Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения Советский патент 1993 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к технике измерения истинной глубины бурящихся скважин.

Цель изобретения - повышение точно- сти измерения истинной глубины скважины.

Существенное отличие данного устройства от прототипа заключается в том, что за счет введения в устройство RS-триггера, до- полнительных элементов ИЛИ и И, а также использования нового, оптимального алгоритма распознавания технологических ситуаций при бурении, оно позволяет выявить любое движение колонны и разрешает счет глубины блоку счетчиков.

В прототипе рассматриваются три независимых случая, в каждом из которых возможно движение колонны и, соответственно, блок логики разрешает счет. Каждо- му из этих случаев соответствует наличие определенного набора признаков. При отсутствии любого из этих признаков во всех трех случаях счет длины колонны прекращается. Таким образом, любое мгновенное ис- чезновение одного из блокировочных признаков приводит к блокировке счёта и, в свою очередь счет мгновенно появляется как только появляется данный признак.

В предлагаемом устройстве, в отличии от прототипа, алгоритм распознавания ситуаций в блоке логики построен таким образом, что начало движения колонны распознается по набору признаков, при выполнении которых RS-триггер устанавлива- ет.ся в одно из устойчивых положений, соответствующее разрешению счета, независимо от последующего выполнения или невыполнения тех признаков, которые разрешили счет. Остановка движения колонны распознается по набору других признаков при выполнении которых RS-триггер перебрасывается в другое устойчивое положение, соответствующее запрету счета. Таким образом, изменение положения переключа- ющего триггера возможно только при выполнении определенного набора признаков и любое последующее кратковременное исчезновение одного или нескольких признаков не приводит к изменению положения блокирующего триггера. В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, все случаи остановки колонны распознаются по выполнению целого набора признаков, а че по исчезновению одного из признаков, что многократно снижает вероятность ошибочного счета длины колонны.

Таким образом, достигается цель изобретения, значительно повышается точность измерения перемещения инструмента и глубины скважины в процессе бурения.

На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока коррекции.

Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения содержит датчик 1 оборотов лебедки, датчик 2 давления, датчик 3 положения клиньев, датчик 4 веса на крюке, блок логики 5, состоящий из первого узла 6 ручного ввода информации, распределителя 7 импульсов, триггера 8 управления реверсом, второго узла 9 ручного ввода информации, первый элемент 10 сравнения, второй элемент 11 сравнения, третий элемент 12 сравнения, третьего узла 13 ручного ввода информации, триггера 14, первой, второй, третьей и четвертой схем И 15, 16, 17, 18,, первого, второго и третьего элементов ИЛИ 19, 20, 21, RS-триггера 22, блока 23 задержки, ключа 24, первого и второго элементов совпадения 25, 26, дешифратора нуля 27, амплитудного детектора 28, формирователя импульсов 29, умножителя 30, четвертого узла 31 ручного ввода информации, блок счетчиков 32, состоящий из реверсивного счетчика 33 Над забоем и счетчика 34 Глубина забоя, блок коррекции 35. Функциональные узлы соединены следующим образом: датчик 1 оборотов лебедки через первый узел 6 ручного ввода информации соединен со входом распределителя 7 импульсов, выходы которого одновременно соединены с установочными входами триггера 8 управления реверсом И обеими входами первого элемента ИЛИ 19, выход последнего через блок 23 задержки соединен с первым входом ключа 24 и первым выходом блока 5 логики, датчик 4 веса на крюке соединен со входом амплитудного детектора 28 и с первыми входами первого 10 и второго 11 элементов сравнения, ко второму входу первого элемента 10 сравнения подключен выход второго узла 9 ручного ввода информации, а выход соединен с первым входом четвертого элемента И 18, выход второго элемента 11 сравнения соединен одновременно с четвертым входом первого элемента И 15, первым входом второго элемента И 16, и пятым входом третьего элемента И 17, первый и второй выходы датчика 3 положения клиньев соединены с установочными входами триггера 14, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента И 17, К первому и второму входам третьего элемента 12 сравнения соответственно подключены выходы датчика 2 давления и третьего узла 13 ручного ввода информации, а выход третьего элемента 12 сравнения одновременно соединен со вторыми входами первого 15, второго 16, третьего 17 и четвертого 1.8 элементов И, первый выход триггера 8 управлений реверсом подключен к третьему выходу блока 5 логики, а также к первому входу первого элемента И 15, а второй выход - к четвертому выходу блока 5 логики и первому входу третьего элемента И 17, выхода первого 15 и второго 16 элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 20, а выходы третьего 17 и четвертого 18 элементов И с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ 21, выходы второго 20 и третьего 21 элементов ИЛИ подключены соответственно к первому и второму входам RS-триггера 22, выход которого Одновременно соединен со вторым входом амплитудного детектора 28, входами формирователя 29 импульсов, третьими входами первого 15, второго 16 и четвертого 18 элементов И, четвертым входом третьего элемента И 17, а также со вторым входом ключа 24, выход которого подсоединен ко второму выходу блока 5 логики. Выходы амплитудного детектора 28 и четвертого узла 31 ручного ввода информации подключены к первому и второму входам умножителя 30, управляющий вход которого соединен с вы- : ходом формирователя 29 импульсов, а вы- ход-ср вторым входим второго элемента 11 сравнения.

Второй выход триггера 8 управления реверсом соединён также с первыми входами первого 25 и второго 26 элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу дешифратора 27 нуля, вход которого Соединен с выходом реверсивного счетчика 33 Над забоем, а выходы первого и второго элементов 25, 26 совпадения подключены соответственно к управляющим входам счетчиков Над забоем 33, и Глубина забоя 34, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 5 логики соответственно соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 35 коррекции, выход которого подключен к первым входам счетчиков Над забоем 33 и Глубина забоя

.34.. .. . /.. .-: - .-. . ;

Блок коррекции 35 состоит из реверсивного счетчика 36 витков, генератора 37 импульсов, панели 38 набора кода, ключа 39 триггера, формирователя 40 импульсов, элемента ИЛИ 41, шифратора 42, элемента И 43, шифратора 44, счетчика 45 импульсов, панели 46 набора кода, реверсивного счетчика 47 импульсов и формирователя 48 импульсов, причем счетный и два управляющих входа реверсивного счетчика 36 витков каната являются соответствено первым, третьим и четвертым входами блока 35 коррекции, а выход счетчика 36 через первую панель 38 наборй кода подключен к входу первого шифратора 42, все пять выхо- дов которого соединены с первыми входами элементов И 43, вы ход ы кото ры х под кл юч е- ны к входам элемента ИЛИ 41, а выход последнего соединен с первым входом ключа - триггера 39, к второму и третьему входам

которого подключены соответственно выходы генератора 37 и формирователя 40 им1- пульсов, а выход ключа - триггера 39 подключен к входам счетчика 45 и реверсивного счетчика 47 импульсов, управляющие

входы последнего соединены с третьим, четвертым входами блока 35 коррекции, а выход реверсивного счетчика 47 импульсов подключён к входу формирователя 48, выход которого является выходом блока 35

коррекций, вторым входом блока 35 коррек-; ции является вход формирователя 40 им- пульсов, а выход формирователя 40 подключен одновременно к входам счетчика 45 импульсов и формирователя 48, выход

счётчика 45 импульсов через вторую панель 46 набора кода соединен со входом второго шифратора 44, выходы которого подключен ны к вторым входам элементов И 43. . Устройство, работает следующим обра-ч

зом: :;:;:-: :: ;; . ;V v-V « .-. :-- ;.; -: -

Во время операции Бурение сигналы С датчика 1 оборотов лебедки в виде последовательности импульсов поступают в блок 5 логики через узел 6 ручного ввода Информации на распределитель 7 импульсов, который распределяет импульсы датчика 1 оборотов лебедки по каналам в зависимости от направления его вращения,

Импульсы, поступающие с распределителя 7 импульсов на первый элемент ИЛИ 1.9, преобразуются в счетные импульсы, а импульсы, поступающие, на триггер 8 - в сигналы, с помощью которых производится управление реверсом счётчиков устройства,

При движении колонны вверх уровень логической 1 появляется, на первом выходи

триггера 8, а если колонна движется вниз - на втором выходе.

Счетные импульсы проходят через первый элемент ИЛИ 19, блок 23 задержки, поступают на ключ 24 и на третий счетный :,, вход блока 35 коррекции. Ключ 24 Пропускает импульсы при наличии разрешений с RS- триггера 22, который может находиться в 2-х

состояниях: Счета или Запрета счета. . В предлагаемом устройстве весь технологический цикл бурения разделен на четы-, ре логических ситуаций, которые Полностью характеризуют моменты остановки колонны

и начала движения. Первая и вторая логичекие ситуации с присущими им комбинацими признаков характеризуют начало двиения колонны, а третья и четвертая - становку колонны.

Первая ситуация охватывает начало вижения неподвижной колонны при подъеме ее с крюком вверх одновременным сняием с клиньев, если колонна была зажата клиновыми захватами. К этой же ситуации относится также начало спуска колонны после полного подъема. Данная логическая си- туация характеризуется следующим набором условий:

- колонна была неподвижна, т.е. блокирующий RS-триггер 22 находился в положении Запрет счета ;

- триггер 8 реверса указывает направление движения вверх; , :

- давление в нагнетательной линии Р меньше порогового уровня Ро, т.е. ,

- вес на крюке WKp. больше некоторого

плавающего порогового уровня Л/пл. .

Одновременное выполнение всех 4-х условий переводит через первый элемент И 15, второй элемент ИЛИ 20 RS-триггёр 22 в пояожение Счет и любое последующее исчезновение одного или нескольких условий уже на его положение не влияет. Ключ 24 открывается, разрешая тем самым счет.

Вторая логическая ситуация характеризует начало углубления забоя при бурении, Этой ситуации соответствует следующая комбинация условий: ; . - колонна была неподвижна, т.е. RS- триггер 22 находился в положении Запрет счета ; : . ; :/ . : :; :. -.

- давление п ромы вечной . жидкости больше порогового уровня

- вес на крюке больше плавающего порогового уровня

При. одновременном выполнении этих трех условий RS-триггер 22 перебрасывает- ся в положение Счет.

Прекращение счета при полных остановках колонны и холостых пробегах крюка возможно при выполнении третьей или четвертой комбинаций признаков (условий).

Третья комбинация условий соответствует посадке колонны на клинья, при котором движение колонны невозможно. Данной логической ситуации характерны следующие признаки:

RS-триггер 22 находился в положении

-давление в нагнетательной линии меньше порогового уровня,

-триггер 8 реверса указывает направление движения колонны вниз;

- клинья находятся в положении Зажаты ;

- вес на крюке меньше плавающего порогового значения, WKp Л/пл.

Четвертая логическая ситуация охватывает случаи холостого пробега крюка при полностью поднятой колонне и характеризуется следующим набором условий:

- RS-триггер 22 находился в положений

- - давление в нагнетательной линии от- сутствует

- вес на крюке меньше минимального порогового уровня W0, т.е. .

При выполнении третьей или четвертой логических ситуаций на выходах третьего 17 или четвертого 18 элементов И соответст- . венно появляется уровень логической 1, .которая через третий элемент ИЛИ 21 переводит RS-триггер 22 в положение Запрет счета. В последующем счет может возобно- виться только при выполнении первой или .второй логических ситуаций.

Минимальное пороговое значение веса на крюке W0 выбирается равным суммарному весу талевой системы и крюка. Плаваю- щее пороговое значение выбирается, исходя из следующего равенства:

./ . WMaKC,, . :. :

где WMaKc. - наибольшее значение веса на крюке в текущем цикле счета;

К - коэффициент выбирается в пределах 0,2-0,6. ;. ;

Использование в качестве порогового

значения веса на крюке плавающей величины . позволяет избежать ошибок и провести более точный промер длины колонны при спуско-подъемных операциях,

Вычисление плавающего порогового

значения А/пл. производится в умножителе 30 следующим образом. В процессе счета текущее значение веса на крюке поступает на вход амплитудного детектора 28, который фиксирует его максимальное значение,

В момент прекращения счета полученное максимальное значение веса Л/Макс. запоминается и это значение поступает на первый вход умножителя 30, А на второй вход умножителя 30 подается значение коэффициента

К, которое устанавливается на четвертом узле 31 ручного ввода информации в пределах 0,2-0,6 в зависимости от длины колонны. С выхода умножителя 30 вычисленное пороговое значение Л/пл. поступает на второй вход

второго элемента 11 сравнения.

При получении с выхода RS-триггера 22 сигнала Счет в виде уровня логической ключ 24 открывается и счетные импульсы поступают на третий, счетный вход блока

коррекции 35 счетчик 36 производит непрерывный счет витков каната на барабане буровой лебедки. С этого счетчика поступают сигналы через первую панель 38 на первый шифратор 42, последний имеет пять выхо- дов (по максимальному числу слоев каната на барабане буровой лебедки). В зависимости от номера слоя витков каната на соот- ветствующем выходе шифратора 42 появляется сигнал,который поступает на вход соответствующего элемента И 43.

Пройдя ключ 24, счетные импульсы поступают на формирователь 40 импульсов блока 35 коррекции. Передние фронты сформированных импульсов производят на- бор счетчика 45 и через формирователь 48 импульсов считываются счетчиком 34, а задние фронты подключают выход генератора 37 через ключ-триггер 39 на счетные входы счетчиков 45 и 47.

Накопление дробных импульсов генератора 37 на указанных счетчиках происходит до определенного числа п1-п5, соответствующего номеру слоя витков каната на барабане лебедки. В момент, когда число импульсов на счетчике 45 соответствует номеру слоя, на соответствующем выходе шифратора 44 тоже появляется сигнал., ..

При совпадении сигналов шифраторов 42 и 44 с соответствующего элемента И 43 и через элемент ИЛИ 41 на ключ-триггер 39 поступает разрешение на переключение. Ключ-триггер 39 прерывает подачу дробных импульсов с генератора 37 на входы счетчи- ков 45 и 47, С приходом каждого счетного импульса происходит сброс счетчика 45 с последующим запуском счетчиков 45 и 47.

Таким образом, на счетчике 47 происходит накопление дробных импульсов генера- тора 37 до величины целого с последующим суммированием его в блоке 32 счетчиков через формирователь импульсов 48. Этот импульс является корректирующим.

Суммирование счетных импульсов счет- чиком 34 возможно только при наличии разрешения, которое поступает с элемента ИЛИ 27 при совпадении сигналов с триггера 8 управления реверсом и с дешифратора 26 нуля. Дешифратор 26 нуля выдает сигнал при наличии контакта бурового инструмента с забоем (счетчик 33 показывает 0000). При движении инструмента вверх-управляющий сигнал триггера 8 управления реверсом переключает счетчик 33 на сумми- рование, а показания счетчика 34 Глубина забоя при этом не. изменяется.

При движении инструмента вниз совпадение произойдет на элементе 25, а счетчик 33 переключится на вычитание.

Таким образом блок 32 счетчиков управляется блоком 5 логики таким образом, что при наличии контакта бурового инструмента с забоем счетные импульсы считываются счетчиком 34 Глубина забоя, а при отсутствии контакта реверсным счетчиком 33 Над забоем,

Узел б ручного ввода информации предназначен для первичной установки счетчИ- ков 33, 34 и 36. Панели 38 и 46 служат для внесения поправок при использовании различных типов лебедок и при изменении диаметра каната талевой системы.

Снабжение устройства дополнительными элементами ИЛИ и И, RS-трйггером, за счет введения которых в устройстве реализован новый алгоритм распознавания технологических ситуаций при бурении, позволяет выявить любое движение колонны и полностью блокирует счет при холостых пробегах крюка.

Экономическая эффективность от использования данного изобретения определяется повышением точности измерения глубины инструмента по сравнению с прототипом. Повышение точности измерения текущей глубины забоя значительно повышает эффективность геолого-технологических исследований в процессе бурения, позволяет точно привязать результаты анализа шлама и керна или технологических : аномалий к истинной глубине.

Формула изобретения

Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения, содержащее датчик оборотов лебедки, датчик веса на крюке, датчик положения клиньев, блок логики, включающий первый и второй узлы ручного ввода информации, распределитель импульсов, триггер управления реверсом, первый и второй элементы сравнения, триггер, первый, второй и третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, блок задержки, ключ, первый и второй элементы совпадения, дешифратор нуля, блок счетчиков, включающий реверсивный счетчик Над забоем и счетчик Глубина забоя, блок корреляции, при этом датчик оборотов лебедки через первый узел ручного ввода информации соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен к первому входу триггера управления реверсом и первому входу первого элемента ИЛИ, второй выход соединен с вторым входом триггера управления реверсом и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через блок задержки подключен к первому выходу блока логики и первому входу ключа/выход которого соединен с вторым выходом блока логики, первый

выход триггера управления реверсом сое

дййей с тгретьим выходом блока лоШкм и

первым входом первого элемента И, Второй

; выход подключен к четвертому выходу бло:

ка логики, а также Первым входом Ибрвого и

ЙторбгЬ arteMe HfpB совпадения, вторЫе вхЬ-,

Ды kof орых соединены Соответственно с

пёрвьУМ ;и вторым б14хрдами дешифратора;

, вход которогб подключен к входу

б л ОкҐ лигикй, а ё ыхо д Ы пёр во го и вто ррго

,.«йт0; Ь.р1гтаДе 11Я сбё д1Ш ены «:вотеёт;;; .

Ственно с пятым и. шестым выходами блока

логики, датчик веса т соединен с

входам ;г ервОг6; ле

НИя, к :вторЬму ехоДу которого подключен

выход второго узла ручного ввод а1ИнфЪрМ1а

: цйй, пёр вый и второй выхо ды датчикаi поли ени яi соединены с (ымИ

(5дамйгтр1 ггёр,: вь1ХоД которо гЬ пОДкйю-;

; к третьему входу треуьего элемента И;

в-ыхрДы первого и второго элементов И под:; ючШы к первому тл втором вхбд ам вто-: И/1И, а первый,: второй, третийi и

Уч йёртый выходы блока логики сротвечгст I eeftrio ёбедийёйы с ПервымГ вторым тр ть: :-Ш:: И Йет вёрты м вхоДа ми б л ока коррек ции,

:;( выход которого подключен к Нер1ым йсодам

реверсивного счетчика Над забоем и ГлуХбИна забоя , вторые входы последних cOOiK

J в етственнО с оединень i с ггятым и Чиестым

;вЛйхОдами блока логики, о т л И ч a kj Щ е & -.

с; я :тем, MfOi с целью повышений точности

; йзМёр%йия, оно снабжено датчиком Давле : нй), элементом брав нения, третьим

и четвертым узлами ручного ввода икформа: цйй, четвёртым элементом И, третьим элементом ИЛИ, RS-триггёрбм. амплитудным

детектором, формирователем импульсов, умножителем, причем датчик Давл енияхбе- динен с первым входом третьего элемента сравнения, к второму входу которой подключей выход третьего узла ручного ввода информации, а выход третьего элемента сравнения соединен одновременно С вторымй входайй rtepBoVb, второго, трётьёгО и чет- вертргр элементов И, выход датчика веса на

крюке подключёй Ьдновремённо: лёрвойу

входу амплитудного детектора и первому входу второго элемента сравнёйия, Выход которого соёДйней одновр еМейнр с четвер тымi входом rtepBOrq элемента И, первым

вхрдОм Второго эл ёмента И, пятым йходом

i efbetb ieMeHTaH,BbixoAnep

та сравнения подключён к первому входу четвёртого элемента И, второй выход триггера управления реверсом соединен с пер

вым входом третьего элемента И, выход

третьего И четвертрго элементов И средине ны с первым и вторым входами третьего

элемента;ИЛИ, выхода второго и третьего

элёментрв ИЛИ подключены соОтветствённо к пёрврму и второму входам RS-TpHrfepa, выход которого рдйоврёмёнйр сЬёДинён с йхОда Аи амплитудного детектора, формирйвателяШпуЛьсов, третьими входами пёрво- гО, второго ;й четвёртого элементов; И,

четвёртым входом третьего элемента И,

также с etpbbiM входом кл1(рча выходы ампяй Ґудного детектора и четвёртого узлЈручног6 ввода Информации подключены к первому и второму вхрДаК1 умножителя; управляющий

вход котррргр сЬеДинён с Выходами формй- роватёля импульсов, а выход - с вторым

входом второго элемента сравнения; . .

Использование: измерение истинной глубины забоя при бурении. Сущность изобретения: с датчика (1) оборотов лебедки импульсы, частота которых пропорциональна скорости движения крюка, поступают на вход блока (5) логики, где распознается направление движения крюка с колонной. С учетом этого производится счет в реверсивном счетчике (33) Над забоем или в счетчике (34) Глубина забоя. Четыре блокировочных схемы VT (15,16,17, IS,), к входам каждой из которых подключены определенные наборы параметров, позволяют точно определить моменты остановки и начала движения колонны. В зависимости от этого RS-триггер (22) переводится в одно из двух устойчивых состояний: Счет или Запрет счета. Когда RS-триггер (22) находится в положении Счет, счетные импульсы через ключ (24) поступают в блок (35) коррекции, где производится счет слоев каната. Исходя из номера слоя, определяется длина одного витка, которая выражается частотой дробных импульсов и поступает в блок (32) счетчиков. 2 ил. & Ј