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1、10申请公布号CN103256038A43申请公布日20130821CN103256038ACN103256038A21申请号201210040812X22申请日20120221E21B47/00201201G01L5/2420060171申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院72发明人杨明清陆黄生张卫李三国74专利代理机构北京聿宏知识产权代理有限公司11372代理人吴大建刘华联54发明名称监控井下钻头使用状况的方法57摘要本发明涉及一种监控井下钻头使用状况的方法，属于采油领域。其中，该方法包括以下步骤步骤1。
2、测定钻杆的扭矩WI，其中I为测定序数，I1，2，3；步骤2计算包括当前扭矩在内的连续的N个扭矩的平均扭矩步骤3计算步骤2中所述的N个扭矩的标准差A；步骤4计算步骤2中所述的N个扭矩的离散度KA，根据KA的变化监控井下钻头的使用状况。根据本发明的方法，能大幅提高监控的准确性，实现自动监控，降低劳动强度，并且本发明的方法适用范围广。51INTCL权利要求书1页说明书9页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书9页附图4页10申请公布号CN103256038ACN103256038A1/1页21一种监控井下钻头使用状况的方法，该方法包括以下步骤步骤1测定钻杆的扭矩。
3、WI，其中I为测定序数，I1，2，3；步骤2计算包括当前扭矩在内的连续的N个扭矩的平均扭矩步骤3计算步骤2中所述的N个扭矩的标准差A；步骤4计算步骤2中所述的N个扭矩的离散度KA，其中根据KA的变化监控井下钻头的使用状况。2根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当KA025时，表示井下钻头寿命即将终结。3根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当KA015时，表示井下钻头工作正常，而当015KA025时，表示井下钻头的使用状况变差。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤5计算包括当前离散度在内的连续的M个离散度的平均离散度根据的变化监控钻头的使用状况。5根据权利要求4所述的方法，其特。
4、征在于，当时，表示井下钻头寿命即将终结。6根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当时，表示井下钻头工作正常，当时，表示井下钻头的使用状况变差。7根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤2中，N为5到10中的任意一个整数。8根据权利要求7所述的方法，其特征在于，N等于5。9根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其特征在于，M为5到10中的任意一个整数。10根据权利要求9所述的方法，其特征在于，M等于5。权利要求书CN103256038A1/9页3监控井下钻头使用状况的方法技术领域0001本发明涉及一种监控井下钻头使用状况的方法，通过对钻杆扭矩的离散度进行分析，来监控井下钻头的使用。
5、状况。背景技术0002扭矩参数是钻井现场经常测量的参数之一，其变化能够反映井下钻头使用状况，因此钻井操作人员往往依靠扭矩参数的变化来监控井下钻头的使用状况。一般来说，当扭矩波动幅度较小时，表示井下钻头工作正常；当扭矩波动幅度较大时，表示井下钻头寿命即将终结，如果不及时更换钻头，就会发生钻头掉入井内，无法继续钻进的情况。将掉入井内的钻头打捞出来，会耗费大量的财力、物力，甚至可能造成井眼报废，造成巨大的损失。0003目前，测定扭矩的传感器的类型有多种多样，并且不同的井安装在不同的位置，例如安装在转盘、万向轴、链条等不同位置。在不同位置中测定的扭矩往往大小不一致，只能依靠通过扭矩的变化趋势以及波动幅。
6、度的大小依靠经验来监控井下钻头的使用状况不能实现自动监控。例如，当扭矩有增大的趋势或波动较大时，认为是钻头寿命即将终结，或将扭矩设置一个报警上限，当扭矩超出这个门限时，即认为钻头寿命即将终结，而没有统一的标准。0004在现有技术的文献中，描述了井下钻头老化与扭矩或扭矩曲线变化的关系。例如在刘金华撰写的文献工程参数录井在钻井工程中的应用断块油气田，2003年第10卷第5期，第87页中指出，当钻头老化，牙齿磨损严重，即所谓的钻头寿命终结一般表现为扭矩曲线形态变化幅度大，扭矩一秒钟曲线形态呈纺锤体变大，偶见钻压波动。0005在陶宗普、邓文辉、邓伟平撰写的文献工程录井参数的规范化处理录井技术，2000。
7、年第11卷第3期，第28页中指出，判断钻头寿命终结的主要参数是扭矩、转盘转速和钻时。异常发生时，扭矩持续性或突然增大，或大幅度波动或变化频率极快。0006在余明发、宋玉明、柳金钟、莆春发、孙玉华、郑志祥撰写的文献录井现场工程异常预报研究录井技术，2000年第11卷第3期，第19页中指出，钻头是实施钻进的关键工具，钻头的使用状况直接影响着钻井施工的进度，在正常情况下，钻头使用一定时间后，钻头趋于老化，无法继续承担钻进的任务。录井参数会有一系列的变化，因为钻头牙齿的磨损，钻头的破碎能力下降，钻时变慢，钻进成本开始升高；牙轮钻头轴承的磨损，转动不灵活，导致扭矩值显示异常波动。0007在杨明华撰写的文。
8、献综合录井扭矩曲线特征分析及应用录井技术，2001年第12卷第2期，第2328页中描述了在不同钻头状态下的扭矩曲线特征。0008事实上，当井下钻头寿命即将终结时，扭矩往往增加不大，而扭矩波动的幅度往往大幅度增加，因而仅设置扭矩的报警上限很容易造成误判，并且无法实现自动监控。0009另外，中国专利公开CN1512032A和CN2595978Y公开了一种牙轮钻头磨损状况实时监测系统。在该系统中，通过采集钻柱的震动信号，并加以分析来判断钻头磨损状况。该系统只适用于牙轮钻头，对刮刀钻头、PDC钻头不适用，并且该系统需要将测得的谱图与标说明书CN103256038A2/9页4准谱图作对比，无法实现自动化。
9、。0010因此，急需一种应用广泛，能实现准确、自动监控井下钻头使用状况的方法。发明内容0011针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种监控井下钻头使用状况的方法，其能够通过分析钻杆的扭矩，实现准确、自动监控井下钻头使用状况。0012根据本发明，提出了一种监控井下钻头使用状况的方法，其包括以下步骤，0013步骤1测定钻杆的扭矩WI，其中I为测定序数，I1，2，3；0014步骤2计算包括当前扭矩在内的连续的N个扭矩的平均扭矩0015步骤3计算步骤2中所述的N个扭矩的标准差A；0016步骤4计算步骤2中所述的N个扭矩的离散度KA，其中根据KA的变化监控井下钻头的使用状况。0017根据本发。
10、明的方法，仅需要测定钻杆的扭矩。因此对于现有的钻井装置，不需要增加新的装置即可使用本方法。并且，使用扭矩的离散度KA来监控井下钻头的使用状况比直接使用扭矩的变化来监控井下钻头的使用状况更加精确。另外，根据离散度KA监控井下钻头的使用状况可实现自动监控。0018在一个实施例中，在步骤2中，N为5到10中的任意一个整数。在一个优选的实施例中，N等于5。0019根据本发明，这里所述的平均扭矩是扭矩WI算数平均值。在一个实施例中，平均扭矩的计算方法为式中A1，2，3。在另一个实施例中，标准差A的计算方法为0020根据本发明，每测得一个新扭矩，则计算出一个新的离散度KA。因此，随着测定的不断进行，会计算。
11、得到一系列离散度KA，根据离散度KA来监控井下钻头的使用状况。根据本发明，当N为5到10，特别是N等于5时，监控效果最为准确。0021在一个实施例中，当KA025时，表示井下钻头寿命即将终结。在一个优选的实施例中，当KA015时，表示井下钻头工作正常；当015KA025时，表示井下钻头的使用状况变差。0022在一个实施例中，所述方法还包括步骤5计算包括当前离散度在内的连续的M个离散度的平均离散度根据的变化监控井下钻头的使用状况。0023在一个实施例中，M为5到10中的任意一个整数。在一个优选的实施例中，M等于5。0024根据本发明，这里所述的平均离散度是算数平均数。在一个实施例中，平均离散度的。
12、计算方法为式中B1，2，3。0025根据本发明，每测得一个新扭矩，则计算出一个新的平均离散度因此，随着测说明书CN103256038A3/9页5定的不断进行，会计算得到一系列平均离散度根据平均离散度来监控井下钻头的使用状况时，由于使用监控可排除使用KA监控的误判点，因此监控准确性更高。根据本发明，当M为5到10，特别是M等于5时，监控效果最为准确。0026在一个实施例中，当时，表示井下钻头寿命即将终结，在一个优选的实施例中，当时，表示井下钻头工作正常；当时，表示井下钻头的使用状况变差。0027在本发明中，用语“当前扭矩”是指新测得的扭矩。用语“井下钻头寿命即将终结”是指井下钻头损耗严重，达到必。
13、须立即更换钻头的程度。用语“井下钻头的使用状况变差”是指井下钻头已有损耗，但还能使用，需要密切关注其使用状况。0028本发明的优点在于，通过使用扭矩的离散度或平均离散度来监控井下钻头的使用状况，可大幅提高监控的准确性，还能实现自动监控，从而大幅降低劳动强度。此外，本发明仅需要测定钻杆的扭矩，不用给现有装置增加额外的装置，因此适用面较广。附图说明0029下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中0030图1是实施本发明的方法的流程图；0031图2是根据第一实施例的扭矩的曲线图；0032图3是根据第一实施例的扭矩的离散度的曲线图；0033图4是根据第一实施例的平均离散度的曲线图；0034图5是根。
14、据第二实施例的扭矩的曲线图；0035图6是根据第二实施例的扭矩的离散度的曲线图；0036图7是根据第二实施例的平均离散度的曲线图。具体实施方式0037下面将结合附图对本发明作进一步说明。0038图1是实施本发明的方法的流程，包括以下步骤0039步骤11测定钻杆的扭矩WI，I为测定序数，I1，2，3；0040步骤12计算包括当前扭矩在内的连续的N个扭矩的平均扭矩其中式中A1，2，3。这里，需要选定一个特定的N值，在一个实施例中，N为5到10中的任意一个整数，优选为5；0041步骤13计算步骤12中所述的N个扭矩的标准差A，其中0042步骤14计算步骤12中所述的N个扭矩的离散度KA，其中根据KA。
15、的变化来监控井下钻头的使用状况。0043在一个优选的实施例中，还包括步骤15包括当前离散度在内的连续的M个离散说明书CN103256038A4/9页6度的平均离散度其中式中B1，2，3。根据的变化来监控井下钻头的使用状况。这里，需要选定一个特定的M值，在一个实施例中，M为5到10中的任意一个整数，优选为5。0044实施例10045选取T1井的钻井扭矩数据表，并按照本发明的方法对数据进行处理，如表1。在处理中，N取5，M也取5。0046根据表1中的数据进行绘图。图2是T1井的扭矩的曲线图，图3是T1井的扭矩的离散度的曲线图，图4是T1井的平均离散度的曲线图。0047实施例20048选取T2井的钻。
16、井扭矩数据表，并按照本发明的方法对数据进行处理，如表2。在处理中，N取5，M也取5。0049根据表2中的数据进行绘图。图5是T2井的扭矩的曲线图，图6是T2井的扭矩的离散度的曲线图，图7是T2井的平均离散度的曲线图。0050表1说明书CN103256038A5/9页70051说明书CN103256038A6/9页800520053表2说明书CN103256038A7/9页90054说明书CN103256038A8/9页100055说明书CN103256038A109/9页1100560057根据现有技术的方法，由于T2井的扭矩变化幅度大于T1井的扭矩变化幅度，如表1和表2中的扭矩WI以及相应的。
17、扭矩WI曲线图图2和图5所示，则判断为T2井的钻头比T1井的钻头更接近寿命终结。0058但是，使用本发明的方法对扭矩WI进行处理后，发现T1井的扭矩的离散度KA总体大于025，T2井的扭矩的离散度KA小于025，如表1、表2和图3、图6所示。并且，T1井的平均离散度总体大于025，T2井的平均离散度小于025，如表1、表2和图4、图7所示。因此，根据本发明的方法判断为仅有T1井的钻头接近寿命终结，而T2井的钻头仍可使用。经起钻验证，T1井所使用的钻头牙轮已经松动，如果再不更换钻头，很可能造成钻头掉入井里的事故，而T2井的钻头基本完好，还可以继续使用。由此，根据本发明的方法能够提高监控精度。0059另外，本发明的方法可容易地通过计算机实现自动采集数据、处理数据、输出结果和发出报警，从而实现自动监控，大幅降低劳动强度。0060虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。说明书CN103256038A111/4页12图1图2说明书附图CN103256038A122/4页13图3图4说明书附图CN103256038A133/4页14图5图6说明书附图CN103256038A144/4页15图7说明书附图CN103256038A15。