Стабилизатор массы бурильного инструмента Советский патент 1992 года по МПК E21B44/00 E21B19/08 

Изобретение относится к бурению скважин на нефть и газ, а именно к устройствам для регулирования подачи долота на забой в процессе бурения,

По основному авт, св. № 1186789 известен стабилизатор массы бурильного инструмента, содержащий датчик и задатчик массы, блок вычисления осевой нагрузки, блок вычитания, компаратор, задатчик осевой нагрузки, генератор фиксированной частоты, управляемый формирователь импульсов, индикатор и исполнительный механизм.

Недостаток данного стабилизатора заключается в ограниченных функциональных возможностях, заключающихся исключительно в выполнении функции регулирования подачи долота на забой.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей стабилизатора путем его использования для получения оценки условного износа долота, оценки относительной твердости разбуриваемых пород, фиксации момента перехода из пачки породы с одной твердости в другую.

Указанная цель достигается тем, что в схему основного устройства дополнительно введены генератор линейно нарастающего напряжения, ключевой элемент и одноканальный самописец, при этом запускающий вход генератора линейно нарастающего напряжения по,дключен к выходу генератора фиксированной частоты, а его выход через ключевой элемент соединен с входом одноканального самописца, причем управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом управляемого формирователя импульсов.

На фиг, 1 представлена схема стабилизатора массы бурильного инструмента с расширенными функциональными возможностями; на фиг. 2 - временная диаграмма работы его функциональных блоков.

Стабилизатор массы бурильного инструмента содержит датчик 1 массы, задатчик 2 массы, блок 3 вычисления осевой нагрузки, индикатор 4 осевой нагрузки, компаратор 5. блок 6 вычитания, задатчик 7 осевой нагрузки, генератор 8 фиксированной частоты, управляемый формирователь 9 импульсов, исполнительный механизм, генератор 11 линейно нарастающего напряжения, ключевой элемент 12, регистрирующий самописец 13.

Выходы датчика 1 и задатчика 2 массы соединены с входами блока 3 вычисления осевой нагрузки, входной сигнал которого одновременно подан на вход индикатора 4, первый вход компаратора 5 и первый вход блока 6 вычитания, на втЬрые входы которых подключен выход задатчика 7 осевой нагрузки Выход компаратора 5 соединен с запускающими входом генератора 8 фиксированной частоты, а выход блока 6 вычитания - с управляющим входом управляемого формирователя 9 импульсов. Выход генератора 8 фиксированной частоты через управляемый формирователь 9 импульсов соединен с входом исполнительного механизма 10 и управляющим входом ключевого элемента 12, а напрямую - с запускающим входом генератора 11 линейно нарастающего напряжения. Выход генератора 11 линейно нарастающего напряжения через

ключевой элемент 12 соединен с входом одноканального регистрирующего самописца 13.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с датчика 1 массы бурильного инструмента и задатчика 2 массы взвешенного инструмента поступают на входы блока 3, в котором производится вычисление

QB3B-QT POC,(1)

где Овзв - масса взвешенного бурильного инструмента:

. QT - текущее значение массы бурильного инструмента;

РОС - осевая нагрузка на долото.

Значение Рос подается на индикатор 4 осевой нагрузки. После спуска колонны перед бурением производится взвешивание бурильного инструмента. При этом оператор ручкой задатчика 2 массы взвешенного

инструмента устанавливает индикатор 4 осевой нагрузки в нулевое положение. В процессе бурения происходит разгрузка инструмента на забой и на выходе блока 3 вычисления появляется сигнал, соответствующий осевой нагрузке на долоте РОС. Этот сигнал сравнивается с сигналом уставки задатчика 7 в компараторе 5 и в случае выполнения условия Рос Руст на выходе компаратора 5 появляется сигнал, запускающий генератор 8 фиксированной частоты импульсов,период следования которых поступает на вход управляемого формирователя 9 импульсов. Одновременно сигналы Руст и РОС поступают на входы блока б вычитания,

где вычисляется сигнал рассогласования. . ЛР Руст - Рос (2)

Этот сигнал поступает на управляющий вход управляемого формирователя 9 им-, пульсов, длительность выходных импульсов

tn которого пропорциональна величине сигнала рассогласования

.1п КДР(3)

где К - коэффициент пропорциональности, выбираемый из условия

tn КЛ РМЭКС Т,(4)

Процесс отработки сигнала рассогласования при скачкообразном уменьшении осевой нагрузки на инструмент показан на временной диаграмме 2.

В случае наличия на выходе блока б вычитания значительного постоянного сигнала рассогласования л р, что характерно для процесса разбуривания мягких горных пород, при фиксированной частоте импульсов на выходе генератора 8 их длительность увеличивается формирователем 9 импульсов в соответствии с формулой (3). Соответственно увеличивается и шаг подачи инструмента на забой исполнительным механизмом 10, что обеспечивает повышенную скорость подачи. При незначительном значении сигнала рассогласования, что характерно для длительного бурения в твердых горных породах, пропорционально уменьшается и шаг подачи инструмента при той же фиксированной частоте, чем ббеспечивается более медленная подача инструмента с незначительным шагом.

Данное обстоятельство используется для оценки относительной твердости разбуриваемых пород следующим образом.

После поступления с выхода генератора 8 фиксированной частоты очередного импульса им запускается генератор-11 линейно нарастающего напряжения. Выходное напряжение на его выходе связано с временем следующим образом

U где t - текущее значение времени;

К - коэффициент пропорциональности.

Так как ключевой элемент 12 открыт выходным сигналом управляемого формирователя 9 импульсов длительностью t, то на диаграмме самописца 13 фиксируется процесс нарастания напряжения у на выходе генератора 11 до момента t, когда ключевой элемент закроется. Таким образом, максимальное значение пика пикообразного сигнала на диаграммной ленте самописца пропорционально времени t, а следовательно, по его относительному изменению по сравнению с соседними пиками можно судить об увеличении или уменьшении твердости разбуриваемых пород. В случае, если соседние пики на диаграмме равны по высоте, считают, что бурение ведется в однородной пачке пород. При изменении высоты очередного пика на диаграмме в сторону увеличения напряжения U принимают решение о переходе в пачку породы с более мягкой структурой по отношению к предыдущей, а при уменьшении высоты пика и, соответственно, напряжения U - переходе в пачку более твердых.

5 Таким образом, известная схема стабилизатора массы бурильного инструмента за счет введения дополнительных функциональных блоков и оригинальной схемы их подключения к функциональным блокам основной схемы, кроме выполнения своей основной функции - регулирования подачи долота на забой в процессе бурения, может использоваться для регистрации и оценки относительной твердости разбуриваемых

5 пород, а также фиксации моментов перехода из одной пачки разбуриваемых пород в другую.

Это существенным образом расширяет функциональные возможности устройства.

Формула изобретения Стабилизатор массы бурильного инструмента по авт. св. N; 1186789, отличающийся тем, что, с целью расширения

5 функциональных возможностей, стабилизатор снабжен генератором линейно нарастающего напряжения, ключевым элементом и одноканальным самописцем, при этом выход генератора фиксированной частоты через последовательно соединенные генератор линейно нарастающего напряжения и ключевой элемент соединен с входом одноканального самописца, а выход управляемого формирователя импульсов подключен.к управляющему входу ключевого элемента. ХГХ

Фиг. г Г

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет расширить функциональные возможности стабилизатора массы бурильного инструмента. Для этого сигнал с генератора 8 фиксированной частоты запускают генератор 11 линейно нарастающего напряжения. Сигнал с генератора 11 через ключевой элемент 12 поступает на вход од- ноканального самописца 13. Состояние ключевого элемента 12 определяется сигналом управляемого формирователя 9 импульсов. По относительному изменению высоты пиков, регистрируемых самописцем 13, можно судить об относительной твердости разбуриваемых пород и фиксировать смену буримости пород. 2 ил.^^и'^Г^РТГ—»| 72 [^^ о ю о00>&юфиг.1