Устройство для управления процессом бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B44/04 

1

Изобретение относится к силоизмерительной технике, технике контроля и может быть использовано для измерения крутящего момента на долото при турбинном способе бу-. рения скважин в нефтяной и газовой промышленности.

Известно устройство для управления процессом .бурения, содержащее датчик осевой нагрузки, датчик скорости вращения коронки, умножитель (датчик мощности управления) и блоки определения 1.

Однако это устройство не позволяет измерять крутящий момент на долоте при турбинном способе бурения, так как не учи- тывает потери мощности управления, вызванные трением колонки бурильных труб о стенки скважины в процессе ее углубления, и изменяющееся значение частоты вращения долота, а следовательно, имеет больщую погрешность измерения.

Цель изобретения - уменьщение погрешности измерения крутящего момента на долоте при турбинном способе бурения скважин за счет учета потерь мощности на трение касания бурильных труб о стенки скважин до касания долотом забоя скважины и изменяющейся частоты вращения долота.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком сигнала, пропорционального потерям мощности, расходуемой на холостое вращение долота, сум5 маторо.м, делителем и индикатором, при этом выходы датчиков частоты вращения долота и осевой нагрузки на долото подключены ко входам блока умножения, выход которого подключен к одному из вхо,- дов сумматора, другой вход которого подключен к датчику сигнала, а вход сумматора подключен к одному из входов делителя, выход которого подключен к одному из входов делителя, выход которого подключен к индикатору, а другой вход делителя подключен к выходу датчика частоты вращения долота.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения крутящего момента на долоте при турбинном способе бурения.

20 Устройство содержит датчик 1 частоты вращения долота, датчик 2 осевой нагрузки на долото, блок умножителя 3 (датчик мощности управления), датчик 4 сигнала. 3 пропорционального потерям мощности управления на трение колонны о стенки сква жины до касания долотом забоя, сумматор 5,-делитель 6 и индикатор 7. Устройство для измерения крутящего момента на долоте при турбинном способе бурения работает следующим образом. Напряжение U| с выхода датчика 1 частоты вращения W, пропорциональное текущему значению частоты вращения долота U, K.-t/.(1) где К J - коэффициент пропорциональности, подается на вход множительного устройства 3. Напряжение U с выхода датчика осевой нагрузки на долото, пропорциональное текущему значению осевой нагрузки F, т. е. ,(2) где Кг - коэффициент пропорциональности, также подается на вход множитель ного устройства 3. В блоке умножения 3 производится операция умножения напряжения, пропорционального осевой нагрузке на долото, на напряжение, пропорциональное частоте вращения долота, и выходное напряжение Uj, равное Uj и,- и Кг Kj- F-CJ N,(3) где Kj К, X KZ - коэффициент пропорциональности;N - мощность управления или мощность подводимая к долоту и измеренная у устья скважины, поступает на вход сумматора 5. На вход последнего подается также выходной сигнал UA от задатчика 4 сигнала, пропорционального мощности, расходуемой на холостое вращение долота, когда оно еще не соприкоснулось с забоем скважины, т. е. ,(4) где К4 - коэффициент, пропорциональности. Задатчик 4 подключен к источнику стабилизированного напряжения переменного тока. В сумматоре 5 производится операция вычитания из величины сигнала, пропорционального мощности, подводимой к долоту у устья скважины, величины сигнала, пропорционального мощности холостого хода на долоте, т. е. U5 K3N-K+N« K5Ng(5) где коэффициент пропорциональности. Выходной сигнал сумматора 5 подается на вход делителя б, подается также выходной сигнал отдатчика 1 частоты вращения, пропорциональный текущему значению частоты вращения долот. В делителе б производится операция деления величины сигнала, пропорционального мощности на долоте, на величину сигнала, пропорционального частоте вращения долота, т. е. Ur T:i KrM9. где Кг - -коэффициент пропорциональности;MQ - момент на долоте. Выходной сигнал делителя подается на индикатор. Предлагаемое устройство позволяет уменьплить погрещность измерения крутящего момента на долоте при изменении глубины скважины и колебаниях частоты вращения турбобура, что в свою очередь, дает возможность реализовать замкнутые системы автоматического управления, наиболее полно определить систематические свойства основного технологического показателя процесса углубления скважин турбобурами. Формула изобретения Устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик осевой нагрузки на долото, датчик частоты вращения долота, блок умножения, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности при турбинном способе бурения за счет учета потерь мощности управления, вызванных трением колонны бурильных труб о стенки скважины в процессе ее углубления, оно снабжено датчиком сигнала, пропорционально потерям мощности, расходуемой на холостое вращение долота, сумматором, делителем и индикатором, при этом выходы датчиков частоты вращения долота и осевой нагрузки на долото подключены ко входам блока умножения, выход которого подключен к. одному из входов сумматора, другой вход которого подключен к датчику сигнала, а вход сумматора подключен к одному из входов делителя, выход которого подключен к индикатору, а другой вход делителя подключен к выходу датчика частоты вращения долота. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 533722, кл. Е 21 В 44/00, 1972.