Устройство для обнаружения аварийных ситуаций при бурении скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B44/00 E21B47/00 E21B47/10 

Изобретение относится к техттке контроля режимов бурешш, в частости к устройствам д определения аварийных стуэ.гщи при буранш скважин. Известно устройство для обнаружешя аварийных ситуаьШй при бурегоя сгсваж Н: включа ющее датщ1к веса и мехаюиескоГт скорости, подключенные через соответствующие пороговые схемы к логическому блоку, блок 1шд1 кации, блок коррекщга и блок задашя по рога, выходы которого-соещ1неШ) со входами пороговых схем. Недостатком известного устройства яв.ляется то, что оно может выявлять только одну аварийную ситуацию - обрыв бурильной колонны а использование только двух датчиков - веса на крюке и мехаз-шческой скорости - не гюзво ляет достигать высокоГ достоверности обнаруж ния указанной авариЙ1ЮЙ ситуации. Целью изобрете1С1я является повыигение достоверрюсти выявления обрыва бурильной колонны и обеспечения выявлеш5я промыва бурильной КОЛОШП). поставленная цель досттггается тем. что уст:ойс с снабжено давления промывочиоп кпнсостг, датчзосол: мометгга нн столе ротсpz и у( rioporoDbiMii схемаьл , при зтом выхои-т даччиков через соответсгзугсщне пороговые cMSMV: 1(одкл10;екы ко вxoдгtм логического блока вь;хот которого по/жлючен через блок коррекШ1и к блоку шгдикашпь А тгл.же тег-л, что б.чок коррекшп выполнен в виде логкчес1сой схемы ИЛИ, первый и второй вт-.тхсды КОТ01ЮГО подключены ко входам счетчика соответственно через генератор имщ-льсов и инвертор, а , второй и третий выходы счетчика ггод сл очены к соответствующим логкюским схемам si. На сЬиг. изображела функштональпм схема устройства; на фиг, 2 приведена одна из Ео: ;ч-;ожвъгх. ф}И1Я оналы1ЫХ схелт логического блока устройства. ЗЛ-:тройстЕО Aiji .пеппя aisapntUibix ситуглий гфи бурегак; скоажин (CNT. фтЛ ) содер:.щтт дат-аж I механчческой скорсхти буреН15Я, да1чкк 2 веса fia кршкс, датчик 3 давлегаш прол5ьточкой KIUIKOCTH н;) г ыкице насо37сов, датчик 4 момента на столе ротора, порогб вые схемы 5, 6, 7, 8, блок 9 задания порогов, логический блок 10, блок 11 индикации. Устройство содержит также блок коррекнзш вьгаолненный в виде логических схем И 12,13, 14, схемы ИЛИ 15, генератора 16 имтульсов и; виешним запуском, инвертора 7, счетчика 18. На схеме обозначены: 19 - входная клем:ма задание порога механической скорости, 20 - входная клемма задания веса на крюке, 21 - входная клемма задания давления iipofvaiБочной жидкости на выкиде насосов, 22 - вход ная клемма для задания крутящего момента холостого вращения бурильной колонны, 23 ; 26 - входы, а 27 - 29 - выходь лопг ескога блока 10. ; Датчики 1, 2, 3, 4 подключены соответствен но ко входам пороговых схем 5, б, 7, 8. Вто; рой вход пороговой схемы 5 соединен со Ьход , ной клеммой 19 задания порога, а вторые входы пороговых схем б, 7, 8 подключе 1ы через ;блок 9 задания порогов к входным клеммам 20 - 22. Вьгходы пороговых схем 5. 6, 7, 8 юдключеяы ко входам логического блока 10, три выхода которого связаны с первыми входа ми схем И 12, 13, 14 и со входами схемы ИЛИ 15. Выход схемы ИЛИ 15 соедлнеи со входами генератора 16 и пшертора 17. Генератор 16 связан со счетным входом счетчика 18, а инвертор 17 - со входом установки счетщгка 18 в н шевое состояние. Выход счетчика 18связан со вторыми входам схем И 12, 13, 14, выходы которых соеданены со входами блока 11 индикащш. Лоотческий блок (см. фиг. 2) включает логические cxeh-ib ИЛИ 30, 31, 32 и логические схемы И 33 - 42. Устройство работает следующим образом. Сигналы с датчиков 1, 2, 3, 4 поЬтупают на входы noporoBbfX схем 5, 6, 7, 8. Пороговал схема 5 срабатывает щзи сготжении тегсугдей механической скорости бурештя ниже порогового уровня, поступающего с входной клеммы 19(1.М,. Сигналы, с шмаемые с входных клемм 20, 21, 22, умножаются в блоке 9 задания порогов на соответствующие коэффициенты и постушют на входы установки порогов срабатывания схем 6, 7, 8. Схема 6 срабатывает, когда текущее значение беса на крюке (Т. К, -0-3, т 7Ч :дс KI I козффшдаент, зависящий от точности работы регулятора веса на крюке; Ь 3- вес, заданный бурягплщшом (этот сигнал снимается с KJiieMмы 20). Схема 7 срабатывает, когда текущее значение давления на вьшгиде насосов .РЗ, где К2 1 - коэффициент, зависящий от неравномерности работы буровых насосов; РЗ- давление, в начале рейса ( сигнал, пропорциональШзШ РЗ, сниктается с клеммы 21). Схема 8 срабатьшает, когда текущее значеjffle момента на столе ротора MT Кз- Мз, где Кз - козфф1щиент, зависящий от неравномерности крутящего момента (Кз 1); момент холостого вращения бурильной колонны (до задания нагрузки щ долото). Сигнал, норпорщ{онапьньш Мз, снимается с клеммы 22. Сигналы со схем 5, 6, 7, 8 поступают в логаческш блок 10. В возникновеШ1Я любой из следующих аварийных ситуаций: обрыв утяжелешшх бурильгшгх труб (УБТ) или растянутой части бурильной колонны, промыв бурильной колошп 1, - на выходах 27, 28, 29 логического блока 10 соответственно появится , поступающий на первый вход одной из схем И 12, 13, 14 и на один из входов схемы ИЛИ 15. На выходе схемы ИЛИ 15 выделится сигнал, запускающий генератор 16. Импульсы с генератора 16 поступят на счетчик 18. Через определенный промежуток времегш tjj, зависящий от частоты следования импул1 сов генератора 16 и шсла разрядов счетШка 18, на выходе последнего появится сигнал переполнепия, который поступит на вторые входы схем И 12, 13, 4. При этом та схема И, на первый вход которой поступает сигнал, выработанный в логическом блоке 10, пропустит сигнал со счегшка 18 на блок 1 индикации, фиксирующий тот или иной вид аварийной ситуации. Следует отметить, что счетчик 18 переполнится лишь при налиади в течение времеьш t сигнала на вхоце генератора 16. В противном случае, когда ма вход генератора 16 сигнал не поступает, па выходе кш ертора 17 выделится и fпyльc, который установит счетчик 18 в нулевое состожше.. Это сделано для того, чтобы исключить появлеш1е на блоке 11 индикации сигналов аварийных ситуащ й при кратковременных случаЙ1Ц)х измекегошх контролируемых параметров. Работа логического блока 10 определяется ледующей таблицей состояний.

Промыв

О

(выход 29 логического блока 10)

Единицами в таблице обозначены изменения контролируемого гараметра, превышающие пороговые уровни схем 5, 6, 7, 8, а нулями состояния, при которых контролируемые траметры не превышают пороговые уровни схем 5, 6, 7, 8.

Таким образом, на входы 23 - 26 блока 10 поступают определенные сочетания нулей и единиц, обозначенные в двенадцати строках табтгацы. Основными признаками обрыва УБТ являются состояния контролируемых параметров, обозначенные в первой строке таблицы, а признаками обрьша растянутой части бурильной колонны - состояния, обозначенные в пятой строке таблицы. Дополнительные сочетания этих признаков (строки 2-4 и 6-11) введены для повышения надежности работы устройства при наличии искажений, а также характеризуют возникновение соответствующих аварийных ситуаций.

Для определения промыва тела бурильной трубы или замкового соединения имеется комбинадня признаков, обозначенная в двенадцатой строке таблицы.

Техническая реализация логического блока 10, вырабатьшающего на выходах 27-29 сигналы при соответствующих комбинациях на входах 23-26 нулей (отсутствие сигнала) и единиц (наличие сигнала), определяемых приведенной таблицей состояний (таблицей истищюсти), может быть различной (см. фиг. 2).

Введение новых злементов выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, поскольку оно позволяет определять дополнительную аварийную ситуацию - промьш тела или замковых соединений бурильных труб. Выявление обрьша и промыва в предлагаемом устройстве производится с более высокой степенью достоверности.

Формула изобретения

1. Устройство для обнаружения аварийных ситуаций при бурении скважин включает 7 датчик веса и датчик мехагическон скорости, подключенные через соогветствугощие пороговые схемы к логическому , блок ИН.ЕШкации, блок коррекции и блок задаш-ш порога, выходы которого соедияень со входаш пороговых схем, отличающееся тем, что, с целью повышегогя достоверносШ выявления обрьша , бурильной колонша и обес печения выявления промьша бурильной колонны, оно снабжено датчиком давлеЕия промьгоочной жидкости, датчиком момента на столе ротора и двумя пороговыми схемами, при этом выходы датчиков через cooraeicTByющие ггороговые схемы подключены ко входам логического блока, выход которого подключен через блок коррекдш к блоку тщккаций. 2. Устройство по пЛ, о т л и ч а ю тд е .а с я тем, что блок коррекции вьпюлнен в виде логической схемы ИЛИ, первый и второй выходы которого подключе1а1 ко входам счегшка соответственно через генератор импульсов и инвертор, а первый, второй и третий выходы счетчика подключены к соответствующим логическим схемам И.