Устройство для контроля процесса бурения Советский патент 1985 года по МПК E21B44/00 

tt

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для автоматизации управления процессом бурения. Цель изобретения - повышение точ ности. На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого устройства Устройство содержит датчик 1 про дольных колебаний бурильного инстру мента, датчик 2 поперечных колебаний бурильного инструмента, полосовые фильтры 3 и 4, блоки 5 и 6 вычи ления среднего абсолютного отклонен продольных и поперечных колебаний, соответственно, делитель 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний, линию 8 задер ки, делитель 9 сигналов, нуль-орган 10 и блок 11 сигнализации. Каждьй из датчиков 1 и 2 соедине ны через полосовые фильтры 3 и 4 с входами блоков 5 и 6 вычисления сре него абсолютного отклонения продоль ных и поперечных.колебаний соответственно. Выходы 5 и 6 связаны с двумя вхо дами делителя 7 средних абсолютных отклонений, выход которого подключен к одному входу второго дёлите ля 9 сигналов через линию 8 задержсредственно. Выход делителя 9 через нуль-орган 10 связан с блоком 11 сигнализации. Устройство работает следуюпщм образом. Буровое долото обладает двумя основными степенями свободы: вдоль вертикальной оси скважины и в перпендикулярной ей плоскости забоя. В процессе бурения при взаимодействии долота с горными породами возбуждаются два основных вида колебаний-продольное и поперечное , которые в форме продольных и поперечных упругих волн передаются к устью скважины по бурильной колонне. При нормальном процессе бурения осуществляется ударное приложение нагрузки к забою в вертикальном нап равлении за счет перекатывания зубьев шарошек долота по забою. В этих условиях возбуждаются преимущественно продольные колебания, интенсивность которых значительно 512 превосходит энергетический уровень поперечных волн. При отсутствии износа вооружения и опор долота в бурильной колонне развивается стационарньгй волновой процесс, а отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн в колонне в этом случае является также устойчивой стационарной случайной величиной. При износе вооружения и заклинивании шарошек условия ударного приложения нагрузки за счет качения шарошек нарушаются.Шарошки скользят по забою, разрушение забоя идет в неэффективном режиме поверхностного истирания и усталостного разрушения пород., Существенно изменяется и характер возбуждаемых долотом упругих колебаний. За счет перемещения долота в плоскости забоя в бурильной колонне возникают интенсивные поперечные колебания. Стационарность волнового процесса в бурильной Колонне нарушается, изменяется соотношение между энергетическими уровнями продольных и поперечных волн, возникают срывы и всплески функции, характеризующей отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн. Это служит сигналом о нарушении нормального процесса бурения вследствие износа долота. Продольные и поперечные упругие волны, распространяющиеся от долота, преобразуются датчиками 1 и 2 в электрические сигналы, которые отфильтровываются от помех полосовыми, фильтрами 3 и 4 и подаются на входы блоков 5 и 6, предназначенных для вычисления среднего абсолютного отклонения продольных и поперечных колебаний соответственно. Выходные сигналы блоков 5 и 6, пропорциональные среднему абсолютному отклонению продольных и поперечных колебаний, поступают на входы делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний. При нормально установившемся процессе бурения сигналы с блоков 5 и 6 являются стационарными и по условию стационарности отличаются лишь на постоянный множитель. Вследствие этого на выходе делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний действует постоянный сигнал. При заклинивании долота стационарность случайных волновых процессов нарушается, поэтому сигналы на выходе делителя 7 уменьшаются или увеличиваются.

Для установления заклинивания долота по моменту изменения сигнала на выходе делителя 7 служит второй делитель 9. На один его вход подается сигнал с выхода делителя 7 через линию 8 задержки, а на второй вход выходной сигнал делителя 7 подается непосредственно. Время задер,жки сигнала устанавливается равным, например, 20 с, что обеспечивает своевременное установление заклинки долота до возникновения аварийной ситуации из-за передержки отработанного долота на забое.

Таким образом, на вход делителя 9 поступают два сигнала: один - адекватный, или синхронный процессам на забое, и второй - задержанный во времени (например, на 20 с). Первый сигнал отображает состояние долота в момент наблюдения i , а второй

сигнал - в предшествующий момент времени t - «Л , где «f-t - время задержки сигнала. При отсутствии заклинивания сигнал на выходе делителя 9 является постоянным. Если заклинивание долота происходит в момент -i , то в этот момент анализируемый сигнал становится нестационарным по среднему абсолютному от0клонению, а предшествующий сигнал, соответствующий времени -t - tft , является еще стационарным. По этой причине сигнал c/-t / cAi - сК , соответствующий отношению на выходе

5 делителя 9, значительно превышает порог срабатьшания нуль-органа 10, В этот момент с нуль-органа 10 поступает управлякиций сигнал в блок 11 сигнализации.

0

Преимущества предлагаемого устройства состоят в обеспечении более точной оптимальной длительности долбления. Надежность выдаваемой информации о состоянии долота обоснована

5 путем экспериментальной проверки при бурении скважин.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ, содержащее датчики продольных и поперечных колебаний бурильного инструмента, соединенные через полосовые фильтры с блоком вычисления средних значений, нуль-орган и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя делителями и линией задержки, причем выходы блоков вычисления средних значений подключены к входам первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго делителя и через линию задержки с его вторым входом, а выход второго делителя через нуль-орган связан с блоком индикации. (Л С