專利名稱：監控井下鉆頭使用狀況的方法
技術領域：
本發明涉及一種監控井下鉆頭使用狀況的方法，通過對鉆桿扭矩的離散度進行分析，來監控井下鉆頭的使用狀況。
背景技術：
扭矩參數是鉆井現場經常測量的參數之一，其變化能夠反映井下鉆頭使用狀況，因此鉆井操作人員往往依靠扭矩參數的變化來監控井下鉆頭的使用狀況。一般來說，當扭矩波動幅度較小時，表示井下鉆頭工作正常；當扭矩波動幅度較大時，表示井下鉆頭壽命即將終結，如果不及時更換鉆頭，就會發生鉆頭掉入井內，無法繼續鉆進的情況。將掉入井內的鉆頭打撈出來，會耗費大量的財力、物力，甚至可能造成井眼報廢，造成巨大的損失。目前，測定扭矩的傳感器的類型有多種多樣，并且不同的井安裝在不同的位置，例如安裝在轉盤、萬向軸、鏈條等不同位置。在不同位置中測定的扭矩往往大小不一致，只能依靠通過扭矩的變化趨勢以及波動幅度的大小依靠經驗來監控井下鉆頭的使用狀況不能實現自動監控。例如 ，當扭矩有增大的趨勢或波動較大時，認為是鉆頭壽命即將終結，或將扭矩設置一個報警上限，當扭矩超出這個門限時，即認為鉆頭壽命即將終結，而沒有統一的標準。在現有技術的文獻中，描述了井下鉆頭老化與扭矩或扭矩曲線變化的關系。例如:在劉金華撰寫的文獻《工程參數錄井在鉆井工程中的應用》(《斷塊油氣田》，2003年第10卷第5期，第87頁)中指出，當鉆頭老化，牙齒磨損嚴重，即所謂的鉆頭壽命終結一般表現為扭矩曲線形態變化幅度大，扭矩一秒鐘曲線形態呈紡錘體變大，偶見鉆壓波動。在陶宗普、鄧文輝、鄧偉平撰寫的文獻《工程錄井參數的規范化處理》(《錄井技術》，2000年第11卷第3期，第28頁)中指出，判斷鉆頭壽命終結的主要參數是扭矩、轉盤轉速和鉆時。異常發生時，扭矩持續性或突然增大，或大幅度波動或變化頻率極快。在余明發、宋玉明、柳金鐘、莆春發、孫玉華、鄭志祥撰寫的文獻《錄井現場工程異常預報研究》(《錄井技術》，2000年第11卷第3期，第19頁)中指出，鉆頭是實施鉆進的關鍵工具，鉆頭的使用狀況直接影響著鉆井施工的進度，在正常情況下，鉆頭使用一定時間后，鉆頭趨于老化，無法繼續承擔鉆進的任務。錄井參數會有一系列的變化，因為鉆頭牙齒的磨損，鉆頭的破碎能力下降，鉆時變慢，鉆進成本開始升高；牙輪鉆頭軸承的磨損，轉動不靈活，導致扭矩值顯示異常波動。在楊明華撰寫的文獻《綜合錄井扭矩曲線特征分析及應用》(《錄井技術》，2001年第12卷第2期，第23-28頁)中描述了在不同鉆頭狀態下的扭矩曲線特征。事實上，當井下鉆頭壽命即將終結時，扭矩往往增加不大，而扭矩波動的幅度往往大幅度增加，因而僅設置扭矩的報警上限很容易造成誤判，并且無法實現自動監控。另外，中國專利公開CN1512032A和CN2595978Y公開了一種牙輪鉆頭磨損狀況實時監測系統。在該系統中，通過采集鉆柱的震動信號，并加以分析來判斷鉆頭磨損狀況。該系統只適用于牙輪鉆頭，對刮刀鉆頭、PDC鉆頭不適用，并且該系統需要將測得的譜圖與標準譜圖作對比，無法實現自動化。因此，急需一種應用廣泛，能實現準確、自動監控井下鉆頭使用狀況的方法。
發明內容
針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提出了一種監控井下鉆頭使用狀況的方法，其能夠通過分析鉆桿的扭矩，實現準確、自動監控井下鉆頭使用狀況。根據本發明，提出了一種監控井下鉆頭使用狀況的方法，其包括以下步驟，步驟1:測定鉆桿的扭矩Wi，其中i為測定序數，i = 1,2,3...；步驟2:計算包括當前扭矩在內的連續的η個扭矩的平均扭矩巧；步驟3:計算步驟2中所述的η個扭矩的標準差σ a ；步驟4:計算步驟2中所述的η個扭矩的離散度ka，其中夂，根據ka的變化監控井下鉆頭的使用狀況。根據本發明的方法，僅需要測定鉆桿的扭矩。因此對于現有的鉆井裝置，不需要增加新的裝置即可使用本方法。并且，使用扭矩的離散度ka來監控井下鉆頭的使用狀況比直接使用扭矩的變化來監控井下鉆頭的使用狀況更加精確。另外，根據離散度ka監控井下鉆頭的使用狀況可實現自動監控。在一個實施例中，在步驟2中，η為5到10中的任意一個整數。在一個優選的實施例中，η等于5。根據本發明，這里所述的平均扭矩巧是扭矩Wi算數平均值。在一個實施例中，平
均扭矩F的計算方法為
權利要求
1.一種監控井下鉆頭使用狀況的方法，該方法包括以下步驟 步驟I :測定鉆桿的扭矩Wi，其中i為測定序數，i = 1,2,3...； 步驟2 :計算包括當前扭矩在內的連續的η個扭矩的平均扭矩巧； 步驟3 :計算步驟2中所述的η個扭矩的標準差σ a ；步驟4 :計算步驟2中所述的η個扭矩的離散度ka，其中Ka=δa/wa，根據ka的變化監控井下鉆頭的使用狀況。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，當ka> O. 25時，表示井下鉆頭壽命即將終結。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，當KO. 15時，表示井下鉆頭工作正常，而當O. 15 < K O. 25時，表示井下鉆頭的使用狀況變差。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，還包括步驟5:計算包括當前離散度在內的連續的m個離散度的平均離散度&，根據&的變化監控鉆頭的使用狀況。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，當0.25時，表示井下鉆頭壽命即將終結。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，當&<0.15時，表示井下鉆頭工作正常，當0.15 < Tb <0.25時，表示井下鉆頭的使用狀況變差。
7.根據權利要求I到6中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟2中，η為5到10中的任意一個整數。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，η等于5。
9.根據權利要求4到6中任一項所述的方法，其特征在于，m為5到10中的任意一個整數。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，m等于5。
全文摘要
本發明涉及一種監控井下鉆頭使用狀況的方法，屬于采油領域。其中，該方法包括以下步驟步驟1測定鉆桿的扭矩Wi，其中i為測定序數，i＝1，2，3...；步驟2計算包括當前扭矩在內的連續的n個扭矩的平均扭矩步驟3計算步驟2中所述的n個扭矩的標準差σa；步驟4計算步驟2中所述的n個扭矩的離散度ka，根據ka的變化監控井下鉆頭的使用狀況。根據本發明的方法，能大幅提高監控的準確性，實現自動監控，降低勞動強度，并且本發明的方法適用范圍廣。
文檔編號G01L5/24GK103256038SQ20121004081
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者楊明清, 陸黃生, 張衛, 李三國 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院