СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ БУРОВОЙ КОЛОННЫ

1. Способ уменьшения или предотвращения, по меньшей мере, осевых или крутильных колебаний в бурильной колонне (24) с буровым долотом (26), присоединенным к ее нижнему концу, и управляемой подъемным механизмом (8) и вращающим механизмом (6), присоединенными к ее верхнему концу, причем регулируемыми переменными являются вертикальная скорость и скорость вращения, а переменными отклика являются сила осевого натяжения и крутящий момент, отнесенные к верху бурильной колонны (24), отличающийся тем, что способ содержит следующие шаги:
i) выбирают по меньшей мере одну подлежащую регулированию колебательную моду бурильной колонны;
ii) выполняют мониторинг регулируемой переменной и переменной отклика, релевантных для указанной колебательной моды;
iii) определяют период колебаний указанной моды;
iv) оценивают динамическую скорость бурового долота на основании релевантных переменных отклика указанной моды;
v) определяют импульс скорости, определяемый как ограниченное по времени изменение скорости на поверхности, способный генерировать колебания с амплитудой, по существу, равной амплитуде указанной оценочной скорости долота; и
vi) инициируют регулируемое без обратной связи изменение скорости посредством добавления указанного импульса скорости к задающей скорость команде оператора, когда амплитуда указанной оценки скорости долота превышает определенный пороговый уровень, а противофаза указанной оценки скорости долота соответствует фазе генерируемого импульсом колебания.
2. Способ по п. 1, в котором период указанной моды определяют теоретически на основании геометрии бурильной колонны путем решения системы уравнений граничных условий для ряда возможных частот колебаний и нахождения пика в соответствующем спектре отклика.
3. Способ по п. 1, в котором оценку указанной скорости долота определяют посредством выполнения следующих шагов:
a) находят динамическую податливость колонны путем применения формулы (16) для определенной частоты моды;
b) находят комплексную амплитуду указанной переменной отклика путем вычисления интеграла Фурье указанной переменной по целому числу периодов с отставанием по времени;
c) определяют комплексную амплитуду указанной динамической скорости долота путем умножения указанной комплексной амплитуды отклика на вычисленную динамическую податливость и на произведение отрицательного значения мнимой единицы и угловой частоты указанной моды;
d) находят амплитуду и фазу указанной динамической скорости долота как, соответственно, модуль и аргумент указанной комплексной амплитуды; и
е) находят оценку скорости долота как сумму действительной части указанной комплексной амплитуды, скорости долота и измеренной регулируемой переменной.
4. Система для уменьшения или предотвращения, по меньшей мере, осевых или крутильных колебаний в бурильной колонне (24), отличающаяся тем, что содержит:
привод (16), выполненный с возможностью:
i) выбора по меньшей мере одной подлежащей регулированию колебательной моды бурильной колонны,;
ii) мониторинга регулируемой переменной и переменной отклика, релевантных для указанной колебательной моды, причем регулируемыми переменными являются вертикальная скорость и скорость вращения, а переменными отклика являются сила осевого натяжения и крутящий момент;
iii) определения периода колебаний указанной моды;
iv) оценки динамической скорости бурового долота на основании релевантных переменных отклика указанной моды;
v) определение импульса скорости, определяемого как ограниченное по времени изменение скорости на поверхности, способного генерировать колебания с амплитудой, по существу, равной амплитуде указанной оценочной скорости бурового долота; и
vi) инициирования регулируемого без обратной связи изменения скорости посредством добавления указанного импульса скорости к задающей скорость команде оператора, когда амплитуда указанной оценки скорости долота превышает определенный пороговый уровень, а противофаза указанной оценки скорости долота соответствует фазе генерируемого импульсом колебания.
5. Система по п. 4, дополнительно содержащая:
вращающий механизм (6), присоединенный между приводом (16) и бурильной колонной (24), причем вращающий механизм (6) выполнен с возможностью вращения бурильной колонны (24) в скважине (2) в ответ на сигнал от привода (16).
6. Система по п. 5, в которой вращающий механизм (6) является верхним приводом.
7. Система по п. 4, в которой привод (16) содержит программируемый контроллер (22), который управляет задаваемой скоростью и параметрами регулятора скорости.