Устройство для контроля параметров процесса бурения Советский патент 1989 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к контролю параметров процесса роторного бурения скважин.

Целью изобретения является повыщение точности контроля.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для контроля параметров процесса бурения.

Устройство содержи г акустический преобразователь 1, установленный в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы (или на корпусе насосов), датчик 2 продольных упругих колебаний, установленный в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или квадрате), датчик 3 поперечных упругих колебаний, совмещенный в одной точке измерения с датчиком 2 продольных колебаний, блок 4 измерения механической скорости бурения VM, блок 5 измерения осевой нагрузки на долого Рос, блок 6 измерения крутящего момента роторного стола М, фильтр 7 низкой частоты, управляемую линию 8 задержки, блок 9 измерения взаимно корреляционной функции ..),:i, блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции Ri-2, .- блок 11 управления,синхронизатор 12, блок 13 вычитания, блок 14 памяти, блок 15 умножения, первый блок 16 деления, блОк 17 измерения коэффициента корреляции К, блок 18 измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний Rp, блок 19 измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний f / Maxcj второй блок 20 деления, блок 21 измерения автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний R(, блок 22 измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний R,, блок 23 измерения энергетическо|-о спектра продольных и поперечных упругих колебаний, блок 24 регистрации, блок 25 усиления. Выход акустического преобразователя 1 через фильтр 7 низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки 8, выход которой подключен к первым

входам блока 9 измерения взаимно корреляционной функции и блока 13 вычитания. Выходы датчика 2 продольных и датчика 3 поперечнь х упругих колебаний через блок 25

усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора 12, второй выход которого подключен к управляющему входу блока 13 вычитания, а первый выход -.к второму входу блока 9 измерения взаимно корреляционной функции, выход которого

через блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом

блока 11 управления. Первый выход блока 1 1 управления подключен к второму входу управляемой линии задержки, второй выход -

к первому входу блока 14 памяти, а третий выход - к второму входу блока 13 вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока 14 памяти. Первый выход блока 14 памяти подключен к входу блока 18 измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, первый выход которого соединен с первым входом блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход через блок 19 измерения максимума автокорреляционной .функции про-. дольных упругих колебаний соединен с первым входом второго де. |ителя 20 и с четвертым входом блока 24 регистрации. Второй выход блока 14 памяти подключен к входу блока 21 измерения автокорреляцион 1ой

функции поперечных упругих колебаний, первый выход которого соединен с вторым входом блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных гих колебаний, а второй выход через блок 22 измерения максимума автокорреляционной

функции поперечных упругих колебаний соединен с вторым входом второго делителя 20 и с njecTbiM входом блока 24 регистрации. Выходы блока 5 измерения осевой нагрузки на долото и блока 6 измерения крутяще- го момента роторного стола соединены с соответствующими входами блока 15 умножения, выход которого подключен к первому входу делителя 16. Выход блока 4 соединен с вторым входом первого делителя 16, ВЫход которого подключен к первым входам блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции. Выход второго делителя 20 соединен с вторыми входами блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции, выход которого подключен к шестому входу блока 24 регистрации. Выход блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний соединен с третьим вхо- дом блока 24 регистрации.

Устройство функционирует следующим образом.

Упругие колебания, возникающие в результате взаимодействия долота с разбури- ваемой горной породой, после передачи по бурильной колонне принимаются при помощи акустических приемных преобразователей продольных 2 и поперечных 3 колебаний, установленных в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или ведущей трубе) и совмещенных в одной точке измерения. Одновременно в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы установлен приемный акустический преобразователь J, например, пьезоэлектрического типа, вмон- . тированный в стояк манифольда или установленный на корпусе насосов. Сигнал An, снимаемый с помощью преобразователя 1, поступает на фильтр 7 низких частот, где вырезается полоса частот от О до 100 Гц, в которой в основном сосредоточен спектр помех от работы насосов. С выхода фильтра 7 низких частот сигнал подается на управляемую линию 8 задержки, которая представляет ср- бой устройство задержки сигнала на время от О до TM:IKC с luaroM Дт, где

(у () Гц), а Тмакс 1/2 YMHH, ГДе

0,5 Гц и соответстнует нижней частоте помех от работы насосав.

Управляемая линия 8 задержки управляется пощагово с шагом Дт блоком 1 I управления. С выхода управляемой линии 8 за- задержанный сигнал поступает на один из входов блока 9 измерения взаимно корреляционной функции ФВК-Ri-2.3(T), на второй вход которого подаются через блок 25 усиления и синхронизатор 12 сигналы продольных А,, и поперечных А упругих ко- лебаний. С выхода блока 9 сигналы ФВК гюдаются в блок 10 измерения максимума

ФВК R|-L.,3VK.Kc (т).

При задержке на управляемой линии 8 задержки, соответствующей , (т). сигнал-помеха от работы насосов в составе информационного сигнала А,,,(Ат) и искомый сигнал-помеха от насосов находятся в фазе, что фиксируется блоком 11 управления по сигналу от блока 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции. В этот момент блок 11 управления включает блок 13 вычитания, на один из входов которого подается сигнал Ар (А,), а другой - задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов (Аи).

5 0 5 0

5

З

0

0

С выхода блока 13 вычитания разностный сигнал запоминается в блоке 14 памяти, который также включается блоком управления 11 в момент максимума Н|-2,.-5макс (т).

Таки.м образом, на выходе блока 14 памяти появляется сигнал разности Ар (А,) и АН, совмещенных по фазе, что значительно увеличивает точность и помехоустойчивость выделения полезного забойного сигнала А,, и А, на фоне помех, особенно при увеличении глубин бурящихся скважин.

Одновременно сигналы Ар и А, с выхода блока 14 памяти подаются на входы блоков 18 и 21 измерения соответственно автокорреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (Rp и R,) и далее в блоки 19 и 22 измерения соответственно максимумов автокорреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (RpMaKc и R макс) И В блок 23 измерения энергетического спектра (5э). С выходов блоков 19 и 22 сигналы и Rj«r.Kc поступают на входы второго блока 20 деления, осуществляющего операцию деления сигналов RP vaKc/R , последняя величина пропорциональна удельно.му моменту на долоте My. Сигналы с выходов блоков 5 и б измерения соответственно осевой нагрузки Рос и крутящего момента М роторного стола через блок 15 умножения поступают на первый вход первого блока 16 деления, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 4 измерения механической скорости бурения Vve. В первом блоке 16 деления производится операция деления сигналов с выхода блоков 4 и 15 М-Рос/ мес т1. последняя величина пропорциональна энергоемкости процесса бурения.

Одновременно сигналы с выходов блоков 16 и 20 деления поступают на входы блока 17 измерения коэффициента корреляции К между величинами и г|. Величина К соответствует типу разбуриваемых горных пород и величине их твердости.

С выходов блоков 6, 17, 19. 20, 22, 23 сигналы поступают на вход блока 24 регистрации, где осуществляется аналоговая и цифровая регистрация параметров ii, М, К, S., в функции време1«1 и глубины скважины.

Формула изобретения

Устройство для контро.чя параметров процесса бурения, содержащее датчики продольных и поперечных упругих колебаний, совмеп1.енные в одной точке измерения к верхней части бурильной колонны, выходы которых подключены к соответствующим вхо.аам блока усиления, фильтр низких чпс тот, блок памяти, блок измерения мех.ч.- нической скорости бурения, блок умножения, два блока деления, выходы которых соединены с соответствующими входами б.чо- ка регистрации, и блок измерения электрического спектра продо. 1ьных и поперечных упругих колебаний, выход которого по.чклю

чен к третьему входу блока-регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, устройство снабжено акустическим преобразователем,установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола, управляемой линией задержки, блоками измерения взаимно корреляционной функции и максимума взаимно корреляционной функции, блоком управления, блоком вычитания, блоками измерения автокорреляционной функции продольных и поперечных упругих колебаний, блоками измерения максимума автокорреляционной функции продольных и поперечных упругих ко- лебаний и блоком измерения коэффициента корреляции, при этом выход акустического преобразователя через фильтр низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки, выход которой подключен к первым входам блока вычитания и блока из- мерения взаимно корреляционной функции, два выхода блока усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения взаимно корре- ляционной функции, а второй выход - к управляющему входу блока вычитания, выход блока измерения взаимно корреляционной функций через блок измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом блока управления, первый выход ко- торого подключен к второму входу управляемой линии задержк и, второй выход - к первому входу блока памяти, а третий выход - к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, первый выход блока памяти

соединен с входом второго блока измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, первый выход которого подключен к первому входу измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход - к входу блока измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, второй выход блока памяти соединен с входом блока измерения автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход - к входу блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний, выходы блоков измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола соединены с соответствующими входами блока умножения, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выход блока измерения механической скорости бурения подключен к второму входу первого делителя, выход которого соединен с первым входом блока измерения коэффициента корреляции, причем выход блока измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний соединен с четвертым входом блока регистрации и первым входом второго делителя, выход которого подключен к второму входу блока измерения коэффициен; та корреляции, выход которого соединен с пятым входом блока регистрации, а выход блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний соединен с шестым входом блока регистрации и вторым входом второго делителя.

Изобретение относится к горно.му делу и позволяет повысить точность контроля параметров процесса бурения. Для этого устр-во снабжено акустическим преобразователем 1, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками измерения (БИ) осевой нагрузки 5 на долото и крутящего момента 6 роторного стола, управляемой линией 8 задержки, БИ взаимно корреляционной функции (ВКФ) 9 и максимума ВКФ 10, блоками управления И и вычитания 13 и БИ автокорреляционной функции Ар продольных 19 и А поперечных 21 упругих колебаний, максимума 22 автокорреляционной функции продольных RwaKc и поперечных R .TKC упругих колебаний и коэффициента К корреляции 17. Сигнал с преобразователя 1 поступает на фильтр 7 низких частот, а с его вы.хода на линию 8 задержки. Она управляется пошагово с шагом AT блоком 1 1 управления. Задержанный сигнал, с выхода линии 8 задержки поступает на один из входов БИ 19, на второй вход которого через блок 25 усиления и синхронизатор 12 подаются сигналы А и А,. С выхода БИ 9 сигналы ВКФ подаются в БИ 10 измерения максиму.ма ВКФ. Блок 11 включает блок 13 вычитания, на один вход которого подается информационный сигнал АрХ X (Ат), а на другой - задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов АН. Разностй сл