Устройство для измерения глубины скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B44/00 E21B45/00 

Изобретение относится к контролю и измерению параметров процесса бурения нефтяных и газовых скважин на буровых установках.

Известно устройство для измерения глубины скважины и положения долота, содержащее датчик положения талевого блока датчик веса на крюке/ устройство направления движения бурового инструмента, схемы совпадения, счетчик импульсов Над забоем., счетчик импульсов Забой, схему НЕ и индикатор Г13,

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, вызванная тем, что во время разгона и замедления буровой лебедки при спуска и подъеме инструмента натяжение талевого каната уменьшается, что приводит к кратковременному исчезновению сигнала датчика веса на крюке, в результате чего возникает случайная погрешность измерения величины перемещения талевого блока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения глубина скважины, содержащее сельсинный датчик положения Тсшевого блока, блок направления движения бурового инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блоком коррекции погрешности, который соединен с блоком направления бурового инструмента, связанным со счетчиком импульсов Над забоем первой и второй схемами совпадения, а счетчик и -/ пульсов Над забоем подключен через последовательно соединенные индикатор и схему НЕ ко второй схеме совпадения, связанной со счетчиком импульсов Над забоем, при этом первая схема совпадения подключена по входу к схеме НЕ, а по выходу - к счетчику импульсов Забой СЗЗ.

Недостатком известного устройства является низкая надежность из-эа сложности блока коррекции погрешности и низкая помехозащищенность вследствие Нсшичия статической памяти, которая D процессе работы может быть сброшена случайной помехой, так как она устанавливается от фронта сигнала датчика веса и при установившемся режиме, т.е, при неизменном весе, не подтвер/кдается состояние триггера. Кроме того, недостатком известного устройства является низкая точность вследствие возможного ложного счета импульсов пути на границе перехода дискреты датчика положения при вибрациях которые имек)тся на буровых установках.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения глубины скважины, содержащее сельсинный датчик положения талевого блока, блок направления движения бурового инструл5ента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блоком коррекции погрешности, который .соединен с блоком направления движения бурового инструмента, связанным со счетчиком импульсов Над забоем первой и второй схемами совпадения, I а счетчик импульсов Над забоем (подключен через последовательно соединенные индикатор и элемент НЕ ко второй схеме совпадения, связанной со счетчиком импульсов Над забоем при этом первая схема совпадения подключена .по входу к схеме НЕ, а по выходу к счетчику импульсов Забой снабжено генератором опорной частоты, делителем частоты, формирователем трехфазного питания, квантователем фазы, триггером дискреты и одновибратором, при этом генератор опорной частоты подключен на вход делителя частоты,.три выхода которого через последовательно соединенные формирователь трехфазного питания соединены с обмотками сельсинного датчика, выход которого через квантователь фазые триггер дискреты и одновибратор подключен к первому входу блока направления движения, четвертый выход делителя подключен к квантователю фазы, а пятый - ко второму входу блока направления движения, причем блок коррекций погрешности выполнен в виде элемента ИЛИ и одновибратора, соединенных по входу с компаратором, выход одновибратора подключен к другому входу элемента ИЛИ, блок направления движения бурового инструмента выполнен в виде триггера и соединенных с ним двух элементов И, подключенных к выходу элемента ИЛИ блока коррекции погрешности,

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения глубины скважины и положения бурильного инструмента над забоем содержит сельсинвый датчик 1 положения талевого блока, формирователь 2 трехфазного нгшряжения питания сельсина, многоразрядный делитель 3 частоты, генератор 4 опорной частоты, квантователь 5 фазы, триггер б дискреты, одновибратор 7, блок 8 направления движения, состоящий из триггера 9 и трех входовых элементов И 10 и 11 датчик 12 веса на крюке, компаратор 13, блок 14 коррекции погрешности, возникающей в динамических режимах работы буровой установки, состоящий из одновибратора 15 и элемента ИЛИ 16, схему 17 и 18 совпадения, счетчик 19 импульсов Забой, реверсивный счетчик 20 импульсов Над забоем, индикатор 21 нуль, схему НЕ 22. Генератор 4 опорной частоты подключен на вход делителя 3 частоты, который Формирует ряд синхронизированных частот. Три выхода делителя 3 подключены на вход формирователя 2, который из ряда синхронизированных частот формирует три частоты, сдвинутые, на 1/3 периода. Выход формирователя 2 трехфазного питания подключен на обмотки сельсинного датчика, который подключен на вход квантователя 5 Лазы. На другой вход квантователя 5 подключена одна из синхронизированных частот четвертого выхода делителя 3, которая кратная питающей частоте формирователя 2. Выход квантователя 5 фазы подклю чен на вход запуска триггера б диск реты. Входы управления триггера 6 дискреты и триггера 9 блока 8 напра ления подключены к пятому выходу де лителя 3. Выход триггера б дискреты через одновибратор 7 соединен с входом за пуска триггера 9 и элементов И 10 и 11 блока 8, вторые входы элементо 10 и 11 подключены к прямому и инверсному выходу триггера 9. Выходы элементов 10 и 11 образуют соответственно выходы блока 8 Вверх и Вниз. Датчик 12 веса соединен с компаратором 13, который подключен на вход одновибратора 15 и элемента ИЛИ 16 блока 14 коррекции. Другой вход элемента 16 соединен с выходом одновибратора 15. Выход блока 14 коррекции подключен на третьи входы элементов 10 и 11 блока 8 направления движения. Выход Вниз блока 8 соединен с входами схем 17 и 18, а выход Вверх соединен с входом Суммирование счетчика 20, выход которого через индикатор 21 подключен к другому входу схемы 17 и через последовательно соединенные схе мы 21 и 22 к другому входу схемы 18. Выход схемы 18 соединен с входом Вычитание счетчика Над забоем, а выход схемы 17 соединен с вх дом счетчика 19 Забой. Устройство работает следукнцим образом. В основе работы устройства лежит подсчет дискрет фазы, количество которых пропорционально величине пе ремещения талевого блока. С этой целью весь оборот сельсинного датчи ка 1 за счет синхронизированного пи ,тания делится на п частей, где п выбирается из ряда Ю, 10 2, 10. Дальнейшее деление нецелесообразно из-за того, что собственная погрешность сельсинного датчика становится соизмеримой с дискретой деления. При этом коэффициент вычисляется по соотношению одной из синхронизированных частот делителя 3 с частотой питания датчика 1 от формирователя 2. Тогда дискрета фазы л определяется из следукицего выражения к . i-n где Ч - фазовый сдвиг, равный 360 и соответствующий нормирующему перемещению рабочего органа fp - частота питающего напряжения f f - синхронизированная частота делителя. Сигнал выхода сельсинного датчика 1 поступает на вход квантователя 5фазы, который Формирует прямоугольный импульс положительной полярности с дискретным изменением фазового сдвига и гистерезисом в пределах половины дискреты. Благодаря этому исключается влияние возможных флюктуации фазы, а также вибраций на формирование дискреты на границе ее перехода. Выходной сигнал триггера 6дискреты на переходах с положительной полярности в нуль нормируется по длительности на одновибраторе 7, который совместно с синхронизированной частотой делителя 3 частоты на триггере 9 блока 8 формирует статический сигнал направления движения. Блок 8 учитывает направление движения инструмента и распределяет входную последовательность импульсов на две выходные, которые отвечают движению инструмента вниз или вверх. Реверсивный счетчик 20 следит за глубиной погружения долота в скважину. При достижении инструментом забоя счетчик 20 приходит в нулевое состояние и выходной сигнал индикатора 21 Нуль открывает схему 17 совпадения, пропуская последовательность импульсов С: выхода Вниз блока 8 на счетчик 19 Забой. При отрыве долота от забоя или подъеме инструмента последовательность импульсов Вверх блока В поступает на вход Суммирование счетчика 20, который показывает положение долота Над забоем. Одновременно индикатор 21 Нуль закрывает схему 17 и через схему 22 открывает схему 18, подключая последовательность импульсов с выхода Вниз блока 8 на вход Вычитание счетчика 20. При этом последовательность импульсов Вниз вычитается из записанного в счетчике 20 перемещения и при достижении им нулевого СОСТОЯНИЯ;т.е. в момент касания долотом забоя,индикатор 21 открывает схему 17- и через схему 22 закрывает схему 18.Счетчик 19 считает импульсы углубления инструмента.Последовательность импульсов Вверх или Вниз прохолит на входы счетчиков только при наличии веса колонны на крюке„ что исключает учет изменения величин при холостых перемещениях талевой системы,буровой установки. Граничное значение веса в виде уста вки задается S компараторе 13, ве на крюке определяется датчиком 12. При наличии веса на крюке, большего значения уставки компаратора 13, по следний опрокидывается и через элемент 16 дается разрешение на элементы 10 и 11 блока 8 и импульсы считываются счетчиками и индицируются. При резких ускорениях и замедлениях бурильного инструмента в проце се спуско-подъемных операций, когда за счет сил инерции кратковремЙ1Но исчезает сигнал датчика 12 веса, срабатывает одновибратор 15 и через элемент 16 удерживает блок 8 в разрешенном состоянии, обеспечивая счет импульсов. Постоянная времени одновибратора выбирается такой величины, чтобы исключить ложные исчезновения сигнала наличия веса на крюке. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность устройства и точность измерения положения инструмента и глубины скважины за счет исключения неопределеяности формирования дискрет на границе их перехода и погрешностей, возникакщих в динамических режимах, а также помехозамищенность за счет использования Лазового инфоргтационного сигнала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИНЫ, содержащее сельсинный датчик положения талевого блока, блок направления движения бурового инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блоком коррекции погрешности, который соединен с блоком направления движения бурового инструмента, связанным со счетчиком импульсов Над забоем первой и второй схемами совпадения, а счетчик импульсов Над забоем подключен через последовательно соединенные индикатор и элемент НЕ ко второй схеме совпадения, связанной со счетчиком импульсов Над забоем, при этом первая схема совпадения подключена по входу к схеме НЕ, а по выходу - к счетчику импульсов Забой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и точности измерения, оно снабжено генератором опорной частоты, делителем частоты, формирователем трехфазного питания, квантователем фазы, триггером дискреты и одновибратрром, при этом генератор опорной частоты подключен на вход делителя частоты, три выхода которого, через последовательно соединенный Лормирователь трехфазного питания соединены с обмотками сельсинного датчика, выход которого через квантователь фазы, с SS триггер дискреты и одновибратор подключен к первому входу блока направ(Л ления движения, четвертый выход делителя подключен к квантователю фазы, а пятый - ко второму входу блока направления движения, причем блок коррекции погрешности выполнен в виде элемента ИЛИ и одновибратора, соединенных по входу с компаратором, выход одновибратора подключен к друх гому входу элемента ИЛИ, а блок направления движения бурового инструх мента выполнен в виде триггера и соео диненных с ним двух элементов И, подключенных к выходу элемента ИЛИ ел блока коррекции погрешности. м