Устройство для определения износа долота в процессе бурения Советский патент 1981 года по МПК E21B47/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕН1-Ш ИЗНОСА ДОЛОТА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к контролю и измерению параметров процесса бурения на буровых установках для бурения нефтяных и газовых скважин. Известны устройства для измерения скорости вращения роторного стола при роторном бурении в виде тахогенбратора постоянного или переменного тока, индукционного преобразователя, выдаю|цие аналоговый сигнал или частоту сле дования импульсов, пропорциональные скорости вращения ротора l 1. Недостатком таких устройств являгется то, что они контролируют пара- метры режима бурения, а каждый из этих параметров в о дельности не может характеризовать износ долота и определить рациональную его отработ-х ку с целью получения оптимальной вели чины проходки на долото. Наиболее -близким к изобретению по, технической сущности и достигаемойу эффекту является устройство, содержащее датчик положения ротора. счетчик износа долота и датчик времени. В устройстве суммарное количество оборотов ротора измеряется с помощью тахогенератора и электронной схемы, формирующей импульсы, суммарная длительность которых пропорциональна количеству оборотов долота. Нагрузка на долото преобразуется в сигнал переменного тока пропорциональной частоты, положительные полупериоды которого в течение сформированного интервала времени учитьшаются счетчиком, измеряющим износ долота, который индицируется регистром 2j. Недостатком указанного устройства является его низкая точность, обусловленная тем, что напряжение, пропорциональное осевой нагрузке на, доле то и преобразуемое в скорость следования, чмпульсов, получается в результате вычитания двух близких по величине напряжений, одного, пропорционального весу инструмента опущенного в скважину; и другого, пропорционального натяжению талевого каната. Частота импульсов на выходе преобразователя изменяется от нуля до некоторого максимального значения соот ветствующего наибольшему значению ос вой нагрузки на долото. Такой преобразователь в начале характеристики, т.е. при малых частотах, дает очень большую погрешность. Кроме того, указанное устройство фиксирует разность натяжения талевого каната и ве са инструмента, опущенного в скважин во время периодических отрьгоов долот от забоя при бурении, и тем самым увеличивает погрешность определения меры износа долота с начала долбления. Оно также не предусматривает контроля и индикации частоты вращения ротора и суммарного числа оборотов с начала долбления, являющихся важными параметрами, участвующими в решении задачи оптимизации режимов бурения. Целью изобретения является повышение точности контроля и получения данных о составляющих, характеризующих износ долота и режим бурения. Указанная цель достигается тем, что устройство содержащее датчик положения ротора, счетчик износа долот датчик времени, снабжено преобразователем натяжения талевого каната, генератором частоты, блоком вычитания частот, двумя схемами совпадения счетчиком оборотов ротора за долбление и счетчиком частоты вращения бурильного инструмента, при этом выход преобразователя натяжения талевого каната и выход генератора частоты подключены ко входам блока вычитания частот, выход которого подключен к одному из входов первой схемы совпадения, второй вход которой подключен к выходу датчика положения ротора, а выход первой схемы совпадения подключен ко входу счетчика износа долота, причем выход датчика положения ротора подключен ко входам счетчика оборотов ротора за долбление и второй схемы совпадения, связанной с датчиком времени и счетчиком частоты вращения бурильного инструмент который подключен к датчику времени На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство для определения из носа долота в процессе вращательного бурения состоит из датчика 64 импульсов положения ротора с постоянной длительностью 1, схем совпадения 2 и 3 счетчиков 4-6, преобразователя натяжения талевого каната в поСледовательность электрических импульсов изменяемой частоты 7, знаков чувствительного устройства вычитания частот 8, управляемого генератора изменяемой частоты 9, датчика времени 10. . Датчик импульсов положения ротора с постоянной длительностью 1 соединен с входами схем совпадения 2 и 3 и входом Счетчика оборотов ротора за долбление 6. Частотный преобразователь натяжения талевого каната 7 и управляемый генератор изменяемой частоты 9 соединены с входами анакочувствительного устройства вычитания частот 8, а один из выходов, с которого снимается разность частот положительного знака, соединен с другим входом схемы совпадения 2, Выход схемы совпадения 2 соединен с входом счетчика 4, измеряющего износ долота. Другой вход схемы совпадения 3 соединен с выходом датчика времени 10, а ее выход соединен с входом счетчика 5, измеряющего частоту вращения ротора. Шинк. гашения счетчика 5 соединена с выходом датчика времени 10. Устройство работает следующим образом. I Перед началом операции бурения с помощью управляемого генератора изменяемой частоты 9 производится вручную взвешивание бурильного инструмента путем настройки частоты управляемого генератора 9 до значения частоты, вьщаваемой частотным преобразователем натяжения талевого каната 7. В процессе бурения импульсы с выхода знакочувствительного устройства вычитания частот 8, вычитающего частоту преобра зователя 7 от частоты управляемого генератора 9, поступают на вход схемы 2. Частота следования импульсов fp пропорциональна осевой нагрузке на долото. При вращении бурильного инструмента выходной сигнал датчика импульсов с постоянной длительностью I открывает схему совпадения 2. Таким образом, на выходе схемы 2 возникает количество импульсов, пропорциональное интегралу текущего значения осевой нагрузки на долото и суммарного количества оборотов буриль

ного инструмента с начала долбления в соответствии с, уравнением

t д-tN HP N-rfpt J-fpdt f U,

где Np - суммарное количество оборотов ротора с иачала долбления;

f - среднее значение осевой нагрузки за интервал времеИИ Д t.

Величина N учитывается счетчиком 4 и является мерой износа долота с начала долбления.

Суммарное количество оборотов ротора NP фиксируется счетчиком 6, вход которого соединен, непосредственно с выходом датчика импульсов положения ротора с постоянной длительностью 1 .

Частота вращения ротора фиксируется счетчиком 5, соединенным с выходом датчика 1, через схему 3, открываемую датчиком 10 на время, равное I мин. Период управления схемой 3 больше открытого ее состояния на время, необходимое для отсчета показаний счетчика. В момент последующего открывания схемы 3 устройство IО устанавливает счетчик 5 в нулевое со .стояние.

Предлагаемое устройство позволит .более точно отработать долото в процессе бурения перед подъемом его из скважины. Это позволит сократить рас ход долот, увеличить рейсовую скорос бурения и предотвратить возможные аварии, связанные с разрушением долота на забое.

Формула изобретения

Устройство для определения износа долота в процессе бурения, содержащее датчик положения ротора, счетчик износа долота, датчик времени, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и получения данных о составляющих, характеризующих износ долота и режим бурения, оно снабжено преобразователем натяжения талевого каната, генератором частоты, блоком вычитания час тот, двумя схемами совпадения, счетчиком оборотов ротора за долбление и счетчиком частоты вращения бурильного инструмента, при этом выход преобразователя натяжения талевого каканата и выход генератора частоты подключены ко входам блока вычитания частот, выход которого подключен к одному из входов первой схемы сов-; падения, второй вход которой подключен к выходу датчика положения ротора, а выход первой схемы совпадения подключена ко входу счетчика износа долота, причем выход датчика положения ротора подключен ко входам счетчика оборотов ротора за долбление и второй схемы совпадения, связанной с датчиком времени и счетчиком Частоты вращения бурильного инструмента, который подключен к датчику времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1973 (прототип).

Hb

.«.