УСТРОЙСТВО для КОНТРОЛЯ и УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ Советский патент 1969 года по МПК E21B44/02 

Изобретение относится к области контроля и управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин с использованием разработанной системы критериев рациональной эксплуатации шарошечных долот.

Известны устройства для контроля и управления процессом турбинного бурения, например станция для контроля и исследования режимов бурения (типа СРБ-1), содержащие датчики и вторичные лриборы, позволяющие осуществлять измерение и регистрацию ряда параметров процесса бурения, таких как: вес бурового инструмента, осевую нагрузку на долото, механическую скорость проходки, проходку, давление на выходе буровых насосов, расход, 1плотность, вязкость Промывочной жидкости и скорость вращения ротора.

Однако эта станция предназначена лищь для измерения и регистрации первичных параметров процесса бурения и не избавляет бурильщика от необходимости принятия субъективных решений ПО целому ряду вопросов управления процессом турбинного бурения.

Предлагаемое устройство отличается тем, что оно снабжено анализаторами осевой нагрузки, повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота с выходами на индикаторный блок, причем вход анализатора осевой нагрузки соединен с выходом блока измерения последней, первые и вторые пуско-остановочные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота подключены соответственно к выходам блоков контроля осевой нагрузки и положения бурового инструмента, а третий - распределительный вход анализатора заклинивания опор долота подключен к выходу блока контроля первой производной

осевой нагрузки по времени, измерительные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки и рейсовой скорости подключены к датчику перемещений квадрата, а измерительный вход анализатора заклинивания опор долота - к датчику мощности привода проворота роторного стола.

Оно содержит датчики: 1 - веса бурового инструмента, 2 - перемещений квадрата, 3 - мощности привода проворота роторного стола;

блоки измерения: 4 - осевой нагрузки, 5 - веса бурового инструмента; блоки контроля: 6 -первой производной осевой нагрузки по времени, 7,-осевой нагрузки, 8 - веса бурового инструмента, 9 - положения бурового

инструмента; анализаторы: 10 - осевой нагрузки, 11 - повторения поиска эффективной осевой нагрузки, 12 - рейсовой скорости, 13- заклинивания опор долота; индикаторный блок, включающий в себя указатель эффектив«повторить поиск, 16 - «изношено вооружение, /7 - «изношена опора и 18 - «остановка турбобура.

Причем датчик 1 веса бурового инструмента, установленный на «мертвом конце талевого каната, соединен с блоком 5 измерения веса бурового инструмента и блоком 4 измерения осевой нагрузки, выполненными по компенсационной схеме измерения. Первый выход блока 4 измерения осевой нагрузки соединен с входом анализатора 10 осевой нагрузки, а второй - с измерительным входом блока 7 контроля осевой нагрузки. Выход блока 5 измерения веса бурового инструмента соединен с блоком 9 контроля положения бурового инструмента через блок 8 контроля веса последнего. Датчик 2 перемещений квадрата, установленный на кронблоке и соединенный с измерительными входами анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11, рейсовой скорости 12 и блока контроля положения бурового инструмента 9, образует «электрический вал, вьшолнен-ный на базе сельсинов-датчиков и сельсинов-ориемников, соединенных ло индикаторной схеме. Датчик 5 мощности привода проворота роторного стола соединен с измерительным входом анализатора 13 заклинивания опор долота.

Первые / и вторые // пуско-остановочные входы анализаторов 11-13 нодключены соответственно к унравляющим выходам блока 7 контроля осевой нагрузки и блока 9 положения бурового инструмента, а третий распределительный вход /// анализатора 13 лодключен к управляющему выходу блока 6 контроля первой Производной осевой нагрузки по времени, измерительный вход которого соединен с блоком измерения осевой нагрузки через узлы сглаживания и дифференцирования последней, входящие в анализатор 10.

Анализаторы 10-13 имеют выход на индикаторный блок. Причем выход анализатора 10 осевой нагрузки, выполненного как анализатор 1максимума сглаженной функции первой производной осевой нагрузки ПО времени, соединен с указателем 14 эффективной осевой нагрузки, выполненным на базе потенциометра постоянного тока, который в свою очередь подключен к задающему входу блока 7 контроля осевой нагрузки.

Выход анализатора // повторения поиска эффективной осевой нагрузки, вьгаолненного как дискретное счетно-решающее устройство для формирования начальной (реперной) проходки за время At запоминания и деления ее на текущее значение проходки за время А/ и сравнения этого отношения с заданным значением уставки, соединен со световым табло 15 «повторить поиск.

Выход анализатора 12 рейсовой скорости, выполненного как аналоговое счетно-решающее устройство для формирования текущей рейсовой скорости, текущей усредненной механической скорости, деления первой на вторую и непрерывного сравнения этого отношения

с заданным значением уставки, соединен сО

световым табло 16 «изношено вооружение.

Выход анализатора 13 заклинивания опор

долота соединен со световыми табло 17 и 18

«изношена олора и «остановка турбобура. Причем анализатор заклинивания опор долота выполнен ,как аналоговое счетно-решающее устройство и предназначен для сравнения мощности, необходимой для вращения колонны бурильных труб в процессе бурения при нормальном состоянии опоры долота, с мощностью- при заклиненном состоянии опоры долота или остановке турбобура и для выделения одного из этих состояний путем контроля

величины первой производной осевой нагрузки ;по времени при остановленной подаче квадрата и сравнения продолжительности его с заданным значением уставки.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом бурения 1Производится операция «взвешивания инструмента нутем установки на нуль стрелки блока 4 измерения осевой нагрузки и корректировка уставок анализаторов и блоков контроля. По достижении

долотом забоя блОК 9 .контроля положения бурового инструмента и анализатор 12 рейсовой скорости приводятся в исходное нулевое состояние и запускаются в работу. После приработки долота производится операция поиска

эффективной осевой нагрузки. Причем в качестве носледней принимается осевая нагрузка, соответствующая максимуму механической скорости или величине ей пропорциональной- первой производной осевой нагрузке по времени., I I ,д.:

Операция поиска эффективности осевой нагрузки заключается в следующем.

Нагрузка на долото турбобура доводится до значения, близкого к тормозному, и подача

.инструмента прекращается. При этом на вход анализатора .10 осевой нагрузки поступает сигнал об изменении осевой нагрузки во времени P(t), который фильтруется от низкочастотных помех, дифференцируется и поступает

в узел анализа максимума функции первой тфоизводной, который управляет двигателем следящей системы указателя 14 эффективной осевой нагрузки. Последний отслеживает сглаженную осевую нагрузку до величины, соответствующей максимуму ее производной.

После установления найденного режи.ма буревия запускаются в работу анализаторы . Анализатор 11 повторения поиска эффективной осевой нагрузки получает информацию об изменении текущей проходки во времени h(t) от датчика перемещений квадрата. Па основе этой информации анализатор определяет момент времени, когда забойные условия существенно изменятся, что определяется изменением отношения текущей механической скорости к начальной (после установления эффективной осевой нагрузки) в заданное число раз. И если при этом выполняются условия, свявечными Входами, анализатор выдает командный сигнал на световое табло «повторить ноиск.

Анализатор 12 рейсовой скорости на основе информации о текущей проходке h(t), получаемый также от датчика перемещения квадрата, формирует отношение текущей рейсовой скорости к средней за время At механической скорости и сравнивает его с заданной величиной. При превышении этого отношения заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с первым / и вторым // нуско-остановочными входами анализатор выдает командный сигнал об износе вооружения до целесообразной величины, связанной с достижением действительного значения максимума рейсовой скорости на световое табло «изношено вооружение.

Анализатор 13 заклинивания олор долота получает информацию об изменении во времени активной мощности на приводе проворота роторного стола -в процессе бурения от датчика мощности, формирует отношение текущей мощности к мощности при нормальном состоянии долота и сравнивает его с заданной величиной. При превышении этого отношения заданной величины и превышении продолжительности увеличенного сигнала заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с нервьш / и вторым // пуско-остановочнымИ входами, анализатор формирует один из командных сигналов с выходом на световые табло: 17 - «изношена онора или 18 - «остановка турбобура. Причем, с целью разделения сигнала заклинивания долота от остановки турбобура, анализатор через третий /// распределительный вход производит контроль первой производной осевой нагрузки по времени при остановленной подаче инструмента. Если значение первой производной осевой нагрузки по времени больше заданного

dP ,

- Сц, выход анализатора нодключается

dt

к световому табло «изношена опора. Если же значение первой производной осевой нагрузки

dP

но времени меньше заданного Со, другой

dt

ВЫХОД этого анализатора нодключается к световому табло «остановка турбобура.

Функции пуско-остановочных входов анализаторов //-13 заключаются в следующем. При отклонении текущей осевой нагрузки от эффективного значения на заданную величину ±ДР, устанавливаемую с помощью соответствующего задатчика, блок 7 контроля

осевой нагрузки через первый / пуско-остановочный вход этих анализаторов прерывает их функционирование, а при возвращении параметра в заданные пределы автоматически запускает их в работу без потери предыдущей информации.

При отрыве бурового инструмента от забоя также прекращается функционирование этих знализаторов от блока 9 контроля положения

бурового инструмента через вторые // пускоостановочные входы их, а 1нри новторном достижении забоя осуществляется их автоматический запуск также без потери предыдущей информации.

Предмет изобретения

Устройство для .контроля и уП|равления процессом турбинного бурения, содержащее датчики веса бурового шгстру.мента, перемещения .квадрата, мощности привода проворота роторного стола; блоки згзмерения осевой нагруЗ|К; и веса бурового инструмента; блоки контроля осевой нагрузки, первой производной осевой

нагрузки по времени, веса и положения бурового инструмента, а также индикаторный блок, включающий указатель эффективной ,осевой нагрузки и световые табло «новторить ноиск, «изношено вооружение, «изношена опора ;

«остановка турбобура, отличающееся тем, что, с целью обеспечения максимальной рейсовой (или экономической) скорости и безаварийной отработки долота, оно снабжено анализаторами осевой нагрузки, повторения понска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота с выходами на индикаторный блок, причем вход анализатора осевой нагрузки соединен с выходом блока измерения последней, первые и вторые

пуско-остановочные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота подключены соответственно к выходам блоков контроля осевой нагрузки и положения бурового инструмента, а третий - распределительный вход анализатора заклинивания опор долота подключен к выходу блока контроля первой производной осевой нагрузки по времени, измерительные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки и рейсовой cKOpocTi подключены к датчику перемещений квадрата, а измерительный вход анализатора заклинивания опор долота к датчику мощности привода проворота роторного стола.

КЖ