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

1

(21) 4322006/23-03

(22) 26.10.87

(46) 07.07.89. Бкш. № 25

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики

(72)В. Ш. Дубинский, М. Г. Лугума- нов и В. Н. Рукавицын

(53) 622.24(088.8)

(56) Рукавицын В. Н., Ситников А. Т. Акустическая информационно-измерительная система контроля забойных параметров. - Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промьшшенно- сти. 1980, № 3, с. 3-5.

Авторское свидетельство СССР № 1030544, кл. Е 21 В 47/00, 1981.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕС- СА БУРЕНИЯ

(57) Изобретение относится к бурению нефтяньк и газовых скважин и позволяет повысить точность измерения забойных параметров путем вычитания помех, из информационного сигнала при максимальном взаимном фазовом соответствии. Устройство снабжено блоком 13 выделения мощности, блоком 14 анализа спектра, управляемой линией задержки (УЛЗ) 8, дискретно-аналоговым фильтром (ДАФ) 9 и управляющим каналом 1. Последний содержит последовательно соединенные датчик 5 хода насоса и преобразователь (П) 6. Инфорi

СЛ

4

;о

ГС

00

ю

мационньо сигнал подается на входы ДЛФ 9 и УЛЗ 8, которые управляются П 6. Из информацнонного сигнала в ДАФ 9 отфильтровьшается сигнал поме- хи от буровых насосов. При этом УЛЗ 8 компенсирует фазовые сдвиги, возника- юпше в ДАФ 9, между информационным сигналом и помехой. Сигнаш с выходов

УЛЗ 8 и ДАФ 9 подаются на блок 10 вычитания, где из информаилонного сигнала вычитается сигнал помехи. Настройка ДАФ 9 на частоту кратную ходам насоса, осуществляется сигналом, подаваемым из управляющего ка. нала I с П 6 в форме частоты, пропорциональной ходам насоса. 1 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить точность измерения забойных параметров путем вычитания помех из информационного сигнала при максимальном взаимном фазовом соответствии. Устройство снабжено блоком 13 выделения мощности, блоком 14 анализа спектра, управляемой линией задержки (УЛЗ) 8, дискретно-аналоговым фильтром (ДАФ) 9 и управляющим каналом 1. Последний содержит последовательно соединенные датчик 5 хода насоса и преобразователь (П) 6. Информационный сигнал подается на входы ДАФ 9 и УЛЗ 8, которые управляются П 6. Из информационного сигнала в ДАФ 9 отфильтровывается сигнал помехи от буровых насосов. При этом УЛЗ 8 компенсирует фазовые сдвиги, возникающие в ДАФ 9, между информационным сигналом и помехой. Сигналы с выходов УЛЗ 8 и ДАФ 9 подаются на блок 10 вычитания, где из информационного сигнала вычитается сигнал помехи. Настройка ДАФ 9 на частоту, кратную ходам насоса, осуществляется сигналом, подаваемым из управляющего канала 1 с П 6 в форме частоты, пропорциональной ходам насоса. 1 ил.

Изобретение относится к телеконтролю забойных параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем фильтрации помех из информационного сигнала с последующим вычитанием их из сигнала с учетом фазовых сдвигов между ними.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит два канала

измерительный I и управляющий 2. Измерительный канал используется для регистрации и передачи к обрабатывающему устройству информационного сигнала и состоит из датчика 3 виб- рации и оптоволоконной линии 4 связи. Управляющий 2 канал включает в себя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6.

Кроме , устройство содержит фнльтр 7 низких частот, управляемую линию 8 задержки, дискретно-аналого- вьй фильтр 9, блок 10 вычитания, усилитель 11, блок 12 выделения частоты, блок 13 выделения нопщости, блок 14 анализа спектра. Функциональные узлы соединены следующим образом: датчик 3 вибрации подключен к входу оптоволо конной линии 4 связи, выход которой через с,)ильтр 7 низких частот соединен с входами управляемой линии 8 задержки и дискретно-аналогового фильтра 9, выходы последних подключены к соответ ствующим входам блока 10 вычитания, а управляемые входы - к управляющему каналу, включающему последовательно подключенные датчик 5 хода насоса и преобразразователь 6. Выход блока 10 вычитания через усилитель I1 coeдшieн с входами блока 12 выделения частоты, блока 13 выделения мощности и блока 14 аналт1за спектра.

Устройство работает следующим образом.

5

20

25

0 35. , 40 3 н 45 , т 0 , 55

ЭлeктpIiчecкий сигнал с выхода датчика 3 вибрации, установленного на буровой колонне, поступает на вход оптоволоконной линии 4 связи, где электрический сигнал преобразуется оптический, передается по световоду в J)OpMe инфракрасного излучения, а на другом конце линии оптический сигнал обратно трансформируется в электрический. Электрический сигнал с выхода измерительного канала поступает на вход фильтра 7 низких частот, где отфильтровьшается от высокочастотных шумов с частотой вьппе 5 кГц и подается на входы управляемой линии 8 задержки и - дискретно-аналогового фильтра 9.

Дискретно-аналоговый фильтр 9 представляет собой перестраиваемый полосовой фильтр, частота фильтрации которого устанавливается внешней управляющей частотой, которая на 1-2 порядка выше фильтруемой. Добротность фильтра составляет 15-20. Внешняя управляющая частота подается с управляющего канала, который включает в себя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6. Снимаемый с датчика 5 электрический сигнал в форме постоянного напряжения с уровнем, пропорциональным ходам насоса за единицу времени, поступает на преобразователь 6, Преобразователь 6 представляет собой преобразователь напряжения в частоту, т.е. на выходе преобразователя частота сигнала пропорциональна ходам насоса за единицу времени. Коэффициент преобразования преобразова теля 6 выбран таким, при котором частота сигнала на выходе соответствует управляющей частоте дискретно-аналогового фильтра 9, нлстроенного на частоту фильтрации, рянной основной гармонике частот, ны влиных работой буровых насосов.

с выхода дискретно-аналогового фильтра 9 отфильтрованный сигнал помех подается на второй вход блока 0 вычитания. Так как на выходе дискретно-аналогового фильтра 9, имеющего линейную фазовую характеристику, сигнал сдвигается относительно входного на время о , обратно пропорциональное частоте, то для компенсации этой временной задержки информационный сигнал подается на первый вход блока 10 вычитания через управляемую линию 8 задержки. Управляемая линия 8 задержки представляет собой регистр сдвига, каждая ступень которого осуг1ествля- ет задержку входного сигнала на время между очередными управляющими импульсами. При этом число ступеней регистра выбирается равным такому значению, при котором обеспечивается равенство временных задержек на управляемой линии 8 задержки и на дискретно-аналоговом фильтре 9 при одинаковой управляющей частоте.

После блока 10 вычитания информационный сигнал, очищенный от помех, поступает на вход усилителя 11, а с выхода усилителя - на входы блока 12 выделения частоты, блока 13 выделения мощности и блока 14 анализа спектра.

Блок 12 выделения частоты представляет собой цифровой электронно

счетный частотомер, который выделяет -jg бурения, содержащее датчик вибраций.

из информационного виброакустического сигнала преобладающую частоту колебаний (основную гармонику), которая пропорциональна оборотам турбобура. В этом блоке имеется масштабирующий узел, который преобразует преобладаюро ю частоту в частоту оборотов вала турбобура и регистрирует ее в аналоговом виде.

Блок 13 выделения мощности предназначен для измерения мог Шости колебаний в определенной полосе частот.

Это т параметр дает ценные сведения о свойствах бурящихся горных пород, о состоянии породоразрушающего инструмента и позволяет зафиксировать моменты заклинок шарошек долота.

Блок 14 анализа спектра цикличес- ки, через определенные интервал проходки или -времени, производит оперативный последовательный анализ спектвыход которого через оптоволоконную линию связи соединен с входом фильтра низких частот, блок вычитания, выход которого подключен к входу усилите40 -ЛЯ и блок выделения частоты, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, устройство снабжено управляемой линией задержки, дискретно-аналоговым фильтром, блока(J5 ми выделения мощности и анализа спектра, а также управляющим каиалом, включающим последовательно соединен- иые датчик ходов насоса и преобразователь, при этом выход фильтра низких частот соединен с информационными вхо дами, а выход преобразователя - с управляющими входами управляемой ли- иии задержки и дискретно-аналогового фильтра, выходы которых подключены к соответствующим входам блока вычитания, а выход усилителя соединен с входами блоков выделения частоты,

50

55

выделения мощности и анализа спектра.

10

1520326

ра вибролкустического сигнллл с одновременной аналоговой рогистрлцисй. Анализ спектра супсстпенно дополняет забойную информацию и позволяет расчленить порюду по (mикo-мexлни- ческим свойствам, прогнозировать подход к коллектору, а также точнее оценить состояние опор и вооружения долота.

Данное устройство позволяет избавиться в сигнале от частотных составляющих, кратных ходам поршней буровых насосов, которые при низк}гх уровнях забойных сигналов могут восприниматься в известных устройствах как частотные составляющие, кратные оборотам вала турбобура, так как оба частотных диапазона перекрываются. Высокая точность измерений способствует выбору более благоприятных режимов бурения и значительному повыпению механиче&кой скорости бурения и проходки на долото. Использование точ- .

25 ных значений виброакустических параметров позволяет своевременно опреде - лить моменты смены долота и тем самым уменьшить число спуско-подьемных операций и исключить аварийные ситуа30 ции, вызванные полным износом долота.

20

Формула изобретения

Устройство для контроля процессавыход которого через оптоволоконную инию связи соединен с входом фильтра низких частот, блок вычитания, выход которого подключен к входу усилите-ЛЯ и блок выделения частоты, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, устройство снабжено управляемой линией задержки, дискретно-аналоговым фильтром, блокаи выделения мощности и анализа спектра, а также управляющим каиалом, включающим последовательно соединен- иые датчик ходов насоса и преобразователь, при этом выход фильтра низких частот соединен с информационными входами, а выход преобразователя - с управляющими входами управляемой ли- иии задержки и дискретно-аналогового фильтра, выходы которых подключены к соответствующим входам блока вычитания, а выход усилителя соединен с входами блоков выделения частоты, /

выделения мощности и анализа спектра.