СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ЗАБОЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B47/00 

Описание патента на изобретение RU2029859C1

Изобретение относится к буровой технике, в частности касается управления режимом работы забойных гидравлических двигателей при бурении скважин.

Известен способ управления режимом бурения путем регулирования осевой нагрузки на долото посредством ленточного тормоза лебедки на основе показаний наземного индикатора веса, с помощью которого осуществляется измерение веса на крюке [1].

При всей своей простоте указанный споcоб хотя и позволяет судить о работе турбобура на забое скважины, но в то же время не обеспечивает его отработку в области максимума механической мощности. Объясняется это по крайней мере двумя основными причинами. Во-первых, информация, получаемая с помощью индикатора веса, особенно при наклонно направленном бурении, неточна, так как при этом не учитывается сила трения бурильной колонны о стенки скважины. Во-вторых, при бурении гидравлическими двигателями осевая нагрузка без точной информации о физико-механических свойствах проходимых горных пород не характеризует ни частоту вращения, ни развиваемый момент, т.е. мощность на валу двигателя, которая при прочих равных условиях определяет механическую скорость бурения.

Известен также способ управления режимом работы турбобура путем автоматического поддержания постоянной величины осевой нагрузки на долото с помощью электропорошкового тормоза типа ТЭП-45, связанного механически с валом лебедки [2].

Как и в предыдущем способе, при данном методе не учитываются физико-механические свойства проходимых горных пород, в результате чего не обеспечивается отработка турбобура в области максимума механической мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ и устройство для автоматического управления режимом работы турбобура [3] .

Такой способ включает вращение забойного двигателя и долота за счет циркуляции бурового раствора, создание в буровом растворе колонны бурильных труб импульсов давления с периодом следования, пропорциональным частоте вращения вала забойного двигателя, передачу их по буровому раствору на поверхность и формирование на основе поступающих импульсов давления сигналов управления тормозом барабана лебедки для поддержания постоянной частоты вращения вала. Реализация указанного способа осуществляется посредством устройства автоматического управления, содержащего глубинный импульсный датчик давления, подключенный ко входу аппаратурного блока наземного комплекса, выполненного в виде последовательно соединенных электромеханического приемника импульсов давления, фильтра-усилителя и компаратора и последовательно соединенных микропроцессорного блока управления и формирователя управляющего сигнала, выход которого подключен ко входу регулятора нагрузки на долото.

Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности автоматической идентификации рабочей частоты вращения, соответствующей максимуму механической мощности на долоте, что крайне необходимо, так как даже забойные движители одного и того же типа имеют существенный разброс характеристик.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения скважин за счет определения режима максимальной мощности конкретного типа забойного гидравлического двигателя.

Цель достигается тем, что в способе управления режимом работы забойного гидравлического двигателя при бурении скважин, включающем создание в буровом растворе колонны бурильных труб импульсов давления с периодом, пропорциональным частоте вращения вала забойного двигателя, передачу их по буровому раствору на поверхность и формирование на основе поступающих импульсов давления сигналов управления тормозом барабана лебедки для поддержания постоянной частоты вращения вала, колонну бурильных труб приподнимают над забоем скважины, осуществляют измерение частоты вращения вала забойного двигателя в режиме холостого хода и автоматически производят идентификацию рабочей частоты вращения, соответствующей режиму максимальной механической мощности, передаваемой долоту, запоминают выбранное значение этой частоты в качестве уставки, затем опускают колонну бурильных труб на забой. В процессе бурения текущие значения частоты вращения сравнивают со значением уставки, и сигнал управления тормозом формируют в зависимости от полученного в результате сравнения сигнала рассогласования. Кроме того, момент проведения очередной идентификации осуществляют по величине расхода прокачиваемого бурового раствора на входе в бурильную колонну или по величине давления бурового раствора в нагнетательной линии скважины.

Для реализации данного способа уcтройcтво для управления режимом работы гидравлического забойного двигателя, содержащее глубинный импульсный датчик измерения и передачи на поверхность по буровому раствору импульсов давления, подключенный ко входу аппаратурного блока, выполненного в виде последовательно соединенных электромеханических приемника-преобразователя импульсов давления, фильтра-усилителя и компаратора, и последовательно соединенных микропроцессорного блока управления и формирователя управляющего сигнала, выход которого подключен ко входу регулятора нагрузки на долото, снабжено блоком идентификации рабочей частоты вращения, ко входу которого подключен выход компаратора, а выход блока идентификации соединен со входом микропроцессорного блока управления.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство для управления режимом работы гидравлического забойного двигателя состоит из глубинного датчика 1, входная ось 2 которого связана с валом забойного двигателя 3, регулятора 4 нагрузки на долото и аппаратурного блока 5, содержащего электромеханический приемник-преобразователь 6 импульсов давления, фильтр-усилитель 7, компаратор 8, блок 9 идентификации, микропроцессорный блок 10 управления и преобразователь 11.

При включении буровых насосов (бурильная колонна приподнята над забоем) начинает вращаться забойный двигатель 3, приводя в действие через входную ось 2 механизм глубинного датчика 1. Через определенное число оборотов вала забойного двигателя глубинный датчик генерирует в буровом растворе импульсы давления с периодом следования, пропорциональным частоте вращения, которые, поступая на устье скважины, преобразуются электромеханическим приемником-преобразователем 6 в электрические сигналы. Пройдя через фильтр-усилитель 7, эти сигналы отфильтровываются от помех и поступают на компаратор 8, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы. Сформированные прямоугольные импульсы поступают в блок 9 идентификации, где в режиме идентификации осуществляется анализ частоты вращения вала турбобура в режиме холостого хода, определяется и запоминается рабочая частота вращения, соответствующая максимуму механической мощности конкретного типа забойного двигателя.

Значение выбранной рабочей частоты вращения передается в микропроцессорный блок 10 управления и запоминается в нем в качестве уставки. В рабочем режиме в блоке 10 осуществляется сопоставление фактических (текущих) значений частоты вращения забойного двигателя и значения уставки, на основе которого формируется сигнал рассогласования, поступающий на вход преобразователя 11. Сформированный в преобразователе 11 сигнал управления поступает на регулятор 4 подачи долота, посредством которого осуществляется необходимое изменение тормозного усилия на барабане лебедки. Так, например, при значении частоты вращения забойного двигателя в рабочем режиме выше уставки посредством сформированного сигнала управления осуществляется более интенсивное растормаживание барабана лебедки до момента достижения забойным двигателем частоты вращения, равной значению уставки. И наоборот, при значении частоты вращения ниже уставки осуществляется подтормаживание барабана лебедки до момента достижения забойным двигателем частоты вращения, равной значению уставки.

Похожие патенты RU2029859C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАКЛОННЫХ УЧАСТКОВ СКВАЖИНЫ 1992
  • Миракян В.И.
  • Иоанесян В.Р.
  • Лапига Е.Я.
RU2057923C1
ЗАБОЙНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНДИКАТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН 1991
  • Миракян В.И.
  • Иоанесян В.Р.
  • Лапига Е.Я.
RU2026974C1
КОМПОНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ 1996
  • Бергштейн О.Ю.
  • Ворожбитов М.И.
  • Индрупский Д.И.
  • Иванов Е.А.
  • Тимоничев О.Н.
RU2107816C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЕМ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ КОМПОНОВКОЙ С ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 1998
  • Андрианов Н.И.
  • Бергштейн О.Ю.
  • Ворожбитов М.И.
  • Деркач Н.Д.
  • Индрупский Д.И.
  • Калинин А.Г.
  • Рогачев О.К.
RU2144604C1
КОМПОНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ 1993
  • Бергштейн О.Ю.
  • Ворожбитов М.И.
  • Иванов Е.А.
  • Индрупский Д.И.
  • Тимоничев О.Н.
RU2085692C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИЗ ШЛАМА В ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ СКВАЖИНЫ 1996
  • Бергштейн О.Ю.
  • Ворожбитов М.И.
  • Индрупский Д.И.
  • Иванов Е.А.
  • Панкратов Д.А.
  • Тимоничев О.Н.
RU2109919C1
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2002
  • Андоскин В.Н.
  • Воронов И.Г.
  • Кобелев К.А.
  • Тимофеев В.И.
RU2232859C2
ЗАБОЙНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С НАДДОЛОТНЫМ МОДУЛЕМ И СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЕЕ ДАННЫХ НА ЗЕМНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ 2013
  • Шайхутдинов Рамиль Анварович
  • Чупров Василий Прокопьевич
RU2549622C2
КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ 1998
  • Ворожбитов М.И.
  • Бергштейн О.Ю.
  • Индрупский Д.И.
  • Росин Э.И.
RU2148696C1
СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЕМ СКВАЖИНЫ 2019
  • Молодило Владимир Иванович
RU2697988C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 029 859 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ЗАБОЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Использование: изобретение относится к буровой технике и предназначено для управления режимом работы забойных гидравлических двигателей при бурении скважин. Сущность изобретения: для повышения эффективности бурения колонну бурильных труб приподнимают над забоем скважины, осуществляют измерение частоты вращения вала забойного двигателя в режиме холостого хода, производят автоматически идентификацию рабочей частоты вращения, соответствующей режиму максимальной механической мощности, передаваемой долоту, который поддерживают в процессе бурения. При этом момент проведения очередной идентификации определяют по величине расхода прокачиваемого бурового раствора на входе в бурильную колонну или по величине давления бурового раствора в нагнетательной линии скважины. Для осуществления способа предназначено устройство, которое снабжено блоком идентификации рабочей частоты вращения, соединенным по входу с компаратором, а по выходу с микропроцессорным блоком управления. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 029 859 C1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ЗАБОЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ управления режимом работы забойного гидравлического двигателя при бурении скважин, включающий создание в буровом растворе колонны бурильных труб импульсов давления с периодом следования, пропорциональным частоте вращения вала забойного двигателя, передачу их по буровому раствору на поверхность и формирование на основе поступающих импульсов давления сигналов управления тормозом барабана лебедки для поддержания постоянной частоты вращения вала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения скважин за счет определения режима максимальной мощности конкретного типа забойного гидравлического двигателя, колонну бурильных труб приподнимают над забоем скважины, измеряют частоту вращения вала забойного двигателя в режиме холостого хода и автоматически проводят идентификацию рабочей частоты вращения, соответствующей режиму максимальной механической мощности, передаваемой долоту, запоминают выбранное значение этой частоты в качестве уставки, затем опускают колонну бурильных труб на забой и в процессе бурения текущие значения частоты вращения сравнивают со значением уставки и сигнал управления тормозом формируют в зависимости от полученного в результате сравнения сигнала рассогласования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент проведения очередной идентификации осуществляют по величине расхода прокачиваемого бурового раствора на входе в бурильную колонну. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что момент проведения очередной идентификации осуществляют по величине давления бурового раствора в нагнетательной линии скважины. 4. Устройство для управления режимом работы забойного гидравлического двигателя при бурении скважин, содержащее глубинный импульсный датчик давления, подключенный к входу аппаратурного блока наземного комплекса, выполненного в виде последовательно соединенных электромеханического приемника импульсов давления, фильтра-усилителя и компаратора, и последовательно соединенных микропроцессорного блока управления и формирователя управляющего сигнала, выход которого подключен к входу регулятора нагрузки на долото, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения скважин путем определения режима максимальной механической мощности конкретного типа забойного двигателя, оно снабжено блоком идентификации рабочей частоты вращения, к входу которого подключен выход компаратора, а выход блока идентификации соединен с входом микропроцессорного блока управления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2029859C1

Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Патент США N 4491186, кл
Ручной прибор для загибания кромок листового металла 1921
  • Лапп-Старженецкий Г.И.
SU175A1

RU 2 029 859 C1

Авторы

Миракян В.И.

Лапига Е.Я.

Эскин М.Г.

Даты

1995-02-27Публикация

1991-06-17Подача