Устройство оптимизации спускоподъемных операций в бурении

Устройство оптимизации спускоподъемных операций в бурении

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить надежность работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого плас тового давления (АВПД). Для этого устр-во снабжено блоками 6, 8, 11, 7 соответственно вычисления длины ко-- лонны, рациональной скорости спус

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1388550 А 1 (51)4 Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3972304/22-03 (22) 04.11.85 (46) 15.04.88. Бюл. Р 14 (71) Филиал в г,Сызрани Куйбышевского политехнического института им. В.В.Куйбышева (72) В.А.Бражников, В.С.Булушев, Н.И.Заварзин и А.M.Íàìåñòíèêoâ (53) 622.242 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 116663, кл. Е 21 В 19/00, 1958.

Авторское свидетельство СССР

Ф 607944, кл. E 21 В 19/00, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ОПТИМИЗАЦИИ СПУСКОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ В БУРЕНИИ (57) Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить надежность работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого пластового давления (АВПД). Для этого устр-во снабжено блоками 6, 8, 11, 7 соответственно вычисления длины ко-. лонны, рациональной скорости спус1388550 тового давления.

30 ка-подъема, допустимой скорости по гидродинамическим условиям, оптимального положения талевого блока, задатчиками 12, 14, 15 соответственно перехода на спуск-подъем в условиях АВПД, конструктивных параметров колонны и скважины,.допустимого гидродинамического давления, указателем

16 длины колонны и датчиком 5 веса на крюке. К входам блоков 6 и 8 соответственно подключены датчики положения 1 и скорости 2 талевого блока, выходы которых подключены к ука1

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам опти —., миз ации с пуско подъемных опер аций н а буровых установках с дискретной схемой спускоподъема бурового инструмента, и может быть использовано, в частности, при бурении и креплении скважин,. осложненных наличием.зон аномально высоких пластовых давлений (АВПД), высокопроницаемых плас-, тов и др.

Цель изобретения — повышение надежности работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого пласНа фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— функциональная схема блока вычисления длины колонны; на фиг. 3 — то же, блока вычисления рациональной скорости спускоподъема; на фиг.4 — то же, задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД; на фиг. 5 — то же, блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям; на фиг. 6 — то же, схемы вычисления эквивалентной длины; на фиг. 7 — то же, блока ограничения скорости по технологическим условиям; на фиг. 8 - то же, блока вычисления оптимального положения талевого блока; на фиг. 9 — принципиальная схема блока вычисления .длины колонны; на фиг. 10 — функциональная схема указателя длины колонны; на

25 зателям 3 и 4, Устр-во позволяет производить спуск и подъем каждой бурильной свечи с максимально возможной в данной ситуации скоростью. Она вычисляется с учетом технологических х-к устройства и действующих в данный момент технологических ограничений. Определяющим влиянием на безаварийность проводки скважины в зонах высокопроницаемых пластов и пластов с АВПД является ограничение скорости по гидродинамическим условиям. 6 з.п. ф лыр 13 иле

2 фиг, 11 — принципиальная схема указателя длины колонны; на фиг. 12— зависимость рациональной скорости спуска бурильной колонны от ее веса; на фиг. 13 — зависимость рациональ- ° ной скорости подъема бурильной колонны от ее веса..Устройство оптимизации спускоподьемных операций содержит датчик 1 положения талевого блока, датчик 2 скорости талевого блока, выходы которых соединены с первыми входами указателя

3 положения талевого блока и указателя 4 скорости талевого блока, датчик

5 веса на крюке, выход последнего соединен с первым входом блока 6 вычисления длины колонны, второй и третий входы которого подключены к выходу датчика 1 положения талевого блока; с первым входом блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 3 положения талевого блока; первым входом блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема, второй вход которого подключен к выходу датчика

2 скорости талевого блока. Выходы блока 8 подключены к первому и второму входам блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 4 скорости талевого блока, второй выход блоюа 9 ограничения скорости по технологичес ким условиям соединен также с первым входом блока 7 вычисления оптималь1388550 ного положения талевого блока, пятый и шестой входы блока 9 ограничения скорости соединены; соответственно, с первыми двумя выходами эадатчика 10 опасных интервалов скважины, вход ко5 торого подключен к выходу блока Ь вычисления длины колонны, третий и четвертый входы блока 9 соединены с двумя выходами блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, входы первый — четырнадцатый которого подключены, соответственно, к выходу блока 6 вычисления длины колонны, выходу эадатчика 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД, соединенного по входу с выходом блока 6, тремя выходами задатчика 13 параметров промывочной .жидкости, пятью выходами за-20 датчика 14 конструктивных параметров колонны и скважины и четырьмя выходами задатчика 15 допустимых гидродинамических давлений. Устройство снабжено также указателем 16 длины колонны, подключенным к выходу блока

6 вычисления длины колонны, и сигналиэатором 17 опасных интервалов скважины, первый и второй входы его соединены соответственно с третьим выходом эадатчика 10 опасных интервалов скважины и выходом задатчика 12 пе рехода на скорость спускоподъема в условиях ЛВПД.

Блок 6 вычисления длины колонны (фиг. 2) содержит селектор t8 амплитудный, элементы И 19 и 20, счетчик

21 реверсивный двоично-десятичный, задатчик 22 максимальной грузоподьемности и задатчик 23 веса свечи,при этом первый вход блока 6 соединен с третьим входом селектора 18 амплитудного, первый и второй входы последнего соединены соответственно с задатчиком 22 максимальной грузоподьемности и задатчиком 23 веса свечи, а выход селектора 18 амплитудного— с первыми входами элементов И 19 и

20, вторые входы которых подключены к второму и третьему входам блока 6, соответственно, первый (прямой) и второй (обратный) входы счетчика 21 реверсивного подключены соответственно к выходам первого элемента И

19 и второго элемента И 20, а выход счетчика 21 подключен к выходу блока 55

6. Счетчик 21 (фиг. 9) состоит из шести четырехразрядных реверсивных двоично-десятичных счетчиков 117122 с прямыми и обратными счетными входами и нормально разомкнутой кнопки 123 "Установка нуля", второй контакт которой подключен через резистор 124 к клемме V источника питания, а первый контакт соединен с входами сброса R t4 интегральных счетчиков 117-122. Интегральные четырехразрядные счетчики 117-122 объединены с использованием выходов переноса (ъ,9) 12 и займа (0) 13 по классической схеме, например, выходы

12 и 13 счетчика 117 подключены, соотвеч ственно, к входам 5 (прямой) и

4 (обратный) счетчика 118, выходы 12 и 13 счетчика 118 подключены, соответственно, к входам 5 и 4 счетчика

119, и т.д. Такая конструкция счетчика 21 позволяет формировать сигнал на выходе в двоично-десятичном коде (код 8421), который снимается с выходов 3, 2, б и 7 счетчиков 117-122.

Выходы счетчиков .117-122 подключены к выходу блока 6 (фиг. 9).

Блок 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема (фиг. 3) содержит элемент 24 вычитания, сумматор

25, делитель 26, селектор 27 амплитудный, инверторы 28 и 29, мультиплексоры 30, 31 и 32, компараторы 33, 34 и 35, задатчик 36 максимальной скорости спуска, задатчик 37 веса подвижной части талевой системы, задатчик 38 мощности на крюке, задатчик 39 максимальной скорости подъема, задатчик 40 веса свечи и эадатчик 4t максимальной грузоподъемности, при этом первый вход блока 8 соединен с вторыми входами элемента 24 вычитания, сумматора 25 и третьим входом селектора 27 амплитудного, первые входы которых подключены, соответственно, к задатчику 36 максимальной скорости спуска, задатчику 37 веса подвижной части талевой системы и эадатчику 40 веса свечи; второй вход селектора 27 подключен к задатчику

41 максимальной грузоподъемности, второй вход блока 8 соединен с входом первого инвертора 28, выход котороГо подключен к второму входу третьего компаратора 35, и второму входу второго компаратора 34, первые входы компараторов 34 и 35 соединены между собой и с выходом второго инвертора 29, вход которого подключен к выходу селектора 27 амплитудного, а их выходы соединены с третьими вхо138855 дами второго и третьего мультиплексоров 31 и 32, соответственно, вторые входы последних соединены с общим проводом блока 8, выходы — с первым и вторым выходами блока 8 соответственно, а первые входы подключены к выходам, соответственно, первого мультиплексора 30,и элемента 24 вычитания; третий вход первого мультиплексора 30 соединен с выходом первого компаратора 33, первый вход — с выходом задатчика 39 максимальной скорости подъема.и первым входом первого компаратора 33, второй вход — с

15 вторым входом первого компаратора 33 и выходом делителя 26, первый вход последнего подключен к задатчику 38 мощности на крюке, а второй — к выходу сумматора 25.

Задатчик 12 перехода на скорость

20 спускоподъема в условиях АВПД (фиг.4) содержит компаратор 42, задатчик 43 глубины "покрышки" зоны АВПД и триггер 44, при этом вход задатчика 12

25 соединен с первым входом компаратора

42, второй вход которого подключен к задатчику 43 глубины "покрышки" зоны

АВПД, а выход компаратора 42 подключен к первому входу триггера 44, выход последнего соединен с выходом

„задатчика 12.

Блок 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям (фиг. 5) содержит преобразователь кода 45, цифроаналоговый преобраэо- 35 ватель (ЦАП) 46, сумматор 47, умножители 48-56, элементы 57-59 вычитания, делители 60-63, элемент 65 вычисления экспоненты, элемент 66 возведения в степень, элемент 67 ло- 40 гарифмирования, мультиплексоры 68 и

69, компаратор 70, задатчик 71 низ. кого уровня напряжения, задатчик 72 доверительного интервала, задатчик

73 уровня напряжения "1", схему 74 45 вычисления эквивалентной длины, состоящую (фиг. 6) из элементов 75-78 вычитания, делителей 79 и 80 и умножителей 81-83, при этом первый вход блока 11 подключен к входу пре- 50 образователя кода 45, выход которого соединен с входом ЦАП 46; выход последнего подключен к первому входу третьего умножителя 50, второй вход которого соединен с третьим вхо- 5 дом блока 11 (вход 31) и к первому входу сумматора 47, второй вход которого подключен к первому входу схе0 6 мы 74 вычисления эквивалентной длины, второй выход последней соединен с вторым входом пятого умножителя 52, первый вход которого подключен к выходу третьего умножителя 50. Входы первый — седьмой схемы 74 вычисления эквивалентной длины подключены соответственно к выходу шестого умножителя 53, первый и второй входы которой соединены с восьмым входом блока 12, к первому входу третьего делителя 62 и выходу седьмого умножителя 54, первый и второй входы которого соединены с седьмым входом блока 11; к выходу восьмого умножителя 55, первый и второй входы которого соединены с шестым входом блока

11, и к первому входу второго элемента 58 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом третьего делителя 62, а второй вход — с выходом десятого умножителя 56, первый и второй входы которого соединены между собой и с десятым входом блока

11, к шестому входу блока 1.1, к седьмому входу блока 11, .к восьмому вхо.— ду блока 11, к девятому входу блока

11 (вход 4.4). Выход сумматора 47 соединен с первым входом первого множителя 48, второй вход которого подключен к выходу элемента 65 вычисления экспоненты, вход последнего соединен с пятым входом блока 11, выход первого множителя 48 соединен с первым входом второго множителя 49, второй вход которого соединен с выходом элемента 66 возведения в степень, вход последнего подключен к выходу третьего делителя 62 и первому входу четвертого умножителя 51, второй вход которого соединен с четвертым входом блока 11, а выход — с вторым входом второго делителя 61.

Выход второго умножителя 49 подключен к второму входу первого делителя

60, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента 59 вычитания, второй вход последнего соединен с задатчиком 72 доверительного интервала, а первый вход — с выходом первого мультиплексора 68, выход первого делителя подключен к второму входу первого элемента 57 вычитания,первый вход которого подключен к задатчику 73 уровня напряжения "1", а выход — к входу элемента 67 логарифмирования, выход последнего подключен к первому входу второго делителя 61, 1 388550 выход которого является первым выходом блока 11. С вторым выходом блока

11 соединен выход четвертого делителя, выход которого является первым выходом блока 11. С вторым выходом

5 блока 11 соединен выход четвертого делителя 63, второй вход которого подключен к выходу пятого умножителя 52, а первый вход — к выходу второго мультиплексора 69, входы которого подключены: второй — к тринадцатому входу блока 11, третий — к четырнадцатому входу блока 11, первый к первому входу первого мультиплексора 68, второй и третий входы которого подключены к одиннадцатому и двенадцатому входам блока 11 соответственно, а первый — к выходу компаратора 70, первый вход последнего соединен с задатчиком 7 1 низкого уровня напряжения, а второй вход — с вторым входом блока 11. В схеме 74 вычисления эквивалентной длины (фиг.6) к первому — седьмому входам ее подключены, соответственно второй вход первого элемента 75 вычитания, выход которого соединен с первым входом первого делителя 79, первые входы первого и второго элементов 75 и 76 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом первого делителя 79 и является вторым выходом схемы 74, выход первого делителя 79 подключен к первому и второму входам второго умножителя 82, второй вход второго элемента 76 вычитания, второй вход третьего элемента 77 вычитания, выход которого подклкчен к первому входу второго делителя 80, первые входы третьего и четвертого элементов 77 и 40

78 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго делителя 80, выход которого подключен к первому входу первого умножителя 81, второй вход первого умножителя 81.

Первый выход схемы 74 является выходом третьего умножителя 83, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя 82, а второй вход— с выходом первого умножителя 81. 50

Блок 9 ограничения скорости по технологическим условиям (фиг. 7) содержит элемент 84 ограничения скорости подъема и элемент 85 ограничения скорости спуска, которые пол-. 55 ностью аналогичны по устройству.

Каждый из элементов 84 и 85 включает компараторы 86 и 87 и мультиплексоры 88 и 89, при этом первый вход блока 9 является первым входом элемента 84 и соединен с вторым входом второго компаратора 87. и третьим входом второго мультиплексора 89, первые входы которых соединены между собой и с выходом первого мультиплексора 88, а выход второго компаратора

87 подключен к второму входу второго мультиплексора 89, выход последнего является выходом элемента 84 и первым выходом блока 9. Третий вход блока 9 является вторым входом элемента 84, и подключен к первому входу первого компаратора 86, и второму входу первого мультиплексора 88, первый вход которого соединен с выходом первоro компаратора 86, пятый вход блока 9 является третьим входом элемента 84 и подключен к второму входу первого компаратора 86 и третьему входу первого мультиплексора 88.Второй, четвертый и шестой входы блока

9 являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами элемента 85 ограничения скорости спуска, а его выход является вторым выходом блока

9 ограничения скорости по технологическим условиям.

Блок 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 8) содержит сумматоры 90-92, делители 93 и 94, умножители 95-97, элемент 98 вычитания, элемент 99 логарифмирования, селекторы 100-104 амплитудные, формирователь 105 опорного напряжения, задатчик 106 веса подвижной части талевой системы, задатчик 107 конструктивного коэффициента талевой системы, задатчик 108 конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты (Ш?М), задатчик 109 момента инерции барабанного вала, задатчики

110-114 моментов инерции привода, делитель 115 напряжения резистивный, коммутатор 116, причем первый вход блока 7 соединен с первым и вторым входами третьего умножителя 97, выход которого подключен к второму входу первого умножителя 95, с вторым входом делителя 94, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора 91., а выход — к входу элемента 99 логарифмирования, третьими входами селекторов 100-104 амплитудных, выходы которых соединены соответственно с вторым, четвертым, шестым, восьмым и десятым входами комсостоит из дешифраторов "1 из 10"

127-132 в интегральном исполнении, входы каждого из которых подключены к входу преобразователя кода 125, а выходы дешифраторов подключены к

его выходу. Индикатор 126 газоразрядный (фиг, 11) состоит из ламп 133—

138 индикаторных, аноды которых подключаются к источнику постоянного напряжения, а катоды — к входу индикатора 126 (к выходам соответствующих дешифраторов 127-132). Такая конструкция указателя 16 длины колонны позволяет индицировать длину колонны в диапазоне 0-9999,99 м с дискретностью 1 ° 10 м.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом СПО в задатчики необходимо ввести исходные параметры: в задатчик 10 опасных интервалов скважины — глубины интервалов скважины с уступами, искривлениями и т.п. в метрах и допустимые скорости спуска и подъема колонны на них, в задатчик 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД вЂ” глубину залегания "покрьппки" зоны с АВПД в метрах по данным геофизических исследований и геологических прогнозов; в задатчик 13 параметров промывочной жидкости — значения ее условной вязкости Т в секундах (с), структурной вязкости q в Паузах (Пз), статического напряжения сдвига (СНС) 8 в Паскалях (Па); в задатчик 14 конструктивных параметров колонны и скважины — наружный диаметр бурильных труб

Й „ (мм), внутренний диаметр бурильных труб d (мм), наружный диаметр утяжеленных бурильных труб (УБТ) d у(мм), диаметр скважины D (мм), длину УБТ

1 (м); в задатчик 15 допустимых гидродинамических давлений — допустимое гидродинамическое давление при подьеме колонны труб при проводке скважины a P и н (МПа), то же в условиях родинамическое давление при спуске колонны труб при проводке скважины в нормальных условиях и Р,,д (ИПа), то же в условиях АВПД вЂ” 8P с, двпп (МПа) °

Ввод параметров в задатчики может быть осуществлен бурильщиком. Возможна корректировка задания по мере изменения технологических условий на скважине в любое время СПО и между ними. Число вводимых параметров

9 1388550 0 мутатора 116, другие входы последнего подключены: первый — к задатчику

110, третий — к задатчику 111, пятый — к задатчику 112, седьмой — к задатчику 113, девятый — к задатчи5 ку 114; моментов инерции привода, а выход коммутатора 116 подключен к первому входу третьего сумматора .92, второй вход которого соединен с задатчиком 109 момента инерции барабанного вала, а выход — с вторым входом второго умножителя 96, первый вход последнего соединен с выходом первого умножителя 95, а выход — с вторым выходом блока 7 и вторым входом элемента 98 вычитания, первый вход которого соединен с выходом элемента

99 логарифмирования, а выход — с первым выходом блока 7; второй вход бло- 20 ка 7 подключен к второму входу первого сумматора 90, первый вход которого соединен с задатчиком 106 веса подвижной части талевой системы, а выход — с вторым входом делителя 93, первый вход которого соединен с задатчиком 107 конструктивного коэффициента талевой системы, а выход— с первым входом первого умножителя

95, и с первым входом второго сумматора 91, второй вход последнего соединен с задатчиком 108 конструктивного коэффициента ШПИ; выход формирователя 105 опорного напряжения соединен с входом делителя 115 напряжения резистивного, выходы котороro подключены: первый — к первому входу первого селектора 100 амплитудного; второй — к первому входу второго селектора 101 и второму входу первого селектора 100; третий— к первому входу третьего селектора

102 и второму входу второго селектора 101; четвертый — к первому входу четвертого селектора 103 и второму входу третьего селектора

102; пятый — к первому входу пятого селектора 104 и второму входу четвертого селектора 103; шестой - ABIIg ВР п впй (HIIa) к второму входу пятого селектора 104 амплитудного. 50

Указатель 16 длины колонны (фиг. 10) содержит преобразователь кода 125 и индикатор 126 газоразрядньй, при этом вход указателя 16 подключен к входу преобразователя кода 55

125,. а выход последнего соединен.с входом индикатора 126 газоразрядного. Преобразователь кода 125 (фиг. 11) 1388550

12 не зависит от сложности технологической обстановки на скважине и сравнительно невелико (например, 13-15).

Ручные операции при этом сведены к минимуму, перед вводом параметров не требуется производить вычислений: значения Т, z, берутся из журнала учета свойств промывочной жидкости;

d„ó 16 D, d у и 1 у — из геолого-тех-10 нического наряда (ГТН) на скважинуэ дР рк т Р пдбпв э Рс.к э РсА QBp по результатам расчетов и опыту проводки скважин на данной площади, исходя из условия недопущения частичных поступлений пластовых флюидов в скважину, проявлений и выбросов, а также недопущения поглощений промывочной жидкости и гидроразрывов пластов.

Блоком 6 вычисления длины колонны в ходе СПО и в процессе бурения по сигналам с датчика 1 положения талевого блока и датчика 5 веса на крюке

25 вычисляется длина бурильной колонны в скважине L„,„ в метрах. Перед очередным спуском колонны нажатием кнопки 123 "Установка нуля" на входы сброса R 14 счетчиков 117-122 подается высокий уровень напряжения и выход реверсивного счетчика 21, а зна чит, и блока 6„ обнуляется — L„oq,o =О.

Состояние на выходе блока 6 изменится, когда на первый или второй входы счетчика 21 с выходом элементов И 19 35 и 20 соответственно будут поступать сигналы логической "1". Это будет иметь место при перемещении загруженного талевого блока, когда на второй вход первого элемента И 19 (при 40 спуске) или второго элемента И 20 (при подъеме) через второй и третий входы блока 6 соответственно (фиг.2) будут поступать импульсы "1", с выхода датчика 1 положения талевого 45 блока (фиг. 1), а на первых входах элементов И 19 и 20 будет установлен сигнал "1". Датчик положения талевого блока (датчик проходки) представляет собой двухфазный число-импульс- 50 ный датчик, на выходе которого формируются импульсы "1" на шине "+" для суммирования импульсов (движение талевого блока вниз) или на шине для вычитания импульсов (движение та- 55 левого блока вверх). Сигналы "1" с шин "+" и " †" датчика 1 положения талевого блока подаются соответственно

"+1" либо вычитающий "-1" входы счетчика 21 реверсивного (фиг. 9).

По мере спуска первой свечи бурильных труб в скважину на первый вход счетчика 21 реверсивного (вход

"+1") поступают импульсы, которые суммируются. Если за время спуска первой свечи на суммирующий вход счетчика 21 реверсивного поступило N, импульсов, то на выходе блока 6 установится сигнал, численно равный

L to . кол o+N „Ц и =

= 0+N Ц„=ы, 1 0 = N» см (3) после спуска второй свечи (поступило

N импульсов) Lкол.1=Ькол,,+1 1 g Uи = N,+N, см (4) и т.д. После спуска i-той свечи в скважину на выходе блока 6 установится сигнал на второй и третий входы блока 6 вы- . числения длины колонны.

Разрешающая способность датчика 1 положения талевого блока принимается равной 1 см, т.е. цена импульсов,поступающих на второй и третий входы блока 6, Ц = 1,0 см/имп.

На первый вход блока 6 поступает аналоговый сигнал U@, пропорциональный весу инструмента на крюке Q c выхода датчика 5 веса на крюке (фиг. 1). Сигнал Ug подается на тре-, тий вход селектора 18 амплитудного (фиг: 2 и 9), на первый и второй входы которого с задатчика 22 максимальной грузоподъемности и задатчика 23 веса свечи подаются сигналы соответственно U и U, причем сигнал U пропорционален максимальной грузоподъемности буровой установки Я м кс а сигнал U — весу одной свечи бурильных труб q . .На выходе селектора

18 амплитудного, выполненного на двухпороговом компараторе, сигнал "1" устанавливается только при выполнении условия

8550

14 новки.

1З 138

L =L „„; +М; =. О N см (5)

Ia 1

По завершении спуска бурильной ко- лонны до,забоя на выходе блока 6 сформируется сигнал глубины скважины (6)

i=i

При подъеме колонны импульсы с датчика 1 положения талевого блока поступают на второй вход второro элемента И 20, второй вход счетчика 21 (вход "-1"), при этом они вычитаются, сигнал на выходе блока 6 уменьшается.

Так, при завершении извлечения из скважины j свечей с момента начала подъема длина колонны в скважине вычислится блоком 6 так:

J ii+ К

М )=1 i=i 3=1 )- (7) где M — количество импульсов, пос) тупающих на вычитающий вход счетчика 21 реверсивного за время подъема j-той свечи; количество свечей, нарощенных на колонну за время долбления.

После завершения подъема и извлечения последней свечи

ii+ K о+к

L кол — 1i - j

В любой текущий момент времени при

СПО или бурении на выходе блока 6 присутствует сигнал, численно равный текущей длине колонны в скважине в двоично-десятичном коде (коде

8421), вычисленный согласно выражению

L кол. танк= PN (9)

Путем переноса запятой в полученном числе на два десятичных разряда влево, получаем Ь, выраженную в метрах.

Блоком 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема в процессе выполнения СПО по совокупности входных сигналов с датчика 5 веса на крюке и датчика 2 скорости телевого блока определяется направление хода операций (спуск или подъем) и, в соответствии с этим, вычисляется рациональная скорость спуска или подъема бурильной колонны с учетом технических возможностей буровой устаРациональный режим спуска, при котором,в наибольшей степени удовлетворяются комплексные требования высокой производительности, качественной эксплуатации оборудования, 5 требования охраны труда бурильщика, достигается при спуске всех свечей бурильной колонны со средней на скважину установившейся скоростью спуска загруженного элеватора V р„„ „=

= 2,0 м/с на всех серийных буровых установках. Отмеченное среднее значение скорости спуска может быть получено при постепенном снижении скорости с 2,5 м/с (первые свечи) до 1,0l,5 м/с (последующие), т.е, рациональная зависимость скорости спуска от веса инструмента на крюке V „,„=

=f,(Q) может быть представлена прямой линией. На фиг. 12 показана за20 Висимость V с рац =f 1 (Q) построенная для буровой установки грузоподъемностью Q « = 200 т по двум точкам:

А (q.; 2,5) и В (Q „„ 1,0), уравнение этой зависимости: макс макс (1p)

Пренебрегая величиной второго вычитаемого в выражении (10), получаем:

V, = 2,5 — Q, м/с (11)

1,5 макс

При подъеме бурильной колонны максимальная производительность буровой установки, а значит, наименьшее время машинного подъема, обеспечивается при полном использовании установленной мощности привода буровой лебедки.

Последнее выполняется при изменении

40 скорости подъема по закону

О, 102 -М

+Я У т где N — установленная мощность пер45 вичного двигателя, кВт; — допустимый коэффициент перегрузки приводного двигателя; 1„ — КПД подъемного механизма;

GT — вес подвижной части талевой

50 системы, т.

-При легких бурильных колоннах (Q 40 т) получаемые по формуле (12) скорости подъема превосходят по величине 2,0 м/с. При таких скоростях

55 ухудшаются условия эксплуатации бурового оборудования, увеличивается физиологическая работа бурильщика в момент торможения колонны, а также

13885 увеличивается время подгонки замка колонны в зону бурового ключа. Поэтому скорости подъема выше 2,0 м/с являются нерациональными, современные буровые установки имеют высшие ско5 рости подъема, не превосходящие

2,0 м/с.

Рациональная зависимость V „ р„„ =

f >(Q) покЯЗЯнЯ нЯ фиг ° 13 онЯ по- 10 строена для буровой установки грузоподъемностью Я „„=200 т по следующему выражению:

V ff,pa» 2з0э

0,102. N „ f1 15

+Q т

V „„= мин п, р< и

Работа блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема основана на реализации законов (11) и (13) 20

Формула (11) моделируется напряжением в элементе 24 вычитания (фиг. 3), Сигнал с датчика 5 веса на крюке U g через первый вход блока 8 подается на второй инвертирующий вход элемента 24 25 вычитания, на первый неинвертирующий вход которой подается сигнал с задатчика 36 максимальной скорости спуска, пропорциональный Ч „,,„„„= 2,5 м/ r

Коэффициенты усиления по входам эле- 30 мента 24 вычитания подобраны таким образом, что на его выходе формируется сигнал, пропорциональный Ч .pav, который подается на первый вход третьего мультиплексора 32.

Сигнал Ug подается и на второй вход сумматора 25, .на первый вход

1 которого поступает сигнал с задатчика 37 веса:подвижной : части талевой системы, пропорциональный G,. Сигнал пропорциональный сумме G,+Q подается с выхода сумматора 25 на второй вход делителя 26, на первый вход последнего поступает сигнал с эадатчика 38 мощности на крюке, пропорцио- 45 нальный величине 0,102-N-qp., а на выходе делителя 26 формируется сигнал, пропорциональный Vn p,„,, KoTo рый подается на второй вход первого мультиплексора 30 и второй вход пер50 вого компаратора 33, на первый вход последнего и первый вход первого мультиплексора 30 поступает сигнал с задатчика 39 максимальной скорости пропорциональныи

= 2,0 м/с.

Первый компаратор 33 производит сравнение величин напряжений, npof порциональных скоростям V a р„» и

50 16

Ф!

Vn р . При выполнении условия

II I л.ра„, рц на выходе компаратора 33 устанавливается положительный уровень напряжения U „,, при

If I

V „pa„< V р. p« — отрицательное напряжение U последние подаются на третий управляющий вход первого мультиплексора 30, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный, соответственно Ч р„, или

Н э и. р »

7„рц, т.е. пропорциональньп Ч „, pqq. в соответствии с выражением (13); он подается на первый вход второго мультиплексора 31.

Сигнал U подается также на третий вход селектора 27 амплитудного, последний совместно с задатчиком 40 и 41 выполняет те же функции, что и вышеописанные селектор 18 и задатчики 22 и 23 в блоке 6. Сигнал с выхода селектора 27 поступает на вход второго инвертора 29, на выходе которого устанавливается "0" при загруженном талевом блоке и "1" — при незагруженном, последний сигнал подается на первые входы второго и третьего компараторов 34 и 35, на втовторые входы которых поступают сигналы соответственно с датчика 2 скорости талевого блока через второй вход блока 8 и сигнал с выхода первого инвертора 28, изменяющего знак сигнала с датчика 2 скорости талевого блока.

В режиме перемещения незагруженного талевого блока напряжение U на первых входах компараторов 34 и 35 равно напряжению "1", которое выше напряжений, поступающих на вторые входы этих компараторов U и пропорциональных скорости талевого блока,т.е.

U, U< поэтому на выходах обоих компараторов устанавливаются сигналы U „„„, которые подаются на третьи управляющие входы второго 31 и третьего 32 мультиплексоров, на выходах последних, а значит, и на выходах блока 8, формируются нулевые сигналы.

В режиме перемещения загруженного талевого блока напряжение U О. При подъеме талевого блока напряжение, снимаемое с датчика 2 скорости, положительное, поэтому U< > Б„для второго компаратора 34, а при спуске

U> ) U для третьего компаратора 35, что приводит к формированию сигналов

Б,. „ на их выходах и поступлению ня выходы блока 8 сигнала, пропорционального Ч р,pau, (выход 1), с выхода! 388550 !

8 !

7 второго мультиплексора 31 или сигнала, пропорционального V, „„(выход

2), с выхода третьего мультиплексора 32.

Задатчик 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД (фиг.4) . имеет вход, на который поступает сигнал с выхода блока б вычисления длины колонны, пропорциональный текущей длине колонны L он подается на

Кон первый вход компаратора 42, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 43 глубины "покрышки"

АВПД вЂ” )- ав„р. Сигнал L „,„в процессе СПО изменяется в диапазоне

0 1.„ „с1,,„.. Компаратор 42 проверяет выполнение неравенства

L«> -L кол. мсяс 1 р>п> (14)

20 при выполнении которого на его выходе устанавливается сигнал" 1", поступающий на первый вход триггера 44, последний устанавливается, и сигнал

"i" поступает на выход задатчика .12, что свидетельствует о внедрении скважины в зону "покрышки" пластов с

АВПД или разбуривании самих зон с аномально высокими пластовыми давлениями. Если глубина скважины не достигала значения L „, то на выходе ,задатчика 12 устанавливается сигнал

"0". О выполнении условия (14) бурильщика информирует световым сигналом сигнализатор 17 опасных интервалов скважины, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 12.

Сигнал с выхода задатчика 12 поступает также на второй вход блока 11 вычисления допустимои скорости по

40 гидродинамическим условиям. С учетом этого сигнала по совокупности сигналов на первом входе с блока 6 вычисления длины колонны, пропорциональному Ь на третьем — четырнадца45

KOA том входах — с задатчиков 13, 14 и

15 соответственно, блоком 11 вычисляется допустимая скорость спускоподъема по гидродинамическим условиям, например, по условиям ограниче- 50 ния колебаний дифференциального давления на забое скважины и недопушения на этой основе проявлений и выбросов, уходов промывочной жидкости в пласты и гидроразрывов пластов. 55

Многочисленными исследованиями установлена сильная зависимость возникающих в скважине гидродинамических давлений 8 Р от скорости выполнения СПО.

Вычисление допустимой скорости подъема бурильного инструмента из скважины производится по формуле

Ч, 808 q » 1 о „ò (15) где 1 „- эквивалентная длина УБТ,м, которая вычисляется по формуле

1 =() ); (16) ка э -а о — а „

y — ко эффициен т пере крытия сече ния скважины, определяемый по формуле

d„dq

»

ЛРс (18) 7с.r a

Работа блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям основана i.à реализации законов (15) и (18).

На шестой - десятый входы блока

11 (фиг. 5) с задатчика 13 конструктивных параметров колонны и скважины поступают сигналы, пропорциональные; d „ - на шестой вход; D— на седьмой вход; d z — на восьмой вход 1,„ - на девятый вход; dq на десятый» си " d„» D» d„» поступают на первый и второй входы шестого — девятого умножителя 53-56

1 соответственно, на выходах последних формируются сигналы» пропорциональ2 2 2 ные д„» D dH» d . Сигнал d „с выхода восьмого умножителя 55 поступает на первый вход второго элемента 58 вычитания, на второй инвертирующий вход которого поступает сиг2 нал с! с выхода девятого умножителя

56, а сигнал d„-d, снимаемый с выхода второго элемента 58 вычитания, подается на второй вход третьего.делителя 62, на первом входе которого установлен сигнал D снимаемый с выхода седьмого умножителя 54. На с))- доверительный интервал определения дР„» принимаемый в формуле (15), 1= 0,14 MIIa.

Допустимая скорость спуска бурильного инструмента в скважину определяется по формуле

19 выходе третьего делителя 62 формируется сигнал, пропорциональный, получаемый по выражению (17), последний подается на первый вход четвер5 того умножителя 51 и вход элемента бб возведения в степень, на выходе которого формируется сигнал у, подаваемый на второй вход второго умножителя 49. На первый — седьмой вхо-10 ды схемы 74 вычисления эквивалентной длины подаются сигналы, соответственно d „- с выхода шестого умножителя г

53; D — с выхода седьмого умножителя 54; 1 „- с выхода восьмого умно-. жителя 55, d ц — с шестого блока 11;

D — с седь