Устройство для измерения длины колонны труб,спускаемых в скважину Советский патент 1988 года по МПК E21B45/00 E21B47/04 

ft:

}

I I t

3

со к:

со со

го

Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых и позволяет повысить точность измерения длины колонны труб (КТ), спускаемых в скважину. Для этого устр-во снабжено блоком коррекции (БК) 14 и элементом 8 ИЛИ. Первые входы БК 14 и элемента 8 ИЛИ подключены к выходу элемента сравнения (ЭС ) 6,а выход элемента 8 ИЛИ - к одним из входов ключа 10 и БК 14. С третьим входом БК 14 соединен вы

Фць.2

ход задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента. К четвертому входу БК 14 подключен датчик 1 перемещения КТ. Выход БК 14 соединен с вто рым входом элемента 8 ИЛИ. На второй вход ключа 10 поступает сигнал с дат чика 1; С выхода ключа 10 сигнал пос тупает на счетчик 3 перемещения, а с него - на блок 13 функционального преобразования. К его второму входу подключен выход задатчика 15. К входам ЭС 6 подключен датчик 2 массы и выход элемента 7 суммирования, к входам которого подключены задатчик 16 начального уровня блокировки и через последовательно соединенные

Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, предназначено для автоматизации измерения длины колонны труб во время спуско-подъемных операций в ходе бзфения скважин, длины обсадной колонны при ее спуске, а также длины насосно-компрессорных труб в эксплуатационной скважине и является усовершенствованием устройства по авт.СБ. № 1186790.

Целью изобретения является повышение точности измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину.

На фиг.1 показана зависимость массы колонны труб на крюке от угла поворота барабанного вала лебедки; на фиг.2 - структурная схема устройства; на фиг. 3 - структурная схема блока коррекции; на фиг.4 - структурная схема блока функционального преобразования, входящего в состав блока коррекции; на фиг.5 - зависимость времени спуска загруженного талевого блока на длину свечи от максимальной скорости спуска; на фиг.6 графики, поясняющие работу устрой- ,ства (а - зависимость массы колонны труб на крюке от времени в i-м цикле спуска; б - тахограмма i-ro цикла спуска; в - сигнал на выходе первого

82930

ключ 11, блок 4 памяти, ключ 12 и блок 5 памяти датчик 2. Выход ЭС 6 подключен к кхпочу 1 1 и через элемент 9 НЕ к ключу 12. Введение в устр-во БК 14 позволяет получить на входе ключа 10 активный уровень сигнала в течение всего времени спуска КТ в скважину на длину свечи вне зависимости от колебания массы КТ на крюке спуско-подъемного механизма и тем самым устранить погрешность измерения длины КТ. Исчезновение активного уровня сигнала с выхода ЭС 6 вследствие уменьшения массы на крюке блокируется активным уровнем сиг- - нала с выхода БК 14. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

элемента сравнения; г - сигнал на выходе второго одновибратора; д - сигнал на выходе таймера; е - сигнал на выходе . элемента ИЛИ; ж - сигнал на

выходе первого одновибратора); на фиг.7 - графики поясняюш 1е работу блока коррекции (а - тахограмма i-ro цикла спуска; б - сигнал на выходе счетчика; в - сигнал на выходе блока памяти;.г - сигнал на выходе блока функционального преобразования); на фиг.8 - графики, поясняющие рабо- ту таймера (а - сигнал на управляю- Нем входе таймера; б - зависимость

длительности выходного импульса от У)1равляющего напряжения; в - изменение расчетной длительности выходного импульса в процессе вьшолнения цикла спуска); на фиг. 9 - зависимость сигнала поправки от длины ко- лониь труб.

Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, (фиг.2) содержит датчик 1 перемещения колонны, датчик 2 массы, счетчик 3 перемещения, блоки 4 и 5 памяти, элемент 6 сравнения, элемент 7 суммирования, элемент ИЛИ 8, элемент НЕ 9, ключи 10 - 12, блок 13 функционального преобразования, блок 14 коррекции, задатчик 15 параметров

талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента и задат- чик 16 начального уровня блокировки.

Блок 14 коррекции (фиг.З) содержит таймер 17, блок 18 памяти, счетчик 19, элемент 20 сравнения, элемент 21 задержки, кварцевый генератор 22, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23, блок 24 функциональ ного преобразования, одновибраторы 25 и 26 и элемент И 27.

Блок 24 функционального преобразования (фиг.4) содержит делитель 28, сумматор 29 и инвертор 30.

В известном устройстве импульсы с датчика 1 перемещения колонны поступают на счетный вход счетчика 3 перемещения только при открытом первом ключе 10, работой которого управ ляет элемент 6 сравнения, проверяющий в каждом цикле вьтолнение условия Q . Q,,-, где Q. - фактическая масса бурильной колонны на крюке в i-M цикле; Q - плавающий уровень блокировки в i-M цикле, причем Qn,- Q о Qt-1. где Qo - уровень блокировки, равный массе отдельной трубы; Q, - фактическая масса колонны в предыдущем {1-1)-м цикле. Разность между сравниваемыми величинами

Qi Qr Qnr )

(Qi./ QCB,)-WO- Q;.,)

Qce,.- Q.

где - масса свечи труб, нарощен- ной к колонне в i-м цикле Величина разности 21Q- изменяется от цикла к циклу, находясь в зависимости от длины свечи (двух-, трех- или четырехтрубная ) и типа труб в диапазоне от 200 до 4500 кГ. В лю- бом цикле СПО сравниваемые величины Q и Qp. отличаются друг от друга на ЛР,-, являющуюся малой величиной по сравнению с фактической массой колонны.

Работа известного устройства основана на том, что условие Q ,- 7 Q ,. вьтолняется в момент съема колонны с клиньев и взятия нагрузки от ее массы талевой системой, а нарушается в конце цикла, когда колонна ставится на клинья и талевая система разгружается, в ходе вьшолнения спус- ко -подьема в L-M цикле между укаQ

5

0 5 о

5

0

с

0

5

занньгми моментами времени всегда Q, р„, .Однако на практике в ходе СПО сигнал с датчика массы не остается неизменным по величине в названном интервале времени, т.е. Q. Q;{t). Например, при спуске колонны на длину очередной i-й свечи в первый момент разгона колонны она движется в режиме, близком к свободному падению, при этом масса на крюке уменьшается, а затем восстанавливается. Кратковременно масса буриль- ной колонны на крюке может уменьшаться вследствие трения о стенки скважины, ударов долота и трубных муфт о цементные стаканы, крупные каверны и пр. (особенно при СПО на скважинах с искривлениями ствола и при проводке наклонно-направленных скважин). По указанным причинам масса колонны может уменьшаться на величину, большую Лр , при этом условие Q j Q р,, не выполняется, и первьй ключ 10 закрывается, препятствуя прохождению сигнала на счетчик 3 перемещения, что приводит к возникновению ошибок при вычислении длины колонны в скважине L, которые могут достигать метров и десятков метров даже на скважинах средней глубины.

Процесс образования погрешности измерения известного устройства в связи с колебаниями массы колонны труб в ходе СПО показан на фиг.1 на примере i-ro цикла спуска колонны на длину очередной свечи, где по горизонтальной оси отложен угол поворота барабанного вала лебедки, а по вертикальной оси - нагрузка на спуско-подъемный механизм.

После свинчивания i-й свечи с закрепленной на устье скважины колонной крюкоблок с элеватором занимает верхнее положение, при этом элеватор касается верхнего замка i-й свечи, а нагрузка на крюкоблоке отсутствует (точка П. Затем крюкоблок перемещается вверх и воспринимает массу колонны. Вначале барабан лебедки поворачивается на угол gipj3a счет упругого растяжения талевого каната и на- рощенной i-й свечи (участок 1-3). В точке 2, когда нагрузка спуско-подъ- емного механизма превьш1ает уровень блокировки Qn отпирается первый ключ 10 и начинается процесс измерения длины колонны L. В точке 3 вся

(f - Lf

I П . I

cn

лп, ,

СП,т.е. пропорциональную длине i-й свечи (участок 3-15, фиг.1). Фактически счетчик 3 известного устройства фиксирует приращение L на величину, пропорциональную углу

( )сг, -( -f) noA(. 4-. + 8-3 3-9 t,-n+ H-ff, V«)- (-i

масса колонны передается на крюк, колонна снимается с клиньев, двигатель привода буровой лебедки отключается, после чего талевая система с колонной труб движется еще некоторое время вверх (участок 3-4) до полной остановки в точке 4, при этом барабан поворачивается на угол переподъема Чцп Затем под действием ю собственного веса колонна труб движется вниз, происходит спуск колонны на длину i-й свечи (участок 4-12), барабан лебедки поворачивается на угол начальном этапе падения ij колонны происходит кратковременное резкое уменьшение нагрузки на крюке (участок 4-6), затем масса увеличи-

вается (участок 6-8) и достигает зна- 6i j сп - 6ij , чения Q , (точка 8, которая может быть 20 т.е. абсолютная погрешность измере- как левее, так и правее точки 3 в зависимости, от. величины Lfnn. инерционных свойств системы колонна- спуско-подъемный механизм - скважина ). На участке 5-6-7 Q.i(t) Qn, 25 поэтому первый ключ 10 закрывается в точке 5 и вновь открьшается только в точке 7, вследствие чего сигналы

) ,.,Т

йЧ

+ 4,5-f.) -(.З- V 3Э

СП,

- с/

6|

ЛП;

ния длины колонны труб в рассматрив емом цикле пропорциональна величине

3 Л(.- .- if. -Ц

л д

J

6i

или в общем случае

п,йЧ - 21

б г

с датчика 1 перемещения колонны, соответствующие перемещению колонны при повороте лебедки на угол: ., не проходят на счетчик 3 перемещения. Если в ходе i-ro цикла неравенство Qi(t) Q п; нарушается еще, например, дважды - на участках 9-10- 11 и 12-13-14; то счетчиком 3 не учитываются перемещения, соответствующие i/ei

&(/,

Б1.;

В точке 15 завершается спуск колонны на длину i-й свечи, колонна труб закрепляет ся на устье скважины, и нагрузка на спуско-подъемный механизм уменьшается. Барабан лебедки поворачивается на угол .. за счет упругого сжатия талевого каната (участок 15-17 ). В точке 1 6 когда Q (t) : Q., цикл измерения заканчивается.

Если масса колонны труб в процессе спуска ее на длину i-й свечи не изменяется (процесс протекает по 3- 4-3-15), то счетчик 3 перемещения ..фиксирует увеличение общей длины L колонны на величину, пропорциональную углу поворота барабана лебедки Vsi

.f.

i

(М )сп - (1Ч )поА ( i-,+

Ч-г

3-.. - V,P-.

(f - Lf

I П . I

cn

лп, ,

СП,т.е. пропорциональную длине i-й свечи (участок 3-15, фиг.1). Фактически счетчик 3 известного устройства фиксирует приращение L на величину, пропорциональную углу

( )сг, -( -f) noA(. 4-. + 8-3 3-9 t,-n+ H-ff, V«)- (-i

) ,.,Т

йЧ

6|

(.З- V Э

СП,

- с/

ЛП;

6i j сп - 6ij , т.е. абсолютная погрешность измере-

ния длины колонны труб в рассматриваемом цикле пропорциональна величине

3 Л(.- .- if. -Ц

л д

J

6i

6i j сп - т.е. абсолютная пог

или в общем случае

п,йЧ - 21

J-1

б г

где п - число нарушений условия Q(t) 7 Q J,; в i-M цикле спуска.

Указанное относительно i-ro цикла спуска иллюстрирзтот и графики на фиг.6 а,б,в, где показана зависимость массы колонны труб на крюке от времени Q. f ,(t); тахограмма i-ro цикла, спуска V. f (t); сигнал на выходе элемента 6 сравнения в i-M цикле спуска. Погрешностям di/ g,- , 4(0; И AcCgf Ha фиг.1 соответствуют погрешности измерения длины счетчиком 3 перемещения устройства. 41 ,- , 41 i,j и /alfj, которые численно равны площадям фигур, заштрихованных на графике фиг.6 б. Абсолютная погрешность измерения длины колонны труб в i-M цикле может быть определена так:

V(t) . dc). ,

55

- соответственно

где

n I j - - j

время начала и конца j-го нарушения условия Q .(t) - Q п,- в i-M цикле спуска.

Абсолютная погрешность измерения длины колонны, спущенной до забоя скважины, определяется так:

N п; v;j

ЛЪ

СК8

-L(I..( v(t)-dt).),

г- tul:

где N - число свечей труб, спущенных в скважину до забоя.

Предположим, осуществляется спуск бурильной колонны из 37-метровых свечей в скважину с забоем 3700 м. Если учитывать только уменьшение массы в начальный момент разгона на время 0,5 с по каждой спускаемой свече и принять среднее , по скважине ускорение разгона загруженного элеватора равным А р 5.с 0,5 м/с , то абсолютная погрешность, подсчитанная по последней формуле, составит 15 м.

I Техническая сущность изобретения состоит в том, что введение в уст- |ройство блока 14 коррекции позволит получить на втором управляющем входе первого ключа.10 активный уровень сигнала в течение всего времени спуска колонны в скважину на длину свечи вне зависимости от колебания мас

сы колонны на крюке спуско-подъемного 30 Я° задатчика 16 начального уровня

механизма и тем самым устранить погрешность измерения длины колонны, обусловленную колебаниями массы. Сигнал на второй управляюпщй вход первого ключа 10 поступает с выхода элемента ИЛИ 8, на первый вход которого подается сигнал с выхода первого элемента 6 сравнения, а на второй - с выхода блока 14 коррекции. Исчезновекие активного уровня сигнала с выхода первого элемента 6 сравнения вследствие уменьшения массы на крюке блокируется активным уровнем сигнала с выхода блока 14 коррекции, который формируется таймером 17. Длительность сигнала, генерируемого таймером 17, адаптируется в ходе цикла спуска в зависимости от длины спускаемой свечи и текущей скорости спуска.

В устройстве (фиг.2) выход первого элемента 6 сравнения соединен с входом элемента НЕ 9, с первым входом - элемента ИЛИ 8, второй вход которого подключен к выходу блока 14 коррекции, а выход - к вторым входам первого ключа 10 и блока 14 коррекции, четвертый вход которого подключен к выходу вниз датчика 1 перемещения

5

0

5

колонны, а третий вход - к выходу эадатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента, с вторым входом второго ключа 11, первый вход которого подключен к выходу датчика 2 массы и к первому входу элемента 6 сравнения, вход счетчика 3 перемещения соединен с выходом блока 13 функционального преобразования и выходом первого ключа 10, к первому входу которого подключены выходы датчика 1 перемещения колонны, а выход счетчика 3 перемещения соединен с первым входом блока 13 функционального преобразования, второй вход которого подключен к выходам задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечой И температурного градиента. Первый вход третьего ключа 12 соединен с выходом первого блока 4 памяти, вход которого подключен к выходу второго ключа 1I, второй вход - с выходом элемента НЕ 9, а выход - с входом второго блока 5 памяти, первый вхЬд первого элемента 7 суммирования соединен с выходом второго блока 5 памяти, второй вход - с выхо

блокировки, а выход - с вторым входом элемента 6 сравнения.

Первый вход блока 14 коррекции (фиг.З) является вторым входом счетчика 19, первый вход которого подключен к выходу элемента 21 задержки, а выходы соединены с вторым входом блока 18 памяти и первым входом элемента 20 сравнения, второй вход блока является входом первого одновибратора 25, выход которого подключен к первому входу блока 18 памяти, третий вход последнего соединен с выходом элемента И 27, первый вход которого подключен к выходу кварцевого генератора 22 и входу элемента 21 задержки, третий вход блока является вторым входом блока 24 функционального преобразования, первый вход которого соединен с выходом ДАЛ 23, вход последнего подключен к выходу блока 18 памяти и второму входу элемента 20 сравнения, четвертый вход блока является входом второго одновибратора 26, выход которого соединен с первым входом таймера 17, выход блока является выходом таймера 17, второй вход

которого соединен с выходом блока 24 функционального преобразования.

Первый вход блока 24 функционального преобразования (фиг.4) является первым входом делителя 28 и вторым входом сумматора 29, выход которого соединен с входом инвертора 30, второй вход блока является вторым входом делителя 28, выход которого сое- JQ динен с первым входом сумматора 29, а выход блока является выходом инвертора 30.

Устройство работа,ет следующим образом .} 5

Перед началом i-ro цикла спуска масса на крюке отсутствует: Q(t) - Q (0) О, скорость крюкоблока с элеватором равна нулю: ) V(O) О (фиг.6а,б), сиг налы на 20 выходах элемента 6 сравнения, блока 14 коррекции и элемента ИЛИ 8 имеют неактивный уровень - логический О (фиг.6 в.д.е), второй блок 5 памяти запомнил сигнал Q,-.,, пропорциональ- 25 ный массе колонны во время предьщу- щего цикла измерения.

Начиная с момента времени, соответствующего точке 1 на диаграммах фиг.6, барабан лебедки начинает вра- зо щаться на подъем, крюкоблок перемещается вверх и воспринимает массу колонны, нагрузка на крюке.Qj(t) возрастает (участок 1-3 7« Сигнал Q-(t) с датчика 2 массы (фиг..2) поступает на первый вход элемента 6 сравнения, проверяюп его выполнение

условия

Q,- Qn, 1(1)

где Q П сигнал, пропорциональньй плавающему уровню блокировки, пос- тупающей на второй вход элемента 6 сравнения с выхода элемента 7 суммирования.

Элемент 7 реализует зависимость

40

45

Q.r Qo

+ Q.i ,(2)

где Q о - постоянный по величине сигнал, пропорциональный массе одной трубы, поступающий на второй вход элемента 7 суммирования с задат- чика 16 уровня блокировки; Q - - сигнал, поступающий на первый вход элемента 7 суммирования с выхода второго блока 5 памяти.

В момент выполнения условия (1) (точка 2 ) на выходе элемента 6 сравQ

5

0 5

о

0

5

0

5

нения устанавливается сигнал логической 1 (фиг.бв), который поступает на первый вход элемента ИЛИ 8, что приводит к появлению сигнала 1 на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг.бе) и открьшанию первого ключа 10. Сигнал 1 с выхода элемента 6 сравнения поступает также на первый вход блока 14 .коррекции, на вход элемента НЕ 9 и на второй вход второго ключа 11, что приводит к установлению сигнала 1 на выходе блока 14 коррекции (фиг.бд), а значит, на втором входе элемента ИЛИ 8, к установке сигнала О на выходе элемента НЕ 9 и втором входе третьего ключа 12 к его закрыванию, а также открыванию второго ключа 11.

Через открытый первый ключ 10 сигнал с датчика 1 перемещения колонны поступает на вход счетчика 3 перемещения, идет процесс измерения дойны колонны. Одновременно сигнал с датчика 2 массы через открытый второй ключ 11 поступает на вход первого блока 4 памяти, где запоминается.

В точке 3 (фиг.6) вся масса колонны передается на крюк, колонна приподнимается и снимается с клиньев роторного стола (участок 3-4), -с момента 4 колонна труб под действием собственного веса начинает опускаться. В процессе спуска колонны на длину i-й свечи leg,-возможны такие уменьшения массы Q ;(t) на каких-то интервалах времени, например, на участках 5-6-7, 9-10-11 и 12- 13-14 (фиг.6), которые вызьшают нарушение условия ( }, следствием чего является установка сигналов О на выходе, элемента 6 сравнения в эти интервалы времени (фиг.бв). Однако это не приводит к закрьшанию первого ключа 10, так как на втором входе элемента ИЛИ 8 установлен сигнал 1, поступающий с выхода блока 14 коррекции. Измерение длиШ(1 спускаемой колонны при указанных колебаниях массы осуществляется счетчиком 3 перемещения корректно, без погрешностей.

Сигнал 1 удерживается на выходе блока 14 коррекции в течение времени t, (фиг.6д) , которое:несколько меньше фактического времени спуска загруженного элеватора в i-м цикле t 1, с. ф.. (фиг,66) .

В момент первого срабатывания элемента 6 сравнения в i-м цикле (точка 2) на первый и второй входы блока 14 коррекции (фиг.З) подаются сигналы 1, которые поступают соответственно на входы одновибраторов 25 и 26, последние по переднему фр он ту указанных сигналов генерируют короткие прямоугольные и единичные импульсы (фиг.6 г,ж). По переднему ;фронту импульса, поступающего на первый вход (вход R) блока 18 памяти с выхода одновибратора 25, происходит обнуление выхода блока 18 памяти (выход Q),, нулевой сигнал подается с выхода блока 18 памяти на вход ПАП 23 и второй вход элемента 20 сравнения. Импульсы с выхода датчика 1 перемещения колонны посту- пают на четвертый вход блока 14 коррекции, а значит, на второй вход (счетный вход + I) счетчика 19 только при движении колонны труб вниз, т.е. начиная с момента времени, соот ветствующего точке 4 на (фиг.6,7). Кварцевый генератор 22 вьщает на первый вход элемента И 27 и через элемент 21 ,задержки на первьй вход (вход R) счетчика 19 короткие прямо- угольные импульсы с периодом следования Т л. По переднему фронту импульса 1 на входе R выход счетчика 19 обнуляется, после чего вновь начинается счет импульсов, поступающих на вход +1. Таким образом, на выходе счетчика 19 формируется двоичный цифровой сигнал, пропорциональный текущей скорости спуска колонны:

V (t) . dt Т.

где й1 (,.(t) - перемещение спускаемой в i-M колонны за время Tg.

Сигнал, пропорциональный текущей 45 скорости Vc.(t)-, с выхода счетчика 19 подается на второй вход (информационный вход D) блока 18 памяти и первый вход элемента 20 сравнения. Последний проверяет условие: 50

V,.(t) V,.(t-k-T ), (3)

11 «

где k 1,2,3,..., - число периодов

сигнала, вырабатываемого кварцевымгде t .- расчетное время спуска

генератором 22, прошедших после пре-i-й свечи; К , - коэффициент запаса,

дыдущей записи величины скоростипринимаемьгй равным 0,,95 и поэблока 18 памяти, т.е. сравниваетволяюгаий избежать ситуации, когда

Двоичный цифровой сигнал с выхода блока 18 памяти подается на вход ЦАП 23, с выхода которого аналоговый сигнал Vc.Makb(t) поступает на первый вход блока 24 функционального преобразования, на второй вход послед него через третий блок входа 14 коррекции подается сигнал, пропорциональный leg- выхода за- датчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температур ного градиента. BjfoK 24 функционального преобразования (фиг.4) воспро- изводит зависимость

t f-lfi + 1 5 V

5 C.T. V с.мпкс

с. маkC .

) К

J

(4)

Q 0 5 Q

5

0

5 0

текущее, значение скорости спуска с запомненным ранее. При вьшолнении условия {3 ) на выходе элемента 20 сравнения устанавливается сигнал 1, который поступает на второй вход элемента И 27, в момент поступления на первый вход элемента И 27 импульса 1 с кварцевого генератора 22 сигнал 1 поступает на третий вход (вход разрешения записи С) блока 18 памяти, по переднему фронту которого в блок 18 памяти осуществляется запись текущего значения скорости V (.. (t) .Элемент 21 задержки координирует работу блока 18 памяти и счетчика 19: вначале производится запоминание значения V-.(t), а затем обнуляется выход счетчика 19 и начинается новый цикл подсчета скорости. На фиг.7 б показана зависимость величины сигнала на выходе счетчика 19 от времени - текущая скорость спуска в i-м цикле; на фиг.7 в - зависимость величины сигнала на выходе блока 18 памяти от времени. Благодаря наличию элемента 20 сравнения, проверяющего условие (3), на выходе блока 18 памяти в ходе i-ro цикла спуска формируется неубьшающая функция максимальной скорости спуска V ) . Период кварцевого генератора 22 Т

м

выбирается из условия обеспечения необходимой точности вычисления

Vc;(t).

Двоичный цифровой сигнал с выхода блока 18 памяти подается на вход ЦАП 23, с выхода которого аналоговый сигнал Vc.Makb(t) поступает на первый вход блока 24 функционального преобразования, на второй вход последнего через третий блок входа 14 коррекции подается сигнал, пропорциональный leg- выхода за- датчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента. BjfoK 24 функционального преобразования (фиг.4) воспро- изводит зависимость

f-lfi + 1 5 V

V с.мпкс

с. маkC .

) К

J

(4)

(фиг.6 б ,е) , график которой представлен на фиг,5. Сигналы, пропорциональные 1 в

и V,

.(t) , поступают (фиг.4) со-

с, махе ,

ответственно на второй и первый входы делителя 28, на вьпсоде которого формируется сигнал, пропорциональный (.MoiKc) подаваемый на первый вход сумматора 29, на второй вход которого также подается сигнал

Vc.MaKcft)- Сигнал (lcft;/Vc.MC(Kc-f

V(. ,,о,|,.) с выхода сумматора 29 подается на вход инвертора 30, с выхода которого на выход блока 24 функционального преобразования вьща- ется сигнал, пропорциональный t.c.r; согласно (4) (фиг,7,г), пост.упающий в виде задания на первый вход таймера 17 (фиг.З).

Таймер 17 запускается по заднему фронту импульса, поступающего с выхода одновибратора 26 (фиг.6 г,д) на первьй (тактовый ) вход таймера 17 На выходе таймера 17, а значит, на выходе блока 14 коррекции, устанавливается сигнал 1, длительность которого определяется величиной напряжения, поступающего на второй вход таймера 17 (фиг.8а).

Зависимость длительности выходного импульса от входного напряжения, протекание процесса адаптации длительности и протекание процесса адап тации длительности выходного импульса с таймера 17 в процессе вьшолне- ния i-го цикла спуска показаны на фиг.8. Установившаяся длительность выходного импульса таймера 17 равна расчетному времени спуска i-й свечи Т„. tj с.т;.

После того, как колонна спущена на величину очередной i-й свечи и закреплена на устье скважины (точка 15), нагрузка на спуско-подъемный механизм уменьшается (участок 15- 17), Условие (1) уже не вьшолняется (точка 16), на выходе элемента 6 сравнения устанавливается сигнал О сигнал О появляется на выходе элемента ИЛИ 8, поэтому ключи 10 и 11 закрываются, а третий ключ 12 откры

вается сигналом 1 с выхода элемента НЕ 9 . Сигнал Q., пропорциональный массе колонны в рассматриваемом i-M цикле, переносится из первого блока 4 памяти во второй блок 5 памя

ти, и на выходе элемента 7 суммирования появляется новое значение уровня блокировки Qn Устройство готово к вьшолнению измерений в (i + )-м цикле спуска.

В i-M цикле спуска талевый канат навивается на барабан лебедки при подъеме незагруженного крюка,а сма- тьшаемый с барабана канат воспринимает массу колонны трубы и вследствие этого испытьшает упругое растяжение, возникает погрешность при измерении длины колонны. Величина этой погреш- ности, приведенная к длине колонны, .определяется выражением

&1

ljjjj 9j.

где К

тк

F,

коэффициент оснастки талевой системы спуско-подъем- ного механизма; модуль упругости материала талевого каната; площадь поперечного сече- ния талевого каната. Другой составляющей погрешности измерения длины колонны является погрешность из-за тепловой деформации колонны труб в скважине. Величина температурной деформации опре деляется вьфажением

41 Л.

L.(V

-L- ., )

2 т-

5

45

0

где 1 - геометрический градиент; А - коэффициент линейного расширения труб;

I

UP - среднегодовая температура

нейтрального слоя; температура труб на поверхности.

Указанные погрепшости измерения длины колонны компенсируются в устройстве блоком 13 функционального преобразования (фиг.2), представляющим собой перестраиваемый дешифратор, который при определенных комбинациях на первом входе, поступающих со счет- 0 чика 3 перемещения, вырабатывает импульсы поправки, Задатчик 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента представляет собой блок переключате- 5 лей, с помощью которых изменяются параметры блока 13 функционального преобразования, воспроизводящего заданную функцию поправок от длины колониы. Задатчик 15 позврляет изменятг- функцию поправок при смене талевого каната, спускаемых свечей и изменении геотермического градиента. Сигналы, пропорциональные Ктс,(Е И ICB ,поступают соответственно с выходов задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента на второй вход блока 13 функционального преобразования.

По мере накопления измерительного сигнала в счетчике 3 перемещения блок 3 функционального преобразо- вания вырабатывает сигнал поправки, которьй дополнительно поступает с его выхода на вход счетчика 3 перемещения. Сигнал поправки является функцией сигнала длины колонны L с вы- хода счетчика 3 перемещения: Л1 f(L), он компенсирует погрешности измерения, связанные с упругим растяжением сматьшаемого с барабана лебедки под нагрузкой талевого кана- та и температурным удлинением колонны труб в скважине.

Блок 13 функционального преобразования воспроизводит зависимость

л T.I .-«T | V IcerQ;

ul Z. 1 , + /J 1 ; +

+ V-L- (V-r- )

Поправка Д1 вводится в счетчик 3 перемещения дискретно (фиг.9). Величина поправки й1„ имеет постоянную величину и определяется по требуемой точности измерения длины колонны. По зависимости 41 f(L) определяются моменты введения поправки L, Lj, т.д. (фиг.9).

Предлагаемое устройство исключает погрешности измерения длины ко- лонны труб при колебаниях массы колонны на крюке в циклах спуска. Возрастает точность измерения, что способствует качественному и безаварийному проведению СПО на бурящихся и. заканчиваемых спуском обсаднь.1х колонн скважинах, качественной проводке разведочных скважин, безаварийной проводке скважин в условиях аномально-высоких пластовых давлений, высокопроницаемых пластов и др., когда необходимо точное определение глубины забоя..

-

юt5 2025

35

дО 45§0jj

Формула изобретения

с вторым входом элемента ИЛИ.

соединен с входом инвертора, причем первый вход делителя и второй вход сумматора являются первым входом блока, второй вход делителя является вторым входом блока, а выход инвертора является -выходом блока.

Фиг.1

nni

(|1 l -ATffA ;

-Ht--:

9 11

12 J4

I Л;

/J

/

/4/

и

I Vi I

V /5

lit

mi

Фиг.6

фиг. 7

Составитель В.Шипов Редактор И.Николайчук Техред М.Дидык, Корректор И.Муска

Заказ 1267/26 Тираж 531Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

l/yf. Betxo9 5л. 2ft, цправл. ffx. /тии/л /7

Фиг.8

25

50с

V

i s i If /rj

Фи.9