Устройство для измерения износа долота в процессе бурения Советский патент 1987 года по МПК E21B45/00 

112

Изобретение относится к бурению глубоких скважин и может быть использовано для определения износа вооружения шарошечного долота в процессе бурения,

Цель изобретения повьшение точности измерений износа вооружения долота.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема блока расчета времени работы долота.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращения долота, преобразовател 2 осевой нагрузки, преобразователь 3 времени бурения. Преобразователь 2 осевой нагрузки.подключен к последовательно соединенным формирователю 4 импульсов, блоку 5 управления, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока 6 памяти. Второй вход блока 5 соединен с вторым входом второго блока 7 памяти. Блок 8 уставок четьфьмя выходами соединен с входами блока 9 расчета времени работы долота, выход которого соединен с первым входом делителя 10. Выход преобразователя 3 времени бурени соединен с первым входом первого блока 6 памяти, выход которого подклю- чен к последовательно соединенным множителю 11, сумматору 12, индикатору 13. Вькоды датчика 1 частоты вращения долота и преобразователя 2 осевой нагрузки соединены с первыми двумя входами блока 9 расчета времени работы долота. Второй вход делителя 10 соединен с пятым выходом блока 8 уставок. Выход множителя 11 подключен к Первому входу блока 5 упоавления.

Блок 9 расчета времени работы долота включает (фиг. 2) вычислитель 14, сумматор 15, элемент 16 возведе- ния в степень, множители 17 и 18, делитель 19. Выходы вычислителя 14 и сумматора 15 соединены с входами множителя 17, а выход элемента 16 возведения в степень соединен с входом множителя 18. Выходы множителей 17 и 18 подключены к делителю 19.

Блок 9 расчета времени работы долота по воорз жению реализует еле- дующий алгоритм:

( Рое.) (S )

(1)

5 0 5 0

1

где Т,

Р РСР

5

5 50

- время работы долота, обусловленное износом его вооружения j

максимально, допустимая нагрузка на долото; средняя нагрузка на долото в моменты очередных подач бурового инструмента; - средняя частота вращения

долота в моменты очередных подач бурового инструмента; S - отношение ширины основания зубца к его начальной ту- пизне;

А - коэффициент, учитывающий конкретные условия работы долота (коэффициент абразив- ности);

р - величина, .зависящая от типо- модели долота и параметров режима бурения.

Блок 8 уставок представляет собой блок потенциометров, с помощью которых задаются параметры , , , S, коэффициент А и показатель степени р, где h „,„ - износ вооружения долота в относительных единицах (h О в начале долбления; ,, 1 при полностью изношенном долоте).

Параметры , h „JH , А и /3 определяются по данным ранее отработанных долот (статистическим данным),, если такие данные отсутствуют (бурение ведется на малоизученных площадках), то значения этих параметров устанав- хшваются по показаниям предыдущего долбления. Ошибка при этом не превышает наиболее распространенную при использовании статистических данных. Необходимость лишь учитывать неравномерность использования такой информации на границах смены свойств породы и при смене типа долота. Параметр устанавливается для каждой типомоде- ли долота.

Множитель 11 реализует зависимость

fl vi-bW-T

де Ь.

V

MljH

U Т

И1ТЛ )

(2)

йТ„

1М

текущий износ вооружения шарошечного долота; скорость износа вооружения долота;

интервал времени, в течение которого происходит очередная подача долота (время измерения).

В сумматоре 12 результат измерени износа вооружения долота при данной подаче бурильного инструмента скла- дьгоаетс.я с результатами предьщущих измерений.

В предлагаемом устройстве блок 5 управления представляет собой RS- триггер, реализованный на логических элементах ИЛИ-НЕ с прямым выходом, а формирователь 4 импульсов - триггер Лмидта.

Устройство работает, следующим образом.

Перед началом операции бурения в блоке 8 уставок задаются параметры: Рцр, S, А, /3 и Ь,„ . В исходном состоянии выходы блоков 6 и 8 памяти закрыты. В процессе бурения от преобразователя 3 времени бурения поступает сигнал, пропорциональный текущему значению времени, на вход блока 6 памяти. Одновременно с датчика 1 частоты вращения долота, преобразователя 2 осевой нагрузки и блока 8 уставок (параметры А, S, (3 , ) подаются сигналы, пропорциональные своим значениям на блок 9 расчета времени работы долота. В последнем осуществляется операция согласно выражению (1). Результат вычисления Tg поступает-на один из входов дели теля 10, на другой вход которого с блока 8 уставок поступает параметр

H-JH В делителе 10 производится расче

текущей скорости износа долота по формуле

(3)

h „,,H/Tj

Результат деления регистрируется блоком 7 памяти. При очередной подаче бурильного инструмента от преобразователя 2 осевой нагрузки через формирователь импульсов 4 в блок 5 управления поступает прямоугольный сигнал, длительность которого равна времени очередной подачи бурильного инструмента. На выходе блока 5 управления появляется сигнал логической 1, который открывает блоки 6 и 7 памяти. С выходов последних поступают сигналы, пропортщональные текущим значениям н У,„ , на множитель 11, где осуществляется операция умножения согласно вьфаже- нию (2). Результа т умножения поступает на вход сумматора 12, где осу(3)

O

5

0

5

ществляется опера1щя сложения значения износа вооружения долота при данной подаче бурильного инструмента с пpeдьщyпш я значениями измерений, а затем поступают на индикатор 13.

Одновременно сигнал окончания операции умножения по цепи обратной связи поступает в блок 5 управления, в результате чего на выходе блока управления появляется сигнал логического О, которьй поступает в блоки памяти 6 и 7 и запрещает прохождение сигналов с этих блоков в множитель 11. Таким образом, осуществляется цикл измерения износа вооружения долота при данной подаче буриль- кого инструмента. При следующей подаче после поступления сигнала с формирователя 4 импульсов осуществляется очередндй цикл измерения.

Формула изобрет ения

-

т

Устройство для измерения износа долота в процессе бурения, содержащее преобразователь осевой нагрузки, выход которого соединен с выходом

30 формирователя импульсов, преобразователь времени бурения, выход которого соединен с первым входом первого блока памяти, блок управления, первый выход которого соединен с вто35 рым входом первого блока памяти,делитель, выход которого соединен с первьм входом второго блока памяти, и индикатор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точ- 40 ности измерений износа долота, устройство снабжено датчиком частоты вращения долота, блоком расчета времени работы долота, блоком уставок, множителем и сумматором, причем вы45 ходы датчика частоты вращения долота и преобразователя осевой нагрузки соединены с первьгми двумя входами блока расчета времени работы долота, первые четьфе выхода блока уставок

50 соединены с другими входами блока расчета времени работы долота, выход которого соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с первым входом делителя,

55 второй вход которого соединен с пятым выходом блока уставок, при этом выход первого блока памяти соединен с первым входом множителя, выход которого соединен с сумматором и пер51283361 -6

ВХОДОМ блока управления, BTD к второму входу множителя, выход рой выход последнего соединен с Лоомирователя импульсов соединен с втррым входом первого блока памяти, вторым входом блока управления, а выход .выход второго блока памяти подключен сумматора подключен к. индшсатору .

.2

Изобретение относится к техьшке бурения глубоких скважин и позволяет с высокой точностью измерять износ вооружения долота (Д), Для этого в процессе бурения непрерывно измеряют частоту вращения Д датчиком 1, осевую нагрузку датчиком 2 и текущее значение времени бурения преобразователем (П) 3. Сигналы с датчиков 1 и 2 с блока (Б) 8 уставок поступают в Б 9. /Здесь осуществляется вычисление времени TQ работы Д, обусловленного износом его вооружения. Одновременно с П 3 сигнал поступает в Б 6 памяти. Сигнал Tg поступает на делитель 10. На второй его вход поступает сигнал с Б 8, пропорциональный износу Ь„ вооружения Д. В делителе 10 осуществляется вычисление текущей скорости V,,3H износа Д: Ь„,„ /Т . Результат деления регистрируется Б 7 памяти. При очередной подаче сигнал с датчика 2 через формирователь 4 прямоугольных импульсов поступает в Б 5 управления. Его длительность равна времени очередной подачи. С выходов Б 6 и 7 текущие значения и перемножаются в множителе 11. Выходной сигнал с него поступает,на сумматор 12. Здесь осуществляется сложение текущего значения с предьздущим Ь„зц . Суммарньй сигнал поступает на индикатор 13 и одновременно в Б 5. Выходной сигнал с его выхода закрывает выходы Б 6 и 7. Очередной цикл измерения осуществляется после поступления нового сигнала с формирователя 4. 2 ил. (Л ьэ 00 со 00