WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Исходя из того, что в сигнале при регистрации присутствует большое количество помех, обусловленных изменяющимися условиями бурения, возможна ситуация «отсутствия» характерных диагностических признаков для идентификации состояния системы, когда нет очевидного соответствия между параметрами технического состояния и параметрами виброакустического сигнала. В этом случае, для оценки состояния системы необходим адаптирующийся метод, в качестве которого привлекается дихотомический метод распознавания образов. Процесс распознавания образов состоит из двух частей: обучения определенным правилам, по которым производится распознавание, и сам процесс распознавания. После обучения метода распознавания исследуемый образ (состояние объекта) при помощи разделяющей функции (РФ) и правила причисления объектов к одному из классов относится к определенному состоянию или диагнозу.

По виду разделяющей функции метод распознавания относится к методу группового принятия решений, т.е. используется мажоритарный принцип.

Разделяющей функцией является синтезируемая мажоритарная функция – это логическая (переключательная) функция, которая принимает значение большинства входящих в нее аргументов. Мажоритарная функция позволяет производить разделение классов с максимальной достоверностью при наличии ряда бинарных признаков со случайным характером изменения величин. В случае задачи оценки состояния долота, аргументами разделяющей мажоритарной функции являются амплитудные оценки частот продольной и поперечной вибрации ведущей бурильной трубы, пульсации промывочной жидкости.

Для анализа реального сигнала принимаются следующие допущения. Долото может иметь два возможных технических состояния – исправное и неисправное;

процесс бурения ведется в заданном режиме, параметры которого не превышают заданных технологических норм; для оценки состояния долота рассматриваются только сигналы, полученные при взаимодействии долота с забоем; функция износа долота монотонна и имеет непрерывно возрастающую компоненту.

В третьей главе рассмотрен анализ площади спектра продольных и поперечных колебаний колонны, пульсации промывочной жидкости, полученных в результате промысловых экспериментов. Во время промысловых экспериментов проведены замеры колебаний бурильной колонны и промывочной жидкости в процессе бурения различными компоновками.

Для проведения промысловых замеров колебаний на буровой установке применялся измерительный комплекс на базе персонального компьютера. Комплекс обеспечивал регистрацию колебаний бурильной колонны, пульсации давления промывочной жидкости, колебаний осевой нагрузки, запись и хранение информации, возможна также обработка записанных сигналов. Датчики давления для регистрации осевой нагрузки и пульсации промывочной жидкости должны были обеспечить диапазон давлений 0...25 МПа. Для регистрации использовались полумостовые датчики давления на тензорезисторах ПДМТ-25 с допустимым давлением до 25 МПа.

Колебания бурильной колонны регистрировались акселерометрами типа ДН-5 и ДН-3, которые работают в диапазоне 5..500 Гц и 5..4000 Гц соответственно. Для исключения низкочастотных сигналов использовались фильтры низких частот. Для преобразования аналоговой информации, поступающей от датчиков, в цифровую, используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) NVL03 фирмы «Сигнал»(г.

Москва). Конструктивно АЦП представляет собой плату расширения для IBMсовместимого компьютера. Программное обеспечение включает в себя несколько модулей, обеспечивающих в диалоговой форме следующие режимы работы: ввод сигнала (три режима по выбору), хранение сигнала, анализ сигнала. Сигналы записываются сериями по 20 записей, в каждой записи одновременно может записываться и храниться до пяти сигналов. Каждая запись представляет собой файл объемом около 100 Кб. Сигналы хранятся в пятиуровневой базе данных, максимальный объем которой 20000 записей (1000 серий по 20 записей).

Схема проведения замеров представлена на рисунке 2. Измеряли продольную и поперечную вибрацию ведущей бурильной трубы, пульсацию бурового раствора, колебания осевой нагрузки.

Датчики для измерения продольной (А) и поперечной (B) вибрации колонны закреплялись на ведущей бурильной трубе. Замеры проводились в процессе проработки пробуренного ствола скважины, во время бурения на разных глубинах турбобуром или винтовым забойным двигателем, при промывке, а также при подъеме колонны для смены забойной компоновки. Отработано шесть долот, три долота диаметром 295,9 мм и три долота диаметром 215,9 мм. При замене долота производился его осмотр и оценивался износ долота по коду.

Износ долот комбинированный, неисправности сочетаются друг с другом, приводя к разнообразным комбинациям диагнозов. Поэтому оценивалось техническое состояние долота в целом, не вдаваясь в конкретную причину неисправного состояния. Анализ площади спектра продольных и поперечных колебаний ведущей бурильной трубы и пульсации промывочной жидкости проводился в интервалах частот от 2 до 50 Гц (низкочастотный диапазон), от 50 до 500 Гц (среднечастотный диапазон), и от 500 до 700 Гц (высокочастотный диапазон).

Выбор интервалов частот обусловлен тем, что группы частот забойного происхождения в указанных диапазонах колебаний, D имеющих условные границы, связаны с работой трехшарошечного долота.

При вращении долота и движении шарошек по неровному забою E A возбуждаются колебания в низкочастотном диапазоне с условными границами от до 50 Гц. В среднечастотном B C и высокочастотном диапазонах с условными 1-ротор, 2-ведущая бурильная труба, 3-ветлюг, 4-буровой границами от 50 до 500 Гц и рукав, 5-стояк бурового насоса, 6- талевая система, 7- ГИВ, выше возбуждаются 8- мертвый конец талевого каната;

колебания, связанные с A- датчик продольной вибрации, B- датчик поперечной вибрации, C- датчик вибрации со сменным местом установки, ударами зубьев долота о D-датчик давления в обвязке ГИВа, E- датчик давления в забой. По каждой серии обвязке бурового насоса Рисунок 2 - Схема проведения эксперимента записей сигналов определяли числовые характеристики случайной величины - площади спектра. Цель анализа - установление закономерности между износом долота и числовыми характеристиками площади спектра в принятых диапазонах. Из полученных числовых характеристик наиболее информативными оказались математическое ожидание и эксцесс площади спектра колебаний бурильной колонны.

В пульсации бурового раствора по принятым интервалам не выявлено никаких закономерностей.

Математическое ожидание площади спектра продольных и поперечных колебаний уменьшается при изменении режима работы бурильной колонны, которое обусловлено уменьшением осевой нагрузки, сильным износом долота (рисунок 3), прихватом инструмента (рисунок 4), потерей циркуляции (рисунок 5). Уменьшение площади спектра хорошо видно по аппроксимирующей кривой. Аппроксимирующая 2 функция представляет многочлен третьей степени (x) = a + a x + a x + a x, где 0 1 2 (x)- аппроксимирующая функция, aj-коэффициенты, полученные методом наименьших квадратов.

M{S}*10^Интервал 500-700 Гц, 600 M{S}*10^Интервал 50-500 Гц, поперечные колебания 500 продольные колебания L, м L, м Рисунок 3- Математическое ожидание площади спектра при бурении без осложнений, долото отказало на глубине 1100 м M{S}*10^M{S}*10^ Интервал 50-500Гц, продольные Интервал 50-500 Гц, поперечные колебания колебания L, м L, м Рисунок 4 - Математическое ожидание площади спектра при прихвате инструмента на глубине 355 м M{S}^10*Интервал 50-500Гц, продольные колебания Анализ эксцесса площади спектра продольных колебаний показал, что эксцесс при износе долота уменьшается (интервал 2) или остается постоянным 165 185 190 236 241 255 L, м (интервал 3) (рисунок 6). При изменении Рисунок 5 – Снижение площади спектра при потере циркуляции на глубине 255 м режима работы бурильной колонны отношение эксцесса к предыдущему значению сильно увеличивается. Например, при изменении осевой нагрузки (глубина 1070 м), (см. рисунок 6) значение эксцесса увеличилось в 3 раза, при прихвате на глубине м значение эксцесса вырастает более чем в 8 раз по отношению к предыдущему значению. В результате снижения давления в циркуляционной системе буровой установки при бурении на глубине 255 м эксцесс увеличился в 3,5 раза (рисунок 7).

2,Ek{S} 2,5 Интервал 50-500Гц Интервал 500-700 Гц Ek{S} 1,1,1 0,0,-0,-0,--L, м -1,L, м -1,Рисунок 6 - Изменение эксцесса по глубине 4 Ek{S} Интервал 50-500 Гц Ek{S} Интервал 50-500 Гц 2,1,0,5 1112 1116 1128 1132--0,165 185 190 236 241 255 -L, м -L, м -1,-2 -Рисунок 7 - Изменение эксцесса при аварии на глубине 1130 м (слева) и при снижении давления промывочной жидкости на глубине 255 м (справа) В результате анализа числовых характеристик площади спектра установлено, что значения математического ожидания и эксцесса площади спектра колебаний бурильной колонны зависят от следующих факторов: износа долота, осевой нагрузки, изменения давления промывочной жидкости, взаимодействия колонны со стенками скважины, то есть факторов, характеризующих условия работы бурильной колонны.

Изменение условий бурения приводит к изменению рассмотренных информативных признаков, поэтому необходим адаптирующийся к условиям бурения подход для получения информативных признаков (критериев) оценки состояния долота.

В четвертой главе приводится результат разработки критерия оценки технического состояния долота в процессе бурения при применении адаптирующегося к условиям бурения метода распознавания образов.

Взаимодействие долота с забоем проявляется в виде колебаний бурильной колонны и промывочной жидкости в диапазонах частот, которые связаны с вращением корпуса долота, вращением шарошек и ударами зубцов о породу.

Диапазоны эти коррелированны друг с другом в различной степени, и отличаются для различных типов долот, компоновок, условий бурения.

Обработанный процедурой БПФ сигнал представляет спектр колебаний. Частоты спектра образуют множество GF={f1, f2, f3, …, fN}, которому соответствует множество амплитуд A={a1, a2, a3, …, aN}, где N - номер частоты.

В процессе долбления множество GF единое для любого спектра, а множество амплитуд A индивидуальное для каждого спектра, то есть после каждого замера образуется множество At, где t =1..n - порядковый номер замера. При помощи дихотомического метода распознавания образов решается задача кластеризации, или разделения на классы. Один класс – это замеры (реализации) одной серии (например, первой серии t=1) с множеством амплитуд A1, второй класс – это замеры другой серии с номером t с другим набором амплитуд At. Дихотомическим методом распознавания образов из множества GF выбираются k частот, которым соответствует наибольшее изменение элементов множеств At по отношению к соответствующим элементам множества A1. Выбранные k частот формируют множество Gt={ft1, ft2, ft3, …, ftm}, количество элементов которого всегда постоянно и равно десяти (k=10), элементы называются информативными частотами, m=1..10 - номер информативной частоты.

Амплитуды, соответствующие элементам множества Gt, формируют из множеств A1 и At соответственно множества AC1={a11, a12, …, a1m} и ACt={at1, at2, …, atm}, элементы которых есть амплитуды информативных частот. В общем случае множество AC можно представить как функцию от параметров бурения, описываемых двумя векторами:

Ac = f (V,W ), (2) где вектор V объединяет параметры процесса бурения, косвенно влияющие на элементы множества AC, но не характеризующие состояние долота (осевая нагрузка на долото, твердость породы); вектор W – вектор конструктивных элементов долота, величина износа которых проявляется в изменении элементов множества AC.

Основная гипотеза, использованная при поиске зависимости между амплитудами информативных частот и степенью износа долота, базировалась на следующих предположениях: функция износа долота монотонна и имеет непрерывно возрастающую компоненту; отклонения технологических параметров бурения не превышают заданных технологических норм; величина признакового расстояния между техническими состояниями долота прямо пропорциональна времени его работы.

При разработке критерия использовались результаты замеров продольных и поперечных колебаний бурильной колонны и колебаний промывочной жидкости.

Критерий разрабатывался в следующем порядке. Обозначим техническое состояние нового долота – S1, состояние изношенного долота St, где t соответствует номеру конечной серии замеров при полном износе долота. В качестве примера рассматривается долбление компоновкой: долото 215,9TЗГНR15, турбобур 3ТСШ195, интервал бурения от 945 м до 1100 м, при достижении глубины 1100 м принято решение о замене долота. В рассматриваемом примере t=10 соответствует номеру конечной серии замеров при полном износе долота, тогда S10 есть неработоспособное состояние долота, при котором заканчивается долбление.

Дихотомическим методом распознавания образов определялись множества G, AC1 и AC10, разделяющие спектры, полученные при долблении изношенным долотом и новым долотом (G без индекса, так как при разработке критерия использовано только одно множество G10, разделяющее состояния долота S1 и S10). Информативные частоты для продольных колебаний бурильной колонны, в Гц - 9, 146, 20, 16, 65, 51, 33, 145, 134, 34; для поперечных колебаний бурильной колонны, в Гц - 148, 76, 73, 74, 79, 143, 77, 149, 154 и 112. Информативные частоты пульсации промывочной жидкости – 9, 4, 24, 6, 22, 13, 44, 121, 5, 2. После этого по этим информативным частотам множества G определяются AС2…AC9 для промежуточных состояний долота S2… S9.

Состав информативных частот подтверждает предположение о проявлении в вибрации бурильной колонны процесса изнашивания долота. Причинами выхода из строя рассматриваемого долота было заклинивание шарошек, о чем информируют частоты до 100 Гц, и сильный износ вооружения - частоты свыше 100 Гц. В процессе долбления амплитуды информативных частот продольных колебаний возрастают в 1,8-2,7 раз, поперечных колебаний в 1,5-4,8 раз. Это возрастание коррелированно не с углублением скважины, а непосредственно с износом долота, поскольку относительное увеличение глубины скважины при проходке данным долотом составляет 12%, при этом изменение соответствующих элементов AC10 относительно AC1 составляет от 200 до 400%. Значения амплитуд информативных частот пульсации промывочной жидкости в процессе бурения не изменяются.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»