Устройство для ориентирования отклонителя Советский патент 1988 года по МПК E21B47/24 

00 05 00 4 СО

«te.7

Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважин забойными двигателями, в частнос ти к устройствам для ориентирования отклонителя.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности ориентирования

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема преобразователя сигналов рассогласования угла отклонителя и блока срав- iнения,

Устройство для ориентирования отклонителя содержит блок 1 задания :угла положения отклонителя, телеметрическую систему с наземным пультом 2, содержащим регистраторы углов ази мута, положения отклонителя и наклона (не показаны), и с забойными датчиками 3, блок 4 сравнения, исполни- тельный механизм 5 поворота бурильно колонны с породоразрушающим инструментом, например долотом, и преобра30

35

зователь 6 рассогласования сигналов угла отклонителя. Преобразователь 6 содержит тактовый генератор 7, блок 8 определения величины рассогласова- ния угпа отклонителя, блок 9 определения знака, элемент И 10, элемент И-ИЛИ 11 и блок 12 индикации.

Кроме того, устройство содержит регулятор 13 подачи долота, роторный стол 14, трос 15, колонну 16 бурильных Труб со встроенным каналом связи, забойный двигатель 17 и отклонитель И 8. Блок сравнения содержит два двоичных счетчика 19 и 20. Исполнительный механизм 5 состоит из электродви- 40 гателя 21 и реле 22.

Блок 8 определения величины рассогласования угла отклонителя содержит R S-триггер 23, двоичный реверсивный счетчик-дешифратор 24. Блок 9 определения знака рассогласования включает элементы И 25 и 26, элемент ИЛИ 27 и D-триггер 28.

Блок 12 индикации состоит из пяти ламп 29-33 накапливания, расположенных в ряд.

При этом первый вход блока 4 сравнения связан с первым выходом наземного пульта 2 телеметрической системы, второй вход - с блоком 1 задания

25

45

50

55

положения отклонителя, третий вход - с третьим выходом преобразователя 6 рассогласования сигналов угла отклонителя, а четвертый вход - с вторым

выходом наземного пульта 2 телеметрической системы. Первый выход преобразователя 6 подключен к исполнительному механизму 5 поворота бурильной колонны, связанному с роторным столом 14, который связан с колонной 16 бурильных труб, второй выход преобразователя 6 подключен к входу регулятора 13 подачи долота, выход которого тросом 15 связан с колонной 16 бурильных труб. Первый и второй выходы блока 4 сравнения соединены со- ответственно с первым и третьим входами преобразователя 6, второй вход которого соединен со вторым выходом наземного пульта 2 телеметрической системы. С колонной бурильных труб жестко связаны забойный двигатель 17, отклонитель 18 и забойные датчики 3 телеметрической системы, выход которых соединен с входом наземного пульта 2 телеметрической системы.

Первый и второй входы блока 9 определения знака преобразователя 6 подключены к первому и второму выходам блока 4 сравнения, третий вход - к выходу блока 8 определения величины рассогласования, один информационный выход подключен к первым входам элементов И 10 и И-ИЛИ 11 и, блоку 12 индикации, а другой - к второму входу элемента И-ШШ 11 и второму входу блока 12 индикации. Третий выход блока 9 определения знака подключен к первому входу блока 8 определения величины рассогласования, второй вход которого подключен к второму выходу наземного пульта 2 телеметрической

системы, а третий вход - к выходу генератора 7, соединенному дополнительно с третьим входом блока 4 сравнения. Первый выход блока 8 определения величины рассогласования подключен к второму входу элемента.И 10 и третьему входу элемента И-ИЛИ 11. Второй выход блока 8 определения величины рассогласования подключен к первому входу блока 12 индикации.

Выходы элементов И-10 и И-ИЛИ 11 соединены с входами блоков 13 и 5 соответственно. Счетчик 19 (двоичный вычитающий с предварительной установкой) имеет входы декрементации (уменьшения) с входной логикой по И, входы предварительной установки и прямой динамический вход разрешения записи, а также инверсньй выход зае- ма. Счетчик 20 (двоичный реверсивный3

с модулем счета 360) имеет входы ин- крементации (увеличения) и декремен- тации с . входной логикой по И и ин-ч вареный выход заема. Входы предварительной установки счетчика 19 соединены с блоком 1 задания положения отклонителя, прямой динамический вход разрешения записи - с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической системы, выход заема - с входом декрементации, следующий вход декрементации - с выходом синхронизации наземного пульта 2 телеметричес136

1368431

дешифратор 24 по модулю счета 180 имеет входы декрементации и инкремен- тации с входной логикой по И, прямой динамический вход установки в нуль, информационные выходы 1-4 и выход переноса. Триггер 23 имеет прямые динамические входы установки в нуль и в единицу, а также прямой и инверсный статические выходы.Вход триггера 23 установлен в единицу соединен с входом установки в нуль счетчика 24 и соединен с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической сис

Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважин- забойными двигателями. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности ориентирования. Устр- во содержит телеметрическую систему, включающую забойные датчики 3, наземный пульт 2 с регистратором углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок 4 сравнения,блок 1 задания углз положения отклонителя, исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны с породоразрушаю- щим инструментом. Устр-во имеет преобразователь 6 рассогласования сигналов углов положения отклонителя, подключенный к механизму 5 и связанный с регулятором 13 подачи породоразру- шающего инструмента. Ориентирование отклонителя осуществляют с помощью механизма 5 и с помощью регулятора 13. Используют при этом зависимость угла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. § (Л

кой системы. Вход декрементации счет- g темыг Вход триггера 23 установки в

20

25

30

35

чика 20 соединен с его выходом заема, следующий вход декрементации - с выходом синхронизации наземного пульта 2 телеметрической системы, вход ин- крементации - с выходом информации наземного пульта 2,

Исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны необходим для вращения роторного стола 14, в котором закреплена колонна 16 бурильных труб со встроенным каналом связи.К низу бурильной колонны 16 присоединены последовательно друг за другом забойные датчики 3 телеметрической системы, забойный двигатель 17, от- клонитель 18. Вал электродвигателя 21 соединен с редуктором роторного стола 14. Контакты реле 22 коммутируют цепи питания электродвигателя 21, а обмотка реле 22 подключена к первому выходу преобразователя 6. Преобразователь 6 рассогласования определяет знак и числовое значение разности между заданным и фактическим углами положения отклонителя, осуществляет индикацию этой разности и вырабатывает выходные сигналы для управления исполнительным механизмом 5 и регулятором 13 подачи долота.

Регулятор 13 подачи долота слу- g жит для регулирования нагрузки на колонну 16 бурршьных труб.

Генератор 7 вырабатывает непрерыв- ную последовательность прямоугольных импульсов, синхронизирующих работу устройства. Выход генератора соединен с входами декрементации счетчиков 19 и 20 и входом инкрементации счетчика 20.

Блок 8 определения величины рассогласования угла отклонителя служит для определения абсолютного значения разности между заданным и фактическим углами положения отклонителя. Счетчик

40

50

55

нуль соединен с выходом переноса счетчика-дешифратора 24. Прямой выход триггера 23 соединен с входом инкрементации сче тчика-дешифратора 24, а инверсный - с входом декремен тации. Выход гененатора 7 соединен другими входами инкрементации и дек рементации счетчика-дешифратора 24.

Триггер 28 имеет прямой и инверс ный выходы, статический D-вход и пр мые динамические входы стробировани установки в нуль и установки в един цу. Инверсный выход триггера 28 сое динен с D-входом, вход стробировани соединен с выходом переноса счетчик дешифратора 24. Прямой вход элемент И 25 соединен с инверсным входом эл мента И 26 и с выходом заема счетчи ка 20. Инверсный вход элемента И 25 соединен с прямым входом элемента И

26и с выходом заема счетчика 19.Выход элемента И 25 соединен с входом элемента ИЛИ 27 и с входом триггера установки в единицу. Выход элемента И 26 соединен с входом элемента ИЛИ

27и с входом триггера 28 установки в нуль. Выход элемента ИЛИ 27 соединен с входами инкрементации и декрементации счетчика дешифратора 24. Выход элемента И 10 соединен с регулятором подачи долота 13, один из входов - с прямым выходом триггера 28, а другой вход - с первым выходом счетчика-дешифратора 24.

Выход элемента И-ИЛИ 11 соединен с обмоткой реле 22, инверсный вхо; подключен к первому выходу счетчика- дешифратора 24, прямой вход соединен с прямым выходом триггера 28, вход разрешения - с инверсным выходом того же триггера.

Блок 12 индикации производит с за ранее заданной дискретностью индикации разности между заданным и факти20

25

30

35

g

40

0

5

нуль соединен с выходом переноса счетчика-дешифратора 24. Прямой выход триггера 23 соединен с входом инкрементации сче тчика-дешифратора 24, а инверсный - с входом декрементации. Выход гененатора 7 соединен с другими входами инкрементации и декрементации счетчика-дешифратора 24.

Триггер 28 имеет прямой и инверсный выходы, статический D-вход и прямые динамические входы стробирования, установки в нуль и установки в единицу. Инверсный выход триггера 28 соединен с D-входом, вход стробирования соединен с выходом переноса счетчика- дешифратора 24. Прямой вход элемента И 25 соединен с инверсным входом элемента И 26 и с выходом заема счетчика 20. Инверсный вход элемента И 25 соединен с прямым входом элемента И

26и с выходом заема счетчика 19.Выход элемента И 25 соединен с входом элемента ИЛИ 27 и с входом триггера установки в единицу. Выход элемента И 26 соединен с входом элемента ИЛИ

27и с входом триггера 28 установки в нуль. Выход элемента ИЛИ 27 соединен с входами инкрементации и декрементации счетчика дешифратора 24. Выход элемента И 10 соединен с регулятором подачи долота 13, один из входов - с прямым выходом триггера 28, а другой вход - с первым выходом счетчика-дешифратора 24.

Выход элемента И-ИЛИ 11 соединен с обмоткой реле 22, инверсный вхо; подключен к первому выходу счетчика- дешифратора 24, прямой вход соединен с прямым выходом триггера 28, вход разрешения - с инверсным выходом того же триггера.

Блок 12 индикации производит с заранее заданной дискретностью индикации разности между заданным и фактическим углами положения отклонителя. Выводы ламп 29 и 30 подключены к прямому выходу триггера 28, ламп 32 и 33 - к инверсному выходу триггера 28, лампы 31 - на общий вывод источника питания. Другие выводы ламп 29 ij 33 подключены к выходу 4 счетчика- дешифратора 24, ламп 30 и 32 - к вы

ходу 3 счетчика-дешифратора 24,,лампы ю поступающих с генератора 7, После 31 - к выводу 2 счетчика-дешифратора 24.

Устройство работает следующим об- i разом.

В блоке 1 задания положения откло-15 заданному значению угла полоокончания импульса информации состо ние счетчика 20 соответствует фактическому значению угла положения отклонителя, а состояние счетчика

нителя устанавливается заданный угол положения отклонителя. Забойные датчики 3 телеметрической системы измеряют фактический угол положения отклонителя. Наземный пульт 2 телеметрической системы формирует синхронизирующий и информационный сигналы. Блок 4 сравнения сравнивает углы положения отклонителя - заданный и фактический. Блок 8 определения величины 25 земного пульта 2 телеметрической сисрассогласования определяет числовое значение, разности углов и формирует на своих выходах сигналы в зависимости от величины разности. Блок 9 определения знака определяет, какой из углов больше - заданный или фактический. Элемент И 10 формирует на своем выходе сигнал управления регулятором 13 подачи долота в случае, если фактический угол больше заданного и разность между ними меньше наперед заданного значения о/ . При этом коррекция положения отклонителя в скважине производится изменением нагрузки на колонну 16 бурильных труб регулятором 13 подачи долота. Элемент 11 формирует на своем выходе сигнал управления исполнительным механизмом 5, если фактический угол меньше заданного, или если фактический угол больше заданного, но разность между ними больше dп . При этом коррекция положения отклонителя 18 в скважине производится поворотом колонны 16 бурильных труб роторным столом 14„ Блок 12 индикации индицирует разность между заданным и фактическим углами положения отклонителя.

1 Ыпульс информации с выхода наземного пульта 2 телеметрической системы своим передним фронтом записывает в счетчик 19 по входам предварительной установки информацию с блока 1,

устанавливает счетчик-дешифратор 24 в нулевое состояние, а триггер 23 - в единичное, который своими выходами разрешает работу счетчика-дешифратора 24 в режиме суммирования.Импульс информации, поступая на вход инкре- ментации счетчика 20, разрешает суммирование этим счетчиком импульсов.

поступающих с генератора 7, После

окончания импульса информации состояние счетчика 20 соответствует фактическому значению угла положения отклонителя, а состояние счетчика

жения отклонителя. На выходах заема счетчиков 19 и 20 присутствует уровень логической единицы. Уровень логического нуля с выхода элемента ИЛИ 27 запрещает счет счетчика-дешифратора 24. На выходах элементов И 25 и 26 присутствует уровень логического нуля.

Импульс синхронизации с выхода на0

5

0

5

0

5

темы, поступая на входы декремента- ции счетчиков 19 и 20, переводит их в режим вычитания. Вычитание производится импульсами, поступающими входы инкрементации с генератором 7. При достижении счетчиками 19 и 20 нулевого состояния на их выходах заема появляется уровень логической единицы, который самоблокирует их. При этом, если состояние счетчика 19 больше, чем счетчика 20,т.е. фактический угол положения отклонителя меньше,чем заданный, то на выходе схемы И 26 формируется положительный импульс раз- разности, длительность которого пропорциональна разности этих углов.Этот импульс своим передним фронтом устанавливает триггер 28 в нулевое состояние. Высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 28 через схему И-ИЛЙ 11 включает реле 22, и. двигатель 21 поворачивает роторный стол 14 до тех пор, пока фактический угол положения отклонителя, измеренный забойными датчиками 3, не станет равным углу положения отклонителя, заданному блоком 1.

Кроме того, импульс с выхода элемента И 26 через элемент ИЛИ 27 разрешает счет счетчику-дешифратору 24. При этом состояние его информационных выходов соответствует величине разности заданного и фактического углов положения отклонителя с заранее заданной дискретностью. Если разность углов более 180°, то сигнал переполнения с выхода счетчика- дешифратора 24 переводит триггер 23 в нулевое состояние, а триггер 28 - в противоположное предшествующему. Триггер 23 переключает счетчик-дешифратор 24 в режим вычитания, после чего происходит вычитание импульсов из записанного состояния, соответствующего 180 .

Если состояние счетчика 19 меньше чем счетчика 20, т.е. измеренный угол положения отклонителя больше, чем заданный, то на выходе элемента И 25 формируется положительный импульс разности, длительность которо- VO пропорциональна разности этих углов. Этот импульс своим передним фронтом устанавливает-, триггер 28 в .единичное состояние, высокий уровень напряжения с прямого выхода триггера 28 разрешает работу элемента И 10 или элемента И-ИЛИ 11. Кроме того, импульс с выхода элемента И 25 через элемент ИЛИ 27 разрешает счетчику-дешифратору 24 режим счета. На первом выходе счетчика-дешифратора 24 появляется высокий потенциал,если разность углов меньше, чем какая- либо заранее заданная величина коррекции угла по разгрузке, допустим c/j,Если после определения счетчиком- дешифратором 24 разности на первом выходе будет низкий уровень напряжения (угол рассогласования больше заранее заданного с/), то элемент И-ИЛИ 11 включает реле 22 и двигатель 21 поворачивает роторный стол 14 до тех пор, пока фактический угол положения отклонителя не станет равным заданному блоком 1 углу положения отклонителя. Если после определения счетчиком- дешифратором 24 разности на первом выходе будет высокий уровень напряжения (угол рассогласования меньше заранее заданного « ц), то высокий уровень напряжения с выхода схемы И 10 управляет регулятором 13 подачи долота таким образом, что последний уменьшает нагрузку на колонну бурильных труб. Лри этом уменьшается реактивный момент закручивания низа бурильной колонны, что равноценно повороту колонны роторньм столом против часовой стрелки.

Преимуществом устройства является более высокие точность и быстродейст318

вие процесса ориентирования отклонителя, так как ориентирование осуществляется с помощью механизма 5 поворота бурильной колонны, а также с помощью исполнительного регулятора 13 подачи долота, используя при этом зависимость угля закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото.

Формула изобретения

1 Г Устройство для ориентирования отклонителя, содержащее телеметрическую систему, вклю 1ающую забойные датчики и наземный пульт с регистраторами углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок сравнения, первый вход которого под- ключен к первому выходу наземного пульта телеметрической системы, второй вход соединен с блоком задания угла положения отклонителя, исполнительный механизм поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, -о тличающееся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и точности ориентирования, оно снабжено преобразователем рассогласования сигналов угла положения отклонителя и регулятором подачи поро- доразрушающего инструмента, причем первый выход преобразователя подключен к исполнительному механизму, второй соединен с входом регулятора цо- дачи, породоразрушающего инcтpyмeнтa связанного с колонной бурильных труб, третий подключен к третьему входу блока сравнения, первый выход которого соединен с первым входом преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу Наземного . пульта телеметрической системы и к четвертому входу блока сравнения,второй выход которого соединен с третьим входом преобразователя.

подключены соответственно к третьему BbikoAY и первому входу блока определения величины рассогласования, второй вход которого является вторым входом преобразователя, третий вход соединен с тактовым генератором и является третьим выходом преобразователя, второй выход подключен к первому входу блока индикации, первый выход соединен с вторым входом элемента И

и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход которого является первым выходом преобразователя, второй вход подключен к второму выходу блока определения знака и второму входу блока индикации, третий вход которого соединен с первыми входами блока определения знака, элемента И-ИЛИ, элемента И, выход которого является вторым выхо- дом блока.