ЦИФРОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к устройствам для измерения веса, нагрузки, давления и механической скорости.

Известно устройство для определения осевой нагрузки на долото при турбинном бурении, содержащее датчик проходки, датчик времени бурения, датчик времени спуско-подъемных и вспомогательных операций, подключенных к блоку вычисления рейсовой скорости, выход которого соединен с выходом коммутатора, выходы которого соединены со входами блоков памяти рейсовой скорости, выходы блоков памяти подключены попарно ко входам блоков вычитания, выходы последних подключены к элементу сравнения и далее на индикатор. В соответствии с сигналами с датчика, пропорциональных соответственно текущим значениям на долото, времени бурения и времени спуско-подъемных и вспомогательных операций в блоке вычитания определяется рейсовая скорость, соответствующая различным нагрузкам на долото. Полученные значения через коммутатор поочередно записываются в блоки памяти, а затем попарно вычитаются и сравниваются, результат сравнения поступает на световое табло [1]
Недостатком этого устройства является его низкая информативность. Бурильщик не видит такие параметры, как вес бурильной колонны, давление промывочной жидкости, нагрузка на долото, необходимые для принятия оперативных решений.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство для измерения осевой нагрузки на долото, содержащее датчики веса и подачи бурового инструмента, подключенные через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и управляемые ключи к блоку памяти, подключенные к блоку вычитания осевой нагрузки, соединенному с индикатором. Кроме того, датчик веса непосредственно и через последовательно соединенные ключи и блок памяти подключен к блоку вычитания, соединенному с блоком индикации осевой нагрузки. В данном устройстве используется два канала - грубого и точного измерения [2]
Недостатком этого устройства является неоправданная сложность и низкая точность, поскольку в грубом канале используется аналоговый сигнал и относительно грубые методы и элементы для его обработки. Аналоговый сигнал нельзя запомнить на длительное время, поэтому возникла необходимость усложнить устройство точным каналом измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения при простой схеме измерения и удобства пользования заявленного прибора на буровой.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой гидравлический измеритель параметров бурения, содержащей датчик веса, размещенный на объекте, и блок обработки и вычисления сигнала, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) блок вычитания, коммутатор и пять регистров памяти, снабжен установленными на объекте датчиками давления и механической скорости, а в блок обработки и вычисления сигнала введены три блока масштабирования, программатор, блок измерения интервала времени, функциональный цифро-аналоговый преобразователь, кнопка "Фиксация начального веса" и цифровые индикаторы "Вес", "Давление" и "Нагрузка", причем датчик веса и давление через соответствующие масштабирующие блоки подключены к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего подключен ко входам первого, второго, третьего и четвертого регистров памяти, выход датчика скорости через последовательно соединенные собственный блок масштабирования, блок измерения интервала времени и функциональный цифро-аналоговый преобразователь подключен к третьему входу коммутатора, при этом выход первого регистра памяти соединен со входом цифрового индикатора "Вес", выход второго регистра памяти подключен к первому входу блока вычитания, а управляющий вход соединен с кнопкой "Фиксации начального веса", выход третьего регистра памяти соединен с цифровым индикатором "Давление", второй вход блока вычитания соединен с выходом АЦП, а выход через пятый регистр памяти подключен к цифровому табло "Нагрузка", первый выход программатора подключен к управляющему выходу коммутатора, второй выход программатора подключен к управляющему входу АЦП, а третий выход подключен к управляющим входам первого, третьего, четвертого и пятого регистров памяти, при этом элементы блока обработки и вычисления сигнала размещены в корпусе, на лицевой панели которого расположены табло цифровых индикаторов, задняя стенка корпуса выполнена с установочными отверстиями, а на нижней стороне корпуса размещены вилки для подключения датчиков и вывод "сигнал на ЭВМ".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема цифрового гидравлического измерителя параметров бурения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема цифрового гидравлического измерителя параметров бурения.

Устройство содержит датчик 1 веса, датчик 2 давления, датчик 3 скорости, установленные на объекте, блок 4 обработки и вычисления сигнала состоит из блоков 5, 6 и 7 масштабирования, коммутатор 8, АЦП 9, блока 10 измерения интервала времени, функционального цифро-аналогового преобразователя 11 (ФЦАП), регистров памяти 12, 13, 14, 15 и 16, блока 17 вычитания, программатора 18. Все эти элементы размещены в корпусе, на лицевой панели которого расположены табло цифровых индикаторов "Вес" 19, "Нагрузка" 20 и "Давление" 21, задняя стенка корпуса выполнена с установочными отверстиями, а на нижней стороне корпуса размещены вилки для подключения датчиков "сигнал на ЭВМ".

Датчик 1 давления выполнен гидравлическим и установлен на выходе гидравлического трансформатора, датчик 2 давления тоже гидравлической и установлен на линии манифольда. Датчик 1 и 2 через блоки масштабирования 5 и 6 подключены к коммутатору 8, выход которого соединен со входом АЦП 9, управляющие входы последнего и коммутатора 8 соединены с выходами программатора 18, выход АЦП 9 подключен к регистрам памяти 12, 13, 14 и 15 и к одному из входов блока 17 вычитания, другой вход которого соединен с выходом регистра памяти 13, а выход с выходом регистра памяти 16, выходы регистров памяти 12, 16 и 14 подключены соответственно к цифровым индикаторам "Вес" 19, "Нагрузка" 20 и "Давление" 21.

Датчик 2 скорости выполнен импульсным, установлен на объекте и подключен через последовательно соединенные блок 7 масштабирования, блок 10 измерения интервала времени и функциональный цифро-аналоговый преобразователь 11 к коммутатору 8.

Вход регистра памяти 15 существует для подключения его к ЭВМ (на чертеже не показана), для дальнейшей обработки сигнала.

Устройство работает следующим образом. Датчик 1 веса выдает аналоговый сигнал, пропорциональный весу колонны, который масштабируется в блоке 5. С датчика 2 давления сигнал масштабируется в блоке 6 и оба сигнала поступают на коммутатор 8. По сигналу с программатора 18 происходит выборка канала.

Контроль и индикация веса бурильного инструмента и нагрузки происходит следующим образом: сигнал с датчика 1 веса проходит через блок масштабирования 5 и коммутатор 8 и преобразуется из аналогового в цифровой преобразователем 9, откуда поступает в регистр памяти 12, запоминается и высвечивается на цифровом индикаторе 19. Одновременно этот же сигнал поступает на регистр памяти 13, где запоминается в момент нажатия кнопки 22 "Фиксация начального веса".

На один из выходов блока вычитания 17 непрерывно поступает сигнал, пропорциональный текущему весу бурильного инструмента. В этом же блоке 17 происходит вычитание текущего значения веса с начальным. Результирующий сигнал определяет величину нагрузки и через регистр памяти 16 поступает на цифровой индикатор 20 "Нагрузка".

Контроль и индикация давления происходит следующим образом% по сигналу с программатора 18 происходит переключение канала коммутатором 8 и сигнал с датчика 2 давления через блок масштабирования 6 и коммутатор 8 поступает на АЦП, где аналоговый сигнал приобретает цифровую форму и поступает через регистр памяти 14 на цифровой индикатор "давление" 21.

Поочередно коммутируя каналы программатор 18 обеспечивает непрерывный контроль и индикацию параметров веса, нагрузки и давления, от правильного выбора которых во многом зависит эффективное управление процессом бурения. Поэтому они отображаются на индикаторах, а для определения оптимальных параметров бурения заводятся на ЭВМ.

Назначение: изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначено для измерения веса, нагрузки, давления и механической скорости. Сущность изобретения: контроль и индикация веса бурильного инструмента и нагрузки осуществляется по сигналу с датчика 1 веса, который проходит через блок масштабирования 5 и коммутатор 8 и преобразуется из аналогового в цифровой преобразователем (АЦП) 9. Отсюда сигнал поступает в регистр памяти 12, запоминается и высвечивается на цифровом индикаторе 19. Одновременно этот же сигнал поступает на регистр памяти 13, где запоминается в момент нажатия кнопки 22 "Фиксация начального веса". На один из входов блока вычисления 17 непрерывно поступает сигнал, пропорциональный текущему весу бурильного инструмента. В этом же блоке 17 происходит сравнение текущего значения веса с начальным. Результирующий сигнал определяет величину нагрузки и через регистр памяти 16 поступает на цифровой индикатор 20 "Нагрузки". Контроль и индикация давления происходит по сигналу с программатора 18, который переключает канал коммутатором 8 и сигнал с датчика 2 давления через блок масштабирования 6 и коммутатор 8 поступает на АЦП 9. Здесь аналоговый сигнал приобретает цифровую форму и поступает через регистр памяти 14 на цифровой индикатор "Давление". 1 ил.

Цифровой гидравлический измеритель параметров бурения, содержащий датчик веса, размещенный на объекте, и блок обработки и вычисления сигнала, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, коммутатор и пять регистров памяти, отличающийся тем, что он снабжен установленными на объекте датчиками давления и механической скорости, а в блок обработки и вычисления сигнала введены три блока масштабирования, программатор, блок измерения интервала времени, функциональный цифроаналоговый преобразователь, кнопка "Фиксация начального веса" и цифровые индикаторы "Вес", "Давление" и "Нагрузка", причем датчики веса и давления через соответствующие масштабирующие блоки подключены к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего подключен к входам первого, второго, третьего и четвертого регистров памяти, выход датчика скорости через последовательно соединенные собственный блок масштабирования, блок измерения интервала времени и функциональный цифроаналоговый преобразователь подключен к третьему входу коммутатора, при этом выход первого регистра памяти соединен с входом цифрового индикатора "Вес", выход второго регистра памяти подключен к первому выходу блока вычитания, а управляющий вход соединен с кнопкой "Фиксация начального веса", выход третьего регистра памяти соединен с цифровым индикатором "Давление", второй вход блока вычитания соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход через пятый регистр памяти подключен к цифровому табло "Нагрузка", первый выход программатора подключен к управляемому входу коммутатора, второй выход программатора подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, а третий выход подключен к управляющим входам первого, третьего, четвертого и пятого регистров памяти, при этом элементы блока обработки и вычисления сигнала размещены в корпусе, на лицевой панели которого расположены табло цифровых индикаторов, задняя стенка корпуса выполнена с установочными отверстиями, а на нижней стороне корпуса размещены вилки для подключения датчиков и вывода "Сигнал на ЭВМ".