Устройство для измерения длины колонны труб при спускно-подъемных операциях Советский патент 1992 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых и предназначено для автоматизации измерений длины колонны труб при спускно- подъемных операциях в процессе бурения скважин, длины обсадной колонны при ее спуске и длины насосно-компрессорных труб в эксплуатационных скважинах.

Цель изобретения - упрощение устройства для измерения длины колонны труб при спускно-подъемных операциях при расширении его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик переме- щения колонны труб, выход которого подключен к первому входу первого ключа, задатчик параметров талевого каната, соединенный с блоком функционального пре- образования, который в свою очередь соединен с реверсивным счетчиком, датчик массы, соединенный с первым входом блока сравнения, задатчик начального уровня блокировки, первый элемент ИЛИ и второй ключ, дополнительно введены второй элемент ИЛИ, элемент И и датчик положения клинового захвата, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход датчика перемещения труб соединен с первым входом второго ключа, вторые входы обоих ключей соединены с выходом элемента И, выходы блока функционального преобразования соедине- ны с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ключей, а выходы соединены с входами реверсивного счетчика, задатчик начального уровня блокировки подключен к второму входу блока сравнения.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство со держит датчик 1 переме- щения колонны труб, датчик 2 положения клинового захвата, датчик 3 массы, первый

зом.

4 и второй 5 ключи, первый 6 и второй 7 элементы ИЛИ, задатчик 8 параметров талевого каната, спускаемых труб и температурного градиента скважины, блок 9 функционального преобразования, реверсивный счетчик 10, элемент И 11, блок 12 сравнения и задатчик 13 начального уровня блокировки.

Выходы датчика 1 перемещения колонны труб соединены с первыми входами первого 4 и второго 5 ключей, датчик 2 положения клинового захвата соединен с первым входом элемента И 11, выход которого соединен с вторыми входами первого 4 и второго 5 ключей, выход датчика 3 массы соединен с первым входом блока 12 сравнения, выход которого Соединен с вторым входом элемента И 11. Выходы ключей 4 и 5 соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ 6 и 7, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчит ка 10, Первые входы элементов ИЛИ 6 и 7 соединены с выходами блока 9 функционального преобразования, входы которого соединены с выходами за датчика 8 параметров талевого каната и выходом реверсивного счетчика 10. Выход задатчика 13 начального уровня блокировки соединен с вторым входом блока 12 сравнения.

Сущность изобретения состоит в том, что введение в устройство датчика 2 положения клинового захвата и логического элемента И 11 позволяет получить на вторых управляющих входах первого и второго ключей 4 и 5 активный уровень сигнала в течение всего времени спуска или подъема колонны труб вне зависимости от колебаний колонны на крюке спускно-подъемного механизма, возникающих при неравномерном движении колонны труб или ее ударах и трении в скважине. Этим устраняется погрешность измерения длины колонны, обусловленная колебанием колонны.

Устройство работает следующим обраПри спуске колонны труб в скважину перед началом 1-го цикла спуска колонны на длину свечи крюк буровой установки занимает верхнее положение, и нагрузка на крюке отсутствует (QjftJK)), так как колонна труб закреплена на клиньях. Сигналы на выходах блока 12 сравнения и датчика 2 положения клинового захвата имеют уровень О и ключи 4 и 5 закрыты.

При вращении барабана лебедки на подъем крюк перемещается вверх и воспринимает вес колонны, нагрузка на крюке возрастает, происходит процесс вытяжки талевого каната и труб под действием веса колонны. Сигнал Qi(t) с датчика 3 массы поступает на первый вход блока 11 сравнения, срабатывающего при выполнении условия

Qi (t) Qo .(1)

где Qo - сигнал задатчика начального уровня блокировки пропорциональный массе одной трубы..

Сигнал Qo поступает на второй вход блока 12 сравнения.

При выполнении условия (1) на выходе блока 12 сравнения устанавливается сигнал 1, который поступает на второй вход элемента И 11. При дальнейшем движении крюка вверх весь вес колонны труб воспринимается крюком, колонна приподнимается и снимается с клиньев, при этом процесс вытяжки талевого каната и труб заканчивается. На выходе датчика 2 положения клинового захвата в момент снятия колонны труб с клиньев появляется сигнал 1, который поступает на первый вход элемент И 11, что приводит к появлению единичного сигнала на выходе этого элемента и открыванию ключей 4 и 5. Через открытый второй ключ 5 и второй элемент ИЛИ 7 сигнал с второго выхода датчика 1 перемещения колонны труб поступает на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 10.

Первоначально колонна труб движется вверх, и импульсы сдатчика 1 перемещения, поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. Затем колонна труб начинает опускаться, при этом импульсы с датчика 11 перемещения через открытый первый ключ 4 и первый логический элемент ИЛИ 6 поступают на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 10. После того, как колонна труб спущена на длину очередной i-й трубы, она устанавливается на клинья, вследствие чего на выходе датчика 2 положения клинового захвата устанавливается нулевой сигнал, что приводит к появлению нулевого сигнала на выходе элемента И 11 и закрыванию ключей 4 и 5. При дальнейшем движении крюка вниз нагрузка на него уменьшается, нарушается условие (1), поэтому на выходе блока 12 сравнения устанавливается нулевой сигнал. Далее начинается измерение при (1+1)-м цикле

спуска колонны труб.

При спуске колонны труб талевый канат навивается на барабан лебедки при подъеме незагруженного крюка, а сматываемый

с барабана канат воспринимает массу колонны труб, вследствие чего он испытывает упругое растяжение и возникает погрешность при измерении длины колонны труб. Эта погрешность, приведенная к длине колонны, определяется выражением

д| il2iи)

IM с Ст гу к

где Ктс коэффициент оснастки талевой системы спускно-подьемного механизма; Етк - модуль упругости материала талевого каната;

FTK - площадь поперечного сечения талевого каната.

Другой составляющей погрешности из- мерения длины колонны является погрешность из-за тепловой деформации колонны труб в скважине.

Температурная деформация определяется выражением.

-ЦГо+т -Тт) , (2).

где т - геометрический градиент скважины;Ат - коэффициент линейного расшире- ния труб;

TO - среднегодовая температура нейт- рального слоя;

Гт - температура труб на поверхности. Указанные погрешности измерения длины колонны труб компенсируются в устройстве блоком 9 функционального преобразования, представляющим собой перестраиваемый дешифратор, который при определенных комбинациях на первом входе, поступающих с реверсивного счетчи- ка 10, вырабатывает импульсы поправки. Задатчик 8 параметров талевого каната, спускаемых труб и температурного градиента представляет собой блок переключате- лей, с помощью которых изменяются параметры блока 9 функционального преобразования, воспроизводящего заданную функцию поправок от длины колонны.

Задатчик 8 позволяет изменять функ- цию поправок при смене талевого каната, спускаемых труб и изменении геотермического градиента.

Перед началом i-ro цикла подъема колонны труб на длину очередной трубы крюк спускно-подъемного механизма занимает нижнее положение, колонна труб находится

на клиньях, крюк не нагружен. Сигналы с выходов блока 12 сравнения и датчика 2 положения клинового захвата соответствуют нулевому уровню, поэтому первый и второй ключи 4 и 5 закрыты.

При вращении барабана лебедки на подъем крюк перемещается вверх и воспринимает вес колонны, нагрузка на крюке возрастает. Одновременно происходит процесс вытяжки талевого каната под дей- ствием веса колонны. При выполнении условия (1) на выходе блока 12 сравнения устанавливается сигнал 1, который поступает на второй вход элемента И 11. Когда весь вес колонны труб воспринимается крю- ком, колонна снимается с клиньев и перемещается вверх. В момент снятия колонны с клиньев срабатывает датчик 2 положения клинового захвата, который своим единичным выходным сигналом через логический элемент И 11 открывает ключи 4 и,5.

При перемещении колонны труб вверх импульсы с второго выхода датчика 1 перемещения поступают через второй ключ 5 и второй логический элемент ИЛИ 7 на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 10. Начинается измерение длины колонны труб при ее подъеме.

После подъема колонны на длину i-й трубы колонна устанавливается на клиньях, а на выходе датчика 2 положения клинового захвата появляется нулевой сигнал, что приводит к появлению нулевого сигнала также на выходе логического элемента И 11 и за- крыванию ключей 4 и 5. Следующие далее перемещения крюка, не нагруженного весом колонны труб, исключаются из процесса измерения.

Для исключения погрешности измерения длины колонны труб по мере подъема колонны необходимо из показаний реверсивного счетчика 10 вычесть ранее введенную в него при спуске колонны поправку ЛI. С этой целью блок 9 функционального пре

образования вырабатывает сигнал поправки по формуле (2) на основании сигнала реверсивного счетчика. Сигнал поправки с первого выхода блока 9 функционального преобразования через второй логический элемент ИЛИ 7 поступает на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика. Сигнал поправки компенсирует погрешность, связанную с температурной деформацией длины колонны труб, поднимаемой из скважины.

Формула изобретения Устройство для/измерения длины колонны труб при спускно-подъемных операциях, содержащее датчик перемещения колонны труб, выход которого подключен к первому входу первого ключа, задатчик параметров талевого каната, соединенный с блоком функционального преобразования, который в свою очередь соединен с реверсивным счетчиком, датчик массы, соединенный с первым входом блока сравнения, задатчик начального уровня блокировки, первый элемент ИЛИ и второй ключ, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при расширении функциональных возможностей, в него введены второй элемент ИЛИ, элемент И и датчик положения клинового захвата, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход датчика перемещения колонны труб Соединен с первым входом второго ключа, вторые входы обоих ключей соединены с выходом элемента И, выходы блока функционального преобразования соединены с первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ключей, а выходы соединены с входами реверсивного счетчика, задатчик начального уровня блокировки подключен к второму входу блока сравнения.

Изобретение относится к бурению скважин, предназначено для автоматизации и,з- мерении длины колонны труб при спускно-подъемных операциях. Цель изобретения - упрощение устройства при расширении его функциональных возможностей. Для этого в устройство дополнительно введены второй элемент (Э) ИЛИ 7, элемент И 11 и датчик (Д) 2 положения клинового захвата. Помимо этих элементов устройство включает Д 1 перемещения колонны труб, Д 3 массы, первый ключ 4, первый Э ИЛИ 6, второй ключ 5, задатчик 8 параметров талевого каната, блок 9 функционального преобразования, реверсивный счетчик 10, блок 12 сравнения и задатчик 13 начального уровня блокировки. В течение всего времени спуска или подъема колонны труб вне зависимости от колебаний колонны на крюке на с вторых входах ключей 4 и 5 поддерживается 5