Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину Советский патент 1980 года по МПК E21B19/00 E21B47/01 

1

Изобретение относится к бурению скважин при разведке н добыче полезных ископаемых, предназначено для автоматизации измерения .длины колонны труб во время спуско-подъемных операций прн бурении скважин и может быть использовано для измерения длины бурильного инструмента, длины обсадной колонны при спуске ее в скважину или длины насосно-компрессорных труб.

Известно устройство для измерения длнны колонны труб, содержащее счетчик, выключатель, связанный с мертвым концом талевого каната и дифференциальный барабан, трос которого связан с таль-блоком 1.

Недостаток устройства заключается в сложности механической части его датчика, содержащей две лебедки.

Известно устройство, содержащее датчик нагрузки, датчик подачи, счетчик, ключ, задатчик уровня блокировки, формирователь импульсов, дискриминатор, амплитудный детектор, дешифратор и блок индикации 2.

В данном устройстве датчик подачи служит .ОЛЯ определения суммарного угла пО ворота шкива кронблока н Соответствующего

ему перемещения талевого блока спускоподъемного механизма. Для исключения холостых рейсов спуско-подъемного механизма в процессе измерения длины колонны труб в устройстве имеется датчик веса и 5 задачик уровня блокировки по нагрузке на крюке, т. е. используется дополнительный сигнал о нагрузке на спуско-подъемный механизм Q (t), который сравнивается с сигналом постоянного уровня блокировки Qe.

Измерение производится в то время, ког10да выполняется условие Q(t)Qo, т.е. когда на спуско-подъемный механизм действует усилие, превышающее Qo. Уровень блокировки QO выбирается равным весу отдельной трубы, поэтому измерение произво15 днтся в то время, когда спуско-подъемный механизм перемещает всю колонну труб, а не во время перемещения отдельной трубы.

Недостаток данного устройства связан со значительной погрешностью измерения, причиной которой является упругое растяже ние талевого канала спуско-подъемного механизма.

Процесс образования этой погрешности на примере одного цикла спуска колонны на величину очередной трубы. Иллюстрируется фиг. I, где по горизонтальной оси от ложен угол поворота мерного элемента (шкива кронблока или барабана лебедки), а по вертикальной оси - нагрузка на спускоподъемный механизм.

В момент соединения очередной трубы с колонной последняя закреплена на устье скважины, а крюк спуско-подъемного механизма занимает верхнее положение (ВП) и не нагружен (точка 1). Затем крюк перемещается вверх и постепенно воспринимает вес колонны. В точке 2, когда нагрузка на icnycKO-подъемный механизм превышает ; уровень блокировки Qo, начинается процесс :измерения длины колонны. Мерной шкив кронблока поворачивается на угол (f- за счет упругого растяжения талевого каната, в то время как колонна труб находится в неподвижном состоянии.

В точке 3 весь вес колонны воспринимается спуско-подъемным механизмом и начинается спуск колонны на величину очередной трубы. Мерный шкив поворачивается на угол ф, пропорциональный длине этой трубы.

В точке 4 колонна труб останав4швает ся и закрепляется, однако мерный шкив продолжает поворачиваться в том же isanpaBлении на угол счет упругого сжатия талевого канала. В точке 5 процесс измерения за этот цикл заканчивается, при .этом крюк спуско-иодъемного механизма занимает нижнее положение (НП).

Суммарный угол поворота мерного шкива за цикл равен

,1 с р

Длина струн талевого канала в нижнем положении крюка больше длины струн в верхнем положении, поэтому (. ,, и результат измерения сопровождается погрешностью

ЛФ фр

Цель изобретения - повышение точности измерения длины колонны труб спускаемых в, скважину.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено сумматором, первым и вторым блоками памяти, вторым и третьим ключами к логическим элементолг НЕ, причем выход блока сравнения подключен к управляющим входам первого и EiToporo ключей, а через элемент НЕ - к третьему ключу; на первый вход блока сравнения подключен датчик нагрузки, на его второй вход-выход сумматора, на входы которого подключены задатчик уровня блокировки и выход второго блока памяти, вход которого через третий ключ связан с выходов первого блока памяти, вход которого связан чер€з второй включ с выходом датчика нагрузки.

На фиг. изображен цикл измерения в процессе спуска связи; на фиг. 2 - блоксхема устройства для измерения длины ко,лонны труб, спускаемых в скважину.

В процессе работы устройства выбираетЬя такой переменный уровень блокировки, при котором процесс измерения длины колонны труб начинается в точке «а и заканчивается в точке «В, поэтому при определении суммарного угла поворота мерного элемента исключаются углы поворота ф и ф обусловленные упругим растяжением талевого каната.

Устройство содержит датчик 1 перемещения, первый ключ 2, счетчик 3 перемещения, .датчик 4 нагрузки, блок 5 сравнения, второй ключ 6, первый блок 7 памяти, третий ключ 8, второй блок 9 памяти, суммирующий блок 10, задатчик 11 начального уровня блокировки и логическую схему 12 НЕ.

Устройство работает следующим образом.

При спуско-подъемных операциях сигнал с датчика 4 нагрузки поступает на один из входов блока 5 сравнения. Одновременно на другой его вход поступает сигнал с суммирующего блока 10, равный сумме постоянного сигнала с задатчика 11 уровня блокировки и сигнала Ql со второго блока 9 памяти, который пропорционален весу колонны во время предыдущего цикла измерения. Обозначим через Q сигнал с суммирующего блока 10, тогда

Qr,Qc,+ Ql-t,

Если выполняется условие

.

то на выходе блока 5 сравнения появляется сигнал, который открывает ключи 2 и б, а через схему 12 НЕ закрывает ключ 8. Через открытый ключ 2 сигнал с датчика 1 перемещения поступает на счетчик 3

перемещения, и идет процесс измерения длины колонны труб. Одновременно сигнал с датчика 4 нагрузки через ключ 6 поступает на первый блок 7 памяти, где запоминается. После того как колонна спущена на величину очередной i-той трубы и закреплена

на устье скважины, нагрузка на спускоподъемный механизм уменьшается. Условие Qtl Qn У выполняется, и блок 5 сравнения закрывает ключи 2 и 6, а ключ 8 открывается. Сигнал, пропорциональный весу колонны предыдущего цикла, переносится из первого блока 7 памяти во второй блок 9 памяти, и на выходе суммирующего блока 10 появляется новое значение уровня блокировки.

Таким образом, уровень блокировки не Остается постоянным, а является плаваю щнм, принимающим значение меньшее, чем текущий вес колонны (на фиг. I «плавающий уровень блокировки показан пунктирной линией Qn)Аналогично происходит процесс измерения при подъеме колонны труб, но в этом случае сигнал начального уровня блокировки Qe с задатчика 1J уровня подается с отрицательным знаком.

Введение в схему блокировки при измерении длины колонны труб в скважяне не постоянного, а «плавающего уровня блокировки позволяет полностью исключить методическую погрешность, обусловленную упругим растяжением талевого каната спуско-подъемного механизма.

Формула изобретения

Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, содержащее датчик перемещений колонны, связанный через первый ключ со счетчиком перемещений, датчик иагрузки, задатчик уровня блокировки и блок сравнения, отличающееО

ся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено сумматором, первым Н вторым блоками памяти, вторым и третьijM ключами и логическим элементом НЕ, лричем выход блока сравнения подключен к управляющим входам первого и второго, а через элемент НЕ и к третьему ключам; на первый вход блока сравнения подключен датчик нагрузки, на его второй вход - выход сумматора, на входы которого подключены задатчик уровня блокировки и выход второго блока памяти, вход которого через третий ключ связан с выходом первого блока памяти, вход которого связан через второй ключ с выходом датчика иагрузки.

Источиики информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 567805, кл. Е 21 В 19/00, 1971.

2.Иванов Е. Г. и др. Устройство для определения длины бурильного инструмента в скважине. РНТС ВНИНОЭНГ «Бурение, 1977, № 8, с. 27-28 (прототип).