Способ и устройство для мониторинга погружного ударного бурения

Изобретение относится к способу и устройству мониторинга погружного ударного бурения. Техническим результатом является оптимизации бурения. Способ мониторинга погружного ударного бурения, согласно которому на погружной пневмоударник подают поток рабочей текучей среды для выполнения ударов и промывки и на погружной пневмоударник передают крутящий момент и усилие подачи. Частоту ударов или связанную частоту погружного пневмоударника измеряют и создают отображение разброса частоты для получения ответной реакции на корректировку по меньшей мере одного параметра бурения как изменения ширины (W) разброса. Изобретение также относится к соответствующему устройству. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Данное изобретение относится к способу мониторинга погружного ударного бурения. Изобретение также относится к устройству для мониторинга погружного ударного бурения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Управление погружным ударным бурением в направлении оптимизации процесса бурения в настоящее время в основном доверено бурильщику. Квалифицированный и опытный бурильщик со временем вырабатывает чувство процесса бурения и в определенных пределах показывает удовлетворительные результаты работы буровой установки согласно складывающимся обстоятельствам. Поэтому более квалифицированный и опытный бурильщик получает, как правило, в целом лучшие результаты по производительности и общую экономию в сравнении с неопытным бурильщиком.

Даже квалифицированный и опытный бурильщик не может, вместе с тем, все время управлять буровой установкой для достижения наилучших показателей работы, особенно когда буровое долото проходит пласты породы с меняющимися свойствами и во время изменения условий, преобладающих по длине и глубине ствола скважины.

Также от квалифицированных и опытных бурильщиков нельзя ожидать регулирования всех параметров, связанных с бурением для достижения наилучших показателей работы в процессе бурения.

В случае неквалифицированных и неопытных бурильщиков чувство процесса бурения весьма вероятно отсутствует, и в результате получается пониженная производительность и в наихудшем случае повреждение оборудования, в том числе, без ограничения этим, бурового долота.

Для мониторинга процесса бурения бурильщик может контролировать скорость бурения, при этом можно осуществлять мониторинг скорости проходки. Кроме того, бурильщик в нормальных условиях располагает цифрами параметров давления текучих сред, расходов текучих сред и скорости вращения устройства, вращающего бурильную колонну. Для исключения повреждения бурового долота или других частей оборудования во время бурения такие параметры, как, кроме прочего, усилие подачи/осевая нагрузка на долото и давление рабочей текучей среды ударника, ограничиваются.

ЗАДАЧА И ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание способа мониторинга погружного ударного бурения, как указано вначале, решающего упомянутые выше проблемы известной техники и дающего возможность обеспечения оптимизации бурения.

Данная задача решается, когда ведущая частота или частоты, представляющие частоту ударов погружного пневмоударника, измеряются или оцениваются блоком датчиков, возможно включающим в себя вычислительный блок, и создается отображение разброса ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку, по меньшей мере, одного параметра бурения, как изменения ширины разброса.

Ведущая частота или частоты могут на самом деле являться частотой ударов ударника, известной под названием «опорная частота», и это является предпочтительным. Ведущая частота может также являться второй гармоникой или дальнейшей гармоникой опорной частоты или возможно другой частотой, связанной с частотой ударов.

В данном описании "первая гармоника" означает опорную частоту, "вторая гармоника" означает первый обертон, "третья гармоника" означает второй обертон и т.д. Термин "гармоники", таким образом, включает в себя опорную частоту и обертона.

В данном описании также "разброс частоты ударов" означает в своей основе ширину разброса незначительно отличающихся частот ударов (или распределение частоты ударов), удары, наносимые ударником, выполняются, как видно, за необходимый или заданный период времени. Соответствующее верно для "разброса ведущей частоты", см. ниже.

Рассматривая распределение частоты ударов с фактически выполненными ударами за некоторый период времени, его можно видеть как более или менее широкую полосу частоты вокруг опорной частоты.

Изобретение основано на понимании, что разброс частоты ударов, в котором отображено изменение частоты погружного пневмоударника, является полноценным описанием процесса бурения. В области опорной частоты для начала «широкий разброс» означает, что погружной пневмоударник работает с широко изменяющимися частотами, а при узком разбросе погружной пневмоударник работает с практически одинаковой или почти одинаковой частотой в выбранном периоде. Имея такую информацию, можно установить, что дает корректировка параметра бурения в результате: расширение или сужение разброса частоты. Следует также заметить, что корректировки параметра бурения часто приводят к сдвигу (опорной) рабочей частоты и всей полосы частот. Это означает, что корректировки дают в результате перемещение полосы частот в целом к более высоким или более низким частотам, возможно, в дополнение к расширению или сужению.

К погружному пневмоударнику подводится рабочая текучая среда для производства удара и промывочная текучая среда, и на погружной пневмоударник действует крутящий момент и усилие подачи, и пневмоударник в своей основе сконструирован для бурения при определенных частотах, зависящих от давления рабочей текучей среды ударника, длины скважины, глубины, твердости породы и т.д. В процессе бурения, вместе с тем, оказывается, что время от времени буровое долото должно продвигаться в погружном пневмоударнике в результате встречи более мягкой породы, раковин в породе и т.д. С другой стороны, периодически возникает ситуация, когда буровое долото не продвигается так же далеко, как обычно во время удара или ударов ударника, поскольку погружной пневмоударник входит в более твердую породу.

В случае, где буровое долото продвинулось немного за нормальное положение после удара, результатом должно быть уменьшение частоты, поскольку время между ударами ударника должно увеличиваться. С другой стороны, когда буровое долото не продвинулось на расстояние меньше обычного, время между ударами ударника уменьшается, и частота должна увеличиваться.

Такие изменения, с уменьшенной и увеличенной частотой, происходят более или менее постоянно в процессе бурения, и разброс можно обнаруживать с удовлетворительной точностью в короткий период времени уже после выполнения ударником около 5-10 ударов. Увеличение периода времени так, что за него выполняется больше ударов в нормальных условиях, увеличивает точность.

Данное изменение частоты отображается согласно изобретению, и, как правило, необходим узкий разброс, т.e. выполнение ударов с возможно одинаковой частотой. При этом получают несколько преимуществ, поскольку риски повреждения оборудования уменьшаются. В частности, риск повреждения бурового долота и вызванный буровым долотом риск повреждения ударника исключается или, по меньшей мере, уменьшается. Риски низкопроизводительного бурения в случае изменений частоты и при этом нестабильного бурения может исключаться или, по меньшей мере, уменьшаться. В целом, применение изобретения дает в результате возможности для более экономичного бурения вследствие управления в направлении оптимизации процесса бурения.

Частота ударника должна также настраиваться скоростью вращения, поскольку для производительности процесса бурения важен поворот бурового долота на определенный угол между ударами для обеспечения контакта твердосплавных породоразрушающих элементов бурового долота с еще не подвергавшейся воздействию породой, насколько возможно. Изменение частоты ударника дает в результате выполнение ударов слишком рано или слишком поздно.

В своей основе здесь ставится задача сужения разброса частоты ударов для достижения преимуществ, описанных выше. Это может, вместе с тем, быть получено способом изобретения с помощью измерения или оценки того, что здесь называется ведущей частотой, или частоты, представляющей частоту ударов, такую как гармоники. Одной причиной является то, что в некоторых случаях такие частоты легче снимать и/или обрабатывать их сигнал, чем частоту ударов ударника. Когда в данном описании дается ссылка на "частоту ударов" для приема сигнала и его обработки, также такие ведущие частоты можно использовать. Данные ведущие частоты могут напрямую измеряться или оцениваться или вычисляться известными способами обработки сигнала. Согласно изобретению частоты измеряются, но в некоторых случаях их вычисляют или оценивают на основе вибраций, снятых с буровой установки, грунта или воздуха также известными способами обработки сигнала.

В частности, по меньшей мере, один параметр бурения корректируется в таком направлении, где ширина разброса уменьшается. При этом бурение стабилизируется, результатом являются указанные выше преимущества, заключающиеся в уменьшении рисков повреждения оборудования, более стабильном бурении и лучшей экономике бурения.

Термин "...параметр бурения корректируется в направлении..." означает, что параметр корректируется увеличением или уменьшением величины параметра, например величина расхода, величина давления и т.д. увеличивается или уменьшается. "Направление", таким образом, может означать направление увеличения или направление уменьшения.

По меньшей мере, один параметр бурения является в нормальных условиях одним или несколькими параметрами из следующей группы: усилие подачи/осевая нагрузка на долото, скорость подачи, скорость вращения, крутящий момент, давление рабочей текучей среды ударника, расход рабочей текучей среды ударника, давление в потоке промывочной текучей среды, расход промывочной текучей среды. Данные параметры легко корректируются вручную.

В предпочтительном варианте осуществления выполняется выборка частоты ударов погружного пневмоударника (или шире ведущей частоты) для создания отображения, охватывающего заданный период времени. Это дает возможность передачи сигнала отображения, понятного бурильщику. Это можно получить отображением на дисплее или иным предупреждением бурильщика об условиях работы.

Предпочтительно, когда установлено, что корректировка в одном направлении, по меньшей мере, одного параметра бурения дает в результате увеличение ширины разброса, корректировка в этом направлении завершается и/или, по меньшей мере, один параметр бурения повторно корректируется в противоположном направлении. Также предпочтительно, когда установлено, что корректировка в одном направлении, по меньшей мере, одного параметра бурения дает в результате уменьшение ширины разброса, корректировка в этом направлении поддерживается или продолжается.

Предпочтительно частота ударов (или шире ведущая частота) обнаруживается за пределами бурящегося ствола скважины, на любом месте из следующей группы: на буровой установке, связанной с погружным пневмоударником или смежно с ней, на бурильной колонне, на грунте, смежно с бурильной колонной, в воздухе смежно с бурильной колонной.

В варианте осуществления, простом в применении, отображение разброса частоты передается в виде сигнала или отображается на дисплее для помощи в ручной корректировке, по меньшей мере, одного параметра бурения.

Когда способ включает в себя создание отображения амплитуды распределения ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку, по меньшей мере, одного параметра бурения, как изменения величины амплитуды, получают дополнительные преимущества. В надлежащем отображении высокая амплитуда является индикатором более производительного бурения. Поэтому целесообразно иметь возможность корректировки, по меньшей мере, одного параметра бурения в направлении, где величина амплитуды увеличивается. Параметры бурения в данном случае аналогичны рассмотренным выше для управления разбросом распределения частот или частоты.

Изобретение делает возможным объединенное использование отображения частот и амплитуд для мониторинга в время бурения. Следует заметить, что также предусмотрен порядок справочного отображения данных и данных амплитуд, применяемый, если необходимо, чтобы не связывать бурильщика получением справочных данных конкретного отображения.

Дополнительно является предпочтительным, когда установлено, что корректировка в одном направлении, по меньшей мере, одного параметра бурения дает в результате уменьшение величины амплитуды, завершение корректировки в данном направлении или повторную корректировку, по меньшей мере, одного параметра бурения в противоположном направлении.

Также является предпочтительным, когда установлено, что корректировка в одном направлении, по меньшей мере, одного параметра бурения дает в результате увеличение величины амплитуды, поддержание корректировки в данном направлении или продолжение корректировки в том же направлении.

Отображение амплитуды предпочтительно передается в виде сигнала или показывается на дисплее для помощи в ручной корректировке, по меньшей мере, одного параметра бурения.

Следует заметить, что отображение амплитуды также можно использовать пассивно для указания изменений в сопротивлении или твердости породы во время бурения. Например, при стабильном бурении частота может быть стабильной даже при проходке буровым долотом пород с различными свойствами. Это также относится к упомянутому выше предпочтительному активному использованию отображения амплитуды в помощь бурильщику для принятия мер по управлению бурением.

В одном варианте осуществления способа изобретения полученные данные частоты ударов и/или амплитуды регистрируются и сохраняются способом, обеспечивающим их считывание позже в качестве характеристик бурения. Это дает несколько преимуществ.

Первое: это позволяет заранее иметь нужную информацию, когда скважины бурятся последовательно на более или менее ограниченной площади, где уже выполнено бурение одной скважины и соответствующие данные зарегистрированы каротажным средством и сохранены в запоминающем устройстве. Здесь бурильщик получает информацию о том, что ожидается во время бурения, что помогает ему выполнять нужные мероприятия при встрече буровым долотом различных пластов породы и т.д.

Второе: можно оценивать показатели работы буровой установки, бурового долота, бурильщика и т.д.

Соответствующие преимущества получены для устройства мониторинга погружного ударного бурения. Данное устройство включает в себя один или несколько блоков датчиков обнаружения или оценки ведущей частоты или частот, представляющих частоту ударов погружного пневмоударника. Устройство также включает в себя средство отображения для создания отображения разброса ведущей частоты или частот и для получения ответной реакции на корректировку, по меньшей мере, одного параметра бурения, в виде изменения ширины разброса. Средством отображения может являться дисплей или звуковое сигнализирующее устройство для помощи в ручном управлении параметрами.

На погружной пневмоударник подается рабочая текучая среда для производства ударов и промывочная текучая среда и на погружной пневмоударник передается крутящий момент и усилие подачи.

Также в объеме изобретения предусмотрено отображение в виде простой цифры на выходе, указывающей ширину разброса. Задача состоит в уменьшении данной цифры, при этом разброс частоты уменьшается.

Средство отображения может также представлять собой электронную схему для создания виртуальной ширины разброса частоты. Данная электронная схема может либо связываться с дисплеем, либо звуковым сигнализирующим устройством, описанным выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение описано ниже для вариантов осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.

На фиг.1 схематично показан общий вид системы, включающей в себя устройство для мониторинга погружного ударного бурения согласно изобретению.

На фиг.2 показана диаграмма, представляющая три различных отображения распределения частоты ударов для иллюстрации разброса частоты ударов для трех различных условий работы.

На фиг.3-7 показан вариант осуществления схемы интерфейса пользователя для дисплея устройства согласно изобретению в различных ситуациях.

На фиг.8 показан второй вариант осуществления другой схемы интерфейса пользователя для дисплея устройства согласно изобретению.

На фиг.9а показан третий вариант осуществления интерфейса пользователя для создания звуковых сигналов.

На фиг.9b показан график, иллюстрирующий звуковые сигналы, созданные интерфейсом пользователя фиг.9a.

На фиг.10 показана блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления способа изобретения.

На фиг.11 схематично показано устройство мониторинга согласно изобретению в виде функциональных блоков.

На фиг.12 показана столбчатой диаграммой ударная амплитуда для ряда последовательных ударов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показана буровая установка для погружного ударного бурения, которая включает в себя основание 2, такое как несущая рама для опирания буровой установки на грунт. Основание 2 несет оборудование для обеспечения работы погружного пневмоударника 8, оборудование включает в себя внутренний кожух 4 (не показано), двигатель и различные насосы для подачи рабочей текучей среды под давлением для ударного механизма, рабочей текучей среды для вращательного механизма, рабочей текучей среды подачи и т.д. Оборудование соединяется с бурильной колонной 6 известным средством.

Основание 2 несет направляющую 3, которая может наклоняться, как необходимо, поворачиваясь в шарнире обычным способом. Направляющая 3 несет скользящий вверх и вниз вращатель 5, приводящий во вращение бурильную колонну 6 в процессе бурения. Бурильная колонна 6 известной конструкции содержит несколько трубных звеньев, свинченных друг с другом. Внутри труб имеются каналы для подачи рабочей текучей среды под давлением для ударника и промывочного раствора.

На свободном конце бурильной колонны 6, внутри пробуренного ствола 7 скважины, оборудован погружной пневмоударник 8, который включает в себя поршень ударника, приводимый в действие рабочей текучей средой под давлением, подаваемой оборудованием через бурильную колонну 6 на ударник 8 известным способом.

На переднем конце ударника 8 размещено буровое долото 9 с передней поверхностью, по которой распределены твердосплавные породоразрушающие элементы, входящие в контакт с породой в процессе бурения. Позицией 10 указан блок управления с дисплеем, обеспечивающий установку бурильщиком величин параметров давлений различных текучих сред и т.д. для управления работой буровой установки 1. Позицией 11 указано устройство для мониторинга процесса бурения с кнопками 12 настройки и дисплеем 13.

Устройство 11 для мониторинга погружного ударного бурения связано со средством мониторинга, которое в данном варианте включает в себя датчик 14 измерения частоты, в данном варианте осуществления установленный на направляющей 3 буровой установки 1. В качестве датчиков 14 могут применяться датчики измерения ускорения, датчики измерения скорости или датчики измерения физического смещения. Датчик 14 может снимать показания вибраций направляющей 3, среди которых вибрации, возникающие от ударов, выполняемых погружным пневмоударником 8. В одном варианте осуществления датчик 14 установлен на приводе в форме вращателя 5.

Устройство 11 дополнительно включает в себя электронную схему для отфильтровывания представляющих интерес вибраций, которые в данном случае представляют собой вибрации, исходящие из погружного пневмоударника 8 в процессе бурения. Другие различные вибрации, такие как исходящие из вращательного устройства, из механизма подачи и т.д. буровой установки 1 и возможно из внешних источников, не представляют интереса для данного изобретения и поэтому обычно исключаются/удаляются фильтром электронной схемы внутри устройства 11 для мониторинга.

Данным способом возможно создание отображения частоты ударов погружного пневмоударника 8 и, в частности, разброса частоты ударов; это означает, что меняющиеся частоты кроме частоты ударов погружного пневмоударника могут представляться таким способом, что ширина разброса частот в области опорной частоты может отображаться или передаваться в виде сигнала. Устройство 11 для мониторинга является отдельным от системы управления буровой установки 1 фиг.1. Данное справедливо, даже когда датчик 14 частоты прикреплен к части самой буровой установки 1.

На фиг.2 отображения трех различных частотных распределений являются иллюстрациями разброса частоты в трех различных условиях работы погружного пневмоударника. Здесь на графике проиллюстрировано наступление события А ударов, выполняемых ударником, как функция частоты f ударов за выбранный период времени. Таким образом, показано, что для различных условий работы ударник выполняет удары с более или менее одинаковой частотой вокруг идеальной частоты f_i.

Сплошная линия кривой C1 относится к работе со значительным разбросом частоты, приводящей к некачественному бурению.

Пунктирная линия кривой C2 относится к работе с меньшим разбросом и с четко выраженным пиком, приводящей к более приемлемому бурению. Достижение данного режима работы можно ожидать, по меньшей мере время от времени, от опытного и высококвалифицированного бурильщика.

Штрихпунктирная линия C3 относится к работе, являющейся почти идеальным бурением. Здесь удары выполняются с теоретической частотой или очень близко к теоретической частоте. Данный режим работы может достигаться согласно настоящему изобретению во время всего процесса бурения.

На фиг.2 также показаны первый «обертон» C3.1 и второй «обертон» C3.2 (соответствующие второй и третьей гармоникам) для работы соответствующей C3. Согласно изобретению не исключается мониторинг на основе отображений таких обертонов, дающих разброс, в своей основе соответствующий описанному в данном документе для разброса в области опорной частоты.

На фиг.3-7 показан пример схемы интерфейса пользователя, в котором имеется несколько вводимых бурильщиком данных, таких как данные ударника, давления и числа труб, которые на данный момент включены в состав бурильной колонны. На дисплее 15 дополнительно показана (справа на дисплее фиг.3) "Freq" (частота), где черный прямоугольник показывает фактическую частоту и стрелкой указана идеальная частота. "Spread" (разброс), где черный прямоугольник показывает величину изменчивости частоты для фактической частоты.

В частности, на дисплее фиг.3 "Hammer" (ударник) показывает используемый тип ударника, "Pressure" (давление) показывает давление подаваемой текучей среды (в Бар), "Pipe nr" (число труб) показывает число труб (элементов бурильной колонны), имеющихся в бурильной колонне, "Freq" (частота) показывает опорную (среднюю) частоту ударов ударника, "Spread" (разброс) показывает ширину представленного распределения по частоте ударов.

"Ampl 1f" показывает амплитуду первой частоты, являющейся опорной частотой, а "Ampl 2f" и "Ampl 3f" показывают амплитуды первой и второй гармоник снимаемой частоты.

Все частоты могут выражаться в Гц или просто показанной величиной, используемой справочно.

Слева на дисплее фиг.3 имеется черный прямоугольник 16, указывающий ширину (W) разброса фактической частоты, снятой датчиком и имеющий высоту (H), которая в данном случае представляет сумму амплитуд Ampl 1f, 2f и 3f, соответствующих используемому математическому способу. В данном случае способ представляет собой осуществление выборки по времени снятых частот за определенный период времени. Черный прямоугольник 16 должен считаться трансформацией некоторого параметра, который может отражать распределение частоты ударов (представленное фактической одной из кривых C1-C3 на фиг.2) и является одним примером интерфейса пользователя, легко понимаемым бурильщиком и помогающим ему в выполнении надлежащих корректировок параметров.

При обращении к дисплею на фиг.3 задачей бурильщика является уменьшение ширины W для получения ширины V, показанной на заданном прямоугольнике 17 (см. Фиг.4), для получения более близкого к идеалу и более стабильного бурения. В случае, показанном на фиг.2, бурение проявляет тенденцию к нестабильности, давая в результате недостатки, указанные во вводной части данного описания.

Дополнительно разброс частоты, отображенный черным прямоугольником 16 на фиг.3, дается с центральной частью, указанной центральной линией L, очевидно слева от заданного прямоугольника 17, указанного центральной линией l. Это означает, что фактическая частота также незначительно ниже идеальной частоты, соответствующей выбранному ударнику, установленному давлению и преобладающим величинам параметров, влияющих на процесс бурения. По этой причине задачей бурильщика должно являться небольшое увеличение частоты для совмещения центральной линии L черного прямоугольника 16 с центральной линией l заданного прямоугольника 17.

На фиг.4 показан исходный дисплей перед началом процесса бурения, в котором белый прямоугольник 17, являющийся заданным, показан незакрытым черным прямоугольником, как на фиг.3. Как можно видеть справа на данной фигуре, величины параметров бурения не отображены.

На фиг.5 показана вторая ситуация бурения, где черный прямоугольник 18 имеет ширину (W) больше, чем в случае фиг.3, и значит разброс частоты является более широким. Также показано, что высота H черного прямоугольника 18 является относительно небольшой, указывая, что в данном варианте осуществления производительность ударника является относительно низкой и что сила на выходе разрегулированного ударника расходуется впустую.

Задачей бурильщика должна быть корректировка настройки параметров работы буровой установки для уменьшения W, сужения черного прямоугольника 18 и, тем самым, разброса частоты и небольшая корректировка отображения центральной линии частотного распределения для совмещения с центральной линией заданного прямоугольника 17.

В качестве примера, в общем, разброс частоты можно получить, осуществляя выборку фактически выполненных, изменяющихся по частоте ударов ударника за определенный период времени. Данный период времени поддерживается таким коротким, что получают практически мониторинг в режиме реального времени, и достаточно длинным для получения нескольких ударов, представляющих разброс.

На фиг.6 показана ситуация, где частоту можно считать стабильной, поскольку черный прямоугольник 19 имеет приемлемую ширину, показывающую, что разброс частоты является небольшим, при этом центральная линия черного прямоугольника 19 находится слева от центра заданного прямоугольника 17, указывая, что ударник при бурении работает с частотой меньше идеальной. Задача бурильщика в данном случае состоит в простом увеличении частоты работы ударника.

Это достигнуто в дисплее, показанном на фиг.7, где черный прямоугольник 20 полностью закрывает заданный прямоугольник 17 и имеет одинаковую ширину с заданным прямоугольником 17. Ударник здесь работает с идеальной частотой, и амплитуда поднята на достаточную высоту.

Можно упомянуть, что, в общем, слишком высокая амплитуда может являться вредной для процесса бурения, поскольку может повреждаться буровое долото.

На фиг.8 показан простой вариант устройства 11' с дисплеем для мониторинга ударно-вращательного бурения, где позицией 21 отображается фактическое распределение частоты, снятое датчиком 14' частоты, установленным в области (не показано) буровой установки. Устройство 11' связывается с датчиком 14' частоты беспроводной системой с помощью антенн A1 и A2. Позицией 12' показаны кнопки настройки, соответствующие показанным на фиг.3. Ширина разброса распределения 21 частоты представляет частоты, предопределяемые погружным пневмоударником (не показано). Позицией 22 показаны пунктирными линиями два заданных предела для ширины разброса частоты, и позицией 23 показана пунктирной линией центральная линия, представляющая идеальную частоту для преобладающих условий для используемого ударника, давлений и т.д.

Перед бурильщиком, использующим устройство 11' фиг.8, стоит задача регулировки параметров работы буровой установки, с одной стороны, для сужения разброса частоты, с другой стороны, для небольшого увеличения центральной или средней частот для совмещения с пунктирной линией 3.

Можно упомянуть, что на практике бурильщик может достичь указанного, начиная с регулировки одного параметра, например, изменяя усилие подачи/осевую нагрузку на долото и/или скорость вращения. Выполняя корректировки одного из таких параметров, бурильщик немедленно получает ответную реакцию устройства 11', если отображение показывает расширение или сужение разброса. Если разброс расширяется в результате корректировки, бурильщик заканчивает корректировку в данном направлении и вместо этого пробует корректировку в противоположном направлении, после чего получает мгновенную ответную реакцию, если выбран правильный путь. После этого, если ширина разброса остается больше заданной, бурильщик продолжает корректировку, меняя другой параметр, например скорость вращения, и получает ответную реакцию соответствующим способом для достижения заданной ширины, а также заданной частоты (идеальной частоты).

На фиг.9а показан альтернативный вариант осуществления, в котором устройство 11" является звуковым сигнализирующим устройством, выполненным с возможностью передачи звуковых сигналов, представляющих разброс частоты, через динамик 24. Позицией 14" показан датчик частоты, который может иметь тип, аналогичный датчикам, рассмотренным выше.

На фиг.9b показан на графике подаваемый звуковой сигнал 25, который в данном случае имеет относительно большую ширину W, в результате получается относительно размытый звуковой сигнал, который также имеет свой пик сбоку, ниже идеальной заданной частоты, показанной пунктирной линией 26. На практике об идеальной частоте могут сигнализировать прерывистые звуковые сигналы с легко различимой частотой (очевидно, более высокой, чем частота ударов), создаваемые внутри устройства 11".

Задача бурильщика, следовательно, здесь состоит в выполнении корректировки так, что размытый сигнал 25 становится яснее с узким частотным распределением и при этом кривая 25 становится уже и имеет пиковую частоту, совпадающую с заданной частотой 26. Как альтернатива, в дополнение или взамен звукового сигнала визуальный дисплей, показывающий в основном график фиг.9b, может быть представлен бурильщику.

На блок-схеме фиг.10, иллюстрирующей вариант осуществления способа изобретения, показано следующее.

Позиция 30 показывает начало сеанса работы.

Позиция 31 показывает получение частотных сигналов с датчика частоты.

Позиция 32 показывает обработку сигналов, принятых с датчика частоты для выделения релевантных сигналов, связанных с ударами ударника, для исключения возможных шумовых сигналов, связанных с другими источниками, и передачи выделенных релевантных сигналов.

Позиция 33 показывает прием выделенных релевантных сигналов и преобразование сигналов в формат, подходящий для создания различимого отображения.

Позиция 34 показывает передачу отображения разброса частоты в виде сигнала или отображения на дисплее.

Позиция 35 показывает окончание сеанса работы.

Позиции 31-35 непрерывно или периодически повторяются в выбранные, предпочтительно короткие периоды времени для точного отражения текущей фактической работы буровой установки, мониторинг которой проводится.

Сеанс работы может предпочтительно дополняться этапами установки величин фиксированных параметров, например, типа ударника, числа труб и т.д.

На фиг.11 схематично показан вариант осуществления устройства мониторинга согласно изобретению, которое содержит следующее:

- датчик 14 частоты блока датчиков для получения частотных сигналов, исходящих из погружного пневмоударника;

- устройство 36 обработки сигнала, принимающее сигналы с датчика частоты и способное выделять релевантные сигналы, относящиеся к ударам ударника, исключать возможные шумовые сигналы, относящиеся к другим источникам, и передавать выделенные релевантные сигналы;

- вычислительный блок 37 принимает выделенные релевантные сигналы с устройства 36 и трансформирует данные сигналы в формат, подходящий для создания различимого отображения;

- дисплей 38 с экраном для отображения разброса частоты;

- клавиатуру 39 для ввода бурильщиком некоторых величин.

Устройство 36 обработки сигнала может являться электронной схемой датчиков и быть интегрировано в датчик частоты или в вычислительный блок 37. Дисплей удобно объединить с клавиатурой 39 в корпусе, содержащем вычислительную схему вычислительного блока 37.

Датчик 14 частоты и устройство 36 обработки сигнала могут составлять блок датчиков для измерения и вычисления частоты ударов погружного пневмоударника (или шире, ведущей частоты).

Вычислительный блок 37 и дисплей 38 могут составлять средство отображения для создания реагирования на корректировку, по меньшей мере, одного параметра бурения в виде изменения ширины разброса.

На фиг.12 показано столбчатым графиком отображение амплитуды для нескольких последовательных ударов, выполненных погружным пневмоударником. Изменения амплитуды являются индикатором изменений свойств породы, встреченной буровым долотом. Согласно данной фигуре резкое уменьшение амплитуды между ударами 8 и 9 указывает, что буровое долото вошло в пласт породы, создающий измененное сопротивление буровому долоту, наиболее часто благодаря изменению твердости. Удары 15-21 выполняются с непрерывно увеличивающейся амплитудой, указывающей, что буровое долото встречает породу с непрерывно изменяющимися свойствами по сопротивлению. Информация на фиг.12 может быть полезной для бурильщика в определении хода процесса бурения, но предпочтительно выполнение выборки данных амплитуды за определенный период времени и представление их в формате, легко различимом для бурильщика. Такое представление может иметь форму заполненных столбиков слева на фиг.3-7, где "H" может являться отображением такой выборки амплитуды. Изменение в отображении амплитуды может являться предпочтительным для использования в указании направления для более высокой скорости бурения. При стабильном бурении с устойчивой частотой и более или менее постоянным и приемлемым разбросом частоты амплитуда все равно может изменяться со свойствами породы.

Изобретение можно модифицировать в объеме прилагаемой формулы изобретения. Другие типы устройств или средства передачи сигналов могут предлагаться, и отображение разброса частоты может иметь другую схему, например, в виде нелинейных, таких круглые или овальные фигуры, которые бурильщик может использовать как зоны, подлежащие минимизации с помощью корректировок параметров.

Также возможно создание дисплея со стрелками тенденции, указывающими с одной стороны тенденции разброса частоты и возможно также тенденции изменения амплитуды для помощи бурильщику в управлении процессом бурения.

Средство мониторинга и средство отображения могут также быть различными в отношении интерфейсов между электронными схемами, выполняющими данные функции. Например, они могут иметь интегрированные части, агрегатное и/или программное обеспечение.

Также возможно использование дисплея, показывающего, по существу, кривые формата фиг.2.

Изобретение, таким образом, относится к управлению, основанному на сигналах и величинах, полученных и вычисленных в процессе бурения. Изобретение, вместе с тем, делает возможным создание различных необязательных приложений; данные, полученные способом изобретения и устройством, могут регистрироваться, храниться и обрабатываться для последующего использования. При этом краткосрочные, а также долгосрочные результаты и тенденции можно определять для индивидуальных бурильщиков и буровых установок. Это можно использовать, в общем, для контроля производительности. Одним конкретным вариантом использования таких результатов и тенденций может являться создание инструмента для владельца буровой установки, например, где требуется повышение квалификации бурильщиков.

1. Способ мониторинга погружного ударного бурения, причем бурение выполняют с помощью погружного пневмоударника (8), при этом согласно способу:
- определяют или вычисляют ведущую частоту или частоты, представляющие частоту ударов погружного пневмоударника (8), и
- создают отображение (16, 18, 19, 20, 21, 25) разброса распределения ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку по меньшей мере одного параметра бурения как изменения ширины (W) разброса.

2. Способ по п.1, согласно которому по меньшей мере один параметр бурения корректируют в таком направлении, что ширина (W) разброса уменьшается.

3. Способ по п.1 или 2, согласно которому по меньшей мере один параметр бурения является одним или несколькими параметрами из группы, состоящей из: силы подачи/осевой нагрузки на долото, скорости подачи, скорости вращения, крутящего момента, давления в потоке рабочей текучей среды ударника, давления в потоке промывочной текучей среды.

4. Способ по п.1, или 2, согласно которому производят выборку ведущей частоты или частот для создания отображения (16, 18, 19, 20, 21, 25), охватывающего необходимый или заданный период времени.

5. Способ по п.1 или 2, согласно которому, когда устанавливают, что корректировка в одном направлении по меньшей мере одного параметра бурения дает в результате увеличение ширины (W) разброса частоты ударов, заканчивают корректировку в данном направлении или повторно корректируют по меньшей мере один параметр бурения в противоположном направлении.

6. Способ по п.1 или 2, согласно которому, когда устанавливают, что корректировка в одном направлении по меньшей мере одного параметра бурения дает в результате уменьшение ширины (W) разброса частоты ударов, поддерживают корректировку в данном направлении или продолжают корректировку в том же направлении.

7. Способ по п.1 или 2, согласно которому ведущую частоту или частоты определяют за пределами бурящегося ствола скважины, на любом месте из группы, состоящей из буровой установки (1), связанной с погружным пневмоударником (8), или вблизи нее, бурильной колонны (6), грунта, смежного с бурильной колонной (6), на воздухе вблизи бурильной колонны (6).

8. Способ по п.1 или 2, согласно которому отображение (16, 18, 19, 20, 21, 25) разброса частоты ударов передают в виде сигнала или отображают на дисплее для помощи в ручной корректировке по меньшей мере одного параметра бурения.

9. Способ по п.1 или 2, согласно которому ведущая частота является опорной частотой ударов или второй или дальнейшей ее гармоникой.

10. Способ по п.1, согласно которому создают отображение амплитуды распределения ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку по меньшей мере одного параметра бурения как изменения величины амплитуды.

11. Способ по п.10, согласно которому по меньшей мере один параметр бурения корректируют в таком направлении, что величина амплитуды увеличивается.

12. Способ по п.10 или 11, согласно которому, когда определяют, что корректировка в одном направлении по меньшей мере одного параметра бурения приводит к уменьшению величины амплитуды, заканчивают корректировку в данном направлении или повторно корректируют по меньшей мере один параметр бурения в противоположном направлении.

13. Способ по п.10 или 11, согласно которому, когда определяют, что корректировка в одном направлении по меньшей мере одного параметра бурения приводит к увеличению величины амплитуды, поддерживают корректировку в данном направлении или продолжают корректировку в том же направлении.

14. Способ по п.10 или 11, согласно которому отображение амплитуды передают в виде сигнала или отображают на дисплее для помощи в ручной корректировке по меньшей мере одного параметра бурения.

15. Способ по п.10 или 11, согласно которому проводят выборку данных амплитуды для создания отображения, охватывающего необходимый или заданный период времени.

16. Способ по п.10 или 11, согласно которому полученные данные частоты ударов и/или амплитуды регистрируют и сохраняют способом, обеспечивающим их считывание позже для получения характеристики бурения.

17. Устройство для мониторинга погружного ударного бурения, причем бурение выполняют с помощью погружного пневмоударника (8), отличающееся тем, что содержит:
- блок датчиков для обнаружения или оценки ведущей частоты или частот, представляющих частоту ударов погружного пневмоударника, и
- средство отображения для создания отображения (16, 18, 19, 20, 21, 25) разброса распределения ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку по меньшей мере одного параметра бурения как изменения ширины разброса.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что для выборки ведущей частоты или частот для создания отображения (16, 18, 19, 20, 21, 25), охватывающего заданный период времени, выполнено схемное средство.

19. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что оно включает в себя по меньшей мере один датчик (14), способный измерять частоту, причем датчик установлен за пределами бурящегося ствола скважины, на любом месте из группы, состоящей из буровой установки, связанной с погружным пневмоударником, или вблизи нее, бурильной колонны, грунта, смежного с бурильной колонной, воздуха, смежного с бурильной колонной.

20. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что передающее сигнал или создающее отображение на дисплее устройство выполнено для создания выходных данных для помощи в ручной корректировке по меньшей мере одного параметра бурения, основанных на представлении разброса частоты ударов.

21. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что содержит средство для создания отображения амплитуды распределения ведущей частоты или частот для получения ответной реакции на корректировку по меньшей мере одного параметра бурения как изменения величины амплитуды.

22. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что содержит средство регистрации и хранения полученных данных частоты ударов и/или амплитуды таким образом, чтобы обеспечить их считывание позже в качестве характеристик бурения.