Устройство для измерения глубины скважины

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИНЫ, содержащее сельсинный датчик положения талевого блока, блок направления движения бурового инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блоком коррекции погрешности, который соединен с блоком направления движения бурового инструмента, связанным со счетчиком импульсов Над забоем первой и второй схемами совпадения, а счетчик импульсов Над забоем подключен через последовательно соединенные индикатор и элемент НЕ ко второй схеме совпадения , связанной со счетчиком импульсов Над забоем, при этом первая схема совпадения подключена по входу к схеме НЕ, а по выходу - к счетчику импульсов Забой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и точности измерения, оно снабжено генератором опорной частоты, делителем частоты, формирователем трехфазного питания, квантователем фазы, триггером дискреты и одновибратрром, при этом генератор опорной частоты подключен на вход делителя частоты, три выхода которого, через последовательно соединенный Лормирователь трехфазного питания соединены с обмотками сельсинного датчика, выход которого через квантователь фазы, с SS триггер дискреты и одновибратор подключен к первому входу блока направ (Л ления движения, четвертый выход делителя подключен к квантователю фазы , а пятый - ко второму входу блока направления движения, причем блок коррекции погрешности выполнен в виде элемента ИЛИ и одновибратора, соединенных по входу с компаратором, выход одновибратора подключен к друх гому входу элемента ИЛИ, а блок направления движения бурового инструх мента выполнен в виде триггера и соео диненных с ним двух элементов И, подключенных к выходу элемента ИЛИ ел блока коррекции погрешности. м

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С(?0ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11), 3(59 Е 21 В 44/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3553741/22-03 (22) 16.02.83 (46) 23.06.84 Бюл. В 23 (72) Н.Е.Шендрик, О.М.Лабий и В.A.Kóö (71) Ивано-Франковское специальное конструкторское бюро средств автоматизации (53) 622.24.082(088.8) (56) 1. Патент СИА М 3643504, кл. 73-151.5, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 875001, кл. Е 21 В 44/00, 1981. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ГЛУБИНЫ CKBMKHHE-. содержащее сельсинный датчик положения талевого блока, блок направления движения бурового инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блоком коррекции погрешности, который соединен с блоком направления движения бурового инструмента, связанным со счетчиком импульсов

"Над забоем" первой и второй схемами совпадения, а счетчик импульсов

"Над забоем" подключен через последовательно соединенные индикатор и элемент НЕ ко второй схеме совпадения, связанной со счетчиком импульсов "Над забоем", при этом первая схема совпадения подключена по входу к схеме НЕ, а по выходу — к счетчику импульсов "Забой", о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы и точности измерения, оно снабжено генератором опорной частоты, делителем частоты, формирователем трехфазного питания, квантователем фазы, триг гером дискреты и одновибратором, при этом генератор опорной частоты подключен на вход делителя частоты, три выхода которого. через последовательно соединенный Формирователь трехфазного питания соединены с обмотками сельсинного датчика, выход которого через квантователь фазы, триггер дискреты и одновибратор подключен к первому входу блока направления движения, четвертый выход делителя подключен к квантователю фазы. а пятый — ко второму входу блока направления движения, причем блок коррекции погрешности выполнен в виде элемента ИЛИ и одновибратора, соединенных по входу с компаратором. выход одновибратора подключен к другому входу элемента ИЛИ, а блок направления движения бурового инструмента выполнен в виде триггера и сое диненных с ним двух элементов И, подключенных к выходу элемента ИЛИ блока коррекции погрешности.

1099057

Изобретение относится к контролю и измерению параметров процесса Gyрения нефтяных и газовых скважин на буровых установках, Известно устройство для измерения глубины скважины и положения долота, содержащее датчик положения талеваго блока, датчик веса на крюке, устройстна направления движения буронага инструмента, схемы совпадения... счетчик импульсов "Над забоем", счет- Д чик импульсов "Забой", схему НЕ и индикатор (13, Недостатком этага устройстна янляется низкая точность измерения, вызванная тем. чта ва время разгона и замедления буровой лебедки при спуске и подъеме инструмента натяжение таленога каната уменьшается, чта при-. водит к кратканременному исчезновению сигнала датчика веса на крюке, н результате чего возникает случайная погрешность измерения величины перемещения таленога блока.

Наиболее близким па технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения глубины скважины, содержащее сельсинный датчик положения талевого блока, блок направления движения буранага инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через кампаратар с блокам коррекции погрешности, который соедине" с блоком направления бурового инструмента. связанным со счетчиком импульсов "Над забоем" первой и вто-. рой схемами совладения, а счетчик импульсов "Над забоем" подключен через последовательна соединенные индикатор и схему HE ка второй схеме совпадения, снязанйай са счетчикам импульсан "Над забоем", при этом первая схема совпадения подключена па входу к схеме НЕ, а по выходу — к счетчику импульсов "Забой" Г23.

Недостатком известного устройства является низкая надежность из-эа сложности блока коррекции погрешности и низкая помехозащищенность вследcrave наличия статической памяти, которая н процессе работы может быть сброшена случайной помехой, так как она устанавливается от фронта сигнала датчика веса и при установившемся режиме, т.е. при неизменном весе„ не подтверждается состояние триггера.

Кроме того, недостатком известного устройства является низкая точность вследствие возможного ложного счета импульсов пути на границе перехода дискреты датчика положения при вибрациях, которые имеются на буровых установках, Целью изобретения является новышение надежности работы устройства и точности измерения.

Наставленная цель достигается тем, чтс устройство для измерения глубины скважины, содержащее сельсинный датчик положения талевого блока. блок направления движения бурового инструмента, датчик веса на крюке, соединенный через компаратор с блокам коррекции погрешности, который соединен с блоком направления движения бурового инструмента. связанным са счетчиком импульсов "Над забоем" первой и второй схемами совпадения, а счетчик импульсов "Над забоем" подключен через последовательно соединенные индикатор и элемент НЕ ка второй схеме совпадения, связанной. со счетчиком импульсов "Над забоем", при этом первая схема совпадения цодключена по нходу к схеме НЕ, а по выходу — к счетчику импульсов "Забой"„ снабжена генератором опорной частоты, делителем частоты, формирователем трехфазного питания, кнантанателем фазы, триггером дискреты и одновибратаром, при этом генератор опорной частоты подключен на вход делителя частоты,.три выхода которога через последовательно соединенные формирователь трехфазного питания соединены с обмотками сельсинного датчика, выход которого через квантователь фазы, триггер дискреты и адновибратор подключен к первому входу блока направления движения, четвертый выход делителя подключен к квантавателю фазы, а пятый — ко второму входу блока направления движения„ причем блок коррекции погрешности выполнен в виде элемента ИЛИ и аднонибратара, соединенных по входу с кампаратором, выход одновибратора подключен к другому входу элемента ИЛИ, блок направления движения бурового инструмента выполнен а виде триггера и соединенных с ним двух элементов И, подключенных к выходу элемента ИЛЙ блока коррекции погрешности.

Яа чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, Устройство для измерения глубины скважины и положения бурильного инструмента над забоем содержит сельсинный датчик 1 положения талеваго блока, формирователь 2 трехфазного напряжения питания сельсина, многоразрядный делитель 3 частоты, генератор 4 опорной частоты, кнантователь 5 фазы, триггер 5 дискреты,,однонибратар 7, блок 8 направления движения, состоящий иэ триггера 9 и трех нходовых элементов И 10 и 11, датчик 12 веса на крюке, компаратор

13, блок 14 коррекции погрешности, возникающей н динамических режимах работы буровой установки, состоящий иэ однанибратара 15 и элемента ИЛИ

16, схему 17 и 18 совпадения, счетчик 19 импульсов "Забой", реверсивный счетчик 20 импульсов "Над эабо1099057 ем", индикатор 21 "нуль", схему

НЕ 22.

Генератор 4 опорной частоты подключен на вход делителя 3 частоты, который Формирует ряд синхронизированных частот. Три выхода делителя

3 подключены на вход формирователя

2, который из ряда синхронизированных частот формирует три частоты, сдвинутые на 1/3 периода. Выход формирователя 2 трехфазного питания подключен на обмотки сельсинного датчика, который подключен на вход квантователя 5 Лазы. На другой вход квантователя 5 подключена одна из синхронизированных частот четвертого выхода делителя 3, которая кратная питающей частоте .формирователя

2. Выход квантователя 5 фазы подключен на вход запуска триггера 6 дискреты. Входы управления триггера 6 дискреты и триггера 9 блока 8 направления подключены к пятому выходу делителя 3 °

Выход триггера 6 дискреты через одновибратор 7 соединен с входом запуска триггера 9 и элементов H 10 и 11 блока 8, вторые входы элементов

10 и 11 подключены к прямому и инверсному выходу триггера 9. Выходы элементов 10 и 11. образуют Соответственно выходы блока 8 "Вверх" и

"Вниз". Датчик 12 веса соединен с компаратором 13, который подключен на вход одновибратора 15 и элемента

ИЛИ 16 блока 14 коррекции. Другой вход элемента 16 соединен с выходом одновибратора 15. Выход блока 14 коррекции подключен на третьи входы элементов 10 и 11 блока 8 направления движения. Выход "Вниз" блока 8 соединен с входами схем 17 и 18, а выход "Вверх" соединен с входом

"Суммирование" счетчика 20, выход которого через индикатор 21 подключен к другому входу схемы 17 и через последовательно соединенные схемы 21 и 22 к другому входу схемы

18. Выход схемы 18 соединен с входом "Вычитание" счетчика "Над забоем", а выход схемы 17 соединен с входом счетчика 19 "Забой".

Устройство работает следующим образом.

В основе работы устройства лежит подсчет дискрет фазы, йоличество которых пропорционально величине перемещения талевого блока. С этой целью весь оборот сельсинного датчика 1 за счет синхронизированного пи,тания делится на и частей, где и выбирается из ряда 10", 10, 10 °

Дальнейшее деление нецелесообразно из-за того, что собственная погрешность сельсинного датчика становится соизмеримой с дискретой деления.

При этом коэффициент вычисляется цо соотношению одной из синхронизированных частот делителя 3 с частотой питания датчика 1 от формирователя 2, Тогда дискрета фазы а определяется из следующего выражения

5 — — — п= РЕ к и где Ч вЂ” фазовый сдвиг, равный 360 и соответствующий нормирую10 щему перемещению рабочего органами — частота питающего напряжеи ния синхронизированная частота

t5 делителя, Сигнал выхода сельсинного датчика 1 поступает на вход квантователя

5 фазы, который Формирует прямоугольный импульс положительной полярнос,ти с дискретным изменением фазового сдвига и гистерезисом в пределах половины дискреты. Благодаря этому исключается влияние возможных флюктуаций фазы, а также вибраций на

j формирование дискреты на границе ее перехода. Выходной сигнал триггера

6 дискреты на переходах с положительной полярности в нуль нормируется по длительности на одновибраторе 7, который совместно с синхронизирован30 ной частотой делителя 3 частоты на триггере 9 блока 8 формирует стати; ческий сигнал направления движения. Блок 8 учитывает направление движения инструмента и распределяет вход35 ную последовательность импульсов на две выходйые. которые отвечают движению инструмента вниз или вверх.

Реверсивный счетчик 20 следит за глубиной погружения долота в скважи40 ну. При достижении инструментом забоя счетчик 20 приходит в нулевое состояние и выходной сигнал индикатора 21 "Нуль" открывает схему 17 совпадения, пропуская последователь45 ность импульсов c: выхода "Вниз блока 8 на счетчик 19 "Забой". При отрыве долота от забоя или подъеме инструмента последовательность импульсов "Вверх" блока 8 поступает на вход "Суммирование" счетчика 20, который показывает положение долота "Над забоем".

Одновременно индикатор 21 "Нуль" закрывает схему 17 и через схему 22 открывает схему 18, подключая последовательность импульсов с выхода

"Вниз" блока 8 на вход "Вычитание" счетчика 20, При этом последовательность импульсов "Вниз" вычитается из записанного в счетчике 20 пере60 мещения и при достижении им нулевого состояния,.т.е, в момент касания долотом забоя, индикатор 21 открывает схему 17 и через схему 22 закрывает схему 18.Счетчик 19 считает импульсы уг65 лубления инструмента. Последователь1099057

Составитель В.Булыгин техред С.Мигунова Корректор Ю,макаренко

Редактор Г.Волкова

Заказ 4335/27 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кость импульсов "Baepx" или "Вниз" проходит на входы счетчиков только при наличии веса колонны на крюке, что исключает учет изменения величин при холостых перемещениях талевой системы буровой установки.

Граничное значение веса в виде уставки задается в компараторе 13, вес на крюке определяется датчиком 12.

При. наличии веса на крюке, большего значения уставки компаратора 13, последний опрокидывается и через элемент 16 дается разрешение на элементы 10 и 11 блока 8 и импульсы считываются счетчиками и индицируются. 15

При резких ускорениях и замедлечиях бурильного инструмента s процессе спуско-подъемных операций, когда за счет сил инерции кратковременно исчезает сигнал датчика 12 веса, срабатывает одновибратор 15 и через элемент 16 удерживает блок 8 в разрешенном состоянии, обеспечивая счет импульсов, Постоянная времени одновибратора выбирается такой величины, чтобы исключить ложные исчезновения сигнала наличия веса на крюке.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность устройства и точность измерения положения инструмента и глубины скважины эа счет исключения неопределен:ности формирования дискрет на границе их перехода и погрешностей, возникающих в динамических режимах, а также помехозащишенность за счет использования Аазового информационного сигнала.