Устройство оптимизации спускоподъемных операций в бурении Советский патент 1988 года по МПК E21B44/00 E21B19/08 

(Л

со

00

оо ел ел

ка-подъема, допустимой скорости по гидродинамическим условиям, оптимального положения талевого блока, задатчиками 12, 14, 15 соответственно перехода на спуск-подъем в условиях АВПД, конструктивных параметров колонны и скважины,.допустимого гидродинамического давления, указателем 16 длины колонны и датчиком 5 веса на крюке. К входам блоков 6 и 8 соответственно подключены датчики положения 1 и скорости 2 талевого блока, выходы которых подключены к указателям 3 и 4, Устр-во позволяет производить спуск и подъем каждой бурильной свечи с максимально возможной в данной ситуации скоростью. Она вычисляется с учетом технологических х-к устройства и действующих в данный момент технологических ограничений. Определяющим влиянием на безаварийность проводки скважины в зонах высокопроницаемых пластов и пластов с АВПД является ограничение скорости по гидродинамическим условиям, бэ.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить надежность работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого плас тового давления (АВПД). Для этого устр-во снабжено блоками 6, 8, 11, 7 соответственно вычисления длины ко-- лонны, рациональной скорости спус

1

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам оптимизации спускоподъемных операций на буровых установках с дискретной схемой спускоподъема бурового инструмен- та, и может быть использовано, в частности, при бурении и креплении скважин,., осложненных наличием-зон аномально высоких пластовых давлений (АВПД), Бысокопроницаемых плас- , тов и др.

Цель изобретения - повышение, надежности работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых плас- тов и в зоне аномально высокого пластового давления.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства} на фиг. 2 - функциональная схема блока вычисления длины колонныJ на фиг. 3 - то же блока вычисления рациональной скорости спускоподъема; на фиг.4 - то же, задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД; на фиг. 5 - то же, блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям; на фиг. 6 - то же, схемы вычисления эквивалентной длины , на фиг. 7 - то же, блока ограничения скорости по технологическим условиям,- на фиг. 8 - то же, блока вычисления оптимального положения талевого блока; на фиг. 9 - принципиальная схема блока вычисления длины колонны-, на фиг. 10 - функциональная схема указателя длины колонны; на

фиг. 11 - принципиальная схема указателя длины колонны; на фиг. 12 - зависимость рациональной скорости .спуска бурильной колонны от ее веса; на фиг. 13 - зависимость рациональ- ной скорости подъема бурильной колонны от ее веса.

Устройство оптимизации спускоподъемных операций содержит датчик 1 положения талевого блока, датчик 2 скорости талевого блока, выходы которых соединены с первыми входами указателя 3 -положения талевого блока и указателя 4 скорости талевого блока, датчик 5 веса на крюке, выход последнего соединен с первым входом блока 6 вычисления длины колонны, второй и третий входы которого подключены к выходу датчика 1 положения талевого блока; с первым входом блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 3 положения талевого блока; первым входом блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема, второй вход которого подключен к выходу датчика 2 скорости талевого блока. Выходы блока 8 подключены к первому и второму входам блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 4 скорости талевого блока, второй выход блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям соединен также с первьш входом блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока, пятый и шестой входы блока 9 ограничения скорости соединены-, соответственно, с рервыми дйумя выходами задатчика 1 опасных интервалов скважины, вход которого подключен к выходу блока 6 вычисления длины колонны, третий и четвертый входы блока 9 соединены с двумя выходами блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, входы первый - четар надцатый которого подключены, соответственно, к выходу блока 6 вычисления длины колонны, выходу задатчи- ка 12 перехода на скорость спуско- подъема в условиях АВПД, соединенного по входу с выходом блока 6, тремя выходами задатчика 13 параметров промывочной жидкости, пятью выходами за датчика 14 конструктивных параметров колонны и скважины и четырьмя выходами задатчика 15 допустимых гидродинамических давлений. Устройство снабжено также указателем 16 длины колонны, подключенным к выходу блока 6 вычисления длины колонны, и сигнализатором 17 опасных интервалов скважины, первый и второй входы его соединены соответственно с третьим выходом задатчика 10 опасных интервалов скважины и выходом задатчика 12 пе- рехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД.

Блок 6 вычисления длины колонны (фиг, 2) содержит селектор 18 ампли- тудный, элементы Н 19 и 20, счетчик 21 реверсивный двоично-десятичный, задатчик 22 максимальной грузоподъемности и задатчик 23 веса ,при

f

этом первый вход блока 6 соединен с

третьим входом селектора 18 амплитудного, первый и второй входы последнего соединены соответственно с задатчиком 22 максимальной грузоподъемности и задатчиком 23 веса свечи, а выход селектора 18 амплитудного - с первыми входами элементов И 19 и 20, вторые входы которых подключены к второму и третьему входам блока 6j соответственно, первый (прямой) и второй (обратный) входы счетчика 21 реверсивного подключены соответственно к выходам первого элемента И 19 и второго элемента И 20, а выход счетчика 21 подключен к выходу блока 6. Счетчик 21 (фиг. 9) состоит из шести четырехразрядных реверсивных двоично-десятичных счетчиков 117

Q r Q 5

0

0

0

5

122 с прямыми и обратными счетными входами и нормально разомкнутой кнопки 123 Установка нуля, второй контакт которой подключен через резистор 124 к клемме V источника питания, а первый контакт соединен с входами сброса R 14 интегральных счетчиков 117-122. Интегральные четырехразрядные счетчики 117-122 объединены с использованием выходов переноса (,9) 12 и займа (гО) 13 по классической схеме, например, выходы 12 и 13 счетчика 117 подключены, соответственно, к входам 5 (прямой) и 4 (обратньй) счетчика 118, выходы 12 и 13 счетчика 118 подключены, соответственно, к входам 5 и 4 счетчика 119, и т.д. Такая конструкция счетчика 21 позволяет формировать сигнал на выходе в двоично-десятичном коде (код 8421), которьй снимается с выходов 3, 2, 6 и 7 счетчиков 117-122. Выходы счетчиков .117-122 подключены к выходу блока 6 (фиг. 9).

Блок 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема (фиг. 3) содержит элемент 24 вычитания, сумматор 25, делитель 26, селектор 27 амплитудный, инверторы 28 и 29, мульти- плексоры 30, 31 и 32, компараторы 33, 34 и 35, задатчик 36 максимальной скорости спуска, задатчик 37 веса подвижной части талевой системы, задатчик 38 мощности на крюке, задатчик 39 максимальной скорости подъема, задатчик 40 веса свечи и задатчик 41 максимальной грузоподъемности, при этом первый вход блока В соединен с вторыми входами элемента 24 вычитания, сумматора 25 и третьим входом селектора 27 амплитудного, первые входы которых подключены, соответственно, к задатчику 36 максимальной скорости спуска, задатчику 37 веса подвижной части талевой системы и задатчику 40 веса свечи; второй вход селектора 27 подключен к задатчику 41 максимальной грузоподъемности, второй вход блока 8 соединен с вхо- дом первого инвертора 28, выход которого подключен к второму входу третьего компаратора 35, и второму входу второго компаратора 34, первые входы компараторов 34 и 35 соединены между собой и с выходом второго инвертора 29, вход которого подключен к выходу селектора 27 амплитудного, а их выходы соединены с третьими входами второго и третьего мультиплексоров 31 и 32, соответственно, вторые входы последних соединены с общим проводом блока 8, выходы - с первым и вторым выходами блока 8 соответственно, а первые входы подключены к выходам, соответственно, первого мультиплексора 30.и элемента 24 вычитания , третий вход первого мультиплексора 30 соединен с выходом первого компаратора 33, первый вход - с выходом задатчика 39 максимальной скорости подъема и первым входом первого компаратора 33, второй вход - с вторым входом первого компаратора 33 и выходом делителя 26, первый вход последнего подключен к задатчику 38 мощности на крюке, а второй - к выходу сумматора 25.

Задатчик 12 перехода на скорость tnycKoподъема в условиях АВПД (фиг.4 содержит компаратор 42, задатчик 43 глубины покрышки зоны АВПД и триггер 44, при этом вход задатчика 12 соединен с первым входом компаратора 42, второй вход которого подключен к задатчику 43 глубины покрьшки зоны АВПД, а выход компаратора 42 подключен к первому входу триггера 44, выход последнего соединен с выходом задатчика 12,

Блок 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям (фиг. 5) содержит преобразователь кода 45, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 46, сумматор 47, умножители 48-56, элементы 57-59 вычитания, делители 60-63, элемент 65 вычисления экспоненты, элемент 66 возведения в степень, элемент 67 логарифмирования, мультиплексоры 68 и 69, компаратор 70, задатчик 71 низкого уровня напряжения, задатчик 72 доверительного интервала, задатчик , 73 уровня напряжения 1, схему 74 вычисления эквивалентной длины, состоящую (фиг. 6) из элементов 75-78 вычитания, делителей 79 и 80 и умножителей 81-83, при этом первый вход блока 11 подключен к входу преобразователя кода 45, выход которого соединен с входом ЦАП 46; выход последнего подключен к первому входу третьего умножителя 50, второй вход которого соединен с третьим вхо дом блока 11 (вход 31) и к первому входу сумматора 47, второй вход которого подключен к первому входу схе0

5

0

5

мы 74 вычисления эквивалентной длины, второй выход последней соединен с вторым входом пятого умножителя 52, первый вход которого подключен к выходу третьего умножителя 50. Входы первый - седьмой схемы 74 вычисления эквивалентной длины подключены соответственно к выходу шестого умножителя 53, первый и второй входы которой соединены с восьмым входом блока 12, к первому входу третьего делителя 62 и выходу седьмого умножителя 54, первый и второй входы которого соединены с седьмым входом блока 11J к выходу восьмого умножителя 55, первьй и второй входы которого соединены с шестым входом блока 11, и к первому входу второго элемента 58 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом третьего делителя 62, а второй вход - с выходом десятого умножителя 56, первый и второй входы которого соединены между собой и с десятьм входом блока 11, к шестому входу блока 1.1, к седьмому входу блока 11, к восьмому вхо.- ду блока 11, к девятому входу блока 11 (вход 4.4). Выход сумматора 47 соединен с первым входом первого множителя 48, второй вход которого подключен к вь1ходу элемента 65 вычисления экспоненты, вход последнего соединен с пятым входом блока 11, выход первого множителя 48 соединен с первым входом второго множителя 49, второй вход которого соединен с выходом элемента 66 возведения в степень, вход .последнего подключен к выходу третьего делителя 62 и первому входу четвертого умножителя 51, второй вход которого соединен с четвертым входом блока 11, а выход - с вторым входом второго делителя 61. Выход второго умножителя 49 подключен к второму входу первого делителя 60, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента 59 вычитания, второй вход последнего соединен с задатчиком 72 доверительного интервала, а первый вход - с выходом первого мультиплексора 68, выход первого делителя подключен к второму входу первого элемента 57 вычитания,первый вход которого подключен к задат- 5 чику 73 уровня напряжения 1, а выход - к входу элемента 67 логарифмирования, выход последнего подключен к первому входу второго делителя 61,

0

5

0

5

0

7

выход которого является первым выходом блока 11. С вторым выходом блока 11 соединен выход четвертого делите- ля, выход которого является первым -выходом блока 11. С вторым выходом блока 11 соединен выход четвертого делителя 63, второй вход которого подключен к выходу пятого умножителя 52, а первый вход - к выходу второго мультиплексора 69, входы которого подключены: второй - к тринадцатому входу блока 11, третий - к четырнадцатому входу блока 11, первый - к первому входу первого мультиплексора 68, второй и третий входы которого подключены к одиннадцатому и двенадцатому входам блока 11 соответственно, а первый - к выходу компаратора 70, первый вход последнего соединен с задатчиком 71 низкого уровня напряжения, а второй вход - с вторым входом блока 11. В схеме 74 вычисления эквивалентной длины (фиг.6) к первому - седьмому входам ее подключены, соответственно второй вход

13

первого элемента 75 вычитания, выход которого соединен с первым входом первого делителя 79, первые входы первого и второго элементов 75 я 76 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом первого делителя 79 и является вторым выходом схемы 74, выход первого делителя 79 подключен к первому и второму входам второго умножителя 82, второй вход второго элемента 76 вычитания, второй вход третьего элемента 77 вычитания, выход которого подключен к первому входу второго делителя 80, первые входы третьего и четвертого элементов 77 и 78 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго делителя 80, выход которого подключен к первому входу первого умножителя 81J второй вход первого умножителя 81. Первый выход схемы 74 является выходом третьего умножителя 83, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя 82, а второй вход - с выходом первого умножителя 81.

Блок 9 ограничения скорости по технологическим условиям (фиг. 7) содержит элемент 84 ограничения скорости подьема и элемент 85 ограничения скорости спуска, которые полностью аналогичны по устройству.

Каждый из элементов 84 и ,85 включает компараторы 86 и 87 и мульти-

10

15

3885508

плексоры 88 и 89, при этом первый вход блока 9 является первым входом элемента.84 и соединен с вторым входом второго компаратора 87. и третьим входом второго мультиплексора 89, первые входы которых соединены между собой и с выходом первого мультиплексора 88, а выход второго компаратора 87 подключен к второму входу второго мультиплексора 89, выход последнего является выходом элемента 84 и первым выходом блока 9. Третий вход блока 9 является вторым входом элемента 84, и подключен к первому входу первого компаратора 86, и второму входу первого мультиплексора 88, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора 86, пятый вход блока 9 является третьим входом элемента 84 и подключен к второму входу первого компаратора 86 и третьему входу первого мультиплексора 88.Второй, четвертый и шестой входы блока 9 являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами элемента 85 ограничения скорости спуска, а его выход является вторым выходом блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям.

Блок 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 8) содержит сумматоры 90-92, делители 93 и 94, умножители 95-97, элемент 98 вычитания, элемент 99 логарифмирова20

25

30

35

40

45

50

55

ВИЯ, селекторы 100-104 амплитудные, формирователь 105 опорного напряжения, задатчик 106 веса подвижной части талевой системы, задатчик 107 конструктивного коэффициента талевой системы, задатчик 108 конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты (ШПМ), задатчик 109 момента инерции барабанного вала, задатчики 110-114 моментов инерции привода, делитель 115 напряжения резистивный, коммутатор 116, причем первьш вход блока 7 соединен с первым и вторым входами третьего умножителя 97, выход которого подключен к второму входу первого умножителя 95, с вторым входом делителя 94, первьм вход которого подключен к выходу второго сумматора 9|, а выход - к входу элемента 99 логарифмирования} третьими входами селекторов 100-104 амплитуд- ньсх, выходы которых соединены соответственно с вторым, четвертым, шестым, восьмым и десятым входами коммутатора 116, другие вхо;д 1 последнего подключены: первый - к задатчику 110, третий - к задатчику 111, пятый - к задатчику 112, седьмой - к задатчику 113, девятый - к задатчику 114, моментов инерции привода, а выход коммутатора J16 подключен к первому входу третьего сумматора 92, второй вход которого соединен с за- датчиком 109 момента инерции барабанного вала, а выход - с вторым входом второго умножителя 96, первый вход последнего соединен с выходом первого умножителя 95, а выход - с вторым выходом блока 7 и вторым входом элемента 98 вычитания, первый вход которого соединен с выходом элемента 99 логарифмирования, а выход - с первым выходом блока 7; второй вход блока 7 подключен к второму входу первого сз мматора 90, первый вход которого соединен с задатчиком 106 веса подвижной части талевой системы, а выход - с вторым входом делителя 93, первый вход которого соединен с задатчиком 107 конструктивного коэффициента талевой системы, а выход - с первым входом первого умножителя 95, и с первым входом второго сумматора 91, второй вход последнего соединен с задатчиком 108 конструктивного коэффициента ШПМ; выход формирователя 105 опорного напряжения соединен с входом делителя 115 напряжения резистивного, выходы которого подключены: первый - к первому входу первого селектора 100 амплитудного i второй - к первому входу второго селектора 101 и второму входу первого селектора 100, третий - к первому входу третьего селектора 102 и. второму входу второго селектора 101; четвертый - к первому входу четвертого селектора 103 и второму входу третьего селектора 102 пятый - к первому входу пятого селектора 104 и второму входу четвертого селектора 103j шестой к второму входу пятого селектора 104 амплитудного.

Указатель 16 длины колонны (фиг. 10) содержит преобразователь кода 125 и индикатор 126 газоразряд- HbDi, при этом вход указателя 16 подключен к входу преобразователя кода 125,- а выход последнего соединен с входом индикатора 126 газоразрядного. Преобразователь кода 125 (фиг.11

0

5

0

5

0

5

0

5

состоит из дешифраторов 1 из 10 127-132 в интегральном исполнении, входы каждого из которых подключены к входу преобразователя кода 125, а выходы дешифраторов подключены к его выходу. Индикатор 126 газоразрядный (фиг. 11) состоит из ламп 133 - 138 индикаторных, аноды которых подключаются к источнику постоянного напряжения, а катоды - к входу индикатора 126 (к выходам соответствующих дешифраторов 127-132). Такая конструкция указателя 16 длины колонны позволяет индицировать длину.колонны в диапазоне 0-9999,99 м с дискретностью 1 - .

Устройство работает следующим образом.

Перед началом СПО в задатчики необходимо ввести исходные параметры: в задатчик 10 опасных интервалов скважины - глубины интервалов скважины с уступами, искривлениями и т.п. в метрах и допустимые скорости спуска и подъема колонны на них в задатчик 12 перехода на скорость спуско-, подъема в условиях АВПД - глубину залегания покрьшки зоны с .АВПД в метрах по данным геофизических исследований и геологических прогнозовi в задатчик 13 параметров промывочной жидкости - значения ее условной вязкости Т в секундах (с), структурной вязкости ч в Паузах (Пз), статического напряжения сдвига (СНС) 0 в Паскалях (Па); в задатчик 14 конструктивных параметров колонны и скважины - наружный диаметр бурильных труб d „ (мм), внутренний диаметр бурильных труб d g (мм), наружный диаметр утяжеленных бурильных труб (УБТ) d v/ (мм) , диаметр скважины D (мм), длину УБТ 1 (м), в задатчик 15 допустимых гидродинамических давлений - допустимое гидродинамическое давление при подъеме колонны труб при проводке скважины лРл.н (МПа), то же в условиях АВПД ЛРпу( допустимое гидродинамическое давление при спуске колонны труб при проводке скважины в нормальных условиях л р., (fffla), то же в условиях АВПД - ЛРс, двпв (МПа). Ввод параметров в задатчики может быть осуществлен бурильщиком. Воз- можна корректировка задания по мере изменения технологических условий на скважине в любое время СПО и между ними. Число вводимых параметров

не зависит от сложности технологической обстановки на скважине и сравнительно невелико (например, 13-15). Ручные операции при этом сведены к минимуму, перед вводом параметров не требуется производить вычислений: значения Т, т , берутся из журнала учета свойств промывочной жидкости; d jdgsD, ds, геолого-технического наряда (ГТН) на скважину; Р„,, лРплепп . -зРс.н . РСДБПВ по результатам расчетов и опыту проводки скважин на данной площади, исходя из условия недопущения частичных поступлений пластовых флюидов в скважину, проявлений и выбросов, а также недопущения поглощений промывочной жидкости и гидроразрывов пластов .

Блоком 6 вычисления длины колонны в ходе СПО и в процессе бурения по сигналам с датчика 1 положения талевого блока и датчика 5 веса на крюке вычисляется длина бурильной колонны в скважине L в метрах. Перед очередным спуском колонны, нажатием кнопки 123 Установка нуля на входы сброса R 14 счетчиков 117-122 пода- ется высокий уровень напряжения и выход реверсивного счетчика 21, а значит, и блока 6, обнуляется -Ькоп,. Состояние на выходе блока 6 изменится, когда на первый или второй входы счетчика 21 с выходом элементов И 19 и 20 соответственно будут поступать сигналы логической 1. Это будет иметь место при перемещении загруженного талевого блока, когда на второй вход первого элемента И 19 (.при спуске) или второго элемента И 20 (при подъеме) через второй и третий входы блока 6 соответственно (фиг.2) будут поступать импульсы 1, с выхода датчика 1 положения талевого блока (фиг. 1), а на первых входах элементов И 19.и 20 будет установлен сигнал 1. Датчик положения талевого блока (датчик проходки) представляет собой двухфазный число-импульсный датчик, на выходе которого формируются импульсы 1 на шине + для суммирования импульсов (движение талевого блока вниз) или на шине - для вычитания импульсов (движение талевого блока вверх). Сигналы 1 с шин + и - датчика 1 положения талевого блока подаются соответственно

на второй и третий входы блока 6 вы-, числения длины колонны.

Разрешающая способность датчика 1 положения таЛевого блока принимается равной 1 см, т.е. цена импульсов,поступающих на второй и третий входы блока 6, Дм 1,0 см/имп.

На первый вход блока 6 поступает аналоговый сигнал U, пропорциональный весу инстрз мента на крюке Q, с выхода датчика 5 веса на крюке (фиг. 1). Сигнал Ufl подается на тре- , тий вход селектора 18 амплитудного (фиг. 2 и 9), на первый и второй входы которого с задатчика 22 максимальной грузоподъемности и задатчика 23 веса свечи подаются сигналы соответственно и и и,, причем сигнал U, пропорционален максимальной грузоподъемности буровой установки а сигнал Vг весу одной свечи бурильных труб Яр. На выходе селектора 18 амплитудного, выполненного на двухпороговом компараторе, сигнал устанавливается только при выполнении условия

Uj и а и,,(1)

т.е. тогда, когда вес инструмента Q, находится в пределах

qc Q Q

макс

(2)

иначе говоря, при загруженном талевом блоке. Сигнал с выхода селектора 18 амплитудного поступает на первые входы элементов 19 и 20 И, управляющих прохождением сигналов на суммирующий +1 либо вычитающий -1 входы счетчика 21 реверсивного (фиг. 9).

По мере спуска первой свечи бурильных труб в скважину на первый вход счетчика 21 реверсивного (вход +1) поступают импульсы, ко.торые суммируются. Если за время спуска первой свечи на су1-1мирующий вход счетчика 21 реверсивного поступило N, импульсов, то на выходе блока 6 установится сигнал, численно равный

Кол.-1

L

КОА

,-U,

0+Nn- ,- 1,0 N,, см (3) после спуска второй свечи (поступило N импульсов)

Lкo,,oл, N,+N5, см (4)

и т.д. После спуска i-той свечи в скважину на выходе блока 6 установится сигнал

LkcA.,-,-,+N,- ,

CM

(5)

По завершении спуска бурильной колонны до,забоя на выходе блока 6 сформируется сигнал глубины скважины h

(6)

LkoA. , см

При подъеме колонны импульсы с датчика 1 положения талевого блока поступают на второй вход второго элемента И 20, второй вход счетчика 21 (вход -1), при этом они вычитаются сигнал на выходе блока 6 уменьшается Так, при завершении извлечения из скважины j свечей с момента начала подъема длина колонны в скважине вы- числится блоком 6 так:

1 п- j

-rbK.-l,,M.,

см.

(7)

где M. - количество импульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика 21 реверсивного за время подъема j-той свечи; k - количество свечей, наро- щенных на колонну за время долбления.

После завершения подъема и извлечения последней свечи

rv+k

Х,„д i:Ni IlMi и 0. (8)

r-1

В любой текутций момент времени при СПО или бурении на выходе блока 6 присутствует сигнал, численно равный текущей длине колонны в скважи- не в двоично-десятичном коде (коде 8421), вычисленньш согласно выражению

RoX, тек

IN -I:M, см

(9)

Путем переноса запятой в полу- ченном числе на два десятичных разряда влево, получаем Ь , выраженную в метрах.

Блоком 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема в процессе выполнения СПО по совокупности входных сигналов с датчика 5 веса на крюке и датчика 2 скорости телевого блока определяется направление кода операций (спуск или подъем) и, в соответствии с этим, вычисляется рациональная скорость спуска или подъема бурильной колонны с учетом технических возможностей буровой уста- новки.

Рациональный режим спуски, при котором ,в наибольшей степени удов-

летворяются комплексные требования высокой производительности, качественной эксплуатации оборудования, требования охраны труда бурильщика, достигается при спуске всех свечей бурильной колонны со средней на скважину установившейся скоростью |спуска загруженного элеватора V..p 2,0 м/с на всех серийных буровых установках. Отмеченное среднее значение скорости спуска может быть получено при постепенном снижении скорости с 2,5 м/с (первые свечи) до 1,0- 1,5 м/с (последующие), т.е. рациональная зависимость скорости спуска от веса инструмента на крюкеУ. рац ) может быть представлена прямой линией. На фиг. 12 показана зависимость V с. рай, f 1 (Q) построенная для буровой установки грузоподъемностью Q ццакс 200 т по двум точкам: А ( 2,5) и В (Q.i 1,0), урав- нение этой зависимости:

5

0

V.

с. ряч

2,51,5

-, м/с

Q МмксЧ лпакс Q

Пренебрегая величиной второго вычитаемого в выражении (10), получаем:

Й2 5ЬА.

с. риц о

м п V- гV

-Q , м/с (11)

5

0

5 0 5

При подъеме бурильной колонны максимальная производительность буровой установки, а значит, наименьшее время машинного подъема, обеспечивается при полном использовании установленной мощности привода буровой лебедки. Последнее выполняется при изменении скорости подъема по закону

тт 0,102-N- If . ,.„.

n.p«u, - / 2)

где N - установленная мощность первичного двигателя, кВт; If - допустимый коэффициент перегрузки приводного двигателя; КПД подъемного механизма; G - вес подвижной части талевой

системы, т.

-При легких бурильных колоннах (Q 40 т) получаемые по формуле (12) скорости подъёма превосходят по величине 2,0 м/с. При таких скоростях ухудшаются условия эксплуатации бурового оборудования, увеличивается физиологическая работа бурильщика в момент торможения колонны, а также

увеличивается время подгонки замка колонны в зону бурового ключа. Поэтому скорости подъема вьше 2,0 м/с яв- нерациональными, современные буровые установки имеют высшие скорости подъема, не превосходящие 2,0 м/с.

Рациональная зависимость V p«u,

Vn. рдц, . При выполнении условия Vfi.pcn п.раи, на выходе компаратора 33 устанавливается положительньпт уровень напряжения и„„цс при п.рац V п рач - отрицательное напряжение , последние подаются на третий управляющий вход первого мультиплексора 30, на выходе кото-

fjCQ) показана на фиг. 13, она по|о Рого формируется сигнал, пропорциональный, соответственно V n.pnu,. или Vn. рыц т.е. пропорциональньш Уп.ррц- в соответствии с выражением (13) он подается на первый вход второго с мультиплексора 31.

Сигнал Ug подается также на третий вход селектора 27 амплитудного, последний совместно с задатчиком 40 и 41 выполняет те же функции, что и

строена для буровой установки грузоподъемностью т по следующему выражению:

Vp.pMU, 2,0,

0,102-N-an Ч G,

,.р„ц мин

W п. .

(13)

Работа блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема основана на реализации законов (11) и(13)20 вышеописанные селектор 18 и задатФормула (11) моделируется напряже- чкки 22 и 23 в блоке 6. Сигнал с вы- нием в элементе 24 вычитания (фиг. 3), ода селектора 27 поступает на вход Сигнал с датчика 5 веса на крюке UQ второго инвертора 29, на выходе ко- через первый вход блока 8 подается на торого устанавливается О при за- второй инвертирующий вход элемента 24 25 груженном талевом блоке и 1 - при вычитания, на первый неинвертирующий незагруженном, последний сигнал по- вход которой подается сигнал с задат- чика 36 максимальной с корости спуска, пропорциональный V, р„ „,,е 2,5 м/. вторые входы которых поступают сигна- Коэффициенты усиления по входам эле- ЗО соответственно с датчика 2 скорое- мента 24 вычитания подобраны таким образом, что на его выходе формируется сигнал, пропорциональный Ус.рац, который подается на первый вход третьего мультиплексора 32.

Сигнал UQ подается и на второй вход сумматора 25, на первый вход которого поступает сигнал с задатчи- ка 37 веса :подвижной : части талевой системы, пропорциональный G,. Сигнал до компараторов U, и пропорцио- пропорциональный сумме G +Q подает- нальных скорости талевого блока,т.е.

Uj , поэтому на выходах обоих компараторов устанавливсшзтся сигналь и тин которые подаются на третьи управляющие входы второго 31 и третьего 32 мультиплексоров, на выходах последних, а значит, и на выходах блока 8, формируются нулевые сигналы. В режиме перемещения загруженного талевого блока напряжение U а 0. При подъеме талевого блока напряжение, снимаемое с датчика 2 скорости, положительное, поэтому и .J 7 и, для второго компаратора 34, а при спуске - и 7 и, для третьего компаратора 35, 55 что приводит к формированию сигналов

дается на первые входы второго и третьего компараторов 34 и 35, на вто

ти талевого блока через второй вход блока 8 и сигнал с выхода первого инвертора 28, изменяющего знак сигнала с датчика 2скорости талевого блока. В режиме перемещения незагруженного талевого блока напряжение U на первых входах компараторов 34 и 35 равно напряжению 1, которое выше напряжений, поступающих на вторые вхося с выхода сумматора 25 на второй вход делителя 26, на первый вход последнего поступает сигнал с задатчи- ка 38 мощности на крюке, пропорциональный величине 0,102-N- p-Lf, а на выходе делителя 26 формируется сигнал, пропорциональный Vp. рай, который, подается на второй вход .первого мультиплексора 30 и второй вход первого компаратора 33, на первый вход последнего и первый вход первого мультиплексора 30 поступает сигнал с задатчика 39 максимальной скорости подъема, пропорциональный 2,0 м/с.

Первый компаратор 33 производит сравнение величин напряжений, пропорциональных скоростям Vn, рои, и

45

V

П.- Ро1Ч.

MoikC выходах и поступлению на выходы блока 8 сигнала, пропорционального Vn. рши,. (выход 1), с выхода

по(13)

чкки 22 и 23 в блоке 6. Сигнал с вы- ода селектора 27 поступает на вход второго инвертора 29, на выходе ко- торого устанавливается О при за- груженном талевом блоке и 1 - при незагруженном, последний сигнал по- вторые входы которых поступают сигна- соответственно с датчика 2 скорое-

дается на первые входы второго и третьего компараторов 34 и 35, на вточкки 22 и 23 в блоке 6. Сигнал с вы- ода селектора 27 поступает на вход второго инвертора 29, на выходе ко- торого устанавливается О при за- груженном талевом блоке и 1 - при незагруженном, последний сигнал по- вторые входы которых поступают сигна- соответственно с датчика 2 скорое-

компараторов U, и пропорцио- нальных скорости талевого блока,т.е.

ти талевого блока через второй вход блока 8 и сигнал с выхода первого инвертора 28, изменяющего знак сигнала с датчика 2скорости талевого блока. В режиме перемещения незагруженного талевого блока напряжение U на первых входах компараторов 34 и 35 равно напряжению 1, которое выше напряжений, поступающих на вторые вхо55

45

MoikC выходах и поступлению на выходы блока 8 сигнала, пропорционального Vn. рши,. (выход 1), с выхода

17

второго мультиплексора 31 или сигнала, пропорционального c.pa. (выход 2), с выхода третьего мультиплексора 32.

Задатчик 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД (фиг.4) имеет вход, на который поступает сигнал с выхода блока 6 вычисления длины колонны, пропорциональный текущей длине колонны L ; он подается на первый вход компаратора 42, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 43 глубины покрьцики зоны АВПД-Ьдр. Сигна;1 Ь р в процессе СПО изменяется в диапазоне О . Компаратор 42 проверяет выполнение неравенства

CkB - КОЛ. макс /L двпв

(14)

при выполнении которого на его выходе устанавливается сигнал, поступающий на первый вход триггера 44, последний устанавливается, и сигнал 1 поступает на выход задатчика-12, что свидетельствует о внедрении скважины в зону покрышки пластов с АВПД или разбуривании самих зон с аномально высокими пластовьми давлениями. Если глубина скважины не дос

тигала значения , то на выходе сзадатчика 12 устанавливается сигнал О. О выполнении условия (14) бурильщика информирует световым сигналом сигнализатор 17 опасных интервалов скважины, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 12.

Сигнал с выхода задатчика 12 поступает также на второй вход блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим УСЛОВИЯМ. С учетом этого сигнала по совокупности сигналов на первом входе с блока 6 вычисления длины колонны, пропорциональному L , на третьем - четырнадцатом входах - с задатчиков 13, 14 и 15 соответственно, блоком 11 вычисляется допустимая скорость спускоподъема по гидродинамическим услови30

35

40

45

33(D2-dz).L,

Работа блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям основана ка реализации законов (15) и (18).

На шестой - десятый входы блока 11 (фиг, 5) с задатчика 13 конструктивных параметров колонны и скважины поступают сигналы, пропорциональные j d „ - на шестой вход D - на седьмой вход d j - на восьмой вход 1 у - на девятьй вход; dg - на десятый; сигналы d, D, d, d

&

поступают на первый и второй входы шестого - девятого умножителя 53-56 соответственно, на выходах последних формируются сигналы, пропорциональ.-. J rs J J /..«..я« -1 «

ные d,(, D

Н

Сигнал d н с

выхода восьмого умножителя 55 поступает на первый вход второго злеменям, например, по условиям ограниче- 50 та 58 вычитания, на второй инвертирующий вход которого поступает сигнал dд с выхода девятого умножителя

л «2

56, а сигнал d,,-dg, снимаемый с выхода второго элемента 58 вычитания, 55 подается на второй вход третьего,делителя 62, на первом входе которого установлен сигнал D , снимаемый с выхода седьмого умножителя 54. На

ния колебаний дифференциального давления на забое скважины и недопущения на этой основе проявлений и выбросов, уходов промывочной жидкости в пласты и гидроразрывов пластов. Многочисленными исследованиями установлена сильная зависимость возникающих в скважине гидродинамичес-Q

855018

ких давлений iР от скорости выполнения СПО.

Вычисление допустимой скорости подъема бурильного инструмента из скважины производится по формуле

1

п.г -9

1,808 V ЛРр - 8

In

I 32 +1 liLjS е 0,00555 j/i,j -kOA ЭКб

-1

(15)

где 1,1,6 эквивалентная длина УБТ,м,

которая вычисляется по формуле D -AJL 1 .

( .г зкв D - dv

у 5

(16)

If) - коэффициент перекрытия сечения скважины, определяемый по формуле

, «IH dft

V---,

(17)

cf- доверительный интервал определения 4Рп, принимаемый в формуле (15),

0,14 МПа.

Допустимая скорость спускд бурильного инструмента в скважину определя ется по формуле

ЛР.

с.г-а

33(D2-dz).L,

(18)

5

0

Работа блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям основана ка реализации законов (15) и (18).

На шестой - десятый входы блока 11 (фиг, 5) с задатчика 13 конструктивных параметров колонны и скважины поступают сигналы, пропорциональные j d „ - на шестой вход D - на седьмой вход d j - на восьмой вход 1 у - на девятьй вход; dg - на десятый; сигналы d, D, d, d

&

45

поступают на первый и второй входы шестого - девятого умножителя 53-56 соответственно, на выходах последних формируются сигналы, пропорциональ.-. J rs J J /..«..я« -1 «

ные d,(, D

Н

Сигнал d н с

выхода восьмого умножителя 55 поступает на первый вход второго злемен19138

выходе третьего делителя 62 формируется сигнал, пропорциональный V, по- лучаемьй по выражению (17), последний подается на первый вход четвер- того умножителя 51 и вход элемента 66 возведения в степень, на выходе которого формируется сигнал V подаваемый на второй вход второго умножителя 49. На первый - седьмой входы схемы 74 вычисления эквивалентной длины подаются сигналы, соответственл

но d у - с выхода шестого умножителя

D - с выхода седьмого умножите53;

ля 54; й„ - с выхода восьмого умног- жителя 55; d с шестого блока 11; D - с седьмого входа блока 11; d - с восьмого входа блока 11; 1 девятого входа блока 11; D те седьмого входа блока 11; d у - с восьмого входа блока 11, 1. - с девятого входа блока 11, алгоритм функционирования схемы 74 вычисления эквивалентной дпины (фиг. 6) описывается выражением (16). На первые входы элементов 75 и 76 вычитания с второго входа схемы 74 поступает сигнал D , а на первые входы элементов- 77 и 78 вычитания - с пятого входа - D; на вторые инвертирующие входы элементов 75-,,, пропорциональный величине (L -„-зи . , . nooss4.T

78 вычитания с первого, третьего,четвертого и шестого входов схемы 74 подаются соответственно сигналы d v(,d , d „ и d,,, так что на их выходах фор- мирзпотся сигналы, пропорциональные разностям D -ds,, , D-dH, D-d соответственно, последние подаются: на первьш вход первого делителя 79; второй вход первого делителя 79 и второй выход.схемы 74; первый вход второго делителя 80; второй вход второго делителя 80. На выходах делителя 79 и 80 формируются сигналы, пропорциональные (D -dy)/(D -d) и

35

40

, 1 ч S aOO5S5-r

1X6 V -е , подава второй вход первого делителя первый вход которого подается пропорциональный величине iP маемьй с выхода третьего элем вычитания, на первый и второй последнего поступают сигналы первого Мультиплексора 68, пр нальный йРд , и сигнал « с за ка 72 доверительного интервал ветственно. Сигнал с выхода п делителя 60 подается на второ вертирующий вход первого элем вычитания, на первый вход кот подается сигнал с задатчика 7 ня напряжения 1. На выходе го элемента 57 вычитания сигн порционален величине

(D-dH)/(D-dx,) , подаваемые соответственно на первый и второй входы в то

рого умножителя 82 и первьй вход первого умножителя 8t, на второй вход которого подается сигнал , с седьмого входа схемы 74. На первый и второй входы третьего умножителя 83 пос- тупают сигналы с выходов умножителей 82 и 81 соответственно.

На выходе третьего умножителя 83 формируется сигнал, пропорциональный в соответствии с (16), поступаю- щий на первый выход схемы 74.

Этот сигнал подается на второй вход сумматора 47 (фиг. 5), где сум20

мируется с сигналом, поступающим с выхода ЦАП 46 на его первый вход, а также на перйьй вход третьего умножителя 50 - L

Кол

Аналоговый сигнал

L )(од. (дн) снимается с выхода ЦАП 46, на вход которого с выхода преобразователя кода 45 поступает сигнал koA () двоичном коде, получаемый из сигнала . (i/re; поступающего

на первый вход блока 11 с выхода блока 6 вычисления длины колонны. Сигнал с выхода сумматора 47 L л рке поступает на первый вход первого умножителя 48, на второй вход которого поступает сигнал 32,23 с выхода элемента 65 вычисления экспоненты, на вход которой подается сигнал, пропорциональный Т с пятого входа блока 11с выхода задатчика 13 параметров промывочной жидкости, с которого на третий вход блока 11 поступает сигнал ц. , а на четвертый вход - сигнал б, которые подаются на вторые входы умножителей 50 и 51, соответственно. Сигнал с выхода первого умножителя 48 поступает на первый вход второго умножителя 49, на выходе которого формируется сигнал,

,,, пропорциональный величине (L -зи . , . nooss4.T

35

40

45

0

55

, 1 ч S aOO5S5-r

1X6 V -е , подаваемый на второй вход первого делителя 60, на первый вход которого подается сигнал, пропорциональный величине , сни- маемьй с выхода третьего элемента 59 вычитания, на первый и второй входы последнего поступают сигналы с выхода первого Мультиплексора 68, пропорциональный йРд , и сигнал « с задатчика 72 доверительного интервала соответственно. Сигнал с выхода первого делителя 60 подается на второй инвертирующий вход первого элемента 57 вычитания, на первый вход которого подается сигнал с задатчика 73 уровня напряжения 1. На выходе первого элемента 57 вычитания сигнал пропорционален величине

APn-iy

) -yS.e o.oussf.T

А 1-

MA. - -ЭКЬ32,23-(L

который подается на вход элемента 67 логарифмирования. Сигнал с выхода элемента 67 логарифмирова 1ия, пропорциональный величине - ,808, подается на первый вход второго делителя 61, на второй вход которого подается сигнал v-Q с выхода четвертого умножителя 51. С выхода второго

делителя 61 сигнал, пропорциональный допустимой скорости подъема по фор- муле (15), поступает на первый выход блока 11.

Сигнал с выхода третьего умножителя 50, пропорциональный Ь,,, п , подается на первый вход пятого умножителя 52, на второй вход которого по- дается сигнал D -d с второго выхода схемы 74 вычисления эквивалентной длины, на выходе пятого умножителя 52 формируется сигнал, пропорциональный 3.3 (D -dK) поступающий на второй вход четвертого д-е- лителя 63, на первьй вход которого поступает сигнал йР. с выхода второго мультиплексора 69. Сигнал с выхода четвертого делителя 63, пропорциональный допустимой скорости спуска по формуле (18), поступает на второй выход блока 11.

С выхода задатчика 15 допустимых

рой вход блока 9 подается один из сигналов: , или же обращается в О порциональные V

, а сигналы,про- ог, и УС.ОП имеют

30

гидродинамических давлений (фиг. 1) на входы блока 11 (фиг. 5) поступают 35 , соответствующий максималь- следующие сигналы: - на один- о возможной скорости спускоподъема, надцатый вход, Рп, н - на двенадцатый вход, ЛРс.Авпв тринадцатый вход и лРс.н на четырнадцатый вход, которые подаются соответственн-о на второй и третий входы первого мультиплексора 68 и на второй и третий : входы второго мультиплексора 69, работой которых управляет компаратор 70, сигнал с выхода которого подается на первые входы мультиплексоров 68 и 69. На первый вход компаратора 70 с задатчика 71 низкого уровня наравной 2,5 м/с, всегда, когда L , не попадает во введенные в задатчик 10 опасные интервалы скважины. Если же текущая длина колонны попадает в один из заданных опасных интервалов

35

задатчика 10 опасных интервалов сква жины на пятый и шестой вход блока 9 выдаются сигналы, пропорциональные заданным скоростям подъема и спуска на этом интервале: V . и Vc.on.iS одновременно появляется сигнал на третьем выходе задатчика 10, поступающий на первый вход сигнализатора 0 17 опасных интервалов скважины, что сопровождается световым и звуковым сигналами, последние снимаются пос- .де прохождения низом бурильной колонны опасного интервала скважины.

пряжения подается сигнал U.,(1,2- -1 ,5) Uwoii, где Unfl,- напряжение О, а на второй вход - сигнал Uj с второго входа блока 11 (с выхода задатчика 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД), причем сигнал и равен либо U о либо .i, где Ui,„- напряжение 1. В первом случае и i и iQii и, и на выходе компаратора 70 устанавливается сигнал и „ во втором - на выходе компаратора 70 сигнал UMBKC что приводит к появлению на выходах мультиплексоров 68 и 69 сигналов, пропорциональных следующим величинам: во втором случае dPf, лРпдбпл и аРс ЛРсдвпо; в первом случае Л п„ и ЛРс д Р с ,н« Таким образом блок 1 1 авто- матически переходит от вычисления допустимой скорости по гидродинамике в нормальных условиях проводки

г

0

скважины к вычислению допустимой скорости СПО в условиях вскрываемых или вскрытых зон АВПД.

В процессе СПО на первый - шестой входы блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям (фиг. 1 и 7) поступают с выходов соответст- венно блока 8 вьиитания рациональной (скорости спускоподъема, блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям и задатчика 10 опасных интервалов скважины следующие сигналы: V на первый вход; V c.poiu,. - на второй „ на третий вход Vcr.-a на четвертый вxoдj Vn on з пятый йход и УС. on - на шестой вход. При этом, в зависимости от направления процесса СПО подъем или спуск на первый или втоI . рой вход блока 9 подается один из сигналов: , или же обращается в О порциональные V

Vc.pau,, Другой

, а сигналы,про- ог, и УС.ОП имеют

5 , соответствующий максималь- о возможной скорости спускоподъема,

, соответствующий максималь- о возможной скорости спускоподъема,

равной 2,5 м/с, всегда, когда L , не попадает во введенные в задатчик 10 опасные интервалы скважины. Если же текущая длина колонны попадает в один из заданных опасных интервалов

5 , соответствующий максималь- о возможной скорости спускоподъема,

5

5

задатчика 10 опасных интервалов скважины на пятый и шестой вход блока 9 выдаются сигналы, пропорциональные заданным скоростям подъема и спуска на этом интервале: V . и Vc.on.iS одновременно появляется сигнал на третьем выходе задатчика 10, поступающий на первый вход сигнализатора 0 17 опасных интервалов скважины, что сопровождается световым и звуковым сигналами, последние снимаются пос- .де прохождения низом бурильной колонны опасного интервала скважины.

Блок 9 (фиг. 7) производит анализ величин, поступающих на его входы допустимых по различным технологическим условиям скоростей и передает на свой выход минимальную из них, последняя является для данного мо- мента СПО оптимальной скоростью, максимальна возможной скоростью при действующей совокупности ограничений.

Функцию оптимизации скорости подъема и спуска выполняют соответственно элемент 84 ограничения скорости подъема и элемент 85 ограничения скорости спуска (фиг. 7).

0

В ходе подъема бурильной колонны на первый, третий входы элемента 84 поступают сигналы У, рац,. Vf,-d и

V

п. on

соответственно. Сигнал V.

подается с третьего входа блока 9 (с второго входа элемента .84) на первый вход первого компаратора 86 и второй вход первого мультиплексора

88, а сигнал V

0. on.

подается с пятого

входа блока 9 (с третьего входа элемента 84) на второй вход первого компаратора 86 и третий вход первого мультиплексора 88. При V ,, j. Vn.on на выходе первого компаратора 86 формируется сигнал и„„,с, а при n.r-S o.of сигнал и„у, который подается на первый управляющий вход первого мультиплексора 88, вследствие чего на его выходе появляется сиг нал, пропорциональный V п, оп или п г-д меньший из сравниваемых скоростей, который подается на первые входы второго компаратора 87 и второго мультиплексора 89 на второй вход второго компаратора 87 и третий вход второго мультиплексора 89 подается сигнал V.pcm с первого входа блока 9 (первого входа элемента 84). Пусть, например, с выхода первого мультиплексора 88 поступил сигнал VH,г-5 тогда на втором компараторе 8 сравниваются две величины - Vn. рац и У„ 5 Выходной сигнал второго компаратора 87 подается на второй управляющий вход второго мультиплексо ра 89. Вторые компаратор 87 и мультиплексор 89 работают аналогично первым компаратору 86 и мультиплексору 88. На выходе второго мультиплексора 89 формируется сигнал, пропорциональный минимальной из сравниваемых скоростей, например который поступает на выход элемента 84 и первый выход блока 9 (выход 1 .1-): V д„

Vn.r-a.

в ходе спуска бурильной колонны аналогично работает элемент 85, сигнал Vc-onr с выхода последнего поступает на второй выход блока 9. В ходе спуска сигнал имеется только на втором выходе блока 9, а при подъеме - только на первом выходе, - другой выход обнуляется.

Сигнал, пропорциональный оптимальной скорости спускоподъема, подается с выходов блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям на второй и третий входы указа-

10

15

25

30

-207

35

40

45

50

55

теля 4 скорости талевого блока, на первый вход которого поступает сигнал с выхода датчика 2 скорости талевого блока, пропорциональный факти ческой скорости спускоподъема. Обе скорости индицируются на указателе 4, что дает возможность бурильщику сравнивать их и, воздействуя на органы управления подъемной и тормозной систем установки, поддерживать оптимальный режим спускоподъема, для чего необходимо реализовать условие V. опг При V ф„ V оп ухудшаются технико-экономические показатели по СПО, а режим при Уф акт V пт недопустим, так как он чреват осложнениями и авариями, в этом режиме указателем 4 формируется звуковой сиг-, нал.

Сигнал с первого выхода блока 9, пропорциональный Vf,. опт , подается на второй вход блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 8), на первый вход которого поступает сигнал U Q с выхода датчика 5 веса на крюке. По совокупности входных сигналов блок 7 вычисляет оптимальные положения талевого блока, в которых необходимо производить отключение приводного двигателя и оперативной ШПМ в конце подъема бурильной колонны на длину свечи, чтобы загруженный талевый блок остановился в положении, обеспечивающем нормальную работу ключа АКБ при развинчивании нижнего замкового соединения поднятой свечи.

Для ведения процесса остановки загруженного талевого блока в оптимальном режиме двигатель и ШПМ буровой лебедки необходимо отключить в еле- дующих положениях.

(Inp+Ig.s) V у.з.п

М.. Vv,.3.n -0,35-Sj, (20)

S -

(19)

S 4 In

M

где S

- R V,

j. З.П

K-Mer

путь, который-должен пройти замок колонны от момента отклонения двигателей до входа в зону ключа АКБ, MJ то же, для шинно-пневмати- ческой муфты ШПМ, м -кратность талевой системы, средний радиус навивки каната на барабан лебедки, м; установившаяся скорость подъема загруженного талевого блока, M/cj

момент инерции привода, т .м -с i

то же, для барабанного вала лебедки, т-м-с j статический момент нагрузки на валу лебедки, .

В,, С М

коэффициенты, R

,. - КПД талевой системы.

-(Q + G),

(21)

Момент инерции барабанного вала есть величина постоянная, а момент инерции привода меняется с переходом с одной скорости подъема на дру гую, т.е. I rip f (Vp), например, для установки Уралмаш-4Э ; I Б.В

0,15 TjM. 1пр 2,5; 1,7; 0,60; 20 пряжением UpnopH поступающим на его

25

0,30; 0,15 Т-М.С2 для I, II, III, IV и V скоростей подъема соответственно . Работа блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока основана на реализации зависимостей (19) - (21).

Сигнал UQ подается на второй вход первого сумматора 90, на первый вход которого подается сигнал, лропорцио- нальный G, с заДатчика 106 веса под-,,, вижной части талевой системы. Коэффициенты усиления по входам суммато-- ра 90 подобраны таким образом, что на выходе ее формируется сигнал,пропорциональный М р в соответствии с выражением (21), который подается на 35 первый вход второго сумматора 91 и второй вход первого делителя 93, на первый вход последнего подается сигнал с выхода, задатчика 107 конструктивного коэффициента талевой системы, пропорционального ,37 . На выходе первого делителя 93 формируется сигнал ,, который подается на первый вход первого умножителя 95, на второй вход последнего поступает сигнал пропорциональный V опт выхода третьего умножителя 97, на первый и второй вход которого поступает сигнал V п.опт с первого выхода блока 9 с второго входа блока

40

45

50

вход с выхода формирователя 105 опорного напряжения.

Опорное напряжение пропорционально максимально возможной скорости подъема, т.е. UonopH н V п.макс 2,0 м/с. Резисторы делителя 115 Rj - R выбираются таким образом, чтобы напряже7 ния в точках были пропорциональны скоростям подъема на I - IV переда- .че коробки скоростей привода лебедки, так как Uj sV п.г, U п Vn.u, U У„,й;,

Ufv Vn.ry . .

Сигнал с первого выхода делителя 115 поступает на первый вход первого селектора 100; U с второго выхода на второй вход первого селектора 100 и первый вход второго селектора 101; и ц с третьего выхода на второй вход второго селектора 10 и первый вход третьего селектора 102; и щ с четвертого выхода на второй вход третьего селектора 102 и первый вход четвертого селектора 103j и ,5 с пятого выхода на второй вход четвертого селектора 103 и первый вход пятого селектора 104; UonopH с шестого выхода на второй вход пятого селектора 104. Пусть вычисленная оптимальная скорость подъема такова, что V п. п V п. опт - V п.(Т , тогда .и jj и 7 и ф и для третьего селектора 102 выполняется условие Uj 1 что приводит к установке на его выходе сигнала U „„щ. и подключению выхода коммутатора 116 к пятому входу, на выходе (коммутатора 116 устанавливается сигнал I пр I пр iTi . Аналогично работает коммутатор 116 при других значениях Vp

/М,

с выхода

к.т п, ont

первого умножителя 95 поступает на первый вход второго-умножителя 96, на второй вход которого поступает сигнал 1лр+1 Б.й с выхода третьего сумматора 92, полученный из сигналов I пр и 1 6 6 поступаклдих на его первый и второй вх:оды с выходов соответ

5

ственно коммутатора 116 и задатчика 109 момента инерции барабанного вала. На коммутируемые входы 1, 3, 5, 7 и 9 коммутатора 116 подаются сигналы с задатчиков 110-114 соответственно, пропорциональные моментам инерции привода на I - V скоростях подъема:

fip I Р пр Ш - пр ГУ э 1 Пр V На входы управления коммутатора 1162, 4, 6, 8 и 10 поступают сигналы с выходов селекторов 100-104 амплитудных соответственно, на третьи входы которых подается сигнал U,V „.опт с второго входа блока 7, а на перйый и второй входы каждого селектора подаются сигналы и и и с выходов делителя 115 напряжения резистивного, последний запитывается, опорным на0 пряжением UpnopH поступающим на его

5

,, 5

0

5

0

5

вход с выхода формирователя 105 опорного напряжения.

Опорное напряжение пропорционально максимально возможной скорости подъема, т.е. UonopH н V п.макс 2,0 м/с. Резисторы делителя 115 Rj - R выбираются таким образом, чтобы напряже7 ния в точках были пропорциональны скоростям подъема на I - IV переда- .че коробки скоростей привода лебедки, так как Uj sV п.г, U п Vn.u, U У„,й;,

Ufv Vn.ry . .

Сигнал с первого выхода делителя 115 поступает на первый вход первого селектора 100; U с второго выхода на второй вход первого селектора 100 и первый вход второго селектора 101; и ц с третьего выхода на второй вход второго селектора 10 и первый вход третьего селектора 102; и щ с четвертого выхода на второй вход третьего селектора 102 и первый вход четвертого селектора 103j и ,5 с пятого выхода на второй вход четвертого селектора 103 и первый вход пятого селектора 104; UonopH с шестого выхода на второй вход пятого селектора 104. Пусть вычисленная оптимальная скорость подъема такова, что V п. п V п. опт - V п.(Т , тогда .и jj и 7 и ф и для третьего селектора 102 выполняется условие Uj 1 что приводит к установке на его выходе сигнала U „„щ. и подключению выхода коммутатора 116 к пятому входу, на выходе (коммутатора 116 устанавливается сигнал I пр I пр iTi . Аналогично работает коммутатор 116 при других значениях Vp

27

На выходе второго умножителя 96 формируется сигнал, пропорциональный S в соответствии с выражением (19), который подается на второй вы- хо д блока 7 и второй инвертирующий вход элемента 98 вычитания.

На второй вход второго сумматора 91 поступает сигнал с задатчика 108 конструктивного коэффициента ШПМ С, что приводит к появлению на выходе /его сигнала,пропорционального величине ,, подаваемого на первый вход второго делителя 94, на вто3

рой вход которого поступает сигнал VI, дрт- с второго входа блока 7; на выходе второго делителя 94 формируется сигнал чине В В

, пропорциональньш вели- У„ „„ /(К-М„+С,), по20

30

1 П, опт Ч ст

даваемый на вход элемента 99 логарифмирования, а сигнал 1п В/о( с выхода последнего - на первый вход элемента 98 вычитания. С выхода элемента 98 вычитания сигнал, пропорциональный S д по выражению (20), по- 25 дается на первый выход блока 7.

Сигналы S и S. с выхода блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 1) подаются на второй и пятый входы указателя 3 положения талевого блока, на первый вход которого поступает сигнал о фактическом положении талевого блока с выхода датчика 1 положения талевого блока ; все входные сигналы индицируются на указателе 3, что да- ет возможность бурильщику сравнивать их и, отключая в нужные моменты времени двигатели и ШШ и накладывая ленточный тормоз лебедки, реализовывать оптимальную остановку загруженного талевого блока без затрат времени на подгонку замка колонны в зону ключа АКБ, с минимумом физиологической работы при торможении и минимумом износа ленточного тормоза.

В процессе СПО и бурения текущая длина бурильной колонны L д индицируется на указателе 16 длины колонны (фиг. 10 и 11), на вход которого по- 50 дается сигнал , (7/10) выхода блока 6 вычисления длины колонны, поступающий на вход преобразователя кода 125, с выхода которого снимает-

Предлагаемое устройство позвол производить спускоподъемные опер на буровых установках в оптимальн режиме, при котором спуск и подъе каждой бурильной свечи производит со своей строго определенной, мак мально возможной в данной ситуаци скоростью, вычисляемой с учетом т нических характеристик буровой у тановки и действующих в данный мо времени технологических ограничен среди которых важное место принад лежит ограничениям скорости по ги родинамическим условиям, имеющим ределяющее влияние на безаварийно проводки скважины, особенно в зон высокопроницаемых пластов и пласт с АВПД. Устройство позволяет вест процесс остановки загруженного эл ватора при подъеме свечи в оптима ном режиме.

15

40

45

Формула изобретен

ся сигнал ,.(1о)И подается на вход 55 задатчиком параметров промывочной индикатора 126 газоразрядного. Цифровая индикация длины колонны испольжидкости, задатчиком конструктивны параметров колонны и скважины, з

зуется бурильщиком не только во вре-

Q 20

25

8855028

мя СПО, но и в процессе бурения для определения проходки на долото, дли- ftbi проработки ствола скважины и пр.

Предлагаемое устройство позволяет производить спускоподъемные операции на буровых установках в оптимальном режиме, при котором спуск и подъем каждой бурильной свечи производится со своей строго определенной, максимально возможной в данной ситуации скоростью, вычисляемой с учетом технических характеристик буровой установки и действующих в данный момент времени технологических ограничений, среди которых важное место принадлежит ограничениям скорости по гидродинамическим условиям, имеющим определяющее влияние на безаварийность проводки скважины, особенно в зонах высокопроницаемых пластов и пластов с АВПД. Устройство позволяет вести процесс остановки загруженного элеватора при подъеме свечи в оптимальном режиме.

15

0

0

0

5

Формула изобретения

задатчиком параметров промывочной

жидкости, задатчиком конструктивных параметров колонны и скважины, задатчиком допустимого гидродинамического давления, указателем длины колонны и датчиком веса на крюке, выход которого соединен с первыми входами блока вычисления рациональной скорости спускоподъема, блока вычисления длины колонны и блока вычисления оптимального положения талевого блока, причем выходы датчика положения талевого блока соединены с вто- рым и третьим входами блока вычисления длины колонны, выход которого подключен к первому входу блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, а. тйкже к входам указателя длины колонны, за- датчика перехода на скорость спускоподъема в условиях аномально высокого пластового давления и задатчика опасных интервалов скважины, выход датчика скорости талевого блока соединен с вторым входом блока вычисления рациональной скорости спускоподъема, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока огра- ничения скорости по технологическим условиям, два выхода блока вычислени допустимой скорости по гидродинами ческим условиям соединены с третьим и четвертым, а первые два выхода за- датчика опасных интервалов скважины с пятым и шестым входами блока ограничения скорости по технологическим условиям первый выход которого соединен с вторым входом указателя скорости талевого блока и вторым входом блока вычисления оптимального положения талевого блока, а второй выход - с третьим входом указ ателя скорости талевого блока, два выхода которого подключены соответственно к второму и третьему входам указателя положения талевого блока, при этом третий выход задатчика опасных интервалов скважины подключен к первому входу сигнализатора опасных интервалов скважины, выход задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях аномально высокого пластового давления соединен с вторыми входами сигнализатора опасных интерва- лов скважины и блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, выходы задатчика параметров промывочной жидкости подключены к третьему, четвертому и шестому, выходы задатчика конструктивных параметров колонны и скважины - к шестому, седьмому, восьмому.

5 « 5 0 5

0

девятому и десятому, а выходы задатчика допустимого гидродинамиче.ского давления - к одиннадцатому, двенадцатому, тринадцатому и четырнадцатому входам блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям.

с первым входом второго мультиплексора, второй вход которого соединен с общей шиной блока, выход задатчи- ка максимальной скорости спуска соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого соединен с,первым входом третьего мультиплексора, второй вход которого соединен с общей шиной блока, выход задатчика скорости на крюке подключен к первому входу делителя, выход задатчика подвижной части талевой системы соединен с первым входом сумматора, выхо которого соединен с вторым входом делителя, выход делителя соединен с вторыми входами первого мультиплексора и первого компаратора, выход кторого подключен к третьему входу первого мультиплексора, выход задатчика веса свечи подключен к первому входу селектора амплитудного, выход задатчика максимальной грузоподъемности соединен с вторьт входом селетора амплитудного, выход которого через второй инвертор соединен с первыми входами второго и третьего компараторов, выход первого инвертора подключен к второму входу третьего компаратора, выход которого соединен с третьим входом третьего мультиплексора, а выход второго компаратора соединен с третьим входом второго мультиплексора, при этом вторые входы элемента вычитания и сумматора, а также третий вход селектора амплитудного являются первым входом блока, вход первого инвертора и второй вход второго компаратора являются вторым входом блока, выход второго мультиплексора является первым выходом блока, а выход третьего мультиплексора является вторым выходом блока.

выход задатчика уровня 1 соединен с первым вхо0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

умножителя, напряжения дом первого элемента вычитания, выход первого мультиплексора соединен с первым входом третьего элемента вычитания, выход задатчика доверительного интервала соединен с вторым входом третьего элемента вычитания, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выход второго умножителя соединен с вторым входом первого делителя, выход которого подключен к второму входу первого элемент вычитания, выход первого элемента вычитания через элементы логарифмирования соединен с первым входом второго делителя, выход третьего делителя подключен к первому входу четвертого умножителя и через элемент возведения в степень - к второму входу второго умножителя, выход четвертого умножителя соединен с вторым входом второго делителя, выход третьего умножителя соединен с первым входом пятого умножителя, выход шестого умножителя соединен с первым входом схемы вычисления эквивалентной длины, первый выход которой подключен к второму входу сумматора, выход седьмого умножителя соединен с первым входом третьего делителя и с вторым входом схемы вычисления экв1шалентной длины, второй выход которой подключен к второму входу пятого умножителя, выход восьмого умножителя соединен с первым входом второго элемента вычитания и с третьим входом схемы вычисления эквивалентной длины, выход девятого умножителя соединен с вторым входом второго элемента вычитания, выход которого подключен к второму входу третьего делителя, выход второго мультиплексора подключен к первому входу четвертого делителя, выход пятого умножителя соединен с вторым входом четвертого делителя, выход задатчика низкого уровня напряжения соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к первым входам первого и второго мультиплексоров, при этом вход преобразователя кода является первым входом блока, второй вход компаратора является вторым входом блока, второй вход третьего умножителя является третьим входом блока, второй вход четвертого умножителя является четвертым входом

блока, вход элемента вычисления экс поненты является пятым входом блока, два входа восьмого умножителя и чет- вертьш вход схемы вычисления эквива- лентной длины являются шестым входом блока, два входа седьмого умнозкителя и пятый вход схемы вычисления эквивалентной длины являются седьмым входом блока, два входа шестого умно- жителя и шестой вход схемы вычислени эквивалентной длины являются восьмым входом блока, седьмой вход схемы вычисления эквивалентной длины является девятым входом блока, два входа девятого умножителя являются десятым входом блока, второй и третий входы первого мультиплексора являются соответственно одиннадцатым и двенадцатым входами блока, второй и третий входы второго мультиплексора являются, соответственно тринадцатым и четырнадцатым входами блока, выход второго делителя является первым выходом блока, а выход четвертого делителя - вторым выходом блока.

0

5

5 0

элемента вычитания является шестым входом схемы, второй вход первого умножителя является седьмым входом схемы, выход третьего умножителя является первым выходом схемы,а выход второго элемента вычитания является вторым выходом схемы.

5 ных, формирователь опорного напряжения, задатчик веса подвижной части талевой системы, задатчик конструктивного коэффициента талевой систе0

0

5

мы, задатчик конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты, задатчик момента инерции барабанного вала, пять задатчи- ков момента инерции привода, делитель напряжения и коммутатор, причем выход задатчика веса подвижной части талевой системы соединен с первым входом первого сумматора, выход задатчика конструктивного коэффициента талевой системы соединен с первым входом первого делителя, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход третьего, умножителя соединен с вторым входом первого умножителя, выход первого сумматора соединен с первым вхо дом второго сумматора и с вторым входом первого делителя, выход задатчика конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты подключен к второму входу второго сумматора, вы- ход которого соединен с первым входом второго делителя, выход второго делителя через элемент логарифмирования подключен к первому входу элемента вычитания, выход формирователя опорного напряжения соединен с входом делителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом первого селектора амплитудного, второй выход - с вторым входом пер

0

,. г

0

вого и первым входом второго селектора амплитудного, третий выход - с вторым входом второго и первым входом третьего селектора амплитудного, четвертый выход - с вторьш входом третьего и первым входом четвертого селектора амплитудного, пятый выход - с вторым входом четвертого и первым входом пятого селектора амплитудного, шестой выход - с вторым входом пято- . го селектора амплитудного, при этом выходы пяти селекторов амплитудных соответственно соединены с четвертыми в; ;одами коммутатора, а выходы пяти задатчиков момента инерции привода подключены соответственно к нечетным входам коммутатора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход задатчика момента инерции барабанного вала подключен к второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго умножителя, выход КОТОРОГО подключен к второму входу элемента вычитания,причем второй вход первого сумматора является первым входом блока, два входа третьего умножителя, второй вход второго делителя и третьи входы пяти селекторов амплитудных являются вторым входом блока, выход элемента вычитания является первым выходом блока, а выход второго умножителя является вторым выходом блока.

L

L

f f

фие.З

фие.

SI

f

74

Г

1

I

73

фиг. 8

0

рUfJ

.(

16 р5

Ur.-.

x7g3/u -Г I M I у )(ГО-гм .

a9 Г Г

Фaг.fO

MJC 1 .poqf. Ъ.О

Чс

40

80 т

фиг. 12

/с 3.0

to

0.5 О

гг.роц

II

п.

ооц.

.бп

п.

ОйЦ

d n.f. 014

W

во т

v

фиг /J

т

200 т

d n.f. 014.

ОйЦ

т

т т