Устройство для измерения механической скорости бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B45/00 

(Sk) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ БУРЕНИЯ

t

Изобретение относится к бурению глубоких скважин при разведке и добычи полезных ископаемых и предназначено для определения мгновенной механической скорости бурения.

Мгновенная механическая скорость бурения М, характеризующая работу долота и эффективность управления процессом бурения, естьв текущая скорость перемещения нижнего конца бурильной колонны в процессе бурения скважины VP.

Отличие VP от V;,j,приводит к большой погрешности измерения мгновенной механической скорости бурения по скорости подачи бурильной колонны. Для уменьшения этой погрешности широко используется усреднение скорости подачи бурильной колонны на некотором интервале ut.

Известно устройство для измерения усредненной механической скорости бурения с переменным интервалом усреднения, содержащее счетчик импуль

еов подачи, счетчик времени усреднения, задатчик времени, триггер, логические вентили, блок деления, регистр результата и индикации, схему совпадения кодов, дешифратор и блок управления дешифратором. В этом устройстве благодаря автоматическому изменению интервала усреднения погрешность измерения уменьшается 1 .

Однако устройство выдает усредtoненные значения механической скорости бурения, а не мгновенное ее знамение .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является

15 устройство для измерения механической скорости бурения, учитывающее колебания осевой нагрузки на долото и содержащее датчик длины спущенного инструмента, датчик скорости

20 подачи, датчик осевой нагрузки на долото, блок дифференцирования, блок суммирования и фильтр, причем выход датчика скорости подачи соединен с одним из выходов блока суммирования, другой вход которого через блок дифференцирования соединен с выходом датчика осевой нагрузки на долото, выход блока суммирования соединен со входом фильтра, а выход датчика длины спущенного инструмента связан с блоком дифференцирования. Мгновенная механическая скорость бурения в этом устройстве определяется путем коррекции погрешностей, обусловленных колебаниями осевой нагрузки на долото. За счет дополнительной информации об изменении осевой нагрузки на долото устройство дает возможность получать значения мгновенной механической скорости бурения 2. Недостатком этого устройства явля ется погрешность измерения мгновенной механической скорости бурения, обусловленная наличием блока диффере цирования осевой нагрузки на долото, Осевая нагрузка на долото является забойным параметром, и канал измерения этого параметра подвержен воздействию различных помех. При дифференцировании высокочастотные помехи усиливаются, что приводит к погрешности мгновенной механической скорости бурения, так как продифференцированный сигнал суммируется с сигналом, снимаемым с датчи ка скорости подачи бурильного инструмента. Для уменьшения указанной погрешности на выходе устройства включается фильтр, однако фильтрация выходного сигнала приводит к появлению динамической погрешности измерения , Цель изобретения - повышение точности измерения мгновенной механической скорости бурения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения механической скорости бурения дополнител но введены интегросумматор, блок сравнения, регулирующий орган с регу лируемым потенциометром, причем выход датчика скорости подачи буриль ного инструмента соединен с одним из входов интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом регулируемого потенциометра, выход интегросумматора связан с одним из входов блока сравнения, другой вход которого соединен а выходом датчика осевой нагрузки на долото, выход блока сравнения связан со входом регулирующего органа, а выход датчика длины спущенного инструмента - с интегросумматором. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство состоит из датчика 1 скорости подачи бурильного инструмента, связанного с одним из входов интегросумматора 2, датчика 3 осевой нагрузки на долото, связанного с одним из входов блока k сравнения, другой вход которого соединен с выходом интегросумматора, регулирующего органа 5, вход которого связан с выходом блока k сравнения, а выход с регулируемым потенциометром 6, соединенным со вторым входом интегросумматора, и датчика 7 длины спущенного в скважину инструмента, вь)ход которого связан с интегросумматором. Устройство работает следующим образом, С датчика 1 скорости подачи снимается напряжение пропорциональное скорости подачи бурильного инструмента VP, а с регулируемого потенциометра 6 - напряжение Uyf, пропорциональное мгновенной механической скорости бурения Vjv,, Эти два напряжения суммируются и интегрируются в интегросумматоре 2, Интегросумматор решает дифференциальное уравнение (1), поэтому на его выходе появляется напряжение UH, пропорциональное величине осевой нагрузки на долото Р UH JK4() dt Уразнение (2) равносильно решению дифференциального уравнения (1) относительно Р (V,-V) dt Коэффициент К , определяющий постоянную времени интегросумматора, EF пропорционален коэффициенту изменяется сигналом, снимаемым с датчика 7 длины спущенного инструмента. Напряжение Уц с выхода интегросумматора сравнивается с напряжением Up с выхода датчика 3 осевой Hai- рузки на долото, которое пропорционально действительному значению осевой нагрузки на долото. Если напряжения и, и Up отличаются друг от друга, то на выходе блока 4 сравнения появляется сигнал, который посредством регулирующего органа 5 изменяет величину регулируемого потен циометра 6, а следовательно, и нэпряжение тех пор, пока напряжения Un и Up не сравняются. Эти напряжения будут равны друг дpyry только тогда, когда напряжение будет пропорционально истинному зна чению мгновенной механической скорости бурения. Если регулирующий орган 5 являет ся статическим преобразователем с коэффициентом преобразования К, то Vwi )С учетом выГЭжения (1), получим UVM- ,,)dt-U,. Выходным сигналом устройства является напряжение, снимаемое с регулируемого потенциометра 6. Таким образом, интегросумматор моделирует переходные процессы в колонне бурильных труб, при этом напряжение Uvn пропорциональное скорости подачи бурильного инструмента, задается датчиком скорости подачи, а напряжение U/M автоматически устанавливается таким,.чтобы напряжение U,(( на выходе интегросумматора было равно напряжению Up , снимаемому с датчика осевой нагрузки на долото. Согласно уравнениям (1) и (2) в этом случае напряжение иу будет пропорционально мгновенной механической скорости бурения. Точность устройства для измерени механической скорости бурения повысится , если в качестве регулирующего органа 5 выбрать астатическое звено. В устройстве отсутствует блок дифференцирования, что снижает влияние помех на точность измерения механической скорости бурения, а вместо блока дифференцирования введен интегросумматор, что еще больше повышает помехоустойчивость, а следовательно и точность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее датчик скорости подачи бурильного инструмента, датчик осевой нагрузки на долото и датчик длины спущенного инструмента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены интегросумматор, блок сравнений, регулирующий орган с регулируемым потенциометром, причем выход датчика скорости подачи бурильного инструмента соединен с одним из входов интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом регулируемого потенциометра, выход интегросумматора связан с одним из входов блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом датчика осевой нагрузки на долото, выход блока сравнения связан со входом регулирующего органа, а выход датчика длины спущенного инструмента с интегросумматором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР M- jyUZB, кл. 21 В kS/QO, 1975. 2.Бражников В.А., Кузнецов В.А. Информационные устройства для определения э(1фективности управления процессом бурения. М., Недра, 1978, с. 7б-80 (прототип).