Устройство для контроля износа долота Советский патент 1985 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к контролю и управлению процессом турбинного бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для определения момента подъема долота с забоя в связи с износом его вооружения.

Известно устройство, позволяющее опреде тить износ долота и момент окончания бурения, содержащее датчик проходки, блок измерения механической скорости, анализатор рейсовой скорости, табло индикации 1.

Недостатком его является то, что контроль долота достоверно осуществляется только в условиях однородной породы и для долот с фрезированным вооружением.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля износа долота, содержащее блок измерения механической скорости, первый выход которого соединен с входом блока измерения разности механической скорости, первый делитель, первый выход которого соединен с входом первого элемента сравнения, су-мматор, второй элемент сравнения и табло индикации 2.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность его работы в условиях частоперемещающихся пород различной буримости из-за больщих погрешностей в оценке математического ожидания приращений механической скорости, обусловленных нестационарностью дисперсии и варьированием ее в широком диапазоне.

Цель изобретения - повыщение достоверности распознавания начала интенсивного разрушения вооружения долота.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля износа долота, содержащее блок измерения механической скорости, первый выход которого соединен с первым входом блока измерения разности механической скорости, первый делитель, первый выход которого соединен с входом первого элемента сравнения, сумматор, второй элемент сравнения и табло индикации, снабжено вторым делителем, счетчиком числа измерений и блоком управления, выходы которого соединены с первыми входами блока измерения механической скорости, первого делителя, сумматора, второго делителя, а также с вторым входом блока измерения разности механической скорости, выход которого соединен с вторым входом первого делителя, второй выход блока измерения механической скорости соединен с третьим входом первого делителя, второй выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с вторым входом второго делителя, выход которого через второй элемент сравнения соединен с входом табло индикации, цричем первый выход первого элемента сравнения через счетчик числа измерений соединен с третьим входом второго делителя, а второй выход

первого элемента сравнения - с входом блока управления.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для контроля износа долота содержит блок 1 измерения механической скорости, блок 2 измерения разности механической скорости, первый делитель 3, первый элемент 4 сравнения, блок 5 управления,

Q сумматор 6, второй делитель 7, счетчик 8 числа измерений, второй элемент 9, сравнения табло 10 индикации. Блок 1 измерения механической скорости соединен напрямую и через блок 2 измерения разности механической скорости с вторым и третьим входами первого делителя 3. Разные выходы делителя 3 через сумматор 6 по одной цепи и первый элемент 4 соединения и счетчик 8 числа измерений по другой цепи соединены с входами второго делителя 7, а его выход через второй элемент 9 сравнения подан на табло 10 индикации. Кроме того, pa3Hbjg выходы блока 5 управления соединены с входами блока 1 измерения механической скрости, блока 2 измерения разности механической скорости, первого делителя 3,

5 сум.матора 6, второго делителя 7, а вход соединен с одним из выходов первого элемента 4 сравнения.

Устройство работает следующим образом. На вход блока 1 измерения механической скорости поступают импульсы проходки Н. За время измерения Д1, задаваемое блоком 5 управления, в блоке 1 накапливается N импульсов, соответствующих некоторому значению механической скорости V,+i, которые после окончания времени

5 измерения Д1 поступают на вход первого усилителя 3. Одновременно количество накопленных импульсов, соответствующих значению механической скорости V,|-i, поступает на вход блока 2 Измерения разности механической скорости, в который в предыдущем i-M цикле измерения было занесено значение механической скорости V,в обратном коде. К концу цикла измерения в нем образуется значение разности механической скорости ДУ,. После окончания цикла измерения блок 5 управления дает команду на вычисление значения относительной разности -. в первом делителе 3, после чего оно сравнивается в элементе 4 сравнения с заданной уставкой. При превышении уставки блокируется выполнение остальных команд блока 5 управления и начинается новый цикл измерения. Таким образом, из анализа текущего процесса исключаются относительные разности, коррелирование с изменением разбуриваемой породы или режима бурения, полезная ин формация в которых полностью скрыта помехой. Если текущее значение - меньше уставки, то после окончания операции сравнения элемент 4 сравнения выдает единичный импульс в счетчик 8 числа измерений и разрешает дальнейшую работу блока 5 управления, который выдает команду на разрешение операции суммирования относительных разностей в сумматоре 6. Следуюш,ей командой выполняется операция деления в делителе 7, в результате чего вычисляется математическое ожидание относительных разностей механической скорости М(-.), которое сравнивается с заданной уставкой в элементе 9 сравнения. При превышении уставки с элемента 9 сравнения поступает сигнал, включающий на табло 10 индикации «Конец бурения. Работа устройства на этом заканчивается.

Предлагаемое устройство позволяет более точно определить наступление периода интенсивного разрушения твердосплавного штыревого вооружения долота в условиях частоперемешающихся пород и больших диапазонов изменения механической скорости по долблению.

Указанные преимущества объясняются следующим. Износ вооружения долот с твердосплавным вооружением в корне отличается от износа долот с фрезированным вооружением. Если у последних протекание износа характеризуется экспоненциальным характером, то для долот с твердосплавным вооружением наиболее адекватной моделью износа является полиномиальная.

Учитывая, что в основное, длящееся часы и десятки часов, время работы долота износ не превышает 15%, а основная часть износа в виде разрушения и сколов зубьев приходится на 15-40 мин работы долота и имеет нарастающий характер, то математическая модель износа по долблению имеет вид

Тр.д. е т,

Тр.д. eTj,

гдеВ(1) -текущий износ вооружения долота;бо, б/ - коэффициенты;

Tpg-текущее время работы долота; гТо - основной участок работы долота;

Та - участок .интенсивного разрушения долота.

Отсюда в качестве критерия окончания работы долота целесообразнъ принимать попадание его в зону интенсивного износа. Сложность решения такой задачи объясняется нестационарностью математического ожидания и дисперсии информативного параметра об износе - механической скорости бурения. В известном устройстве путем перехода к разностям механической скорости

5 устраняется нестационарность по математическому ожиданию на основном участке и наступление интенсивного износа вооружения идентифицируется как уход математического ожидания разностей механической

0 скорости с нулевого уровня. Такой алгоритм удовлетворительно работает в условиях медленного изменения дисперсии разностей по долблению. Однако в условиях частой смены пород, характеризующихся значительным (в 2-4 раза) изменением дисперсии

5 разностей, подобная оценка математического ожидания связана с большими погрешностями.

Поэтому предлагается оценивать математическое ожидание такой структурной характеристикой случайного процесса, как дис0сипант, представляющий собой отнощение производной случайного процесса к самому процессу. В данном случае диссипант - 6(t), относительные разности механической скорости 6(1). Подобное преобразование приводит к постоянству дисперсии исследуемого процесса и, как результат, увеличивает точность распознавания качала интенсивного износа долота.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ДОЛОТА, содержащее блок измерения механической скорости, первый выход которого соединен с первым входом блока измерения разности механической скорости, первый делитель, первый выход которого соединен с входом первого элемента сравнения, сумматор, второй элемент сравнения и табло индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания начала интенсивного разрушения вооружения, долота, устройство для контроля износа долота снабжено вторым делителем, счетчиком числа измерений и блоком управления, выходы которого соединены с первыми входами блока измерения механической скорости, первого делителя, сумматора, второго делителя, а также с вторым входом блока измерения разности механической скорости, выход которого соединен с вторым входом первого делителя, второй выход блока измерения механической скорости соединен с третьим входом первого делителя, второй выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с вторым входом второго делителя, о выход которого через второй элемент срав нения соединен с входом табло индикации, (Л причем первый выход первого элемента сравнения через счетчик числа измерений соединен с третьим входом второго делителя, а второй выход первого элемента сравнения - с входом блока управления.