Устройство для контроля процесса бурения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ, содержащее датчики продольных и поперечных колебаний бурильного инструмента, соединенные через полосовые фильтры с блоком вычисления средних значений, нуль-орган и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя делителями и линией задержки, причем выходы блоков вычисления средних значений подключены к входам первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго делителя и через линию задержки с его вторым входом, а выход второго делителя через нуль-орган связан с блоком индикации. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU 11 2951

4(51) Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3588022/22-03 (22) 05.05.83 (46) 23.06.85. Бюл. У 23 (72) Г.В.Рогоцкий и 3.В.Кузнецова (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного ордена Трудового Красного Знамени объединения "Оренбургнефть" (53) 622.23.082(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 787625, кл. E 21 В 45/00, 1979, Авторское свидетельство СССР

В 972065, кл. Е 21 В 44/00, 1981 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ, содержащее датчики продольных и поперечных колебаний бурильного инструмента, соединенные через полосовые фильтры с блоком вычисления средних значений, нуль-орган и блок индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя делителями и линией задержки, причем выходы блоков вычисления средних значений подключены к входам первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго делителя и через линию задержки с его вторым входом, а выход второго делителя через нуль-орган связан с блоком индикации.

1162951

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для автоматизации управления процессом бурения. S

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 про- 10 дольных колебаний бурильного инструмента, датчик 2 поперечных колебаний бурильного инструмента, полосовые фильтры 3 и 4, блоки 5 и 6 вычисления среднего абсолютного отклонения1з продольных и поперечных колебаний, соответственно, делитель 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний, линию 8 задерж-! ки, делитель 9 сигналов, нуль-орган 20

10 и блок 11 сигнализации.

Каждый из датчиков 1 и 2 соединены через полосовые фильтры 3 и 4 с входами блоков 5 и 6 вычисления среднего абсолютного отклонения продоль- 2S ных и поперечных .колебаний соответственно.

Выходы 5 и 6 связаны с двумя входами делителя 7 средних абсолютных отклонений, выход которого подключен к одному входу второго делите.ля 9 сигналов через линию 8 задержки, а к второму его входу — непосредственно. Выход делителя 9 через нуль-орган 10 связан с блоком 11 сигнализации.

Устройство работает следующим образом.

Буровое долото обладает двумя основными степенями свободы: вдоль > вертикальной оси скважины и в перпендикулярной ей плоскости забоя.

В процессе бурения при взаимодействии долота с горными породами возбуждаются два основных вида ко- 4 лебаний-продольное и поперечное которые в форме продольных и попе-. речных упругих волн передаются к устью скважины по бурильной колонне.

При нормальном процессе бурения осуществляется ударное приложение нагрузки к забою в вертикальном направлении за счет перекатывания зубьев шарошек долота по забою. В этих условиях возбуждаются преимущественно продольные колебания, интенсивность которых значительно превосходит энергетический уровень поперечных волн. При отсутствии износа вооружения и опор долота в бурильной колонне развивается стационарный волновой процесс, а отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн в колонне в этом случае является также устойчивой стационарной случайной величиной.

При износе вооружения и заклинивании шарошек условия ударного приложения нагрузки за счет качения шарошек нарушаются.Шарошки скользят по забою, разрушение забоя идет в неэффективном режиме поверхностного истирания и усталостного разрушения пород., Существенно изменяется и характер возбуждаемых долотом. упругих колебаний. За счет перемещения долота в плоскости забоя в бурильной колонне возникают интенсивные поперечные колебания.

Стационарность волнового процесса в бурильной колонне нарушается, изменяется соотношение между энергетическими уровнями продольных и поперечных волн, возникают срывы и всплески функции, характеризующей отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн.

Это служит сигналом о нарушении нормального процесса бурения вследствие износа долота.

Продольные и поперечные упругие волны, распространяющиеся от долота,. преобразуются датчиками 1 и 2 в электрические сигналы, которые отфильтровываются от помех полосовыми фильтрами 3 и 4 и подаются на входы" блоков

5 и 6, предназначенных для вычисления среднего абсолютного отклонения продольных и поперечных колебаний соответственно. Выходные сигналы блоков

5 и 6, пропорциональные среднему абсолютному отклонению продольных и поперечных колебаний, поступают на входы делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний. При нормально установившемся процессе бурения сигналы с блоков

5 и 6 являются стационарными и по условию стационарности отличаются лишь на постоянный множитель. Вследствие этого на выходе делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний действует постоянный сигнал. При эаФ

1162951

Составитель В.Булыгин

Редактор Е,Папп Техред О.Неце Корректор И.Муска

Заказ 4071/29 Тираж 540 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 клинивании долота стационарность случайных волновых процессов нарушается, поэтому сигналы на выходе делителя 7 уменьшаются или увеличи- ваются. 5

Для установления заклинивания долота по моменту изменения сигнала на выходе делителя 7 служит второй делитель 9. На один его вход подается сигнал с выхода делителя 7 через линию 8 задержки, а на второй вход выходной сигнал делителя 7 подается непосредственно. Время задер,жки сигнала. устанавливается равным, . например, 20 с, что обеспечивает своевременное установление эаклин- . ки долота до возникновения аварийной ситуации из-за передержки отработанного долота на забое °

Таким образом, на вход делителя 9 поступают два сигнала: один — адекватный, или синхронный процессам на забое, и второй — задержанный во времени (например, на 20 e). Первый сигнал отображает состояние долота в момент наблюдения 1, а второй сигнал — в предшествующий момент времени Ф вЂ” д%, .где cA — время задержки сигнала. При отсутствии заклинивания сигнал на выходе делителя 9 является постоянным. Если заклинивание долота происходит в момент Ф, то в этот момент анализируемый сигнал становится нестационарным по среднему абсолютному от- клонению, а предшествующий сигнал, соответствующий времени — 8t является еще стационарным. По этой причине сигнал d" /оИ - М, соответствующий отношению на выходе делителя 9, значительно превышает порог срабатывания нуль-органа 10.

В этот момент с нуль-органа 10 поступает управляющий сигнал в блок 11 сигнализации.

Преимущества предлагаемого устройства состоят в обеспечении более точной оптимальной длительности долбления. Надежность выдаваемой информации о состоянии долота обоснована путем экспериментальной проверки при бурении скважин.