РЕГИСТРАТОР ЗАБОЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ Российский патент 2007 года по МПК E21B44/00 E21B47/22 

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использовано при бурении, эксплуатации скважин, шурфов, а также в других процессах и механизмах вне бурения, эксплуатируемых в отдаленных местах, имеющих определенный временной ресурс эксплуатации.

Известные наземные системы контроля режима бурения скважин, состоящие из множества датчиков, линий связи, компьютера, программного обеспечения, линий обратной связи и индикаторов режимов (см. а.с. СССР № 1273515, МПК Е 21 В 44/00, бюл. № 44, 1986 г. и патент США № 5226332, НКИ 73/151, 73/493, 73/650, 175/40, опуб. 13.07.93 г.).

Недостатком указанной наземной системы регистраторов является то, что они громоздкие и не измеряют необходимые параметры, такие как забойная температура и частота вращения долота при использовании гидравлических забойных двигателей.

Наиболее близким к предлагаемому является автономный забойный регистратор силовых параметров по патенту РФ № 2131973, МПК Е 21 В 44/00, 45/00, бюл. № 22, 1999 г. - прототип.

От некоторых вышеуказанных недостатков свободен прототип - автономный забойный регистратор, состоящий из установленного в буровой колоне корпуса, выполненного в виде переводника с содержанием контейнера электронного блока и питания, многоканального элемента силовых параметров, электронного блока, включающего многоканальный усилитель, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Данный автономный забойный регистратор в процессе бурения регистрирует в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) только осевую нагрузку на долото и не регистрирует такие важнейшие забойные параметры, как частота вращения, температура и календарное время.

Запуск автономного забойного регистратора для автономной работы осуществляется по гидравлическому каналу связи, устанавливается он только в составе колоны бурильных труб, применяемые микросхемы ОЗУ требуют постоянного электропитания, при отсутствии которого вся информация теряется, при считывании данных из ОЗУ регистратора процессор обнуляет память. По питанию в описании не сказано, что он автоматически отключается - следовательно, автономный регистратор после активации включается в работу, по гидроканалу он постоянно находится в работе, а значит, и ресурс его источника питания ограничен, только на одну проходку и после подъема инструмента его снимают или меняют на новый.

Задачей создания изобретения является разработка малогабаритного и надежного в работе регистратора забойных параметров, конструкция которого позволит расширить функциональные возможности устройства.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности информативности за счет регистрации новых параметров, частоты вращения ротора гидравлического забойного двигателя, вертикальной вибрации инструмента, измерения температуры и привязка к календарному времени с большой точностью.

Кроме того, предлагаемый регистратор имеет размеры корпуса: диаметр 20 мм и высотой 60 мм, включая источник питания, что в несколько раз меньше аналога. Это позволяет устанавливать его в различные элементы забойной компоновки.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как регистратор забойных параметров, включающий корпус с установленным в нем электронным блоком и блоком питания, и отличительных, существенных признаков, таких как электронный блок, снабжен микропроцессором, в который программируется управляющая программа, акселерометром плоскостей х и y, энергонезависимой микросхемой памяти, таймером календарного времени, измерителем температуры, портом ввода-вывода информации на компьютер с помощью интерфейса связи, при этом выход микропроцессора соединен с первым входом энергонезависимой микросхемы памяти, на первый вход микропроцессора подключен акселерометр плоскостей х и y, на второй вход таймер календарного времени, а третий вход подключен к выходу измерителя температуры, вход которого связан с блоком питания, а вход/выход порта ввода-вывода данных подключен своим входом/выходом к микропроцессору, вход порта ввода-вывода подключен к блоку питания, причем вход таймера календарного времени, четвертый вход микропроцессора и вход акселерометра подключены ко второму входу энергонезависимой микросхемы памяти.

Ниже иллюстрируется причинно-следственная связь отличительных признаков предлагаемого решения с достигаемым техническим результатом. Благодаря наличию акселерометра плоскостей Х и Y, сигналы которого поступают на микропроцессор для обработки по заданному алгоритму управляющей программы, происходит регистрация в энергонезависимой микросхеме памяти значения частот оборотов и вертикальной вибрации инструмента, а также позволяет производить автоматическое включение и выключение регистратора (микроконтроллера ГЗД) в активное (рабочее) и пассивное (спящий режим для экономии ресурса источника питания и объема энергонезависимой микросхемы памяти). Таким образом, регистрация параметров происходит только при активном состоянии регистратора (микроконтроллера ГЗД), т.е. при бурении скважин. В период простоя, наращивания, спускоподъемных операций, транспортировки ГЗД микроконтроллер находится в пассивном состоянии. Благодаря такому алгоритму управляющей программы рабочий ресурс регистратора (микроконтроллера ГЗД) сопоставим всему периоду работы бурового инструмента с учетом межремонтного периода без замены источника питания и необходимости обнуления энергонезависимой микросхемы памяти. Помимо этого, программа позволяет присвоить индивидуальный идентификационный номер регистратору (контроллеру ГЗД) для отслеживания его работы на различных объектах. Благодаря наличию микросхемы таймера календарного времени каждая регистрация в памяти контроллера регистрируется с датой реального времени с точностью до секунд, что важно при исследовании различного характера работы инструмента, а также для привязки к данным из других имеющихся на буровых источников информации. Благодаря наличию измерителя температуры регистратор (микроконтроллер) регистрирует температуру на забое, что важно для определения рабочего ресурса инструмента при бурении на забое и выборе бурового инструмента для дальнейшего бурения. Благодаря использованию энергонезависимой микросхемы памяти вся записанная информация регистратором (микроконтроллером) хранится бесконечно долго даже при полностью разряженном источнике питания. Алгоритм управляющей программы дает возможность прочитать сохраненные данные из памяти, в любой период не обнуляя ее. Таким образом, в памяти регистратора (микроконтроллера) данные сохраняются путем накопления, что дает полную картину параметров работы регистратора (микроконтроллера) на различных скважинах и в межремонтный период.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи - создание малогабаритного и надежного в работе регистратора забойных параметров, конструкция которого позволит расширить функциональные возможности устройства, и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень». Предложенный регистратор забойных параметров иллюстрируется на приведенной блок-схеме, фиг.1

Регистратор забойных параметров, включает корпус (на чертеже не показан) с установленным в нем электронным блоком 1 и блоком питания 2 (фиг.1). Электронный блок 1 снабжен микропроцессором 3, в который программируется управляющая программа, акселерометром 4 плоскостей х и y, энергонезависимой микросхемой памяти 5, таймером календарного времени 6, измерителем температуры 7, портом ввода-вывода 8 информации на компьютер с помощью интерфейса связи (на схеме не показан).

Выход микропроцессора 3 соединен с первым входом энергонезависимой микросхемы памяти 5, на первый вход микропроцессора 3 подключен акселерометр 4 плоскостей х и y, на второй вход - таймер календарного времени 6, а третий вход подключен к выходу измерителя температуры 7, вход которого связан с блоком питания 2, а вход/выход порта ввода-вывода данных 8 подключен своим входом/выходом к микропроцессору 3, вход порта ввода-вывода 8 подключен к блоку питания 2, причем вход таймера календарного времени 6, четвертый вход микропроцессора 3 и вход акселерометра 4 подключены ко второму входу энергонезависимой микросхемы памяти 5. Кроме того, предлагаемый регистратор имеет размеры корпуса: диаметр 20 мм и высота 60 мм, включая источник питания, что в несколько раз меньше аналога. Это позволяет устанавливать его в различные элементы забойной компоновки. Устройство работает следующим образом. Регистратор помещают в элемент забойного инструмента, например в ротор забойного двигателя (ГЗД) непосредственно в ремонтном цехе, в стационарных условиях и отправляют инструмент, например ГЗД на буровую.

Микропроцессор по заданному алгоритму уникальной специально разработанной управляющей программе обрабатывает сигнал с акселерометра и при обнаружении запуска бурового инструмента производит регистрацию в микросхему памяти данных с акселерометра отдельно по плоскости Х и Y, данных измерителя температуры и даты с временем записи от таймера календарного времени. Дискретность запроса и обработка сигналов программируется оператором в стационарных условиях перед установкой регистратора в узел инструмента. При прекращении подачи промывочной жидкости происходит остановка ГЗД и регистратор переходит в спящий режим. После отработки ГЗД на скважине его поднимают и отправляют на очередной ремонт в стационарные условия, где во время разборки ГЗД вынимают регистратор и через порт ввода-вывода (предназначен для подключения через интерфейс связи к компьютеру) осуществляют считывание данных регистрации (см. график фиг.2) и дальнейшую обработку данных, а также обнуляют микросхему памяти и при необходимости вводят индивидуальный идентификационный номер микроконтроллера. Применение высокотемпературных компонентов и микросхем делает стабильными параметры измерений и работу микроконтроллера в широком диапазоне температур и исключает влияние изменения температуры окружающей среды.

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использовано при бурении, эксплуатации скважин, шурфов и в других процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности, информативности за счет регистрации новых параметров, частоты вращения ротора гидравлического забойного двигателя, вертикальной вибрации инструмента, измерения температуры и привязка к календарному времени с большой точностью, а также небольшие габариты устройства. Регистратор включает корпус с установленным в нем электронным блоком и блоком питания. Электронный блок снабжен микропроцессором, в котором программируется управляющая программа, акселерометром плоскостей х и y, энергонезависимой микросхемой памяти, таймером календарного времени, измерителем температуры, портом ввода-вывода информации на компьютер с помощью интерфейса связи. Выход микропроцессора соединен с первым входом энергонезависимой микросхемы памяти. На первый вход микропроцессора подключен акселерометр плоскостей х и y, на второй вход - таймер календарного времени, а третий вход подключен к выходу измерителя температуры, вход которого связан с блоком питания. Вход/выход порта ввода-вывода данных подключен своим входом/выходом к микропроцессору, вход порта ввода-вывода подключен к блоку питания. Причем вход таймера календарного времени, четвертый вход микропроцессора и вход акселерометра подключены ко второму входу энергонезависимой микросхемы памяти. 2 ил.

Регистратор забойных параметров, включающий корпус с установленным в нем электронным блоком и блоком питания, отличающийся тем, что электронный блок снабжен микропроцессором, в который программируется управляющая программа, акселерометром плоскостей х и у, энергонезависимой микросхемой памяти, таймером календарного времени, измерителем температуры, портом ввода-вывода информации на компьютер с помощью интерфейса связи, при этом выход микропроцессора соединен с первым входом энергонезависимой микросхемы памяти, на первый вход микропроцессора подключен акселерометр плоскостей х и у, на второй вход - таймер календарного времени, а третий вход подключен к выходу измерителя температуры, вход которого связан с блоком питания, а вход/выход порта ввода-вывода данных подключен своим входом/выходом к микропроцессору, вход порта ввода-вывода подключен к блоку питания, причем вход таймера календарного времени, четвертый вход микропроцессора и вход акселерометра подключены ко второму входу энергонезависимой микросхемы памяти.