Устройство для оценки рейсовой скорости бурения Советский патент 1977 года по МПК E21B45/00 

1

Изобретение относится к области контроля и управления процессом бурения скважин.

Известен измеритель текущей рейсовой скорости проходки, состоящий из редуктора, синхроииого двигателя, логарифмического кулачка, дифференциала и сельсина 1.

Недостатком такого устройства является сложность его конструкции.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для оценки рейсовой скорости бурения, содержащее датчик перемещения колонны с накопителем-нреобразователем текущей проходки на долото и реле на выходе, накопитель-преобразователь текущего времени механического бурения, задатчик-преобразователь времени спуско-подъемных и вспомогательных операций, сумматор общего времени рейса долота, делительное звено с регистрирующим прибором на выходе и источник питания 2.

Недостатком этого технического рещения является отсутствие на выходе сигнала, пропорционального рейсовой скорости бурения, ожидаемой в конце прогнозирземого срока службы опор долота, что отрицательно сказывается на точности определения прогнозируемого уровня рейсовой скорости бурения.

С целью повышения точности предлагаемое устройство снабжено сумматором общей проходкн на долото, блоком вычисления нризоасходованного ресурса времени работы опор долота, блоком вычисления ожидаемого приращения проходки на долото и релейным блоком, подключенным к источнику питания через размыкающие контакты реле датчика перемещения колонны, причем входы сумматора общей проходки на долото соединены с выходом накопителя-преобразователя текущей проходки на долото и через замыкающие контакты релейного блока с выходом блока вычисления ожидаемого приращения проходки на долото, выход сумматора общей проходки на долото соединен с входом делительного звена, ко второму входу которого подключен выход

сумматора общего времени рейса долота, к входам последнего подключены выход накопителя-преобразователя текущего времени механического бурения, выход задатчика-преобразователя времени спуско-подъемных операций и через замыкающие контакты релейного блока выход блока вычисления неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, выход последнего блока соединен также со входом блока вычисления ожидаемого приращения проходки на долото.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для оценки рейсовой скорости бурения.

Устройство содержит блок 1 вычисления

рейсовой скорости буоения. включающий СУМMatop 2 общего времени рейса долота и еумматор 3 общей проходки на долото, выходы которого соединены со входами делительного звена 4, блок 5 вычисления неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, включающий функциональный нреобразователь 6, к выходу которого подключен интегрирующий усилитель 7, сумматор 8 и делительное звено 9, входы которого соединены с выходом сумматора и функционального преобразователя, блок 10 вычисления ожидаемого приращения проходки на долото, включающий интегрирующий усилитель 11, выход которого подключен ко входу «делитель делительного звена 12, множительное звено 13, соединенное последовательно с сумматором 14 и функциональным преобразователем 15, и мнол ительное звено 16, входы которого соединены с выходами делительного звена и функционального преобразователя, релейный блок 17, включающий реле 18 на выходе с контактами 19, 20 и 21, реле 22 с контактами 23 и 24, линию задержки, выполненную на резисторе 25 и конденсаторе 26, и реле 27 с контактами 28. Устройство, кроме того, содержит комплект датчиков, включающий датчик 29 перемещения колонны, на выходе которого включены реле 30 с контактами 31 и 32, датчик 33 осевой нагрузки иа долото, датчик 34 скорости вращения долота и датчик 35 произведения нагрузки на долото и частоты вращения долота, комплект задатчиков-преобразователей и наконителей-иреобразователей, включающий накопитель-преобразователь 36 текущей проходки на долото, накопитель-преобразователь 37 текущего времени механического бурения, задатчик-нреобразователь 38 времени спуско-подъемных и вспомогательных операций, задатчик-преобразователь 39 заданного приращения перемещения колонны, задатчикнреобразователь 40 скорости относительного износа вооружения долота, задатчик-нреобразователь 41 потенциального ресурса онор долота, задатчик 42 единичного напряжения, кнопку 43 и регистрирующий прибор 44. Блок вычисления рейсовой скорости бурения функционирует в соответствии с алгоритмом;ири возбужденном состоянии реле 18 нри возбужденном состоянии реле 18 и замкнутых контактах кнопки 43 /г- + Л+ Кр(/-0 t. где Ур(-), Vp(/+) - текущая и прогнозируемая рейсовая скорость бурения, м/ч; h-, h+ - текущая проходка и ожидаемое приращение на долото, м; t, t+ - текущее время механического бурения и неизрасходованный ресурс времени работы опор долота. При возбужденном состояний реле 8 и аамкнутом положении контактов кнопки 43 на выходе сумматора 3 генерируется сигнал H3 Kz(h++h-), а на выходе сумматора 2- сигнал (tcn + i + t+). При этом на выходе делительного звена 4 получают сигнал, пропорциональный прогнозируемому значению рейсовой скорости нроходки Vf(t+). Блок 5 вычисления неизрасходованного ресурса времени работы опор долота функционирует в соответствии с алгоритмом F f ФР (i-)dt о где F+ - неизрасходованный ресурс времени работы опор долота; Ф - произведение скорости вращения долота ш на нагрузку на долото Р; р - показатель стенени, определяемой по дапным ранее отработанных долот. Внещними входными элементами для этого блока являются датчик 33 нагрузки, датчик 34 скорости вращения долота, датчик 35 произведения нагрузки на долото и частоты вращения долота и задатчик-преобразователь 41 потенциального росурса опор долота. С помощью указанных датчиков формируется сигнал Яз5 (з5Р (). Последний с помощью функционального преобразователя 6 преобразуется в напряжение Ие (i), интегрируется усилителем 7 и вычитается в сумматоре 8 из сигнала Ии КцР+. Разность t сигналов MS MU-/(7 J Ф {f)dt подводнтся на вход делительного звена 9, на другой вход которого подается напряжение Ив КйФ (/+). В результате деления этих сигналов на выходе блока получают сигнал Ид, пропорциональный неизрасходованному ресурсу времени работы онор долота t+. Блок вычисления ожидаемого нриращения нроходки на долото функционирует в соответствии с алгоритмом /1 ---д||-/„(Ц-/СЛЬ), где А/г - заданное нриращение перемещеия колонны, м; А/и -время усреднения, равное A/i/И, ч; /Се -скорость относительного износа воружения долота, д. е./ч. Сигналы .:л-К., и Я9 перемноаются в множительном звене 13 и получаеый при этом сигнал Mi3 Ki3K. t+ вводится сумматор 14, где он суммируется с единичым сигналом с выхода задатчика 42 н переается на вход функционального преобразоателя 15. Напряжение на выходе последнего авно И:,/С,Л(1 + еП.

ОдноЁрёМеййо йапряжение J/4o черёЗ контакты 31 реле 30 подводится на вход интегрирующего усилителя 11. С замыканием контактов 31 напряжение на выходе усилителя линейно возрастает и к концу времени усреднения достигает величины Mii KuMaKs Напряжение Яц подводится на вход делительного звена 12. Последний обеспечивает получение сигнала

И -/Г

- Aj2 д.- д. .

В м 1ожите::ьном звене 16 этот сигнал умнож..тся на сигнал HIS, в результате чего на выходе блока получают напряжение Hie, пропорциональный ожидаемому приращению проход:(п г.олото /1+. Периодичность и время существования сигналов Ид и /fie регламентируются датчиком 29 перемещения колонны с реле 30 и релейным блоком 17.

С включением реле 30 его контакты 32 размыкаются, а контакты 31 замыкаются. Начинается рабочий цикл измерения. По истечении

времени At:, реле 30 обесточивается и

его контакты 31 размыкаются, а контакты 32 замыкаются, при этом включается реле 18 и его контакты 19, 20 и 21 замыкаются. На выходах блоков 5 и 10 появляются сигналы Яд и , существование которых определяется временем задержки на включение реле 22. По истечении этого времени реле 22 включается. Его контакты 23 замыкаются, а контакты 24 размыкаются. При этом реле 18 отключается и своими контактами отключает блоки 5 и 10. Одновременно включается реле 27, которое своим контактом 28 соединяет вход и выход интегрирующего усилителя 11. Р1апряжение иа выходе последнего падает до нуля и схема блока 10 готовится к повторному цнклу измерения.

С повторным включением реле 30 контакты 31 его на входе усилителя 11 замыкаются.

Уровни выходных сигналов устройства фиксируются на ленте регистрирующего прибора 44 в виде графиков зависимостей Vp(t) и

Vp(+).

По ординатам этих графиков осуществляется экспериментальный поиск такого бурения (Рорь соорь Qopi). при котором прогнозируемая рейсОВая скорость бурения

1р(/) максимальна. Кроме то-гб, определяется иаивыгоднейщее время механического бурения.

Формула изобретения

Устройство для оценки рейсовой скорости бурения, содержащее датчик перемещения колонны с накопителем-преобразователем текущей проходки на долото и реле на выходе,

накопитель-преобразователь текущего времепи механического бурения, задатчик-преобразователь времени спуско-подъемных и вспомогательных операций, сумматор общего времени рейса долота, делительное звено с регистрирующим прибором на выходе и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности, оно снабжено сумматором общей проходки на долото, блоком вычисления неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, блоком вычисления ожидаемого приращения проходки на долото и релейном блоком, подключенным к источнику питания через размыкающие контакты реле датчика перемещения колонны, причем входы сумматора общей проходки на долото соединены с выходом накопителя-преобразователя текущей проходки на долото и через замыкающие контакты релейного блока с выходом блока вычисления ожидаемого приращения проходки на долото, выход сумматора общей проходки на долото соединен с входом делительного звена, ко второму входу которого подключен выход сумматора общего времени рейса долота, к входам последнего

подключены выход накопителя-преобразователя текущего времени механического бурения, выход задатчика-преобразователя времени спуско-подъемных операций и через замыкающие контакты релейного блока выход блока вычисления неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, выход последнего блока соединен также со входом блока вычисления ожидаемого приращения проходки на долото.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Леонтьев С. П. и Бройтман П. М. Контроль и регулирование колонкового бурения. М., «Недра, 1972, с. 51.

2. Авторское свидетельство № 189369, кл. Е 21В 45/00, 1961.

uh