Устройство для измерения углубления долота при бурении глубоких скважин

Устройство для измерения углубления долота при бурении глубоких скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛУБЛЕНИЯ ДОЛОТА ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН, содержащее датчик веса, соединенный через первый ключевой элемент с входом первого блока памяти, блок вычитания, счетчик импульсов и второй блок памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения , в него введены блок синхрони1зации , одновибраторч, блок умножения , блок задания параметров колонна , второй и третий ключевые элементы , аналого-цифровой преобразователь и индикатор, причем один из выходов блока синхронизации подключен , к управляющему входу второго ключевого элемента непосредственно и через первый одновибратор к управляю1цему входу первого ключевого элемента и к обнуляющему входу второго блока памяти , другой выход блок синхрониза-. ции через второй одновибратор подключен к обнуляющему входу первого блока памяти и к управляющему входу третьего ключевого элемента, выход первого блока памяти соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом датчика веса, выход блока вычитания coe-jg динен с одним из входов блока умно (Л жения, другой вход которого соединен с выходом блока задания параметров колонны, выход умножителя соединен с информационнымвходом второго клю чевого элемента, выход которого че-рез аналого-цифровой преобразователь соединен с вхоДом второго блока памяти, выход которого подключен к 4 индуктору и к информационному входу третьего ключевого элемента, выход которого соединен с входом счетчика импульсов. Ю О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECrlYSJlHH

3(5Н Е 21 В 45/00

4УР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3395516/22-03 (22) 15.02.82 (46 ) 07. 09. 83. Бюл: У 33 (72) В.A. Бражников, Н;.Ф. Богданов и С.В. Никитин (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический ин ститут им. В.В. Куйбышева (53) 622.245(088,8) (56) 1. Бражников В.A. и Кузнецов B.A

Информационные устройства для опре" деления эффективности управления процессом бурения. И., "Недра", 1978, с. 64.

2. Авторское свидетельство СССР

М 832080, кл„ Е 21 В 47/04, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛУБЛЕНИЯ ДОЛОТА ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН, содержащее датчик веса, соединенный через первый ключевой элемент с входом первого бло» ка памяти, блок вычитания, счетчик импульсов и второй блок памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок синхрони зации, одновибраторы, блок умножения, блок задания параметров колонны, второй и третий ключевые элемен„„SU„„1040126 A ты, аналого-цифровой преобразова-. тель и индикатор, причем один из выходов блока синхронизации подключен к управляющему входу второго ключевого элемента непосредственно и через первый одновибратор к управляющему входу первого ключевого элемента и к обнуляющему входу второго блока памяти, другой выход блок ъ синхронизации через второй одновибратор подключен к обнуляющему входу первого блока памяти и к управляющему входу третьего ключевого элемента, выход первого блока памяти соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом датчика веса, выход блока вычитания сое-g

O динен с одним из входов блока умножения, другой вход которого соединен с выходом блока задания параметров колонны, выход умножителя соединен с информационным входом второго клю чевого элемента, выход которого че- ° рез аналого-цифровой и еобразовар тель соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к индуктору и к информационному входу третьего ключевого элемента,. выход которого соединен с входом счетчика импульсов.

1040126

Изобретение относится к автоматизации процесса бурения глубоких скважин и может быть использовано дпя измерения текущего углубления долота в процессе бурения.

Известны устройства для определения проходки по перемещению верхнего конца колонны бурильных труб, содержащие н качестве датчика подачи сельсин, механически связанный с помощью мерного ролика с одним из шкивов 10 крон-блока, а также сельсин-приемник, дистанционно связанный с сельсиномдатчиком, преобразующим электрический сигнал н угол поворота вала измерительного механизма (11, 15

Недостаток устройства заключается в наличии фрикционной передачи, снижающей . нацежность получения ин формации.

Наиболее бЛизким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения углубления долота при бурении глубоких скважин, содержащее датчик веса, соединенный через первый ключевой элемент, с входом первого блока памяти, датчик оборотов, соединенный с устройством ручного ввода, выход которого подключен к распределителю импульсов, триггер, счетчик импульсов, блок сравнения кодон, блоки памяти,элементы И, блок вычитания и сложения, регистры (2).

Общий недостаток всех известных. устройств для измерения проходки, принцип действия которых основан Ç5 на измерении перемещений верхнего конца бурильной колонны, заключает ся в том, что скорости перемещения нижнего и верхнего концов колонны отличаются друг от друга из-за упру- 4р гой деформации бурильной колонны.

Указанное устройство обладает недостаточно точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения устройства 45 за счет учета разницы в скоростях верхнего и нижнего концов колонны.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения углубления долота при бУРении глубоких скажин, содержащее датчик веса, соединенный через первый ключевой элемент с входом первого блока памяти, блок вычитания, счетчик импульсов и второй блок памяти, нведены блок синхронизации, одновибраторы, блок умножения, блок задания параметров колонны, второй и третий ключевые элементы, аналого-цифровой преобразователь и.индикатор, причем один иэ выходов блока синхронизации 60 подключен к управляющему входу второго ключевого элемента непосредственно и через первый однонибратор к управляющему входу первого ключевого элемента и к обнуляющему входу второго блока памяти, другой выход блока синхронизации через второй од- новибратор подключен к обнуляющему входу первого блока памяти и к управляющему входу третьего ключеного элемента, выход первого блока памяти соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом датчика веса, выход блока вычитания соединен с одним из входов блока умножения, другой вход которого соединен с выходом блока задания параметрон колонны, выход умножителя соединен с информационным входом второго ключевого элемента, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к индикатору и к информационному входу третьего ключевого элемента, выход которого соединен с входом счетчика импульсов.

На фиг. 1 предстанлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма измерения веса инструмента.

Устройство содержит датчик 1 веса, блок 2 синхронизации, выполненный в виде органа управления подачей бурового инструмента, первый ключевой элемент 3, одновибраторы 4 и 5, первый блок 6 памяти, блок 7 вычитания, блок 8 умножения, блок 9 задания параметров колонны, второй ключевой элемент 10, аналого-цифровой преобразователь 11, второй блок 12 памяти, третий ключевой .элемент 13, счетчик 14 импульсов и индикатор 15.

Блок 2 синхронизации представляет собой контакты реле органа управления подачей бурового инструмента.

В основу работы устройства заложено известное соотношение

8 н F

Lg hP

I где hh< — элементарное перемещение верхнего конца колонны бурильных труб;

hh< - перемещение нижнего конца колонны (углубление долота );

Е, F — соответственно модуль упругости материала труб и площадь. поперечного сечения колонны;

L — длина колонны перед нагружением;

hP — задаваемое изменение ве- личины осевой нагрузки.

При релейном режиме поддержания выбранной неличины осеной нагрузки

hZ(t) существует область отклонения параметра hQ(t), назовем ее h Р, из которой данный параметр не выходит.

Релейный режим поддержания величины осевой нагрузки состоит из двух этапов. Первый этап — нагружение 1040126 долота и процесс разбуривания на величину, например dP, при этом в формуле (1) в левой ее части присутствуют оба слагаемых

Lo >Р .н

В этот период устройство не регистрирует изменение осевой нагрузки, Второй этап — разбуривание с останов- 0 ленной подачей, когда dh = О, при, этом (1) примет нид

Lp dP

В этот период регистрируется изме-15 нение осевой нагрузки. По формуле (2) в предлагаемом устройстве происходит обработка параметра — величины изменения осевой нагрузки d Р— с целью получения значения элементарного 20 углубления долота д h

Алгоритм функционирования предлагаемого устройства м .Н = — Я 7 — дР;, 25 где d?; — величина изменения осевой нагрузки за период разбуривания с заторможенной подачей.

Датчик 1 веса служит для получения информации о текущем весе бурового инструмента Q(t), реле органа управ- . ления подачей бурового инструмента

2 служит для синхронизации работы устройства с циклами подачи буроного инструмента и разбуривания с остановленной подачей. Первым ключевым эле- ментом 3 в момент останова подачи бурового инструмента заносят мгно.— венное значение текущего веса инст- 40 румента, равное Q(t) = Q в первый блок б памяти. Первый одйовибратор::

4 управляет работой первого ключевого элемента 3 и служит для обнуления содержимого второго блока 12 45 памяти, в котором регистрируется измеряемое значение проходки долота в цифровой форме, с одновременной индикацией в индикатор 15. Блок 7 вычитания служит для выделения те- 50 кущего значения дЯ(1) в соответ- . ствии с формулой dQ(t) = Q(t) — Q4„ где Q - фиксированное значение ве- . са инструмента, хранящееся в блоке

6 памяти. Блок 8 умножения произво- дит операцию умножения dQ(t) . С =

= dh(t) где С вЂ” коэффициент, зави- сящий от параметров колонны; dh(t) текущее углубление долота.

Блок 9 задания параметров колонны . имеет несколько установок регулиро-. 60 вания выходного сигнала н функции глубины забоя. Второй ключевой элемент 10 управляется с помощью сигнала, поступающего с первого выходного контакта реле органа управления подачей бурового инструмента и.соединяет выход блока 8 умножения, входом аналого-цифрового преобразователя 11. Второй одновибратор 5 служит для управления работой третьего ключевого элемента 13 и обнуления первого блока 6 памяти, счетчик

14 импульсов служит для накопления информация о проходке за период одного рейса долота.

Необходимом условием работы устройства является репейный режим поддержания выбранной величины осевой нагрузки на долото н процессе бурения, который может осуществляться ли бо вручную, либо автоматически, например с помощью CBM.

В период осуществления подачи переключакщий контакт реле органа

I управления подачей бурового инструмента замкнут на второй выходной контакт и подает управляющий сигнал на свою вторую выходную шину. Этот сигнал запускает второй одновибратор 5,выходной импульс которого обнуляет содержимое первого блока б памяти и кратковременным открытием третьего ключевого элемента 13 переписывает "одержимое второго блока

12 памяти, которое в начальный момент работы устройства должно быть равным нулю, н счетчик 14 импульсов.

В дальнейшем, в течение всего. периода нагружения, в устройстве не происходит никаких изменений.

В момент прекращения подачи буроного инструмента в =кважину, например при значении веса инструмента верхний конец бурильной колонны затормаживается, при этом непрерывно происходит разбуривание забоя, в реР зультате которого вес инструмента начинаът увеличиваться.

Затормаживание подачи бурового инструмента вызывает переключение контактов реле органа управления ,подачей бурового инструмента, в ре зультате которого сигнал появится на его первой выходной шине, а на второй выходной шине сигнал исчезнет, Сигнал управления с первой выходной шины реле органа управления подачей бурового инструмента открывает второй ключевой элемент 10, и, одновременно, поступает на вход ггерного одновибратора 4, который своим выходным импульсбм обнуляет содержимое второго блока 12 памяти, и кратковременным открытием ключевого элемента 3, записывает мгновенное значение текущего веса инструмента (в данном случае Я, ) в первый блок б памяти.

На протяжении всего периода разбуривания с заторможенной подачей происходит увеличение веса инструмента, при этом на второй вход блока

104fl126

7 вь|читания; поступает сигнал текущего веса инструмента g(t ), а на первый вход — фиксированное значениее веса инструмента,ранное Ц >. На ныходе блока 7 вычитания формйруется сигнал, пропорциональный а (t,)= ,о(t.)> - ц2, сигнал zq(t) поступает на первйй вход блока 8 умножения, на второй вход которого подается сигнал от блока 9 задания параметров колонны, пропорциональный С, на выходе блока умножения 8 формируется сигнал, пропорциональный .ah(t ) = С с1((С) 1О

L.

С

EF

15 где L — длина бурильной колонны;

Е - модуль упругости материала труб;

F - площадь поперечного сечения колонны.

Через открытый ключевой элемент, 10 сигнал, пропорциональный Ь (t), поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, на выходе которого формируется кодовая комбинация, .представляющая величи ну . Gh (t ) в дискретной форме, н соответствии с выбранным уровнем квантования. кодовая комбинация поступает в блок 12 памяти в котором запоминается максимальное! ЗО значение входного сигнала, а с выхода второго блока 12 памяти подается в индикатор 15, служащий для визуальной оценки величины проходки.

IIo достижении весом инструмента З5 некоторого значения осуществляют ..: оттормаживание буровой колонны, а цикл нагружения до следующей произвольной величины Q+ (Q, понторяется ° ф

Возрастание веса инструмента прекращается и сменяется процессом его уменьшения, т.е. разгрузкой части веса колонны бурильных труб на забой.

В связи с этим происходит смена рабочего состояния выходных шин реле органа управления подачей бурового инструмента: выходной сигнал переключается с первой выходной шины на вторую; в результате чего срабатывает второй одновибратор 5 и сВОНМ выходным импульсом обнуляет содержимое первого блока 6 памяти, а посредством ключевого элемента 13 заносит содержимое второго блока 12 памяти в счетчик 14 импульсон. Второй ключевой элемент 10 закрыт в течение всего цикла подачи инструмента. В счетчике 14 импульсов происходит накопление информации о проходке в соответствии с формулой

М

Н = . ph (t-, ), i=1 где dh; (t; ) — элементарная проходка за i-й период разбуринания с заторможенной подачей.

Необходимым условием надежной работы устройства, при турбинном способе бурения, янляется постоянное проворачивание бурильной колонны с целью исключения прилипания последней к стенкам скважины.

Раббта предлагаемого устройства основана на косвенном измерении величины текущего углубления долота по величине изменения неса:инструмента, что делает ненужным специальный датчик проходки, следовательно упрощается измерительная система, возрастает ее надежность.

1040126

ФьГ

Составитель И. Назаркийа

Редактор Н. Лазаренко Техред Ж. Кастелевич Корректор О Тигор

Ю" Ю

ЗАказ 6 848/3 4 Тираж. 603 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб. д 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4