Устройство для определения осевой нагрузки на долото при турбинном бурении Советский патент 1989 года по МПК E21B45/00 

4

сд 1C

со Ji сд

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить надежность работы устр-ва за счет устранения перегрузки долота. Для этого устр-во снабжено блоком 13 регулирования величины нагружения долота и соединенным с ним индикатором 14. К входу блока 13 регулирования подключен выход первого блока вычитания (БВ) 9. По поступающим с датчиков 1, 2 и 3 сигналам, пропорциональным соответственно текущим значениям проходки на долото, времени бурения и времени спуске-подъемных и вспомогательных операций, в блоке 4 вычисляются значения рейсовой скорости (PC), соответствующие различным нагружениям на долото. Полученные значения PC через коммутатор поочередно записываются в блоках 6, 7 и 8 памяти, «а затем попарно вычитаются в БВ 9 и 10 и сравниваются в элементе 11 сравнения, Результат сравнения поступает на световое информационное табло 12, имеющее три сектора: «Уменьшить и «Увеличить осевую нагрузку и «Оптимальная нагрузка. Сигнал приращения PC с выхода БВ 9 поступает также на блок 13. С его выхода сигнал величины нагружения долота поступает на индикатор 14 и используется при необходимости увеличения нагрузки на долото. 3 Иv. со (Л

Фиг.1

I Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для определения оптимальной осевой нагрузки на долото при турбинном бурении.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет уст- ;ранения перегрузки долота.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - выполнение блока регулирования величины нагружения долота; на фиг. З - график изменения рейсовой скорости в течение рейса.

Устройство (фиг. 1) содержит датчик 1 проходки, датчик 2 времени бурения, датчик 3 времени спуско-подъе.мных и вспомогательных операций, подключенные соответственно к первому, второму и третьему входам блока 4 вычисления рейсовой скорости, выход которого соединен с входом коммутатора 5, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами блоков 6-8 памяти рейсовой скорости соответственно.

Выход первого блока 6 памяти соединен |с первым входом первого блока 9 вычита- ния, выход второго блока 7 памяти соединен |с вторым входом первого блока 9 и с riepBbiM входом второго блока 10 вычитания, выход третьего блока 8 памяти соединен с вторым входом второго блока 10 вычитания. Выходы первого 9 и второго 10 блоков вычитания подключены к соответствующим входам элемента 11 сравнения, выход которого сое- динен с входом информационного табло 12. Выход первого блока 9 вычитания через блок 13 регулирования величины нагружения долота подключен к входу индикатора 14.

Блок 13 регулирования величи}1ы нагру- ,жения долота (фиг. 2) содержит элемент 15 }умножения и задатчик 16 коэффициента пропорциональности и служит для преобразования сигнала, пропорционального величине приращения рейсовой скорости, в сигнал, пропорциональный величине нагружения долота, в соответствии с выражением

ДРос ,(i)

где к - коэффициент пропорциональности; дУр- приращение рейсовой скорости, измеренное после очередного нагружения долота (Д РОС ). Так, величина л Vp к концу рейса уменьшается из-за естественного износа долота (фиг. 3), пропорционально ей уменьшается Д Р.

Максимальная амплитуда сигнала, пропорционального приращению рейсовой скорости AVp на выходе первого блока 9 выВ устройстве анализируется функция 50 читания, должна соответствовать максиVp f(tB), и определение Ц, в процессе бурения происходит на основе сравнения предыдущего AVp, и последующего AVp приращений рейсовой скорости, измеряемых за одинаковый промежуток времени. Цель регулирования заключается в поиске режима, соответствующего максимальному росту рейсовой скорости. Этот режим выби|1ается следующим образом. Осевую нагрузку измемальнои амплитуде сигнала, пропорционального величине нагружения долота А Р на выходе блока 13. Такая установка коэффициента к требует того, чтобы в процессе бурения показания индикатора 14, отражающие величину нагружения долота Д Р, не превыщали максимального значения дРиахс., до которого допустимо нагружать долото, исходя из условий нормальной его работы -

няют, например увеличивают на величину & РОС и с помощью предлагаемого устройства вычисляют приращение рейсовой скорости, например дУр, . Это приращение сравнивается с предыдущим Д Vp, , в результате чего .могут быть получены три соотношения (фиг. 3}

Л Vp, Vp, ;(2)

, : Л Vp, - Д Vp,

(3) (4)

0

5

0

5

Соотношение (2) свидетельствует о том,, что направление регулирования выбрано верное и необходимо продолжать увеличе- 5 ние РОС . Соотношение (3) говорит о том, что увеличение Р. приводит к замедлению роста рейсовой скорости, поэтому необходимо изменить ii.-iправление регулирования Рд на противоположное, т.е. уменьшить ее. Если

уменыпение Р, также приводит к падению темпа роста рейсовой скорости, то необходимо вернуться к тому значению 1 . при котором снижение роста рейсовой скорости еше не началось. В этом случае выполняется соотношение (4) и Р, является оптимальной. Ее следует поддерживать до тех пор, пока не изменятся забойные условия (износ вооружения или смена породы). Изменение забоГ|ных услозий вызывает изменение последующего приращения рейсовой скорости и на информационном табло появляется надпись-совет по выбору того или иного направления регулирования Р , оптимальное значение которой далее находится аналогично описанному.

Устройство работает следующим образом .

Перед очередным рейсом с помощью за- датчика 16 в блоке 13 регулирования величины нагружения долота вручную устанавливают такую величину коэффициента пропорциональности к, чтобы выполнялось условие

K43V,«aKc(5)

ВеличиналРссмахс выбирается исходя из типа долота, условий бурения и глубины скважины, а значение iVpMaxc в зависимости от глубины скважины L различное и, как показывают экспериментальные исследования, имеет вид ДVpнax ;-10 L

Максимальная амплитуда сигнала, пропорционального приращению рейсовой скорости AVp на выходе первого блока 9 вы0 читания, должна соответствовать максимальнои амплитуде сигнала, пропорционального величине нагружения долота А Р на выходе блока 13. Такая установка коэффициента к требует того, чтобы в процессе бурения показания индикатора 14, отражающие величину нагружения долота Д Р, не превыщали максимального значения дРиахс., до которого допустимо нагружать долото, исходя из условий нормальной его работы -

к концу рейса долото уже изношено настолько, что испытывает значение перегрузки от первоначально заданной величины ДР.нз.хс Поиск оптимальной осевой нагрузки начинается сразу же после приработки долота следующим образом. Последовательно трижды увеличивается значение осевой нагрузки на долото на величину ДР, заведомо меньшую ДРнахс- Соответствующие этим нагружениям величина рейсовой скорости %,, Vp

VP, вычисляются в блоке 4 устройства по формуле

}/

л/ -

V -ТуТТс

(6)

где Н - текущая проходка на долото; Тб - текущее время бурения; Ttn- время спуско-подъемных и спомо- гательных операций.

Причем информация о величинах Н, Те-, Теп поступает в блок 4 вычисления рейсовой скорости с датчиков 1-3 устройства соответственно.

Далее полученные значения рейсовой скорости VP, , Vp., , Vpj через коммутатор 5 записываются поочередно в блоках 6-8 памяти соответственно. Указанные величины рейсовой скорости попарно вычитаются в блоках 9 и 10, затем сравниваются в элементе 11 сравнения, и результат сравнения поступает на световое информационное табло 12, указ аниями которого руководствуется бурильщик в процессе бурения и на котором имеются три сектора: «Уменьшить осевую нагрузку, «Оптимальная нагрузка, «Увеличить осевую нагрузку. Кроме данного информационного табло, имеется индикатор 14, информирующий бурильщики о величине нагружения долота при поиске оптимальной осевой нагрузки. Сигнал величины нагружения долота поступает на индикатор 14 с выхода блока 13 регулирования величины нагружения долота, на вход которого поступает сигнал приращения рейсовой скорости с выхода первого блока 9 вычитания.

дикатор 14.

При появлении сигнала «Уменьшить необходимо возвратиться к предыдущему значению осевой нагрузки. При сигнале «Оптимальная нагрузка бурильщик должен поддерживать ее величину до тех пор, пока информационное табло не выдаст новые рекомендации, а при появлении сигнала «Увеличить необходимо произвести нагруж ние долота на величину, которую указывает индикатор 14.

Такое регулирование осевой нагрузки позволяет повысить продолжительность работы долота и улучщить технико-экономические показатели бурения.

Формула изобретения

Устройство для определения осевой нагрузки на долото при турбинном бурении, содержащее датчики проходки, времени бурения и времени спускоподъемных и вспомогательных операций, выходы которых иод- ключень к соответствующим входам блока вычисления рейсовой скорости, выход блока вычисления рейсовой скорости соединен с входом коммутатора, три выхода которого

подключены к соответствующим блокам памяти, выход первого блока памяти соединен с первым входом первого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения, выход второго блока

памяти соединен с вторым входом первого блока вычитания и с первым входом второго блока вь1читания, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго блока вычитания, а выход элемента сравнения подключен к входу информационного табло, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет устранения перегрузки долота, устройство снабжено блоком регулирования величины нагружения долота и индикатором, причем выход первого блока вычитания через блок регулирования величины нагружения долота соединен с индикатором.

Фиг. 2

Г5