Устройство для контроля процесса бурения Советский патент 1975 года по МПК E21B45/00 

мент 17. Элемент сравнения 18, регулятор 19 подачи породоразрушающего инструмента, операционные интегрирующие усилители 20, 21 и 22, регистрирующий прибор 23, двухкоординатные регистрирующие приборы 24 и 25, переключатели 26 и 27 сигналов независимых переменных источников 28 иормированпого напряжения постоянного тока, блок питания 29, командное реле времени 30 с нормально замкнутыми контактами 31 на выходе.

Полный цикл работы устройства по сбору информации о параметрах режима бурения состоит из нескольких этапов, каждый из которых включает 8-10 элементарных шагов, характеризуемых приращением проходки на величину 2Д/1з (при Д/1з А/г- ) и временем механического бурения + 4- Д,- . За первую половину шага производится контроль времени Д/; и усреднение

механической скорости -

V,

а за

fi

вторую - изменение какого-либо независимого параметра и переход системы в новое состояние условного покоя.

На первом этапе программы осуществляется приработка породоразрушающего инструмента на забое и определяются базовое значение породоразрушающего фактора Фд и базовое значение механической скорости бурения К„б , а также коэффициент параболы статической характеристики Уо(Ф), равный (ДФ - ДУо)/Дф2.

Работа системы на этом этапе осуществляется следующим образом. После выполнения операции спуска породоразрушающего инструмента с помощью исполнительных элементов 1 и 2 устана1вливаются скорость вращения ротора со и расход промывочной жидкости Q. Уровни последних выбираются с учетом данных предыдущего рейса. С помощью задающего элемента 17 задается значение породоразрушающего фактора Ф1 Фмин Переключатели 26 и 27 устанавливаются в положение, показанное на схеме сплошной линией. При перемещении бурильной колонны вниз на выходе датчика 10 появляется напряжение и включается релейный элемент 11. Последний своими контактами производит следующие изменения в схеме; контактом 13 вход операционного усилителя 20 соединяется с выходом тахогенсратора с независимым возбуждением 7, а контактом 32 отсоединяется выход этого усилителя от второго его входа; контактом 15 подается питание командному реле времени 30, а контактом 14 дифференцирующий эле.меит 16 соединяется с входом операционного усилителя 22. Начинается отсчет заданного времени усреднения .. За этот отрезок времени на вход операционного усилителя 22 с выхода дифференцирующего элемента 16 поступают импульсы напряжения, частота следования которых пропорциональна скорости

перемещения колонны, и накапливаются в нем.

По истечении времени контакт 31 командного реле времени 30 размыкается, а

контакт 33 замыкается. Напряжение на выходе операционного усилителя 22 в это время пропорционально механической скорости Vj. Полученный результат, как и значение напряжения Уф1 Ф регистрируется в прямоугольной системе координат на ленте прибора 25. С замыканием контакта 33 нанряжение на выходе усилителя 22 устанавливается на нуль. Напряжение на основном выходе датчика перемещения колонны снижается до

нуля, релейный элемент 11 отключается.

Его контакты 13, 14 и 15 размыкаются, а контакт 32 замыкается. Напряжение на выходе операционного усилителя 21 в это время пропорционально сопротивляемости горной

Ф| т-г

породы разрушению, О -- . Полученный

Vi

результат, как и значение напряжения Ф1 Фь регистрируется на ленте прибора 24. С замыканием контакта 32 иапряжение на выходе усилителя 21 устанавливается на нуль. Первая половина шага системы на этом заканчивается.

С помощью задающего элемента 17 задается новое значение породоразрушающего

фактора Ф2 Ф + ДФ- Продолжается приработка породоразрушающего инструмента на забое скважины.

С повторны срабатыванием датчика 10 перемещения колонны заканчивается вторая

половина первого шага и начинается второй шаг работы системы. При этом все операции, связанные с измерением Vz, 0.2 и Фд повторяются.

К концу первого этапа программы, заканчивающегося измерениями а .,„. и V,, при

Ф 0,8 Фдо,, (где Фдоп доп w), в расположение бурового мастера поступает информация об исс 1едуемых взаимосвязях, представленная в виде двух семейств вертикальных отрезков, верхние концы которых соответствуют значениям зависимостей сопротивляемости горной иороды и механической скорости бурения от породоразрушающего фактора. На основании этих графиков легко определяются искомые базовые величины (Ф и УС, ) и коэффициент параболы azОсновной задачей второго этапа является получение экспериментальной зависимости t/e (t) и определение с ее помощью базовой интенсивности условного изнашивания породоразрупгающего инструмента.

Для ее решения с помощью задающего элемента 17 задается породоразрушающий

фактор Ф Фо , уровень которого в ходе эксперимента поддерживается неизменным с помощью регулятора 19 подачи.

После включения релейного элемента 11 контакт 12 замыкается, а контакт 34 размыкается. На вход операционного интегрирующего усилитела 20 поступает нормированное единичное напряжение /, 1 (0. что соответствует началу первого шага второго этапа- программы. Напряжение на выходе операttwoHHoro усилнтеля 20 увеличивается по лниейному закону.

С пере1мещением колонны на заданную-величину А/г ДЛз релейный элемент 11 обесточи1вается. Его контакт 12 размыкается, а контакт- 34 замыкается. Напряжение U на выходе операционного уснлителя 20 к этому времени пропорционально относительно площади затупления породоразрушающего инструмента е. Результат измерения фиксируется на ленте прибора 23 н соответствует верхней точке наклонной крнвой U (t). С

замыканнем контакта 34 напряжение на выходе операционного усилителя 20 устанавливается на нуль.

С повторным включением релейного элемента И начинается второй шаг второго этапа программы работы устройства. Цикл из.мерения показателя s повторяется.

К концу второго этапа программы, включающего б--10 шагов, на ленте регистрирующего прибора 23 вычерчивается пилообразный график /е (/), вершины зубцов которого определяют искомую зависимость s (t), верншны зубцов которого определяют искомую зависимость e.(t). С помощью последнего определяются скорость затупления - Д д/

и базовая интенсивпость условного изнашивания породоразрушающего инструмента /глб

iVo6

Основной целью третьего этапа программы работы системы является получение экспериментального графика зависимости V(к,) при Ф - Ф„р( const, необходимого для определения наивыгоднейшей скорости вращения иородоразрушающего инструмента. Для е-г достижения с номощью задающего элемента 17 задается породоразрушающий фактор Ф ofit значение которого в последуюн;ем поддерживается неизменным регуля)ором нодачи 19.

Переключатель 27 переводится в положение, показанное пунктиром. Этим самым к измерительному каналу независимой перемепной регистрирующего прибора 25 подсоединяется выход тахогенератора с постоянными магнитами 8. С помощью исполнительного элемента 2 задается скорость вращения породоразрушающего инструмента со. Измерение и регистрация механической скорости бурения 1/1, соответствующей угловой скорости (м|, осуществляется следующим образом.

При срабатывании датчика перемещения колонны включает-ся релейный элемент И. Последний своими контактами 15подключает командное реле времени 30 к блоку питания 29, а контактами 14 соединяет выход дифференцнрующего эле.мента 16 с входом онерацнонного интегрирующего уснлиТеля22 и т. д. По. истечении времени Д(„з контрс,5 лнруемого командным реле времени 30,. контакт 31 размыкается и поступление импульсов напряжения на вход усилителя 22 прекращается и т. д.

С номощью исполнительного элемента 2

10 задается скорость вращення Ш2 и на первой половине второго щага системы измеряется н регистрируется соответствующая ей механическая скорость бурения Vj.

С окончанием п-го шага третьего этапа

5 программы работы (где п - число ступеней скорости привода ротора) на ленте прибора 25 фиксируются точки, определяющие зависимость V((s)) при Ф соп81. В качестве оптимальной принимается скорость вращения

0 ш ; соопт , которой соответствует V; макс.

Основной задачей четвертого этапа работы является нахождение зависимости а, (Q)

при Ф Фо,;т и CO WO::T , НеобхОДИМОЙ ДЛЯ

5 определения наивыгоднейшего расхода промывочной жидкости. Для ее решения с помощью исполнительного элемента 2 устанавливается скорость вращения породоразрушающего инструмента со со от-. Переключатель 26 устанавливается в положение, указанное пунктиром. Этим самым выход датчика расхода промывочной жидкости подсоединяется к измерительному каналу регистрирующего прибора.

5 С номощью исполнительного элемента 1 устанавливаются различные значения расхода промывочной жидкости Q (Qi, Q2 и т. д.) и каждый раз ранее изложенным способом измеряются н регистрируются соответствуюЩие им значения сопротивляе.мости горной породы разрушению а .К концу этапа на ленте прибора 24 фиксируются точки, характеризующие зависимость а.-, (Q) при Ф соп51 и со соот . В качестве оптималь5 иого принимается то значение расхода про.мывочной жидкости Q опт . которому отвечает а ,,; мин.

На последующем этапе программы работы устройства бурение ведется в оптимальном режиме и задача сводится к контролю однородности проходпм 1х горных пород н времени механического бурения. С достижепием времени мехаппческого бурения опт или X - Хопт бурение прекращается. С целью

5 контроля однородности горной породы осуществляется непрерывная запись показателя и g (/) на лепте регистрируемого прибора 23.

Каждый излом графика зависимости s{) и изменение его паклона к оси времени свидетельствует о переходе нородоразрушающего инструмента в породу с другими физико-механическими свойствами. При этом по данным графикам 8(0 сравнительно просто оценивается буримость породы новой форма5 ции и ее абразивные свойства. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет методом активного эксперимента получить объективные сведения об условиях бурений и взаимосвязях между зависимыми и нез,а:вией:мыми переменными, необходимые ддя о.боснова.н.вого выбора параметров отработки аородоразрушающего инструмента, при которых дост1игает1ся минимальная стоимость 1 м проходки. Предмет изобретеиия Устройство для контроля процесса бурения содержащее датчик осевой нагрузки, датчшк скорости вращения породоразрущающего инструмента,, выполненный в виде тахогенератора с независимым возбуждением, датчик расхода промывочной жищкости, датчик перемещения колонны с релейным элементом. 5 10 15 20 командное реле времени, бпераЦйойные интегрирующие усилители, регулятор подачи породоразрущающего инструмента, задающий элемент и регистрирующие приборы, отличающееся тем, что, с целью увелитенйя объема информации о внешних условиях ведения процесса бурения, упроэдения операций по экслериментальному определеншо связей между зависимыми и независимыми иараметрами процесса бурения, датчик перемещения колонны снабжен доиолнительным выходом, который через дифференцирующий элемент, размыкаю щие контакты командного реле времени и замыкающие контакты релейного элемента соединен с входом операционного интегрирующего усилителя, а аыход тахогенератора с независимым возбуждением соединен с задающим элементом и регулятором подачи породоразрушающего инструмента.