 112), увеличился расхс(д бурового раствора на выходе иэ скважины (датчик 11) и, кроме того, изменились следующие характеристики: увеличилась скорость изменения давления в напорном трубопроводе (характеристика, сформированная в блоке 16 по сигналу с датчика 92, увеличилась скорость изменения уровня раствора в приемной емкости (характеристика из блока 16 по сигналу с датчика 112), что соответствует возникновению на буровой ситуаций опасного проявления пластового флюида (технологическая) и смены непроницаемой породы на проницаемую (геологическая).Результаты сравнения, содержащие всю .информацию об изменениях характеристик (о выходе характеристик за пороги), из блоков 22 (23) по всем датчикам поступают в блоки формирования 24 (25) двух последовательностей. сигналов, в которых каждой характеристике отведено одинаковое количество разрядов (например, три; уменьшение, нормальное состояние, увеличение). Эти две последовательности сигналов, несущие информацию о выходе за пороги характеристик, прошедших высокочастотную и низкочастотную фильтрации, поступают из блоков 24 (25) на входы блоков умножения 27 (28). Пусть имеем роторный способ бурения, о чем из задатчика способа. бурения 40 поступает сигнал в блок коррекции 41. Сигналы из запоминающих устройств 38 (их столько, сколько сигналов с датчиков ) собираются блоком 39 в последовательность сигналов о наличии датчиков, которая также поступает в блок 41. По сигналу из блока 41 второй блок памяти 42 передает в функциональ-ный блок 26 две матрицы эталонных технологических и геологических ситуаций, а по другому сигналу из блока 41 в этих матрицах перечень распознаваемых ситуаций (строки матрицы ) приводится в соответствие набору датчиков (столбцам матрицы),. близости по ситуациям "Опасное проявление" и "Непроницаемая-проницаемая порода" со своими кодами-номерами строк этих ситуаций в эталонных матрицах поступают в решающий блок 34, куда из блока памяти 33 подается последовательно ряд сигна лов, соответствующих разрешеннымсочетаниям кодов ситуаций. При совпадении кодов ситуациЯ иэ блоков 31 (32) с кодами из блока 33 ре 25 30 40 50 55 60 Таким образом, в блоке 26 оказываются две рабочие эталонные матрицы, скорректированные по способубурения и. наличию датчиков, которыепострочно передаются в умножители 27( 28). Перэая строка матрицы эталонных технологических .ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например,"Обрыв" ) поступает на вход блока27, где поразрядно умножается набинарную последовательность изблока 24, характеризующую текущеетехнологическое состояние на буровой. А первая строка матрицы эталонВых геологических ситуаций (последовательность сигналов, соответствующая первой ситуации, например,"Песчаник-солъь) поступает на вход.блока 28,где поразрядно умножается на бинарную последовательность из блока 25, характеризующую текущее геологическое состояниена буровой. При поразрядном умножении последовательностей - текущей бинарной и эталонной - в блоках .27 (,28 ) формируются последовательности, которые поступают в сумма"торы 29 (,30 ), где сигналы, составляющие последовательность, складываются и вырабатывается сигнал,равный по величине оценке близоститекущего технологического состояния первому эталонному состоянию изматрицы технологических ситуаций,например, "Обрыв" (блок 29), и текущего геологического состоянияпервому эталонному состоянию изматрицы геологических ситуаций,например, "Песчаник-соль". Эти сигналы (оценки близости ) поступают вблоки сравнения 31 (32), где запоминаются. Затем в блоках 27 128)происходит умножение текущих бинарныхпоследовательностей на вторые строки эталонных матриц (соответствующих, например, ситуациям"Сальник" и ПГлина-соль" ), суммирование их в блоках 29 (30), передача в блоки 31 (32 ) для сравненияс записанными в памяти сигналамиоценками близости первым строхамситуациямИз двух сигналов в .каждом блоке сохраняется наибольшийпо величине сигнал и его код (порядковый номер сигнала ). Таким образом сравниваются все последующиесигналы-оценки близости по ситуациям.В рассматриваемом случае увеличение давления в напорном трубопроводе., уровня раствора в емкости, расхода раствора на выходе из скважины, увеличение скорости изменениядавления в напорном трубопроводе искорости изменения уровня раствора в емкости приводит к тому, чтосигнал-оценка близости к строкеиз матрицы эталонных технологичес- ф ких ситуаций, соответствующей ситуации "Опасное проявление пластового флюида", оказывается максимальным среди аналогичных сигналов,сформированных в блоках 27 и 29 ипрошедших сравнение в блоке 31,а сигнал-оценка близости к стрркеиз матрицы эталонных геологическихситуаций, соответствующей ситуациисмены "Непроницаемая порода - проницаемая порода", оказывается мав-симальным среди сигналов, прошедших через блоки 28, 30 и 32. Сигшающий блок 34 вырабатывает код результирующей ситуации - "Опасное проявление со сменой непроницаемой породы на проницаемую", который поступает во второй функциональный блок 36, а также вместе с оценкой близости - в блок 35 для документирования. В блоке 36 по коду (или сочетанию кодов) отыскивается однозначно соответствующий этому коду перечень номеров управляемых параметров, которыми необходимо управлять для уточнения степени опасности ситуации. Сигналы с номерами параметров передаются в блок формирования управляющих воздействий 37 и в блок коррекции 41.В блоке 37 для нашего примера формируются следующие значения управляемых параметров для уточнения степени опасности ситуации: частота вращения ротора (3)равна нулю, нагрузка на долото (6) равна нулю (долото поднято над забоем, долбле-: ние прекращено), положение превенторов(15) соответствует нулю (закрытое), положение, задвижек(15) соответствует максимуму (открытое) расход бурового раствора на входе (9) равен нулю, положениештуцеров(15 5) соответствует нулю (закрытое).В блоке 41 по сигналам из блока 36 корректируются эталонные матрицы - в нашем случае исключаются строки матрицы технологических ситуаций, связанных с долблением: "Заклинка опор долотаф, "Сальник" и исключается .вся матрица эталонных геологических ситуаций. Сигналю из блока 37 передаются в блоки управления 2, 5, 8 и 14,1035206 10 Датчики 3, ., 15 собирают ин 5 формацию о новом состоянии буровой установки, преобразование которой в блоках устройства заканчивается в блоке 34 получением кода ситуации, уточняющего опасность возникшей ситуации. Предположим,. блок 34 классифицирует ситуацию как опасную, при которой возможен выброс, Тогда блок 37 по сигналу из решающего блока 34 (через блок 36 ) формирует следующие значения параметров для ликвидации возникшей ситуации: увеличение на 20 давления в. напорном трубопроводе 92 ), увеличение свыше максимально допустимого уровня в приемной емкости (112 ), неизмен ность давления на штуцерах 115,.) й блок 41 через блок 42 сначала восстанавливает рабочие матрицы в блоке 26, а затем корректирует их. Одписно ВНИИПИ, Заказ 578 ираж тент" Филиал ППП город, ул.Проектная,4 которые приводят управляемые ими механизмы в соответствующее положение, что, в свою очередь, приводит к герметизации скважины.к Датчики 3 15 вновь собирают информацию, которая еще раз пройдя через устройство, преобразуется в блоке 34 в код ситуации, соответствующий нормальному ходу процесса бурения Аварийная ситуация ликвидирована, Блок 36 воспринимает этот ход и, не обнаружив набора параметров, соответствующего полученному коду, не передает в блок 37 никакого сигнала, а в блок 41 передает сигнал, по которому в блоке 36 восстанавливаются эТалонные рабочие матрицы, устройство готово для принятия новой информации с датчиков.Таким образом, предлагаемый спо-. соб существенно увеличивает точность и достоверность получаемой технологической. и геологической информации, что обеспечивает увеличение эффективности геологоразведочных работ, позволяет избежать ошибок при распознавании аварийных ситуаций, снижает воэможность осложнений прн бурении.