автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Выбросы случайных колебаний и их использование для оценки технического состояния глубинного оборудования при бурении скважин

г* -

I !

ОД

На правах рукописи

ИШЕМГУЖИН ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ВЫБРОСЫ СЛУЧАЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГЛУБИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

Специальность 05.04.07. Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1998

Работа выполнена в Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Спивак А.И.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент .Ямалиев В.У.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Юртаев В.Г. - кандидат технических наук, доцент Архипов К.И.

Ведущая организация - Уфимское УБР АНК "Башнефть"

Защита диссертации состоится " 2 "июля 1998 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 063.09.04. при Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул.Космонавтов,!.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского Государственного нефтяного технического Университета.

Автореферат разослан -г " июня 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук

И.Г. Ибрагимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Бурение на нефть и газ, проводка горизонтальных стволов для повышения нефтеотдачи, экологическая безопасность скважин требует оперативного контроля за процессом бурения, использования безотказного глубинного оборудования. Проблема технического диагностирования оборудования, находящегося в скважине, постоянно возникает, поскольку его конструктивное исполнение очень специфично, режим эксплуатации достигает предельных значений, а последствия отказа приобретают серьезные, в ряде случаев катастрофические последствия. Оценка и прогнозирование работоспособности, технического ресурса долот, забойных двигателей, бурильной колонны в нормальных условиях эксплуатации и на критических режимах работы, обусловленных геологическими причинами, техническими или организационными просчетами, имеют важное значение.

Использование вероятностных методов при диагностировании, включая теорию случайных процессов, спектрально-корреляционный анализ, теорию выбросов за установленный уровень при случайных колебаниях осевой нагрузки, давления промывочной жидкости позволит снизить вероятность отказа глубинного оборудования, увеличить его технический ресурс, определить параметры виброзащиты.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка вероятностных методов диагностирования с использованием выбросов случайных колебаний и оценка параметров виброзащиты для повышения показателей надежности глубинного оборудования.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. Аппроксимация статистических характеристик осевой нагрузки на долото, давления промывочной жидкости, представленных в виде случайных стационарных процессов.

2. Исследование изменения выбросов осевой нагрузки и давления промывочной жидкости в зависимости от технического состояния долот и забойных двигателей.

3. Оценка собственной частоты колебаний низа бурильной колонны в наклонной скважине при действии осевой нагрузки.

4. Влияние собственной частоты колебаний и параметров виброзащиты забойного оборудования как нелинейной системы на число выбросов при воздействии узкополосного спектра и спектра "белый шум".

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1. Использование теории случайных функций, методов спектрально-корреляционного анализа, теории выбросов случайных функций.

2. Применение методов теории упругости, теории нелинейных колебаний, теории надежности, вероятностно-статистических методов обработки промысловых материалов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Вероятностные характеристики выбросов случайных колебаний осевой нагрузки, давления промывочной жидкости за установленный уровень характеризуют режим работы и техническое состояние глубинного оборудования.

2. На число выбросов осевой нагрузки за установленный уровень при случайном воздействии в виде узкополостного спектра или спектра "белый шум" наибольшее влияние оказывает собственная частота колебаний глубинного оборудования при линейной и нелинейной постановках задач.

3. Собственная частота колебаний низа бурильной колонны при переменной зоне контакта под действием осевой нагрузки зависит от кажущегося радиуса и угла искривления скважины.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Использование вероятностных характеристик выбросов случайных колебаний осевой нагрузки, давления промывочной жидкости за

установленный уровень в качестве диагностических параметров технического состояния глубинного оборудования.

2. Влияние виброзащитных параметров глубинного оборудования на вероятностные характеристики выбросов случайных колебаний осевой нагрузки при воздействии узкополосного спектра и спектра "белый шум".

3. Расчет собственной частоты колебаний низа бурильной колонны находящейся под действием осевой нагрузки с переменной зоной контакта в наклонной скважине.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

1. Рекомендуются в качестве вероятностно-статистического метода диагностирования технического состояния турбобуров и долот число выбросов случайных колебаний осевой нагрузки и давления промывочной жидкости за установленный уровень, а также форма спектров в процессе бурения наклонных и горизонтальных скважин (а.с. 1427059).

2. Предложен вариант диагностической матрицы Байеса по спектральной плотности давления промывочной жидкости и числу выбросов за нулевой уровень для оценки момента подъема породоразрушающего инструмента (долото - забойный двигатель).

3. Разработана конструкция демпфера с регулируемой частотой собственных колебаний, а также бурильная свеча состоящая из элементов с различными собственными частотами.

4. С использованием числа выбросов за установленный уровень предложен способ регулирования осевой нагрузки на долото и забойный двигатель.

5. Материалы диссертации по использованию выбросов в качестве диагностических параметров забойного оборудования используются в учебном процессе для студентов специальности 17.02.00 - Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции студентов, молодых ученых и аспирантов. УНИ, Уфа, 1993 г., Всероссийской научно-технической конференции, Проблемы нефтегазового комплекса России, Уфа, 1995 г., 47-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых. УГНТУ. Уфа, 1996 г., 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых УГНТУ, Уфа, 1997 г., на научно-технической конференции УГАТУ, Уфа 1997 г., научно-технической конференции "Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки специалистов в вузе, Альметьевск, Татарстан, 1996 г., 2-й республиканской научно-технической конференции "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность предприятий", Уфа 1996 г., 2-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России, Москва 1997 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 7 статей, 16 тезисов докладов, одно авторское свидетельство.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка использованной литературы 125 наименований, приложений. Работа содержит 156 страниц, в том числе 37 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе проведен краткий анализ протекающих при бурении физических процессов, рассмотрены специфика и условия работы глубинного оборудования. Показано, что эти явления часто носят непредсказуемый случайный характер и наряду с широко используемыми детерминированными методами, требуется вероятностный подход к решаемым задачам, нахождению вероятностных законов, присущих

случайным событиям.

Трудно найти другую проблему, которой бы так отдавали свое предпочтение исследователи, занимающиеся вопросами конструирования и эксплуатации глубинного оборудования, как колебаниям, возникающим при бурении скважин. Колебательные процессы носят как положительный характер, связанный с разрушением горной породы, выносом ее на поверхность, так и отрицательный, оказывающий влияние на снижение показателей надежности оборудования, эффективность его применения по назначению, появлению внезапных отказов.

Значительный вклад в изучение колебаний, возникающих при бурении скважин, внесли Алексеев JI.A., Балицкий П.В., Векерик В.И., Габдрахимов М.С., Ганджумян P.A., Григулецкий В.П., Иоанесян Ю.Р., Кагарманов Н.Ф., Керимов З.Г., Копылов В.Е., Попов А.Н., Мавлютов М.Р., Мирзаджанзаде А.Х., Огородников П.И., Посташ С.А., Спивак А.И., Султанов Б.З., Юнин Е.К. Юртаев В.Г. и многие другие.

С целью повышения эффективности эксплуатации глубинного оборудования существенное внимание уделяется его защите от вредных вибраций.

Сложность в применении виброзащитных устройств заключается в том, что параметры, подобранные для систем применительно к некоторому уровню воздействия, перестают быть оптимальными при изменении этого уровня, что очень характерно для процесса бурения.

Учитывая, что даже в сравнительно простых системах возможны сложные непредсказуемые явления в работе рассматривается задача более широкого использования аппарата случайных функций при оценке надежности, диагностировании технического состояния глубинного оборудования.

Из обширного комплекса проблем теории случайных процессов важное значение имеют задачи связанные с выбросами траектории случайного процесса за некоторый уровень.

Реализация случайного процесса в виде осевой нагрузки на долото, давления промывочной жидкости, момента на роторе и т.д., может несколько раз пересекать некоторый фиксированный уровень, что принято характеризовать как выбросы случайного процесса за данный уровень.

Оценив спектральную функцию перемещения и спектральную функцию скорости, определив соответствующие дисперсии можно вычислить число выбросов. Выбросы рассчитываются также и с использованием корреляционной функции случайного процесса.

Для последующего использования числа выбросов в качестве диагностического параметра подробно рассмотрены вопросы аппроксимации статистических характеристик случайных процессов и разработаны алгоритмы оценки корреляционных функций и спектральных плотностей, приведены программы вычислений.

В случае стационарности и эргодичности случайного процесса дискретный аналог корреляционной функции может быть представлен в виде

К - ^ + . ^ у у/ у

^хт — .. 0 + 2-!Аплп+т > I.1/

/V — т\ ¿. П=1 у

где N - общее число отсчетов значений случайного процесса на интервале наблюдения Т;

т - текущий номер отсчета значений корреляционной функции; л - текущий номер отсчета значений случайного процесса.

Рассчитанные таким образом значения аппроксимируются теоретической зависимостью. Для технологических процессов при бурении наилучшим вариантом является использование функции вида

Кх(т) = ехр(-а\т\)сов(Рт) , (2)

где Ох - дисперсия процесса; а - параметр характеризующий степень затухания кривой Кх (т)\ р - средняя частота колебаний функции К* (г).

Параметры а , р подбираются по методу наименьших квадратов. При этом минимизируется функционал вида

Ф{а,Р) = + М±\Кхт -Кш(а,Р))2 , (3)

где М - максимальное значение т (М«Ы) .

Минимизация функционала (3) может быть осуществлена различными численными методами. Так как число значений Кхт относительно невелико (М<<Л/) , то наиболее простым методом поиска минимума функционала (3) является метод перебора. Во множестве допустимых значений аир вычисляются значения функционала и сравниваются между собой. Точка ( а *, р *), для которой функционал минимален, будет давать искомое уравнение регрессии.

Спектральная плотность вычисляется по найденным значениям корреляционной функции. При небольшой выборке этот метод является единственно возможным.

Другой подход к оценке спектральной плотности основан на непосредственном её определении по дискретным значениям случайного процесса. Весь интервал наблюдений разбивается на ряд равных участков меньшей длины. Затем определяется энергетический спектр каждого участка

в отдельности. Усреднение этих спектров по всем участкам дает оценку спектральной плотности случайного процесса.

Аппроксимировать полученную совокупность значений спектральной плотности можно теоретической зависимостью

Параметры а и также подбираются с использованием метода наименьших квадратов. Результаты анализа показали, что экстремумы функционалов (минимумы) для зависимостей (2) и (4) не являются четко выраженными. Вместе с тем для одного и того же процесса полученные значения параметров для корреляционной функции и спектральной плотности в ряде случаев отличаются друг от друга, что не позволяет по аппроксимации одной зависимости моделировать случайный процесс.

Данные затруднения преодолевались путем совместной аппроксимации корреляционной функции и спектральной плотности исследуемого случайного процесса.

Второй раздел посвящен применению теории выбросов при решении вопросов виброзащиты глубинного оборудования. Оценивается влияние собственной частоты и параметров демпфирования при функционировании оборудования. Используется метод оптимизации виброзащиты по надежности. Минимизируется вероятность того, что за время эксплуатации объекта его параметры хотя бы раз выйдут за допустимые пределы.

Для высоконадежных систем имеет место оценка функции надежности

(4)

t

Ра)>1-\у(г,т)с}т,

(5)

о

где у (г, г) математическое ожидание числа выбросов в единицу времени за границу Г области С2 .

За критерий оптимальности принимается условие

v(f2) = min . (6)

В работе рассмотрено поведение нелинейных систем с зоной нечувствительностью и двумя неограниченными зонами линейности и с упругими ограничителями. В качестве критерия, характеризующего состояние системы, использовано число выбросов за данный уровень. Такие задачи возникают при оценке надежности забойных двигателей. Нелинейность подобного рода вносят здесь осевые и радиальные опоры.

Для механической нелинейной системы с одной степенью свободы с зоной нечувствительности и двумя неограниченными зонами линейности при воздействии спектра "белый шум" получено среднее число выбросов за нулевой уровень

2тгт

где с - жесткость, m - масса системы.

Для нелинейной системы с зазором и упругими ограничителями

c(l-v2)

v = -\->-, (8)

2 tu m

2 c-t-c

где и = —- , Cf - жесткость упругого ограничителя.

с

Из выражений (7) и (8) можно видеть, что на число выбросов оказывает влияние жесткость системы и её масса. Демпфирование не влияет на число выбросов. Оценка поведения линейной системы приводит к такому же результату.

Таким образом, при воздействии на глубинное оборудование широкополосного спектра близкого к "белому шуму" вопросы виброзащиты должны решаться путем изменения собственной частоты и массы объекта, демпфирование здесь играет второстепенную роль.

При воздействии узкополосного спектра на нелинейную систему с зоной нечувствительностью и двумя неограниченными зонами линейности имеем

здесь а - параметр, характеризующий затухание корреляционной функции; В = К? ¡т, где К* - статистический коэффициент усиления нелинейного звена по случайной составляющей; п- параметр демпфирования.

В отличие от зависимостей (7) и (8), в которых отсутствует параметр демпфирования, в выражении (9) он присутствует. Анализ выражения (9) показывает, что с уменьшением частоты собственных колебаний уменьшается число выбросов, влияние демпфирования при воздействии узкополосного спектра также не является преобладающим, особенно при малой частоте собственных колебаний системы.

В связи с преимущественным влиянием частоты собственных колебаний на число выбросов рассмотрены особенности расчета собственной частоты низа бурильной колонны, необходимой для решения вопросов виброзащиты глубинного оборудования.

Применительно к бурильной колонне определение частоты собственных колебаний осложняется наличием продольной сжимающей силы, в виде осевой нагрузки, поперечной составляющей от веса единицы длины колонны, меняющейся при различных углах искривления скважины, изменением длины колонны от долота до точки контакта со стенкой скважины, поперечным смещением на величину кажущегося радиуса скважины.

Первоначально были исследованы свободные колебания низа бурильной колонны, нагруженной собственным весом в горизонтальном

(9)

прямолинейном стволе скважины, с шарнирно закрепленным участком, что соответствует наличию долота. Принято, что в процессе колебаний не происходит полного отрыва колонны от стенок скважины. Процедура нахождения наименьшей собственной частоты показала, что в прямолинейном горизонтальном стволе без действия продольной сжимающей силы, собственная частота низа колонны зависит только от величины кажущегося радиуса скважины.

Поскольку практически все скважины имеют некоторый угол отклонения от вертикали, а наклонные и горизонтальные скважины - углы определенные профилем, анализировалась собственная частота низа колонны в наклонном прямолинейном стволе сважины под действием осевой нагрузки. Применялся энергетический метод расчета собственной частоты. Оценено влияние нагрузки и угла искривления скважины на частоту собственных колебаний низа колонны.

В вертикальной скважине осевая нагрузка при достижении ею критического значения, снижает частоту собственных колебаний участка колонны до нуля. Наступает так называемый "нулевой резонанс". В наклонном стволе с ростом угла искривления влияние осевой нагрузки на снижение собственной частоты уменьшается. При установке центратора в колонне частота собственных колебаний увеличивается с приближением последнего к долоту.

При действии осевой сжимающей силы предполагается, что стержни не получают пластических деформаций. Это характерно для длинных и тонких стержней, к которым можно отнести и элементы бурильной колонны. Здесь напряжение сжатия при критических нагрузках меньше предела пропорциональности.

Для коротких стержней, например, вставки ЛБТ, применяемой в практике бурения при виброзащите бурильного инструмента, возникает необходимость расчета напряжений, действующих в стержне от осевой

нагрузки. Если стержни короткие и жесткие возможна вероятность пластических деформаций ещё до потери устойчивости.

На примере бурильных труб ТБПВ-114, утяжеленных труб УБТ-146 и легкосплавных бурильных труб ЛЕТ-129 рассчитана зависимость сжимающего напряжения в стержне от его гибкости при разных условиях закрепления концов. При малой гибкости стержень может выйти из строя из-за разрушения самого материала. В этом случае устанавливается в качестве предела прочности некоторое максимальное сжимающее напряжение и в соответствии с ним предельная осевая нагрузка.

Проведена оценка влияния угла искривления и продольной силы на напряжения возникающие в участке колонны от долота до точки касания со стенкой скважины. Расчеты показали, что в наклонной скважине за счет возникновения поперечной составляющей от собственного веса колонны и её прилегания к стенке скважины влияние продольной сжимающей силы снижается и участок колонны от долота до точки касания находится в области упругого выпучивания.

В третьем разделе рассмотрены формулы для определения вероятностных характеристик выбросов за установленный уровень. Показано, что нормальный режим, правильно рассчитанный, не должен приводить к "пробоям", или вернее, вероятность "пробоя" должна быть очень малой величиной, которая зависит от конкретных условий эксплуатации и требований к надежности конструкции.

Для стационарного случайного процесса число выбросов за уровень а равно

У = ±^е ат, | (10)

2жсх

где сгу,сгх • среднеквадратичные значения скорости и перемещения, х - среднее значение случайного процесса.

В частном случае, когда, а= х т.е., когда рассматриваются выбросы за нулевой уровень

При аппроксимации случайного процесса корреляционной функцией вида (2) число выбросов за нулевой уровень равно

Таким образом, определение числа выбросов за нулевой уровень включает в себя аппроксимацию корреляционной функции, нахождению её параметров а и /? и расчет по формулам (11) или (12).

Были обработаны записи осевой нагрузки на долото, давления промывочной жидкости, выполненные станцией АСПБ, по некоторым скважинам Нижневартовского УБР № 2.

Оценивались зависимость числа выбросов за нулевой уровень от износа вооружения и опор долота, типа турбобура и глубины скважины. Рассматривалось также влияние износа долота на коэффициент вариации в начале и конце долбления. Установлено, что при износе долота меняется число выбросов, отмечается рост коэффициента вариации, свидетельствующего о динамичности процесса.

В зависимости от типа турбобура наблюдается некоторое различие в изменении числа выбросов. Так, диапазон изменения числа выбросов от коэффициента вариации у турбобура А7ПЗ больше, чем у турбобура ЗТСШ1-195 ТЛ. Это можно объяснить особенностями конструкции турбобура А7ПЗ в сравнении с турбобуром ЗТСШ1-195 ТЛ.

Как показывает анализ промысловых материалов число выбросов за нулевой уровень отражают особенности процесса бурения и техническое состояние глубинного оборудования. В совокупности с другими

(П)

(12)

диагностическими признаками этот показатель может быть использован в качестве одного из признаков при оценке технического состояния глубинного оборудования.

Расчет диагностической ценности числа выбросов, как признака, показывает, что после проведения обследования состояния турбобура по этому показателю, неопределенность его состояния уменьшается.

Четвертый раздел включает рекомендации по использованию результатов исследований при эксплуатации глубинного оборудования.

Основываясь на а.с. 1427059 подробно рассмотрен вопрос использования спектрально-корреляционного анализа при оценке технического состояния гидравлического забойного двигателя и долота. На основании анализа статистической информации по результатам аппроксимации записей давления промывочной жидкости в виде корреляционных функций и спектральных плотностей приводятся эталонные спектры в начале, середине и конце долбления перед подъемом породоразрушающего инструмента.

Рассмотрено несколько практических примеров спектрального представления изменения давления промывочной жидкости в зависимости от вида забойного двигателя, типа и характера износа долота, твердости пород, глубины бурения. Использовались записи станции АСПБ на скв. Нижневартовского УБР № 2 и Альметьевского УБР. Анализ спектров показывает, что они более информативные, чем спектры принятые в качестве эталонных. Отчетливо прослеживается реакция спектра на твердость разбуриваемых пород, износ долота и забойного двигателя.

В зависимости от люфта опор и износа вооружения долота интенсивности искривления скважины, построены уравнения регрессии, что позволяет в процессе бурения при соответствующем приборном

обеспечении, для аналогичных условий, осуществлять своевременный подъем породоразрущающего инструмента, не допуская аварий.

С целью оценки работоспособности измерительно-вычислительного комплекса "Спектр", набора статистического материала для анализа технического состояния забойного оборудования были проведены промысловые испытания при бурении скв. 3125 Хазинской площади Нефтекамского УБР АНК "Башнефть". ИВК "Спектр" включает комплекс приборов: преобразователь давления, аналого-цифровой преобразователь, устройство сопряжения для ввода двоичного параллельного кода в компьютер. Одновременно с записью спектра колебаний давления жидкости велось наблюдение за техническим состоянием забойного оборудования. В результате анализа десяти долблений по скв. 3175 подтверждены изменения спектра колебаний давления в начале и конце долбления для системы долото-забойный двигатель.

Наряду с видом спектральной плотности, уравнениями регрессии включающие параметры спектра и показатели износа долота рекомендован к использованию при диагностировании глубинного оборудования метод Байеса. Метод Байеса является методической основой перехода от априорной информации формализованной в виде априорного распределения к апостериорной путем добавления эмпирических данных. Поступающая новая информация дает переоценку свойств объекта, т.е. постоянно происходит пересмотр априорного представления, в нашем случае технического состояния забойного двигателя и долота.

Составлен вариант диагностической матрицы Байеса по спектральной плотности давления промывочной жидкости и числу выбросов за нулевой уровень для оценки момента подъема породоразрущающего инструмента.

Диагностическую матрицу можно применять и при диагностировании глубинного оборудования методом последовательного анализа.

' Нужно отметить, что как уравнения регрессии^ так и предлагаемый вариант диагностической матрицы используются только в пределах обработанного статистического материала, для конкретных условий бурения типа долота и забойного двигателя. При наличии вычислительного комплекса на буровой не представляет технических трудностей накопление статистического материала но эксплуатации глубинного оборудования и использования подобных диагностических матриц.

Используя результаты диссертационной работы, разработаны конструкции демпфера и бурильной свечи с регулируемыми частотными характеристиками. Варьируется длина и материал составляющих элементов бурильной свечи и специальной вставки демпфера, принимается во внимание действующая осевая нагрузка. Регулирование осевой нагрузки, существенно влияющей на собственную частоту колебаний низа бурильной колонны, может быть осуществлено за счет предлагаемого способа выбора оптимальной осевой нагрузки.

Способ регулирования осевой нагрузки заключается в измерении колебаний осевой нагрузки на долото в процессе бурения. Представляется запись осевой нагрузки в качестве стационарного случайного процесса, затем вычисляется число выбросов осевой нагрузки за установленный пороговый уровень после приработки долота. Это значение принимается за критерий оптимальности. В процессе бурения поддерживают оптимальную осевую нагрузку на долото, ориентируясь на принятый критерий. По мере накопления опыта и статистического материала для соответствующего геологического разреза, применяемых типов долот, забойных двигателей, компоновок низа бурильной колонны, углов искривления скважины, параметров режима бурения может устанавливаться свой критерий оптимальности по числу выбросов который будет поддерживаться в процессе бурения.

При предлагаемом способе на устье скважины устанавливается датчик. Далее сигнал поступает на блок нормирования, который обеспечивает согласование выходных сигналов датчика с диапазоном выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя. Блок обработки и управления обрабатывает полученные результаты, вычисляет число выбросов колебаний осевой нагрузки, сравнивает их с установленным критерием и выдает информацию на блок индикации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнен численный анализ случайных функций. Разработаны алгоритмы и предложены программы для оперативной аппроксимации корреляционных функций и энергетических спектров, не только для использования их в качестве статистических характеристик, но и для последующего вычисления выбросов случайного процесса за установленный уровень при оценке надежности глубинного оборудования.

2. Исследование случайных колебаний линейной системы, нелинейной с зоной нечувствительности и двумя неограниченными зонами линейности, а также нелинейной системы с зазорами и упругими ограничителями применительно к низу бурильной колонны, турбобуру, долоту показали, что на число выбросов за установленный уровень как при спектре воздействия "белый шум", так и при узкополосном спектре преимущественное влияние оказывает частота собственных колебаний, демпфирование здесь играет второстепенную роль. Это обстоятельство рекомендуется использовать при разработке виброзащитных систем для глубинного оборудования.

3. Установлено, что собственная частота колебаний низа бурильной колонны при переменной зоне контакта под действием осевой нагрузки зависит от кажущегося радиуса и угла искривления скважины.

При установке центратора, его приближении к долоту частота собственных колебаний участка от долота до центратора увеличивается.

4. Влияние на частоту собственных колебаний колонны может быть осуществлений вставкой определенной длины.. Проведен упруго-пластический расчет коротких стержней под воздействием продольной сжимающей силы. Предложена диаграмма для определения длины стержня в вертикальной скважине. В наклонной скважине, за счет действия поперечной составляющей от собственного веса, влияние продольной сжимающей силы снижается и участок колонны от долота до точки касания со стенкой скважины находится в области упругого выпучивания.

5. Число выбросов за нулевой уровень осевой нагрузки на долото, давления промывочной жидкости отражают особенности процесса бурения и технического состояния глубинного оборудования и в совокупности с другими диагностическими признаками может быть использовано в качестве одного из признаков, характеризующего техническое состояние глубинного оборудования.

6. Для практического использования предложены:

- способ диагностирования породоразрушающего инструмента с помощью формы спектра и его преобладающей частоты (а.с. 1427059);

- вариант диагностической матрицы Байеса по спектральной плотности давления промывочной жидкости и числу выбросов за нулевой уровень для оценки момента подъема долота и забойного двигателя;

- конструкция демпфера с регулируемой частотой собственных колебаний, а также бурильная свеча, состоящая из элементов с различными частотами;

- способ регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с использованием числа выбросов за установленный уровень.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Кагарманов Н.Ф., Ишемгужин И.Е. К проблеме струйного бурения горизонтальных скважин // Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики: Межвуз.темат.сб. науч.трJ Уфим.нефт.ин-т. -Уфа. 1992. - с.180-187.

2. Ишемгужин И.Е. Струйное разрушение горных пород. Вклад молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа: Тезисы докладов 44-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии. -Уфа. 1993. - с.16.

3. Ишемгужин И.Е., Пашинский В.В., Лягов A.B., Козлов М.Н., Джихад Д. Оценка передаточной функции бурильной колонны при потере устойчивости. Проблемы нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов Всеросийской научно-технической конференции. - Уфа: Изд. УГНТУ, 1995.-с. 103.

4. Ишемгужин И.Е. Управление колебаниями бурильной колонны. Материалы 47-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Тезисы докладов т.1. - Уфа: Изд. УГНТУ, 1996. - с.38.

5. Ишемгужин И.Е. О выбросах при случайных колебаниях бурильной колонны. Материалы 47-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Тезисы докладов т.1. - Уфа: Изд. УГНТУ, 1996.-с.38.

6. Ямалиев В.У., Ишемгужин И.Е. Исследование влияния интенсивности искривления ствола скважины на спектр колебаний давления промывочной жидкости. Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики: Межвуз.темат.сб.научн.тр. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. с.101-104.

7. Пашинский В.В., Ишемгужин И.Е., Ишемгужин А.И., Лягов A.B., Ямалиев В.У. К оценке передаточной функции системы бурильная

колонна - скважина (устье-забой). Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики: Межвуз.темат.сб.научн.тр. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. с.117-121.

8. Ишемгужин И.Е., Ишемгужин А.И., Пашинский В.В., -Я мал и ев В.У. Оценка корреляционных функций при исследовании динамики бурильной колонны. Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики: Межвуз.темат.сб.научн.тр. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. с. 134-138.

9. Ишемгужин И.Е. Обработка случайных процессов при диагностировании технических объектов. Материалы 2-й республиканской научно-технической конференции "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность". - Уфа: 1996. с.16-18.

10. Ишемгужин И.Е. Оценка некоторых параметров виброзащитной системы при случайном возмущении. Материалы 2-й республиканской научно-технической конференции "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность". - Уфа. 1996. с.39-41.

11. Ямалиев В.У., Ишемгужин И.Е. Применение спектра колебаний давления промывочной жидкости для оценки технического состояния забойного оборудования в АНК "Башнефть". Проблемы разработки нефтегазовых месторождений и подготовки специалистов в вузе: Тезисы докладов. - Татарстан, г. Альметьевск, АлНИ, 1996. с.105-106.

12. Ямалиев В.У., Ишемгужин И.Е. Методика распознования технического состояния забойного бурового оборудования в процессе эксплуатации по методу средних. Проблемы разработки нефтегазовых месторождений и подготовки специалистов в вузе: Тезисы докладов.

- Татарстан, г. Альметьевск, АлНИ, 1996. с.106-107.

13. Ишемгужин И.Е. Использование теории выбросов для оценки технического состояния забойного оборудования. Материалы 2-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития

нефтегазового комплекса России", посвященной 850-летию г. Москвы: Тезисы докладов. Москва. - 1997. с.36-37.

14. Ишемгужин И.Е. О воздействии спектра "белый шум" на низ бурильной колонны. Материалы 2-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России", посвященной 850-летию г.Москвы: Тезисы докладов,

Москва. 1997. с.49.

15. Ишемгужин И.Е. О регулировании числа выбросов осевой нагрузки. Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых. Секция горно-геологическая: Тезисы докладов. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. - с.24.

16. Ишемгужин И.Е. Расчет, собственной частоты колебаний низа колонны для определения числа выбросов за данный уровень. Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых. Секция горно-геологическая: Тезисы докладов. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. - с. 24-25.

17. Ишемгужин И.Е. Влияние износа долота на число выбросов осевой нагрузки и давления промывочной жидкости. Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых. Секция горно-геологическая: Тезисы докладов. - Уфа: Изд-во

УГНТУ, 1997. - с.25.

18. Ишемгужин И.Е., Ишемгужин А.И. Аппроксимация статистических характеристик случайных функций технологических параметров бурения скважин. Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации. Материалы конференции. Научное издание / Уфимский государственный авиационный технический университет, УГАТУ, Уфа. 1997. с.102-103.

19. Ишемгужин И.Е. Расчет собственной частоты колебаний низа бурильной колонны в скважине для оценки числа выбросов за

установленный уровень // Нефть и газ, Межвуз. сборник научных статей посвященный 50-летию УГНТУ, вып.З / Уфим.гос.нефт.техн.ун-т. - Уфа, 1998. -С. 87-90.

20. A.c. 1427059 СССР, МКИ Е21 В45/00 Способ определения степени износа породоразрушающего инструмента / Ишемгужин Е.И., Ямалиев В.У., Султанов Б.З., Шайдаков В.В., Лягов A.B., Жулаев В.П., Ишемгужин И.Е. (СССР) - № 4142241/22-03; Заявлено 08.09.86: опубл. 30.09.86 Бюл., № 36. -120с.

Соискатель ¿/шеи^'л^г^ И. Е. Ишемгужин

Лицензия ЛР№ 030678 от22.01.96 Подписано к печати 5.27.98. Формат бумаги 60 х 84 1/16 Бумага ксероксная. Печать по методу ризографии. Тираж 100 экз. Зак.52.