[发明专利]监控井下钻头使用状况的方法

说明书

技术领域

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状况。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

在杨明华撰写的文献《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23-28页)中描述了在不同钻头状态下的扭矩曲线特征。

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。

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准谱图作对比，无法实现自动化。

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

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。

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，

步骤1：测定钻杆的扭矩W_i，其中i为测定序数，i＝1，2，3...；

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σ_a；

步骤4：计算步骤2中所述的n个扭矩的离散度k_a，其中根据k_a的变化监控井下钻头的使用状况。

根据本发明的方法，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k_a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k_a监控井下钻头的使用状况可实现自动监控。

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。