Разработка методов оценки технического состояния шарошечных долот в процессе бурения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Москвин, Сергей Анатольевич

• Москвин, Сергей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Москвин, Сергей Анатольевич

Введение

1 Методы и способы оценки технического состояния забойного оборудования. Применение интеллектуальных систем в бурении

1.1 Способы получения забойной информации

1.2 Обзор способов и методов оценки технического состояния забойного оборудования

1.3 Автоматизированные и интеллектуальные системы, разработанные для бурения скважин

1.4 Выводы

2 Основные положения виброакустической диагностики применительно к забойному объекту диагностирования

2.1 Общая теоретическая схема поиска и выбора диагностических признаков

2.2 Особенности формирования информативного сигнала для диагностирования породоразрушающего инструмента

2.3 Некоторые характеристики колебательных процессов, используемые в диагностических целях

2.4 Метод распознавания образов для оценки технического состояния

2.5 Основные допущения, принимаемые при анализе экспериментальных сигналов. Стратегия анализа данных для оценки износа долота

2.6 Выводы

3 Промысловые исследования колебательных процессов при бурении. Анализ спектров колебаний

3.1 Исследовательский комплекс для измерения колебаний при бурении

3.2 Исследования колебаний бурильной колонны и промывочной жидкости на буровой

3.3 Построение спектральной плотности мощности сигналов, сравнение спектров

3.4 Анализ площади спектра продольных колебаний

3.5 Анализ площади спектра поперечных колебаний

3.6 Выводы 72 4 Оценка технического состояния и отказа долота

4.1 Применение дихотомического метода распознавания образов для обработки экспериментальной информации

4.2 Разработка критерия оценки технического состояния долота

4.2.1 Состав информативных частот. Анализ изменения амплитуд информативных частот в процессе долбления

4.2.2 Подбор вида функциональной зависимости

4.2.3 Критерий оценки технического состояния долота

4.3 Прогнозирование отказа породоразрушающего инструмента

4.3.1 Определение доверительных интервалов критической глубины с использованием «универсальных» множеств информативных частот

4.3.2 Доверительные интервалы критической глубины с использованием различных множеств информативных частот

4.4 Алгоритм оценки технического состояния долота

4.5 Выводы 111 Основные выводы 112 Список литературы 113 Приложение А 122 Приложение Б 124 Приложение В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов оценки технического состояния шарошечных долот в процессе бурения»

Актуальность проблемы. Оценка технического состояния оборудования является актуальным вопросом на современном этапе развития техники. С каждым годом диагностике машин и агрегатов, оценке технического состояния и прогнозированию остаточного ресурса объектов нефтяной промышленности уделяется все большее внимание.

Большое значение имеет полное использование ресурса бурового оборудования и инструмента. Поэтому в практику бурения все больше внедряются методы диагностики и оценки технического состояния оборудования. При бурении скважин наиболее сложным объектом для диагностирования является глубинное оборудование - забойный двигатель и породоразрушающий инструмент. Для практики бурения знание и особенно прогнозирование состояния забойного оборудования в процессе работы позволяет избежать многих осложнений при бурении, полнее использовать ресурс забойного двигателя и долота. Рациональное использование ресурса долота и забойного двигателя является актуальной проблемой и связано с периодической оценкой состояния по определенным критериям. Особенно важно оценить техническое состояние и спрогнозировать остаточный ресурс бурового долота.

Цель работы

Разработка методики оценки технического состояния и прогнозирования отказа породоразрушающего инструмента в процессе бурения.

Основные задачи работы

1 Анализ существующих методов оценки технического состояния глубинного бурового оборудования.

2 Экспериментальное исследование работы бурильного инструмента в процессе бурения скважины.

3 Разработка критериев оценки технического состояния долота.

4 Разработка способа определения технического состояния долота в процессе бурения.

5 Разработка способа прогнозирования отказа породоразрушающего инструмента в процессе бурения.

Научная новизна работы.

1 Для оценки состояния породоразрушающего инструмента впервые предложен дихотомический метод распознавания образов

2 Построена регрессионная экспоненциальная модель, характеризующая зависимость информативных признаков, полученных из спектров продольных и поперечных колебаний бурильной колонны, от технического состояния долота.

3 Разработан критерий оценки технического состояния долота, который определяется как отношение значений регрессионной экспоненциальной модели в начале и в процессе бурения.

Практическая ценность работы.

1 Разработана методика оценки технического состояния породоразрушающего инструмента и прогнозирования отказа породоразрушающего инструмента в процессе бурения с использованием методов распознавания образов, которая используется в Азнакаевском филиале ООО «Татнефть-бурение» -Азнакаевском управлении буровых работ.

2 Разработано программное обеспечение для прогнозирования отказа породоразрушающего инструмента, которое используется в учебном процессе филиала УГНТУ в г.Октябрьском.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: научно-практическом семинаре «Опыт, проблемы и перспективы внедрения виброакустических методов контроля и диагностики машин и агрегатов». (Октябрьский, февраль 2000); втором международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных дисперсных систем». (Уфа, октябрь 2000);

IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении-2003». (Пенза, февраль 2003); научно-технической конференции «АлНИ-2002». (Альметьевск, апрель

2003); международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии». (Пенза, май 2003); Публикации.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 11 публикациях, из которых 8 статей и 3 тезиса.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Москвин, Сергей Анатольевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Установлено влияние режимных параметров процесса бурения - осевой нагрузки, давления промывочной жидкости на математическое ожидание площади спектра продольных и поперечных колебаний бурильной колонны и эксцесс площади спектра продольных колебаний бурильной колонны, поэтому для оценки технического состояния долота необходим адаптирующийся к условиям бурения метод диагностирования.

2 Установлена регрессионная экспоненциальная зависимость между выделенными дихотомическим методом распознавания образов амплитудами спектра продольных и поперечных колебаний бурильной колонны и техническим состоянием долота.

3 Разработан критерий оценки технического состояния долота, определяемый как отношение значений регрессионной экспоненциальной модели в процессе бурения к значениям этой модели в начале бурения.

4 Разработана методика оценки технического состояния долота и прогнозирования его отказа, позволяющая проводить в процессе бурения периодическую оценку технического состояния и прогнозирование момента полного износа долота. Методика апробирована для различных типоразмеров трехшарошечных долот.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Москвин, Сергей Анатольевич, 2004 год

1. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации: Грачев

2. Ю.В., Варламов В.П., изд-во Недра, 1968, 328 с. II

3. Александров М.М Силы сопротивления при движении труб в скважине. М., Недра, 1978, 208 с.

4. Александров М.М. Определение сил сопротивления при бурении скважин. М., Недра, 1965,176 с.

5. Алиев Т. М., Алиев А. В., Варламов В.П., Шахмарданов Ш.М., Двухканальная телеметрическая система с гидравлическим каналом связи для контроля забойных параметров. // Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. 1977. - №5 |

6. Алиев Т.А., Мамедов Ш.И. Телеметрическая информационная системаIробастного прогнозирования аварий при бурении. Нефтяное хозяйство, 2002, №3, с. 32-34.

7. Амралиев А.Б. Разработка и исследование метода акустического контроля процессов при роторном бурении: Дис. канд. техн. наук. М.,1975.

8. Анализ каналов связи с забоем скважины с целью повышения эффективности использования элементов КНБК / Е.И. Ишемгужин, В.В. Шайдаков, В.У. Ямалиев и др. // Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики: Сб. науч. тр. Уфа, 1989. - С.68-77. |I

9. Аралбаев Т.З. Особенности синтеза оптимальной мажоритарной-функции в задаче распознавания образов.// Проблемы управления и информатики. -Киев: 2002.-№ 5.-С.96-102.

10. Ю.Байков И.Р., Смородов Е.А., Деев В.Г. Анализ временных рядов как метод прогнозирования и диагностики в нефтедобыче. Нефтяное хозяйство. 2002, №2, с. 71-74:.

11. Балицкий В.П. К вопросу информативности низкочастотных продольных1.■колебаний бурильной колонны // Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности, 1977. №1. -С.3-6.

12. БалицкийTLB; Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины. М., Недра, 1975.-293с.

13. Н.Балицкий П.В. Упругие волны в бурильной колонне и динамика её взаимодействия с недеформируемым плоским забоем. Тр. МИНХиГП, вып. 60., 1966, 8-17 с.

14. Беликов В.Г. Романова J1.A. Еще об экспоненциальном уравнении изменения скорости бурения и критериях отработки долот. НефтяноеIхозяйство, 1980, №8. с 22-23.

15. Беликов В.Г., Саркисов В.А., Гончаренко A.M., Самсоненко В.И., Костянов

16. B.М; Общий анализ показателей работы, долот в интервалах одинаковой: буримости при бурении скважин на октябрьской площади под первую промежуточную колонну. Бурение 1976, №12.

17. Беркунов B.C., Фоменко Ф.Н. Исследование действительных нагрузок на долото при бурении электробурами // Нефтяное хозяйство. 1979. - №12.1. C.11-13. i

18. Биргер И.А. Техническая диагностика. М;: Машиностроение, 1978. 240с.

19. Близнюков Вит.Ю., Близнюков В.Ю. Анализ показателей отработки долот большого диаметра при бурении верхних интервалов глубоких скважин в' ПО Саратовнефтегаз. Строительство НГС, 1996,№3.

20. Бражников В.А., Иванов Е.Г., Милованов В.П. Анализирующее электронное устройство для определения смены долота по износу его вооружения. Нефтяное хозяйство, 1972, №6.

21. Васильев В.И. Распознающие системы. Киев: Наукова думка, 1969.

22. Векерик В.И., Мойсишин В.М. Определение динамической составляющей осевой нагрузки на долото по данным колебаний верхней части бурильной колонны // Изв. вузов. Нефть и газ. 1986, №4.-с.22-26. j

23. Вибрации в технике. Справочник в 6т. Т. 5. Измерения и ¡испытания.)- Под редакцией Генкина М.Д., М., Машиностроение, 1981.- 496с. !

24. Вопияков М.А., Посташ С. А., Колесников П.И. Возникновение автоколебаний бурильной колонны — критерий износа шарошечных долот. Нефтяное хозяйство. 1975, №2, с 23-25.

25. Ворожбитов М.И: Анализ взаимодействия долота с забоем скважины по данным записи вибрации // Нефтяное хозяйство. 1972. - №4. - с.29-33.

26. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М., Наука; Гл.ред.физ-мат. лит-ры, 1982, 335 с. |

27. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М. Наука, Гл ред1 физ.-мат. лит-ры. 1966, 870 с.

28. Гайдукевич В^И;, Титов B.C. Случайные нагрузки силовых электроприводов. М., Энергоатомиздат, 1983, 160 с.

29. Галеев A.C. Разработка теоретических основ снижения потерь осевой нагрузки при бурении горизонтальных скважин: Дисс. .докт. техн. наук. Уфа, 2000, 196 с.

30. Галеев A.C., Москвин С А. Исследование акустического канала связи. Научные проблемы Волго-Уральского нефтегазового региона. ТехническиеIи естественные аспекты: Сб. науч. тр.: В 2-х т. Т. 1.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. с. 68 - 89. 1

31. Гасанов P.A., Меджидов Г.Н., Алекперов Р.Б., Керимов К.С., Меджидов H.A. Разработка автоматизированной системы для прогнозирования показателей бурения на основе нейронных моделей. Нефтяное хозяйство, 2001, №10, с. 40-42.

32. Герасько. В.Г. Исследование вероятности безотказной работы и интенсивности отказов шарошечных долот серий ГВ, ГН, ГНУ и ГАУ. Бурение №3-1983.

33. Гибадуллин Н.З., Матвеев Ю.Г., Исмаков P.A. Перспективные разработки в области повышения надежности и долговечности шарошечных долот. Нефтяное хозяйство, 2002, №12. ,

34. Глухов В.В. Техническое диагностирование динамических систем. М.: Транспорт, 2000. - 96 с.

35. Горелик A.JI., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1977. 222с.

36. Грачев Б. А. Автоконтроль забойных параметров с электрическими каналами связи по бурильным трубам в скважине: Дис. . канд. техн. наук. -Куйбышев, 1971.

37. Грачев Ю.В., Варламов В.П. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М., Недра, 1968, 328 с. j

38. Григулецкий В.Г., Лукьянов В .Т. Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны. М., Недра, 1990, 302 с.

39. Гуреев И.Л., Копылов В.Е. Прибор-индикатор скорости вращения долота ИВД-1.// Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности. -1973. №2. 23-27 с.

40. Гусейнзаде М А., Калинина Э. В., Добкина М. Б. Методы математической статистики в нефтяной и газовой промышленности. М. Недра, 1979, 340 с.

41. Даева Т. П. Исследование цифровой автоматической информационно-измерительной системы для определения скорости вращения турбобура: Дис. канд. техн. наук. Куйбышев, 1973. >

42. Демихов В.И. Средства измерения параметров бурения скважин. Справочное пособие. М., Недра, 1990,270 с.

43. Дефектоскопия нефтяного оборудования. Субботин С.С., Соколова Н.Г., Брюханов О.Ф., Михайленко В.И. М., Недра, 1975,264 с.i 117

44. Добкин B.Ä., Никитин Г.М., Утробин A.A. Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей. Учеб. пособие для рабочих. М., Недра, Л 983 ^ 184 с.

45. Из опыта исследования вибраций бурильного инструмента в бурящихся скважинах Татарии / Чупров В.П., Сираев А.Х., Бикчурин Т.Н. и( др. // Автоматизация и телемеханизация, нефтяной промышленности. 1978. - №2. -с.24-25.

46. Имаева Э.Ш: Вибронагруженность глубинного бурового оборудования при случайных колебаниях. Автореферат, дис. канд. техн. наук, Уфа, 2003, 24 с.

47. Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин. М., Недра, 1987. 216 с.

48. Ишемгужин E.H. Теоретические основы надежности буровых и нефтегазопромысловых машин. Уфа: Изд.Уфимск.нефт.ин-та, 1981. 84 с.

49. Ишемгужин- Е.И., Ямалиев В.У., Султанов Б.З. Использование спектра колебаний давления промывочной- жидкости для оценки технического состояния долота при турбинном; бурении. Известия высших учебных заведений; Нефть и газ. 1989, №5; с 31-34.

50. Калинин А.Г. Григорян Г.А. Султанов Б.З: Бурение наклонных скважин. Справочник. М;, Недра, 1990, 350 с.

51. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов: 2-е изд. перераб. И доц. М., Недра, 1983, 208 с. Ч

52. Копылов В.Е., Гуреев ИШ. Акустическая система связи с забоем скважины при бурении. М:, Недра, 1979. 184с.

53. Кудрявцев Е.М. Mathcad 2000 Pro. М.: ДМК Пресс, 2001. - 576 с.

54. Куликовский Л.Ф., Бражников В.А. Прибор советчик для определения момента смены долота по износу его вооружения. Известия высших,учебных заведений. Нефть и газ. 1969, №6. j

55. Леонов А. И. Исследование помех в электрическом канале связи побурильным трубам и разработка одного метода подавления помех: Дис. .канд. техн. наук. Грозный, 1969.

56. Лепендин Л.Ф. Акустика. Учеб. пособие для втузов.- М., Высш. школа, 1978; 448 с.

57. Масленников И К. Буровой инструмент. Справочник. М., Недра, 1989,430 с.

58. Математическая обработка результатов эксперимента, Л.З Рушинский. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1971, 192 с.

59. Москвин С.А. Исследование колебаний .бурильной колонны на промысле. //Научные проблемы В олго-Уральского нефтегазового региона. Технические и естественные аспекты.- Уфа:2000, Т1,-с. 102-107.

60. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. Клюева В.В. М., Машиностроение, 1995.-488 с.

61. Неразрушающий контроль металлов; и изделий: Спр-к под ред. F.C. Самойловича. М.: Машиностроение, 1976. — 56 с.

62. Николич A.C. Поршневые буровые насосы. М., Недра, 1973, 224с.

63. Пальчик К. Б. Исследование колебаний колонны бурильных труб какисточника, информации для контроля забойных параметров:; Дис. . канд.jтехн. наук. — М., 1971. I

64. Пейсиков Ю.В. Показатели качества; и надежности буровых долот и автоматизация бурения на основе РИС и ГТИ. Нефтяное хозяйство. 1995, № 5/6.

65. Пейсиков Ю.В; Показатели качества и надежности буровых долот при бурении нефтяных и газовых скважин.Строительство НГС. 1995, №1/2.

66. Петров И.П., Семенцов Г.Н., Кукурудз. С.Ф. Промысловые исследования изменения механической скорости бурения во времени: Нефтяное хозяйство, 1970, №8.I

67. Посташ С.А. Повышение качества и надежности долот основа1

68. Прикладная статистика. Основы эконометрики: Учебник для вузов: В 2 т. 2-е изд., испр.- Т. 2: Айвазян С.А. Основы эконометрики. М.: ЮНИТИ -ДАНА, 2001.- 432 с.79;Ремонт и монтаж бурового и нефтегазопромыслового оборудования.

69. Учебное пособие./ Б.А. Авербух, Н.В. Калашников, Я.М. Кершенбаум, В.Н.i

70. Протасов. М.: Недра, 1976, 368 с. '

71. Рзаева Г.И. Синтез и исследование помехоустойчивого измерительного : устройства для инфранизкочастотных сигналов (Применительно к задачам нефтяной промышленности): Дис. канд. техн. наук. Баку, 1970.

72. Рональд У. Ларсен Инженерные расчеты в Excel. Пер. с англ. — М;: Издательский дом «Вильяме», 2002. -544 с.

73. Русов В. А. Спектральная вибродиагностика. Пермь, 1996, 176с;

74. Савиных Ю. А. Разработка способов измерения и регулирования режимных параметров турбинного бурения: Дис. канд. техн. наук. -Тюмень, 199,5.

75. Сароян А.Е. Бурильные колонны в глубоком бурении. М., Недра, 1979, 231 с.

76. Семенцов Г.Н., Кукурудз С.Ф., Горбийчук М.И. Промысловые исследования изменения интенсивности изнашивания долота и удельных энергозатрат во времени. Нефтяное хозяйство, 1972, №8.

77. Симонов A.A., Сипунов Ю.И. Экспериментальные исследования вибраций бурильного инструмента для телеконтоля параметров бурения. РНТС. Сер. «Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности»,. М.,I1. ВНИИОЭНГ, №1,1980 !

78. Скобло В. 3. Исследование низкочастотных продольных колебаний бурильного» инструмента и разработка методов их использования для повышения эффективности бурения: Дис. канд. техн. наук. М., 1986.

79. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Краткий курс математической статистики для технических приложений. Физматгиз. М.,1959.- 436 с:

80. Справочник по турбобурам. Шумова З.И., Собкина И.В; М., Недра, 1970-192 с.I

81. Султанов Б.З. Ишемгужин Е.И., Шаммасов Н.Х., Сорокин В.Н.,! Работа бурильной колонны в скважине. М., Недра, 1973,216 с.91 .Султанов Б.З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. М:, Недра, 1991,208 с.

82. Султанов Б.З. Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструменты. М., Недра, 1976,239 с.

83. Теория статистики: Учебник/ Под ред. проф. Г.Л: Громыко.- М.: Инфра-М-2000.-414 с.

84. Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Анализ данных на компьютере/ Под ред. В.Э. Фигурнова. — 3-е изд., перераб. и доп. М. : Пнфра —М, 2003. — 544 с:

85. Федоров B.C. Проектирование режимов бурения. М., Гостоптехиздат, 1958, 208 с.

86. Чугаев P.P. Гидравлика. Учебник для вузов. Л., Энергия, 1975, 600 с.

87. Шлык Ю.К. Повышение эффективности турбинного бурения путем улучшения характеристик турбобура и передачи забойной информации по механико-гидравлическому каналу связи. Дисс.д-ра техн. наук, Уфа-2000, 236 с.

88. Эпштейн Е.Ф., Ясов В.Г. Бурение скважин гидроударниками и пневмоударниками. М., Недра, 1967,168 с.

89. Ямалиев В. У. Эксплуатационно-технологическая оценка состояния глубинного бурового оборудования. Дисс. .докт. техн. наук. Уфа, 2002, 310с.