Устройство для контроля отработки долот Советский патент 1981 года по МПК E21B44/00 E21B12/02 

(54). УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТРАБОТКИ ДОЛОТ

I

Изобретение относится к области контроля и управления процессом бурения скважины и предназначено для определения времени безаварийной работы долота на забое.

Известно устройство, которое по статическим данным ранее отработанных долот осуществляет прогнозирование срока службы опор отрабатываемого долота С 11Недостатком его являются большие ошибки в оценке момента подъема долота на поверхность, связанные с нестабильностью параметров долота и коэффициентов прогнозирующей функции.

Известны устройства для контроля крутящего момента на валу роторного стола, предназначенные для предупреждения обслуживающего персонала о механических перегрузках элементов бурильной колонны и долота L2J. Поскольку механические перегрузки указанных элементов бурового снаряда вызываются разными причинами (обвал стенок скважины, переход долота в вязкие породы, заклинивание УБТ, забойного двигателя, долота и др.), то по уровню крутящего момента, контролируемого известными устройствами, невозможно однозначно судить о заклинивании шарошек, вызываемом предельным износом опор долота. В этом состоит основной недостаток этих устройств.

Известно также устройство для .сов10местного контроля крутящего момента и механической скорости бурения с целью определения третьего параметра, представляющего, собой отношение крутящего момента и скорости бурения.

15 Резкое изменение третьего параметра указывает на аварийный износ бурового инструмента З.

Существенным недостатком такого устройства является относительно не20высокая надежность определения момента полного износа долота, заключающаяся в том, что в ряде случаев полный износ бурового инструмента не сопровождается изменением отношения момента к скорости. К недостаткам следует также отнести необходимость ведения непрерывного визуального кон роля за изменением третьего параметр со стороны бурильщика. Целью изобретения .является повышение точности определения момента полного износа долота. Цель достигается тем, что устройство, содержащее датчики крутящего момента из текущей механической скорости бурения, блок деления сигналов от датчиков, блоки- предупредительной и предаварийной сигнализации, дополнительно снабжено блоком прогнозирования неизрасходованного ресурса вре мени работы опор долота, пороговым элементом, нуль-органом и блоком про гнозирования предаварийной ситуации входы которого соединены с выходамипорогового элемента и нуль-органа, а выход - со входом блока предупреди тельной и. предаварийной сигнализации при этом вход порогового элемента подключен к выходу блока деления сиг налов от датчиков, а вход нуль-органа подключен к.выходу блока прогнози рования неизрасходованного ресурса времени работы опор долота. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для контроля безава рийной отработки долот, на фиг. 2 график зависимости V|)(t) M(t)V(t)f где М - крутящий момент и V - механи ческая скорость. Устройство для контроля безаварий ной отработки долот (фиг. 1) содержи блок 1 прогнозирования неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, нуль-орган 2 с регулируемой зоной нечувствительности, датчик 3 крутящего момента, датчик 4 текущей механической скорости бурения, блок деления сигналов, пороговый элемент 6, блок 7 прогнозирования предаварийной ситуации и блок 8 предупре дительной и предаварийной сигнализации. Блок 1 прогнозирования неизрасходованного ресурса времени работы опо долота функционирует в соответствии ,с алгоритмом , Fh - Р(Г1 ФР (t-) t - неизрасходованный ресурс времени работы опор долота Fi - потенциальный ресурс опор долота, оцениваемый по данным ранее отработанных долот;F(t )- израсходованный ресурс 1олота, равный р Ф (t)dt , о где t - текущее время механического бурения,: Ф - произведение Р- (И или Р Q; Р) - показатель степени, оцениваемый по данным ранее отработаннь1х долот. Выходной сигнал этого блока начале рейса долота (при Г 0) имеет максимальное значение, а затем уменьшается и достигает последовательно во времени следующих уровней: Ut а при t TO - 3 Q при t TQ Uf«- -a при t TO + 3G;, где ,. TO - ожидаемый срок службы опор долота и (5 - среднеквадратичное отклонение срока службы опор долота. Нуль-орган 2 с регулируемой зоной нечувствительности генерирует на своём выходе сигнал U2., уровень которого определяется сигналом на входе: U2. 1 при а,- U.- О, при и U2. при и.- а В ходе рабочего процесса углубки скважины на выходах датчиков 3 и 4 крутящего момента и механической скорости генерируются соответствующие сигналы Uj -M(t) и U. V(t). Последние подводятся на входные клеммы блока ,5 деления сигналов, который исчисляет текущее усредненное значеI-, -ч M(t ние показателя Vp(t ) нерирует сигнал Ug(t ) -H(t ). Примерный график этого сигнала показан на фиг. 2а. На фиг. 26 показан примерный график сигнала на выходе нульоргана U2(t). Видно, что при исправном состоянии долота показатель не превьщ1ает порогового значения %ок 6. С наступлением катастрофического износа долота с последующим заклиниванием его опоры момент и со временем увеличивается, а механическая скорость уменьшается. Это сопровождается резким возрастанием показателя у и сигнала U(t). При f t .д сигнал достигает порогового значения, выбираемого из условияЬ . U5() 2,5 - 3, и(о) UB(O) где и.(о) - значение сигнала U в начале рейса долота. 5 Пороговый элемент 6 генерирует на своем выходе сигнал Ux(t ), уровень которого определяется сигналом на входе: U(t) U,r(t)b; U(t) 1, если U(f) 1. Исполнение сигналов, вырабатываемых блоком 7, осуществляется блоком предупредительной и предаварийной сигнализации. Годовая экономия от внедрения пре лягаемого устройства для одной буровой установки Составит 7200 руб. Фбрмула изобретения Устройство для контроля отработки долот, содержащее датчики крутящего момента и текущей механической скорости бурения, блок деления сигналов от датчиков, блоки предупредительной и предаварийной сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения

/

d

-ff

f 2 6 момента полного износа долота, оно снабжено блоком прогнозирования неизрасходованного ресурса времени работы опор долота, пороговым Ьлементом, нуль-органом и блоком прогнозирования предаварийной ситуации, входы которого соединены с выход 1ми порогового элемента и нуль-органа, а выход - со входом блока предупредительной и предаварийной сигнализации, при этом вход порогового элемента подключен к выходу блока делений сигналов от датчиков, а вход нуль-органа подключен к выходу блока прогнозирования неизрасходованного ресурса времени работы опор долота. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Инженер-нефтяник, 1971, № 9, 36-52. 2.Патент США № 3782190, кл. Е 21 В, 1974. 3.Патент США № 3581564, кл. 73-151, 197J (прототип).

ffffO

(/f(t-l

-i I-

tl

L

fv