Устройство для контроля процессов бурения Советский патент 1984 года по МПК E21B44/00 E21B47/00 

Изобретение относится к исследованиям свойств горных пород и предназначено для определения акустичес ких свойств горных пород в процессе бурения скважин. По основному авт. св. 1030544 известно устройство для контроля процессов бурения, содержащее датчйк, линию связи, фильтр низких час тот, антивный полосовой фильтр, амплитудный детектор, а также триггер Шмитта, измеритель отношения напряжений, селектор длительности аналоговый и Цифровой блоки измерения частоты, причем выходы.активных полосовых фильтров каждого канала через амплитудные детекторы соединены с измерителем отношения напряжений, а выход полосового фильтра первого канала соединен также с три гером Шмитта, снабженное третьим из мерительным каналом, содержащим дат чик и линию связи, а также одновибраторОм, элементом ИЛИ, калибратором, двумя усилителями и двумя устройствами вычитания сигналов, входы каждого из которых подключены к линиям связи первого и третьего и рого и третьего каналов соответстве но, щ выходы через усилители подсое динены к объединенным входам .фильтр низкой частоты и активного полосово фильтра, кроме того, к выходу триггера Шмитта подключены входы одновибратора и селектора длительности, выход одновибратора соединен с вторым входом селектора длительности, выход которого через элемент ИЛИ соединен с входами аналогового и цифрового блоков измерения частоты, а.к второму входу элемента ИЛИ подключен калибратор, при этом линия связи в каждом из каналов измерения состоит из электрооптического.преоб разователя, световода и оптоэлектри ческого преобразователя. Однако известное устройс- -во обладает недостаточной точностью, за счет отсутствия учета временного сдвига между сигналами Информационный и Помехи, возникающими при работе буровых насосов. Цель изобретения - повышение точности контроля. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный триггер Шмитта и блок измерения временного сдвига, выходы триггеров Шмитта подключены к входам измерителя временного сдви1а, вход дополнительного триггера Шмитта подключен к выходу активного полосового фильтра третьего измерительного канала. На чертеже изображена функциональная схема устройства. Устройство состоит из трех каналов А, Б и В. Датчик 1 канала А расположен в верхней части бурильной колонны, датчик канала Б - на дневной поверхности возле устья скважины на расстоянии не менее длины волны преобладающих упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного инструмента, равном 4V. , где tj - время задержки различных типов волн; uV - разность скоростей распространения различных типов волн. Сигналы датчиков 1 и l содержат кроме полезного ,сигнала, несущего информацию о работе забойного двигателя, еще и сигнал, возникающий при работе буровых насосов, который является в данном случае помехой. Для исключения этой помехи в схему . введен третий канал В, датчик 1 которого расположен на буровых насосах. Каждый канал А, Б, В содержит соответствуквдие датчики 1, 1 , 1 электрооптические преобразователи 2, 2 , 2 . световоды 3, З , оптоэлектрические преобразователи 4, 4 , 4 . Рассмотрим функциональную схему канала А. Выход датчика 1 соединён с электрооптическим преобразователем 2, подсоединен к световоду 3, служащему для передачи инфракрасного излучения, полученного от преобразователя 2, оптоэлектрическому преобразователю 4. Электрооптический преобразователь 2, световод 3, оптоэлектрический преобразователь 4 составляют линию связи. Выход оптоэлектрического преобразователя 4 соединен с входом блока 5 вычитания, другой вход которого связан с оптоэлектрическим преобразователем 4 линии связи канала. Выход блока 5 (5.) вычитания соединен с входом усилителя 6 (б), имеющего коэффициенты усиления I, 10, 100, 1000, 10000, позволяющего усиливать сигналы до нужного уровня. Выход усилителя 6 (б) соединен с входами фильтра 7 () низких частот и активного полосового фильтра 8 (8), который служит для вьаделения преобладающего сигнала (низкочастотного) . Характеристика блока позволяет в некотором приС5лижении считать, что сигнал на его выходе пропорционгшен автокорреляционному сигналу. Выход блока вьщеления первой гармоники 8 (8) соединен с входами триггера Шмитта 9 о) и амплитудного детектора 10 (10), служащего для определения амплитуды преобладающего сигнала. Выходы амплитудных детекторов 10 и 10 каналов А и Б связаны с входами измерителя 11 отношени напряжений. Величины амплитуд сигналов соответствуют величинам энергии различных типов упругих волн. При этом коэффициент затухания d. около скважи ной среды или различных типов упругих волн измеряют как величину отно шения значений амплитуд сигналов да двух измерительных каналах А и Б где Uj - амплитуда преооладаюцего сигнала, поступающего по горной породе; Uj - амплитуда преобладающегосигнала, поступающего по колонне; к коэффициент пропорциональности.. Измерение в процессе бypeни коэ фнциента затухания для различных типов упругих волн по величине отношения амплитуд преобладающих сигналов позволяет осуществить нормиро вани; величины затухания на передаточнЕг характеристики бурильной машины и последовательно пройденных скважиной горных пород и обеспечить высокую точность измерения и независимость полученных результатов от изменения передаточных характеристик во времени. В связи с тем, что измерение амплитуд производится непрерывно во времени, то и расчленение разреза исследуемой скважины производится непрерывно. Выход блока выделения первой гармоники соединен также с триггером Шмитта 9, служащим для преобраз вания исследуемого сигнала в сигнал, совместимый с уровнем ТТЛ-логи ки. Выходы триггеров Шмитта 9 и 9 соединены с входом блока 12 измерений временного сдвига, где происходит измерение интервального времени пробега, соответствукшего максимума сигналов на каадом канале. Временной сдвиг максимумов отфильтрованных сигналов, принятых по каналам А и Б, определяется линией пути l- , ..., 2 прохрдимой упругимй волнами в каждой горной породе, и скоростью распдостранения колебанийколеоанийР(;е)-.(г-Ь.|.)..А„./(ггде V. .. ., V - скорость распространения волн в различных породах; А, ..., коэффициенты 6, , ..., длина пути, проходимого упругими волнами в различных породах. Интервёшьное время пробега упругих колебаний измеряют по разности моментов прихода максимумов сигналов однотипных волн, принятых по двум измерительным каналам А |i Б и измеренных с дискретностью во времени . . где f(j - момент прихода преобладающего сигнала по колонне труб; Ту - момент прихода преоблгшаю2 щего сигнала по горной породе . Причем выход триггера Щмитта 9 соединен с входом одновибратора 13 НС одним из входов селектора 14 длительности. Одновибратор 13 вырабатывает импульсы, длительностью 2 мс. Селектор 14 длительности служит для выделения полезного сигнала/ длительность которого превышавт 2 мс, что позволяет не учитывать электрические помехи, сбои по цепям питания, возникающие при включении и отключении электродвигателей, насосов, компрессоров и т.д. Выход селектора 14 длитеттьности соединен с первым входом элемента ИНН 15, второй вход которого соединен с выходом калибратора 16. Калибратор 16 вырабатывает импульсы частотой 100 Гц, позволяющие проводить калибровку прибора. Выход элемента ИЛИ 15 соединен с входом блока 17 масштабных коэффициентов И с входом формирователя 18 импульсов калиброванной длительности. Выход формирователя 18 импульсов подсоединен к индикатору 19, в совокупности эти блоки ппедставляют собой аналоговый блок измерения частоты. Блок 17 масштабных коэ(| частоты. Блок 17 масштабных коэффициентов позволяет производить измерения частоты исследуемого объекта в об/мин. Выход блока 17 масштабных коэффициентов подклйчен к пг первому входу формирователя 20 вре„енного окна. Блоки 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25 представляют собой цифровой блок измерения частоты. Второй вход формирователя 20 через делитель 21 частоты подключен к гвнератору 22. Выход формирователя 20 временного окна соединен с входом счетчика 23, который служит для подсчета импульсов, прошедших за время измерения через формирователь 20 временного окна. Выход счетчика 23 соединен с входом буферного регистра 24 памяти. Буферный регистр 24 памяти запоминает число импульйов, подсчитанных счетчике 23 во время предыдущего измерения. Выход буферного регистра 24 памяти соединен с входом индикатора 25. Схема {канал А) функционирует следующим образом.

Акустические сигналы, принимаемые датчиком 1 преобразуются в электрические . С выхода датчика 1 сигнал поступает на вход линии связи 1, где он преобразуется электрооптическим преобразователем 2 в оптический, и по световоду 3 передается на вход оптоэлектрического преобразователя 4 Оптоэлектрические преобразователи преобразуют оптический сигнал в электрический.

.Электрический сигнал с выхдда ли НИИ связи 1 поступает на первый Bxcta блока 5 вычитания, на второй вход которого поступают сигналы с выхода линии связи канала В. d. выхода блока вычитания сигналы поступают на вход усилителя 6. Усиленные сигналы отфильтровываются в фильтрах 7 низких частот и в активных полосовых фильтрах 8 и подаются на вход амплитудного детектора 10 Сигналы с выходов амплитудных детекторов каналов А и Б поступают;на вход измерителя 11 напряжений. С выхода блока вьщелечия первой гармоники сигнал поступает также на вход триггера Шмитта 9, С выхода триггеров Шмитта каналов А и Б сигналы поступают на вход блока 12 измерения временного сдвига.

Сигнал с выхода триггера Шмитта: канала А поступает также н вход одновибратора 13 и на первый вход селектора 14 длительности, бигнал с выхода одновибратора 13 поступает

.на второй вход селектора 14 длителы ности, затем на первый вход элемен-; та ИЛИ 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода калибратора 16. С выхода элемента ИЛИ 15

сигналы параллельно подаются на вход формирователя 18 импульсов калиброванной длительности и блока 17 масштабных коэффициентов. Сигнал с формирователя 18 импуль0 сов поступает на индикатор 19. Генератор 22 вырабатывает пр}шоугольные импульсы стабильной частоты, кЬторые поступают на вход делителя 21 частоты. Сигнал с выхода де5 лителя частоты, равный по длительности 1с, поступает на вход формирователя 20 временного окна:. На второй вход Формирователя 20 временного окна поступают импульсы

с блока 17 масштабных коэффициентов. Сигнал с выхода формирователя временного окна 20 поступает ila вход счетчика 23. Сигнал с выхода счетчика 23 после каяздого измере5 ния записывается в буферный регистр 24 памяти 24, после чего он подается на вход индикатора 25.

Применение изобретения даеТ воз- 1 жность оперативного определения

0 и прогнозирования в процессе бурения поглсвцакхцих и скоростных характерис тик исследуемых горных пород по данным только наземных наблюдений без спуска в буровую скважину специальной забойной аппаратуры.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ ПО авт. СВ. W 1030544, о т Л1;1Ч а ют е ас Я тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство введены дополнительный триггер Шмитта и блок измерения временного сдвига, выходы триггеров Шмитта подключены к входам измерителя временного сдвига, вход дополнительного триггера Шмитта подключен к выходу активного полосового фильтра третьего измерительного канала. (Л С сд СП 00 4: