Устройство для ориентирования отклонителя

 

Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважинзабойными двигателями. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности ориентирования. Устрво содержит телеметрическую систему, включающую забойные датчики 3, наземный пульт 2 с регистратором углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок 4 сравнения,блок 1 задания углз положения отклонителя, исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом. Устр-во имеет преобразователь 6 рассогласования сигналов углов положения отклонителя, подключенный к механизму 5 и связанный с регулятором 13 подачи породоразрушающего инструмента. Ориентирование отклонителя осуществляют с помощью механизма 5 и с помощью регулятора 13. Используют при этом зависимость угла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51)4 Е 21 В 47/024 ф(5 гp . р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4082134/22-03 (22) 13,05.86 (46) 23.01.88. Бюл. В 3 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (72) А.И. Бару, Н.Н. Гринченко и А,Н. Оленич (53) 622.241.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 578449, кл. Е 21 В 47/022, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 490337, кл. E 21 В 47/024, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ

ОТКЛОНИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважин забойными двигателями. Цель изобретения — повышение быстродействия и точности ориентирования. Устрво содержит телеметрическую систему, включающую забойные датчики 3 назем ный пульт 2 с регистратором углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок 4 сравнения, блок

1 задания угля положения отклонителя, исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом. Устр-во имеет преобразователь 6 рассогласования сигналов углов положения отклонителя, подключенный к механизму 5 и связанный с регулятором 13 подачи породоразрушающего инструмента, Ориентирование отклонителя осуществляют с гомощью механизма 5 и с помощью регулятора

13. Используют при этом зависимость угла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото. 1 s,ï. ф-лы, 2 ил.

431 2 выходом наземного пульта 2 телеметри10

1 1368

Изобретение относится к технике проводки наклонно направленных скважин забойными двигателями, в частности к устройствам для ориентирования отклонителя.

Цель изобретения — повьппение быстродействия и точности ориентирования.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема преобразователя сигналов рассогласования угла отклонителя и блока срав нения.

Устройство для ориентирования отклонителя содержит блок 1 задания угла положения отклонителя, телеметрическую систему с наземным пультом

2, содержащим регистраторы углов азимута, положения отклонителя и наклона (не показаны), и с забойными датчиками 3, блок 4 сравнения, исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом, например долотом, и преобразователь 6 рассогласования сигналов угла отклонителя. Преобразователь 6 содержит тактовый генератор 7, блок

8 определения величины рассогласова-. ния угла отклонителя, блок 9 определения знака, элемент И 10, элемент

И-ИЛИ 11 и блок 12 индикации.

Кроме того, устройство содержит регулятор 13 подачи долота, роторный стол 14, трос 15, колонну 16 бурильных труб со встроенным каналом связи, забойный двигатель 17 и отклонитель

18. Блок сравнения содержит два двоичных счетчика 19 и 20. Исполнительный механизм 5 состоит из электродвигателя 21 и реле 22, Блок 8 определения величины рассогласования угла отклонителя содержит R S-триггер 23, двоичный реверсивный счетчик-дешифратор 24. Блок 9 определения знака рассогласования включает элементы И 25 и 26, элемент

ИЛИ 27 и Р-триггер 28, Блок 12 индикации состоит из пяти ламп 29-33 накапливания, расположенных в ряд, При этом первый вход блока 4 сравнения связан с первым выходом наземного пульта 2 телеметрической системы, второй вход - с блоком 1 задания положения отклонителя, третий вход— с третьим выходом преобразователя 6 рассогласования сигналов угла отклонителя, а четвертый вход — с вторым ческой системы. Первый выход преобразователя 6 подключен к исполнительному механизму 5 поворота бурильной колонны, связанному с роторным столом

14, который связан с колонной 16 бурильных труб, второй выход преобразователя 6 подключен к входу регулятора 13 подачи долота, выход которого тросом 15 связан с колонной

16 бурильных труб.. Первый и второй выходы блока 4 сравнения соединены со ответственно с первым и третьим входами преобразователя 6, второй вход которого соединен со вторым выходом наземного пульта 2 телеметрической системы. С колонной бурильных труб жестко связаны забойный двигатель 17, отклонитель 18 и забойные датчики 3 телеметрической системы, выход которых соединен с входом наземного пульта 2 телеметрической системы.

Первый и второй входы блока 9 определения знака преобразователя 6 подключены к первому и второму выходам блока 4 сравнения, третий вход — к выходу блока 8 определения величины рассогласования, один информационный выход подключен к первым входам элементов И 10 и И-ИЛИ 11 и. блоку 12 индикации, а другой — к второму входу элемента И-ИЛИ 11 и второму входу блока 12 индикации. Третий выход блока 9 определения знака подключен к первому входу блока 8 определения величины рассогласования, второй вход которого подключен к второму выходу наземного пульта 2 телеметрической системы, а третий вход — к выходу генератора 7, соединенному дополнительно с третьим входом блока 4 сравнения.

Первый выкод блока 8 определения величины рассогласования подключен к второму входу элемента.И 10 и третье" му входу элемента И-ИЛИ 11. Второй выход блока 8 определения величины рассогласования подключен к первому входу блока 12 индикации.

Выходы элементов И 10 и И-ИЛИ 11 соединены с входами блоков 13 и 5 соответственно, Счетчик 19 (двоичный вычитающий с предварительной уста-. новкой) имеет входы декрементации (уменьшения) с входной логикой по И, входы предварительной установки и прямой динамический вход разрешения записи, а также инверсный выкод заема. Счетчик 20 (двоичный реверсивный.з 13684 с модулем счета 360) имеет входы инкрементации (увеличения) и декрементации с-.входной логикой по И и ин-: версный выход заема. Входы предварительной установки счетчика 19 соединены с блоком 1 задания положения отклонителя, прямой динамический вход разрешения записи — с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической системы, выход заема — с входом декрементации, следующий вход декрементации - с выходом синхронизации наземного пульта 2 телеметрической системы. Вход декрементации счет- 15 чика 20 соединен с его выходом заема, следующий вход декрементации — с выходом синхронизации наземного пульта

2 телеметрической системы, вход инкрементации — с выходом информации наземного пульта 2.

Исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны необходим для вращения роторного стола 14, в котором закреплена колонна 16 бурильных 25 труб со встроенным каналом связи.К низу бурильной колонны 16 присоединены последовательно друг за другом забойные датчики 3 телеметрической системы, забойный двигатель 17, от- 30

° I клонитель 18. Вал электродвигателя 21 соединен с редуктором роторного стола 14, Контакты реле 22 коммутируют цепи питания электродвигателя 21, а обмотка реле 22 подключена к первому выходу преобразователя 6. Преобразователь 6 рассогласования определяет знак и числовое значение разности между заданным и фактическим углами положения отклонителя, осуществляет 40 индикацию этой разности и вырабатывает выходные сигналы для управления исполнительным механизмом 5 и регулятором 13 подачи долота.

Регулятор 13 подачи долота служит для регулирования нагрузки на колонну 16 бурильных труб.

Генератор 7 вырабатывает непрерывную последовательность прямоугольных импульсов, синхронизирующих работу устройства. Выход генератора соединен с входами декрементации счетчиков 19 и 20 и входом инкрементации счетчика

20.

Блок 8 определения величины рас55 согласования угла отклонителя служит для определения абсолютного значения разности между заданным и фактическим углами положения отклонителя. Счетчик

31

4 дешифратор 24 по модулю счета 180 имеет входы декрементации и инкрементации с входной логикой по И, прямой динамический вход установки в нуль, информационные выходы 1-4 и выход переноса. Триггер 23 имеет прямые ди. намические входы установки в нуль и в единицу, а также прямой и инверсный статические выходы. Вход триггера

23 установлен в единицу соединен с входом установки в нуль счетчика 24 и соединен с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической системы:;Вход триггера 23 установки в нуль соединен с выходом переноса, счетчика-дешифратора 24. Прямой выход триггера 23 соединен с входом инкрементации счетчика-дешифратора

24, а инверсный — с входом декрементации ° Выход гененатора 7 соединен с другими входами инкрементации и декрементации счетчика-дешифратора 24.

Триггер 28 имеет прямой и инверсный выходы, статический D-вход и прямые динамические входы стробирования, установки в нуль и установки в единицу. Инверсный выход триггера 28 соединен с D-входом, вход стробирования соединен с выходом переноса счетчикадешифратора 24. Прямой вход элемента

И 25 соединен с инверсным входом элемента И 26 и с выходом заема счетчика 20. Инверсный вход элемента И 25 соединен с прямым входом элемента И

26 и с выходом заема счетчика 19.Выход элемента И 25 соединен с входом элемента ИЛИ 27 и с входом триггера установки в единицу, Выход элемента

И 26 соединен с входом элемента ИЛИ

27 и с входом триггера 28 установки в нуль. Выход элемента ИЛИ 27 соединен с входами инкрементации и декрементации счетчика дешифратора 24.

Выход элемента И 10 соединен с регулятором подачи долота 13, один из входов — с прямым выходом триггера

28, а другой вход — с первым выходом счетчика-дешифратора 24.

Выход элемента И-ИЛИ 11 соединен с обмоткой реле 22, инверсный вход подключен к первому выходу счетчикадешифратора 24, прямой вход соединен с прямым выходом триггера 28, вход разрешения — с инверсным выходом того же триггера.

Блок 12 индикации производит с заранее заданной дискретностью индикации разности между заданным и Факти5 136 ческим углами положения отклонителя.

Выводы ламп 29 и 30 подключены к прямому выходу триггера 28, ламп 32 и 33 — к инверсному выходу триггера

28, лампы 31 — на общий вывод источника питания. Другие выводы ламп 29 и 33 подключены к выходу 4 счетчикадешифратора 24, ламп 30 и 32 — к вы ходу 3 счетчика-дешифратора 24,,лампы

31 — к выводу 2 счетчика-дешифратора 24, Устройство работает следующим образом.

В блоке 1 задания положения отклонителя устанавливается заданный угол положения отклонителя. Забойные датчики 3 телеметрической системы измеряют фактический угол положения отклонителя. Наземный пульт 2 телеметрической системы формирует синхрониэирующий и информационный сигналы.

Блок 4 сравнения сравнивает углы положения отклонителя — заданный и фактический. Блок 8 определения величины рассогласования определяет числовое значение разности углов и формирует на своих выходах сигналы в зависимости от величины разности. Блок 9 определения знака определяет, какой из углов больше — заданный или фактический, Элемент И 10 формирует на своем выходе сигнал управления регулятором 13 подачи долота в случае, если фактический угол больше заданного и разность между ними меньше наперед заданного значения Ы .

При этом коррекция положения отклонителя в скважине производится изменением нагрузки на колонну 16 бурильных труб регулятором 13 подачи долота. Элемент И-ИЛИ 11 формирует на своем выходе сигнал управления исполнительным механизмом 5, если фактический угол меньше заданного, или если фактический угол больше заданного, но разность-между ними больше

e(. При этом коррекция положения отклонителя 18 в скважине производится поворотом колонны 16 бурильных труб роторным столом 14„ Блок 12 индикации индицирует разность между заданным и фактическим углами положения отклонителя.

Импульс информации с выхода наземного пульта 2 телеметрической системы своим передним фронтом записывает в счетчик 19 по входам предварительной установки информацию с блока 1, 8431

6 устанавливает счетчик-дешифратор 24 в нулевое состояние, а триггер 23 в единичное, который своими выходами

5 разрешает работу счетчика-дешифратора 24 в режиме суммирования. Импульс информации, поступая на вход инкрементации счетчика 20, разрешает суммирование этим счетчиком импульсов, поступающих с генератора 7. После окончания импульса информации состояние счетчика 20 соответствует фактическому значению угла положения отклонителя, а состояние счетчика

19 — заданному значению угла положения отклонителя. На выходах заема счетчиков 19 и 20 присутствует уровень логической единицы. Уровень логического нуля с выхода элемента ИЛИ

27 запрещает счет счетчика-дешифратора 24. На выходах элементов И 25 и 26 присутствует уровень логического нуля.

Импульс синхронизации с выхода на25 земного пульта 2 телеметрической системы, поступая на входы декрементации счетчиков 19 и 20, переводит их в режим вычитания. Вычитание произво-, дится импульсами, поступающими входы

30 инкрементации с генератором 7. При достижении счетчиками 19 и 20 нулевого состояния на их выходах заема появляется уровень логической единицы, который самоблокирует их, При этом, если состояние счетчика 19 боль.

35 ше, чем счетчика 20,т.е. фактический угол положения отклонителя меньше,чем заданный, то на выходе схемы И 26 формируется положительный импульс разразности, длительность которого пропорциональна разности этих углов. Этот импульс своим передним фронтом устанавливает триггер 28 в нулевое состояние. Высокий уровень напряжения с

4 инверсного выхода триггера 28 через схему И-ИЛИ 11 включает реле 22, и. двигатель 21 поворачивает роторный стол 14 до тех пор, пока фактический угол положения отклонителя, измеренный забойными датчиками 3, не станет равным углу положения отклонителя, заданному блоком 1, Кроме того, импульс с выхода элемента И 26 через элемент ИЛИ 27 раз55 решает счет счетчику-- дешифратору 24.

При этом состояние его информационных выходов соответствует величине разности заданного и фактического углов положения отклонителя с зара1368

7 нее заданной дискретностью. Если разность углов более 180, то сигнал переполнения с вьгхода счетчикадешифратора 24 переводит триггер 23

5 в нулевое состояние, а триггер 28— в противоположное предшествующему.

Триггер 23 переключает счетчик-дешифратор 24 в режим вычитания, после чего происходит вычитание импульсов из записанного состояния соответствуо

У ющего 180

Если состояние счетчика 19 меньше, чем счетчика 20, т.е. измеренный угол положения отклонителя больше, чем заданный, то на выходе элемента

И 25 формируется положительный импульс разности, длительность которо о пропорциональна разности этих углов. Этот импульс своим передним фронтом устанавливает. триггер 28 в ,единичное состояние, высокий уровень напряжения с прямого выхода триггера 28 разрешает работу элемента И 10 или элемента И-ИЛИ 11. Кроме того, 25 импульс с выхода элемента И 25 через элемент ИЛИ 27 разрешает счетчику-дешифратору 24 режим счета. На первом выходе счетчика-дешифратора

24 появляется высокий потенциал, если разность углов меньше, чем какаялибо заранее заданная величина коррекции угла по разгрузке, допустим oр.

Если после определения счетчикомдешифратором 24 разности на первом выходе будет низкий уровень напряже35 ния (угол рассогласования больше заранее заданного Ып), то элемент И-ИЛИ

11 включает реле 22 и двигатель 21 поворачивает роторный стол 14 до тех

40 пор, пока фактический угол положения отклонителя не станет равным заданному блоком 1 углу положения отклонителя. Если после определения счетчикомдешифратором 24 разности на первом

45 выходе будет высокий уровень напряжения (угол рассогласования меньше заранее заданного e() то высокий уровень напряжения с выхода схемы И 10 управляет регулятором 13 подачи до50 лота таким образом, что последний уменьшает нагрузку на колонну буриль1 ных труб. При этом уменьшается реактивный момент закручивания низа бурильной колонны, что равноценно повороту колонны роторным столом против

Ф часовой стрелки.

Преимуществом устройства является более высокие точность и быстродейст431 8 вие процесса ориентирования отклонителя, так как ориентирование осуществ.ляется с помощью механизма 5 поворота бурильной колонны, а также с помощью исполнительного регулятора 13 подачи долота, используя при этом зависимость угла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото.

Формула изобретения

1. Устройство для ориентирования отклонителя, содержащее телеметрическую систему, вклюЧающую забойные датчики и наземный пульт с регистраторами углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок сравнения, первый вход которого подключен к первому выходу наземного пульта телеметрической системы, второй вход соединен с блоком задания угла положения отклонителя, исполнительный механизм поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом,-о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и точности ориентирования, оно снабжено преобразователем рассогла" сования сигналов угла положения отклонителя и регулятором подачи породоразрушающего инструмента, причем первый выход преобразователя подключен к исполнительному механизму, второй соединен с входом регулятора подачи, породоразрушающего инструмента, связанного с колонной бурильных труб, третий подключен к третьему входу блока сравнения, первый выход которого соединен с первым входом преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу наземного пульта телеметрической системы и к четвертому входу блока сравнения, второй выход которого соединен с третьим входом преобразователя.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что,преобразователь рассогласования сигналов у ;ла отклонителя содержит блоки определения знака и величины рассогласования, тактовый генератор, элемент И, элемент И-ИЛИ и блок индикации, причем первый и второй входы блока определения знака являются соответственно первым и третьим входами преобразователя, третий вход и третий выход

1368431

Составитель А. Рыбаков

Техред Л. Сердюкова

Редактор В. Данка

Корректор M. Иаксимишинец

Заказ 208/28 Тираж 530

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г . Ужгород, ул. Проектная, 4 подключены соответственно к третьему выходу и первому входу блока определе. ния величины рассогласования, второй вход которого является вторым входом преобразователя, третий вход соединен с тактовым генератором и является третьим выходом преобразователя, второй выход подключен к первому входу блока индикации, первый выход 10 соединен с вTopbM входом элемента И и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход которого является первым выходом преобразователя, второй вход подключен к второму выходу блока определения знака и второму входу блока индикации, третий вход которого соединен с первыми входами блока определения знака, элемента И-ИЛИ, элемента И, выход которого является вторым выхо- дом блока.