Устройство для определения обрыва бурильной колонны Советский патент 1977 года по МПК E21B47/09 

Изобретение относится к технике контроля режимов буре1шя.

Известно устройство для определе шя аварийной ситуации, включающее датчики веса и механической скорости бурения .

Наибопее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения обрыва бурильной колонны в процессе бурения, содержащее датчики веса и механической скорости бурения и блок индикации L2..

С целью повышения точности определения обрыва бурильной колонны устройство снабжено генератором имнульсов, пороговыми схемами, счетчиками и триггерами, причем : выходы датчиков веса, механической скорости бурения и генератора импульсов подключены через ключи к пороговым схемам, первые входы которых непосредственно, а вторые - через элементы И, соединенные с ген ратором импульсов, подключег-гы к счетчикам связанным посредством дешифраторов с едиННЧ1Ш1МИ входами триггеров, подключенньтх через выходной дешифратор к блоку индикации.

На чертеже изображена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит датчик 1 веса, датчик 2 меха1шческой скорости бурения, генератор 3 импульсов, ключевые схемы 4 и 5, блок 6 задания порога, пороговые схемы 7 и 8, счетчики 9 и 1О, элементы И 11 и I2 дешифраторы 13-15, триггеры 16 и 17 и блок 18 индикации. Схема кроме того включает входную клемму 19 задания порога механической скорости, входную клемму 2О для ввода заданного значения веса G- на крюке.

Генератор 3 соединен с управляющими входами ключевых схем 4 и 5, вторые входы которых к датчикам 1 и 2, а также со входами элементов И 11, 12, Выходы ключевых Схем соединены с первыми входами пороговых схем 7 и .8. Вторые входы послених подключены у схемы 7 - к клемме 19, у схемы 8 - через блок 6 задания порога к клемме 20. Выходы пороговых схем связаз1ы с инвертирующими входами элементов И и с первыми входами счетчиков 9 и Ю, вторые входы которых подключены к выхода элементов И. Счетчики 9 и 10 через дешиф раторы 13 и 14 соединены с единичными входами триггеров 16 и 17, Выходы этих триггеров связаны с дешифратором 15, а выходы последнего с блоком 18 индикации. Устройство работает следующим образом. Генератор 3 импульсов через заданные промежутки времени включает ключевые схе мы 4 и 5, в результате чего сигналы с дат чиков 1 и 2 поступают на входы пороговых Схем 7 и 8. Схема 7 срабатывает при падении текущей механической скорости бурения ниже порогового уровня: .Пороговая схема 8 срабатывает при снижении текущего веса на крюке, поступающего с датчика веса 1, 1шже порогового уровня: т птПВеличина порогового уровня Q. получается в блоке 6 путем умножения заданного бурил щиком веса Q на крюке на некоторый коэффициент k 1 ч зависящий о.т точности работы регулятора весг на крюке: Q k-(.:. ,, Г При этом блок 6 задания порога может быть реализован, например, в виде делителя напряжения. Как только сигнал с датчика 1 веса или датчика 2 скорости бурения упадет ниже порогового уровня схемы 8, в счетчик 1О зан сится единица. Если после занесегшя единицы в Счетчик 1 О при следующем опросе даг чика 1 пороговая схема 8 не срабатывает, то импульс геиера1Х)ра 3, пройдя через элемэнт И 12 сбрасывает счетчик 10 в нулево состояние. Это необходимо для того, чтобы исключить возможность появления сигнала о наличии аварийпой ситуации при кратковременных случайных изменега1ях показаний дат чика 1. В случае, если в счетчик 10 поступает подряд некоторое число импульсов, равное числу, на которое настроен дешифратор 14, то на единичный вход тгпп-гера 17 поступает импульс, свидетельствующий об устойчивом снижении контролируемого параметра веса на крюке ( или скорости бурения) ниже поргового, допустимого значения. Состояния триггеров 16 и 17 дешифруются схемой 5, с выходов которой сигналы поступают на блок индикации 18. Возможные состояния триггеров 16 и 17 приведе 1Ы в таблице. Cocfoяниe, соответствующее первому стоп цу таблицы, свидетельствует об отсутствии проходки к резком снижении веса на крюке, что имеет место при обрыве растянутой части бурильной колонны. Соответствующий сигнал фиксируется блоком индикации 18. Состояние, соответствующее второму столбцу таблицы, не может иметь место на практике, так как при падении веса на крюке ниже порогового уровня Q Q ft должно соблюдаться условие V п Р использовании пассивного метода поддержания заданного веса Cf на крюке с помощью тормоза лебедки падение веса на крюке ниже порогового значения приводит к тому, что механическая скорость становится близкой к нулю, а при активном методе поддержания веса на крюке бурильная коло1ша автоматически поднимается вверх, в результате чего получается отрицательная скорость бурения, Трет(,ему столбцу таблицы соответствует наличие веса на крюке в пределах нормы и отсутствие проходки. Здесь имеет место обрыв колонны в районе утяжеленных бурильных труб. Последнему столбцу таблицы соответствует нормальный режим работы буровой установки. Использование данного изобретения позволяет автоматически с высокой точностью обнаруживать момент обрыва бурильной колонны, а это предотвращает развитие аварийной ситуации и способствует ликвидации ее последствий с меньшими затратами. Формула изобретения Устройство для определения обрыва бурильг: ной колонны в процессе бурения, содержащее датчики веса и мехазтческой скорости бурения и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью пбвыщения точности определе1шя, оно снабжено генератором импульсов, пороговыми схемами, счетчиками и триггерами, причем выходы датчиков ведд, механической скорости бурения и, генератора импульсов подключены через ключи к пороговым Схемам, первые входы которых непосредственно, а вторые - через элементы И, соединенные с генератором импульсов, подключены к счетчикам, связанным посредством дешифраторов с единичными входами триггеров, подключенных через выходной дешифратор к блоку индикации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Шацов Н. И. и др. Бурение нефтяных и газовых скважин. М., Недра , 1961, . 126. 2.Патент США №2967 994, кл. 324-38, 1960.

IS

18

И