Устройство оптимизации спускоподъемных операций в бурении

 

Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить надежность работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого плас тового давления (АВПД). Для этого устр-во снабжено блоками 6, 8, 11, 7 соответственно вычисления длины ко-- лонны, рациональной скорости спус

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1388550 А 1 (51)4 Е 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3972304/22-03 (22) 04.11.85 (46) 15.04.88. Бюл. Р 14 (71) Филиал в г,Сызрани Куйбышевского политехнического института им. В.В.Куйбышева (72) В.А.Бражников, В.С.Булушев, Н.И.Заварзин и А.M.Íàìåñòíèêoâ (53) 622.242 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 116663, кл. Е 21 В 19/00, 1958.

Авторское свидетельство СССР

Ф 607944, кл. E 21 В 19/00, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ОПТИМИЗАЦИИ СПУСКОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ В БУРЕНИИ (57) Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить надежность работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого пластового давления (АВПД). Для этого устр-во снабжено блоками 6, 8, 11, 7 соответственно вычисления длины ко-. лонны, рациональной скорости спус1388550 тового давления.

30 ка-подъема, допустимой скорости по гидродинамическим условиям, оптимального положения талевого блока, задатчиками 12, 14, 15 соответственно перехода на спуск-подъем в условиях АВПД, конструктивных параметров колонны и скважины,.допустимого гидродинамического давления, указателем

16 длины колонны и датчиком 5 веса на крюке. К входам блоков 6 и 8 соответственно подключены датчики положения 1 и скорости 2 талевого блока, выходы которых подключены к ука1

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам опти —., миз ации с пуско подъемных опер аций н а буровых установках с дискретной схемой спускоподъема бурового инструмента, и может быть использовано, в частности, при бурении и креплении скважин,. осложненных наличием.зон аномально высоких пластовых давлений (АВПД), высокопроницаемых плас-, тов и др.

Цель изобретения — повышение надежности работы буровой установки путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого пласНа фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— функциональная схема блока вычисления длины колонны; на фиг. 3 — то же, блока вычисления рациональной скорости спускоподъема; на фиг.4 — то же, задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД; на фиг. 5 — то же, блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям; на фиг. 6 — то же, схемы вычисления эквивалентной длины; на фиг. 7 — то же, блока ограничения скорости по технологическим условиям; на фиг. 8 - то же, блока вычисления оптимального положения талевого блока; на фиг. 9 — принципиальная схема блока вычисления .длины колонны; на фиг. 10 — функциональная схема указателя длины колонны; на

25 зателям 3 и 4, Устр-во позволяет производить спуск и подъем каждой бурильной свечи с максимально возможной в данной ситуации скоростью. Она вычисляется с учетом технологических х-к устройства и действующих в данный момент технологических ограничений. Определяющим влиянием на безаварийность проводки скважины в зонах высокопроницаемых пластов и пластов с АВПД является ограничение скорости по гидродинамическим условиям. 6 з.п. ф лыр 13 иле

2 фиг, 11 — принципиальная схема указателя длины колонны; на фиг. 12— зависимость рациональной скорости спуска бурильной колонны от ее веса; на фиг. 13 — зависимость рациональ- ° ной скорости подъема бурильной колонны от ее веса..Устройство оптимизации спускоподьемных операций содержит датчик 1 положения талевого блока, датчик 2 скорости талевого блока, выходы которых соединены с первыми входами указателя

3 положения талевого блока и указателя 4 скорости талевого блока, датчик

5 веса на крюке, выход последнего соединен с первым входом блока 6 вычисления длины колонны, второй и третий входы которого подключены к выходу датчика 1 положения талевого блока; с первым входом блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 3 положения талевого блока; первым входом блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема, второй вход которого подключен к выходу датчика

2 скорости талевого блока. Выходы блока 8 подключены к первому и второму входам блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям, выходы которого соединены с вторым и третьим входами указателя 4 скорости талевого блока, второй выход блоюа 9 ограничения скорости по технологичес ким условиям соединен также с первым входом блока 7 вычисления оптималь1388550 ного положения талевого блока, пятый и шестой входы блока 9 ограничения скорости соединены; соответственно, с первыми двумя выходами эадатчика 10 опасных интервалов скважины, вход ко5 торого подключен к выходу блока Ь вычисления длины колонны, третий и четвертый входы блока 9 соединены с двумя выходами блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, входы первый — четырнадцатый которого подключены, соответственно, к выходу блока 6 вычисления длины колонны, выходу эадатчика 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД, соединенного по входу с выходом блока 6, тремя выходами задатчика 13 параметров промывочной .жидкости, пятью выходами за-20 датчика 14 конструктивных параметров колонны и скважины и четырьмя выходами задатчика 15 допустимых гидродинамических давлений. Устройство снабжено также указателем 16 длины колонны, подключенным к выходу блока

6 вычисления длины колонны, и сигналиэатором 17 опасных интервалов скважины, первый и второй входы его соединены соответственно с третьим выходом эадатчика 10 опасных интервалов скважины и выходом задатчика 12 пе рехода на скорость спускоподъема в условиях ЛВПД.

Блок 6 вычисления длины колонны (фиг. 2) содержит селектор t8 амплитудный, элементы И 19 и 20, счетчик

21 реверсивный двоично-десятичный, задатчик 22 максимальной грузоподьемности и задатчик 23 веса свечи,при этом первый вход блока 6 соединен с третьим входом селектора 18 амплитудного, первый и второй входы последнего соединены соответственно с задатчиком 22 максимальной грузоподьемности и задатчиком 23 веса свечи, а выход селектора 18 амплитудного— с первыми входами элементов И 19 и

20, вторые входы которых подключены к второму и третьему входам блока 6, соответственно, первый (прямой) и второй (обратный) входы счетчика 21 реверсивного подключены соответственно к выходам первого элемента И

19 и второго элемента И 20, а выход счетчика 21 подключен к выходу блока 55

6. Счетчик 21 (фиг. 9) состоит из шести четырехразрядных реверсивных двоично-десятичных счетчиков 117122 с прямыми и обратными счетными входами и нормально разомкнутой кнопки 123 "Установка нуля", второй контакт которой подключен через резистор 124 к клемме V источника питания, а первый контакт соединен с входами сброса R t4 интегральных счетчиков 117-122. Интегральные четырехразрядные счетчики 117-122 объединены с использованием выходов переноса (ъ,9) 12 и займа (0) 13 по классической схеме, например, выходы

12 и 13 счетчика 117 подключены, соотвеч ственно, к входам 5 (прямой) и

4 (обратный) счетчика 118, выходы 12 и 13 счетчика 118 подключены, соответственно, к входам 5 и 4 счетчика

119, и т.д. Такая конструкция счетчика 21 позволяет формировать сигнал на выходе в двоично-десятичном коде (код 8421), который снимается с выходов 3, 2, б и 7 счетчиков 117-122.

Выходы счетчиков .117-122 подключены к выходу блока 6 (фиг. 9).

Блок 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема (фиг. 3) содержит элемент 24 вычитания, сумматор

25, делитель 26, селектор 27 амплитудный, инверторы 28 и 29, мультиплексоры 30, 31 и 32, компараторы 33, 34 и 35, задатчик 36 максимальной скорости спуска, задатчик 37 веса подвижной части талевой системы, задатчик 38 мощности на крюке, задатчик 39 максимальной скорости подъема, задатчик 40 веса свечи и эадатчик 4t максимальной грузоподъемности, при этом первый вход блока 8 соединен с вторыми входами элемента 24 вычитания, сумматора 25 и третьим входом селектора 27 амплитудного, первые входы которых подключены, соответственно, к задатчику 36 максимальной скорости спуска, задатчику 37 веса подвижной части талевой системы и эадатчику 40 веса свечи; второй вход селектора 27 подключен к задатчику

41 максимальной грузоподъемности, второй вход блока 8 соединен с входом первого инвертора 28, выход котороГо подключен к второму входу третьего компаратора 35, и второму входу второго компаратора 34, первые входы компараторов 34 и 35 соединены между собой и с выходом второго инвертора 29, вход которого подключен к выходу селектора 27 амплитудного, а их выходы соединены с третьими вхо138855 дами второго и третьего мультиплексоров 31 и 32, соответственно, вторые входы последних соединены с общим проводом блока 8, выходы — с первым и вторым выходами блока 8 соответственно, а первые входы подключены к выходам, соответственно, первого мультиплексора 30,и элемента 24 вычитания; третий вход первого мультиплексора 30 соединен с выходом первого компаратора 33, первый вход — с выходом задатчика 39 максимальной скорости подъема.и первым входом первого компаратора 33, второй вход — с

15 вторым входом первого компаратора 33 и выходом делителя 26, первый вход последнего подключен к задатчику 38 мощности на крюке, а второй — к выходу сумматора 25.

Задатчик 12 перехода на скорость

20 спускоподъема в условиях АВПД (фиг.4) содержит компаратор 42, задатчик 43 глубины "покрышки" зоны АВПД и триггер 44, при этом вход задатчика 12

25 соединен с первым входом компаратора

42, второй вход которого подключен к задатчику 43 глубины "покрышки" зоны

АВПД, а выход компаратора 42 подключен к первому входу триггера 44, выход последнего соединен с выходом

„задатчика 12.

Блок 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям (фиг. 5) содержит преобразователь кода 45, цифроаналоговый преобраэо- 35 ватель (ЦАП) 46, сумматор 47, умножители 48-56, элементы 57-59 вычитания, делители 60-63, элемент 65 вычисления экспоненты, элемент 66 возведения в степень, элемент 67 ло- 40 гарифмирования, мультиплексоры 68 и

69, компаратор 70, задатчик 71 низ. кого уровня напряжения, задатчик 72 доверительного интервала, задатчик

73 уровня напряжения "1", схему 74 45 вычисления эквивалентной длины, состоящую (фиг. 6) из элементов 75-78 вычитания, делителей 79 и 80 и умножителей 81-83, при этом первый вход блока 11 подключен к входу пре- 50 образователя кода 45, выход которого соединен с входом ЦАП 46; выход последнего подключен к первому входу третьего умножителя 50, второй вход которого соединен с третьим вхо- 5 дом блока 11 (вход 31) и к первому входу сумматора 47, второй вход которого подключен к первому входу схе0 6 мы 74 вычисления эквивалентной длины, второй выход последней соединен с вторым входом пятого умножителя 52, первый вход которого подключен к выходу третьего умножителя 50. Входы первый — седьмой схемы 74 вычисления эквивалентной длины подключены соответственно к выходу шестого умножителя 53, первый и второй входы которой соединены с восьмым входом блока 12, к первому входу третьего делителя 62 и выходу седьмого умножителя 54, первый и второй входы которого соединены с седьмым входом блока 11; к выходу восьмого умножителя 55, первый и второй входы которого соединены с шестым входом блока

11, и к первому входу второго элемента 58 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом третьего делителя 62, а второй вход — с выходом десятого умножителя 56, первый и второй входы которого соединены между собой и с десятым входом блока

11, к шестому входу блока 1.1, к седьмому входу блока 11, .к восьмому вхо.— ду блока 11, к девятому входу блока

11 (вход 4.4). Выход сумматора 47 соединен с первым входом первого множителя 48, второй вход которого подключен к выходу элемента 65 вычисления экспоненты, вход последнего соединен с пятым входом блока 11, выход первого множителя 48 соединен с первым входом второго множителя 49, второй вход которого соединен с выходом элемента 66 возведения в степень, вход последнего подключен к выходу третьего делителя 62 и первому входу четвертого умножителя 51, второй вход которого соединен с четвертым входом блока 11, а выход — с вторым входом второго делителя 61.

Выход второго умножителя 49 подключен к второму входу первого делителя

60, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента 59 вычитания, второй вход последнего соединен с задатчиком 72 доверительного интервала, а первый вход — с выходом первого мультиплексора 68, выход первого делителя подключен к второму входу первого элемента 57 вычитания,первый вход которого подключен к задатчику 73 уровня напряжения "1", а выход — к входу элемента 67 логарифмирования, выход последнего подключен к первому входу второго делителя 61, 1 388550 выход которого является первым выходом блока 11. С вторым выходом блока

11 соединен выход четвертого делителя, выход которого является первым выходом блока 11. С вторым выходом

5 блока 11 соединен выход четвертого делителя 63, второй вход которого подключен к выходу пятого умножителя 52, а первый вход — к выходу второго мультиплексора 69, входы которого подключены: второй — к тринадцатому входу блока 11, третий — к четырнадцатому входу блока 11, первый к первому входу первого мультиплексора 68, второй и третий входы которого подключены к одиннадцатому и двенадцатому входам блока 11 соответственно, а первый — к выходу компаратора 70, первый вход последнего соединен с задатчиком 7 1 низкого уровня напряжения, а второй вход — с вторым входом блока 11. В схеме 74 вычисления эквивалентной длины (фиг.6) к первому — седьмому входам ее подключены, соответственно второй вход первого элемента 75 вычитания, выход которого соединен с первым входом первого делителя 79, первые входы первого и второго элементов 75 и 76 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом первого делителя 79 и является вторым выходом схемы 74, выход первого делителя 79 подключен к первому и второму входам второго умножителя 82, второй вход второго элемента 76 вычитания, второй вход третьего элемента 77 вычитания, выход которого подклкчен к первому входу второго делителя 80, первые входы третьего и четвертого элементов 77 и 40

78 вычитания, выход последнего соединен с вторым входом второго делителя 80, выход которого подключен к первому входу первого умножителя 81, второй вход первого умножителя 81.

Первый выход схемы 74 является выходом третьего умножителя 83, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя 82, а второй вход— с выходом первого умножителя 81. 50

Блок 9 ограничения скорости по технологическим условиям (фиг. 7) содержит элемент 84 ограничения скорости подъема и элемент 85 ограничения скорости спуска, которые пол-. 55 ностью аналогичны по устройству.

Каждый из элементов 84 и 85 включает компараторы 86 и 87 и мультиплексоры 88 и 89, при этом первый вход блока 9 является первым входом элемента 84 и соединен с вторым входом второго компаратора 87. и третьим входом второго мультиплексора 89, первые входы которых соединены между собой и с выходом первого мультиплексора 88, а выход второго компаратора

87 подключен к второму входу второго мультиплексора 89, выход последнего является выходом элемента 84 и первым выходом блока 9. Третий вход блока 9 является вторым входом элемента 84, и подключен к первому входу первого компаратора 86, и второму входу первого мультиплексора 88, первый вход которого соединен с выходом первоro компаратора 86, пятый вход блока 9 является третьим входом элемента 84 и подключен к второму входу первого компаратора 86 и третьему входу первого мультиплексора 88.Второй, четвертый и шестой входы блока

9 являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами элемента 85 ограничения скорости спуска, а его выход является вторым выходом блока

9 ограничения скорости по технологическим условиям.

Блок 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 8) содержит сумматоры 90-92, делители 93 и 94, умножители 95-97, элемент 98 вычитания, элемент 99 логарифмирования, селекторы 100-104 амплитудные, формирователь 105 опорного напряжения, задатчик 106 веса подвижной части талевой системы, задатчик 107 конструктивного коэффициента талевой системы, задатчик 108 конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты (Ш?М), задатчик 109 момента инерции барабанного вала, задатчики

110-114 моментов инерции привода, делитель 115 напряжения резистивный, коммутатор 116, причем первый вход блока 7 соединен с первым и вторым входами третьего умножителя 97, выход которого подключен к второму входу первого умножителя 95, с вторым входом делителя 94, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора 91., а выход — к входу элемента 99 логарифмирования, третьими входами селекторов 100-104 амплитудных, выходы которых соединены соответственно с вторым, четвертым, шестым, восьмым и десятым входами комсостоит из дешифраторов "1 из 10"

127-132 в интегральном исполнении, входы каждого из которых подключены к входу преобразователя кода 125, а выходы дешифраторов подключены к

его выходу. Индикатор 126 газоразрядный (фиг, 11) состоит из ламп 133—

138 индикаторных, аноды которых подключаются к источнику постоянного напряжения, а катоды — к входу индикатора 126 (к выходам соответствующих дешифраторов 127-132). Такая конструкция указателя 16 длины колонны позволяет индицировать длину колонны в диапазоне 0-9999,99 м с дискретностью 1 ° 10 м.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом СПО в задатчики необходимо ввести исходные параметры: в задатчик 10 опасных интервалов скважины — глубины интервалов скважины с уступами, искривлениями и т.п. в метрах и допустимые скорости спуска и подъема колонны на них, в задатчик 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД вЂ” глубину залегания "покрьппки" зоны с АВПД в метрах по данным геофизических исследований и геологических прогнозов; в задатчик 13 параметров промывочной жидкости — значения ее условной вязкости Т в секундах (с), структурной вязкости q в Паузах (Пз), статического напряжения сдвига (СНС) 8 в Паскалях (Па); в задатчик 14 конструктивных параметров колонны и скважины — наружный диаметр бурильных труб

Й „ (мм), внутренний диаметр бурильных труб d (мм), наружный диаметр утяжеленных бурильных труб (УБТ) d у(мм), диаметр скважины D (мм), длину УБТ

1 (м); в задатчик 15 допустимых гидродинамических давлений — допустимое гидродинамическое давление при подьеме колонны труб при проводке скважины a P и н (МПа), то же в условиях родинамическое давление при спуске колонны труб при проводке скважины в нормальных условиях и Р,,д (ИПа), то же в условиях АВПД вЂ” 8P с, двпп (МПа) °

Ввод параметров в задатчики может быть осуществлен бурильщиком. Возможна корректировка задания по мере изменения технологических условий на скважине в любое время СПО и между ними. Число вводимых параметров

9 1388550 0 мутатора 116, другие входы последнего подключены: первый — к задатчику

110, третий — к задатчику 111, пятый — к задатчику 112, седьмой — к задатчику 113, девятый — к задатчи5 ку 114; моментов инерции привода, а выход коммутатора 116 подключен к первому входу третьего сумматора .92, второй вход которого соединен с задатчиком 109 момента инерции барабанного вала, а выход — с вторым входом второго умножителя 96, первый вход последнего соединен с выходом первого умножителя 95, а выход — с вторым выходом блока 7 и вторым входом элемента 98 вычитания, первый вход которого соединен с выходом элемента

99 логарифмирования, а выход — с первым выходом блока 7; второй вход бло- 20 ка 7 подключен к второму входу первого сумматора 90, первый вход которого соединен с задатчиком 106 веса подвижной части талевой системы, а выход — с вторым входом делителя 93, первый вход которого соединен с задатчиком 107 конструктивного коэффициента талевой системы, а выход— с первым входом первого умножителя

95, и с первым входом второго сумматора 91, второй вход последнего соединен с задатчиком 108 конструктивного коэффициента ШПИ; выход формирователя 105 опорного напряжения соединен с входом делителя 115 напряжения резистивного, выходы котороro подключены: первый — к первому входу первого селектора 100 амплитудного; второй — к первому входу второго селектора 101 и второму входу первого селектора 100; третий— к первому входу третьего селектора

102 и второму входу второго селектора 101; четвертый — к первому входу четвертого селектора 103 и второму входу третьего селектора

102; пятый — к первому входу пятого селектора 104 и второму входу четвертого селектора 103; шестой - ABIIg ВР п впй (HIIa) к второму входу пятого селектора 104 амплитудного. 50

Указатель 16 длины колонны (фиг. 10) содержит преобразователь кода 125 и индикатор 126 газоразрядньй, при этом вход указателя 16 подключен к входу преобразователя кода 55

125,. а выход последнего соединен.с входом индикатора 126 газоразрядного. Преобразователь кода 125 (фиг. 11) 1388550

12 не зависит от сложности технологической обстановки на скважине и сравнительно невелико (например, 13-15).

Ручные операции при этом сведены к минимуму, перед вводом параметров не требуется производить вычислений: значения Т, z, берутся из журнала учета свойств промывочной жидкости;

d„ó 16 D, d у и 1 у — из геолого-тех-10 нического наряда (ГТН) на скважинуэ дР рк т Р пдбпв э Рс.к э РсА QBp по результатам расчетов и опыту проводки скважин на данной площади, исходя из условия недопущения частичных поступлений пластовых флюидов в скважину, проявлений и выбросов, а также недопущения поглощений промывочной жидкости и гидроразрывов пластов.

Блоком 6 вычисления длины колонны в ходе СПО и в процессе бурения по сигналам с датчика 1 положения талевого блока и датчика 5 веса на крюке

25 вычисляется длина бурильной колонны в скважине L„,„ в метрах. Перед очередным спуском колонны нажатием кнопки 123 "Установка нуля" на входы сброса R 14 счетчиков 117-122 подается высокий уровень напряжения и выход реверсивного счетчика 21, а зна чит, и блока 6„ обнуляется — L„oq,o =О.

Состояние на выходе блока 6 изменится, когда на первый или второй входы счетчика 21 с выходом элементов И 19 35 и 20 соответственно будут поступать сигналы логической "1". Это будет иметь место при перемещении загруженного талевого блока, когда на второй вход первого элемента И 19 (при 40 спуске) или второго элемента И 20 (при подъеме) через второй и третий входы блока 6 соответственно (фиг.2) будут поступать импульсы "1", с выхода датчика 1 положения талевого 45 блока (фиг. 1), а на первых входах элементов И 19 и 20 будет установлен сигнал "1". Датчик положения талевого блока (датчик проходки) представляет собой двухфазный число-импульс- 50 ный датчик, на выходе которого формируются импульсы "1" на шине "+" для суммирования импульсов (движение талевого блока вниз) или на шине для вычитания импульсов (движение та- 55 левого блока вверх). Сигналы "1" с шин "+" и " †" датчика 1 положения талевого блока подаются соответственно

"+1" либо вычитающий "-1" входы счетчика 21 реверсивного (фиг. 9).

По мере спуска первой свечи бурильных труб в скважину на первый вход счетчика 21 реверсивного (вход

"+1") поступают импульсы, которые суммируются. Если за время спуска первой свечи на суммирующий вход счетчика 21 реверсивного поступило N, импульсов, то на выходе блока 6 установится сигнал, численно равный

L to . кол o+N „Ц и =

= 0+N Ц„=ы, 1 0 = N» см (3) после спуска второй свечи (поступило

N импульсов) Lкол.1=Ькол,,+1 1 g Uи = N,+N, см (4) и т.д. После спуска i-той свечи в скважину на выходе блока 6 установится сигнал на второй и третий входы блока 6 вы- . числения длины колонны.

Разрешающая способность датчика 1 положения талевого блока принимается равной 1 см, т.е. цена импульсов,поступающих на второй и третий входы блока 6, Ц = 1,0 см/имп.

На первый вход блока 6 поступает аналоговый сигнал U@, пропорциональный весу инструмента на крюке Q c выхода датчика 5 веса на крюке (фиг. 1). Сигнал Ug подается на тре-, тий вход селектора 18 амплитудного (фиг: 2 и 9), на первый и второй входы которого с задатчика 22 максимальной грузоподъемности и задатчика 23 веса свечи подаются сигналы соответственно U и U, причем сигнал U пропорционален максимальной грузоподъемности буровой установки Я м кс а сигнал U — весу одной свечи бурильных труб q . .На выходе селектора

18 амплитудного, выполненного на двухпороговом компараторе, сигнал "1" устанавливается только при выполнении условия

8550

14 новки.

1З 138

L =L „„; +М; =. О N см (5)

Ia 1

По завершении спуска бурильной ко- лонны до,забоя на выходе блока 6 сформируется сигнал глубины скважины (6)

i=i

При подъеме колонны импульсы с датчика 1 положения талевого блока поступают на второй вход второro элемента И 20, второй вход счетчика 21 (вход "-1"), при этом они вычитаются, сигнал на выходе блока 6 уменьшается.

Так, при завершении извлечения из скважины j свечей с момента начала подъема длина колонны в скважине вычислится блоком 6 так:

J ii+ К

М )=1 i=i 3=1 )- (7) где M — количество импульсов, пос) тупающих на вычитающий вход счетчика 21 реверсивного за время подъема j-той свечи; количество свечей, нарощенных на колонну за время долбления.

После завершения подъема и извлечения последней свечи

ii+ K о+к

L кол — 1i - j

В любой текущий момент времени при

СПО или бурении на выходе блока 6 присутствует сигнал, численно равный текущей длине колонны в скважине в двоично-десятичном коде (коде

8421), вычисленный согласно выражению

L кол. танк= PN (9)

Путем переноса запятой в полученном числе на два десятичных разряда влево, получаем Ь, выраженную в метрах.

Блоком 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема в процессе выполнения СПО по совокупности входных сигналов с датчика 5 веса на крюке и датчика 2 скорости телевого блока определяется направление хода операций (спуск или подъем) и, в соответствии с этим, вычисляется рациональная скорость спуска или подъема бурильной колонны с учетом технических возможностей буровой устаРациональный режим спуска, при котором,в наибольшей степени удовлетворяются комплексные требования высокой производительности, качественной эксплуатации оборудования, 5 требования охраны труда бурильщика, достигается при спуске всех свечей бурильной колонны со средней на скважину установившейся скоростью спуска загруженного элеватора V р„„ „=

= 2,0 м/с на всех серийных буровых установках. Отмеченное среднее значение скорости спуска может быть получено при постепенном снижении скорости с 2,5 м/с (первые свечи) до 1,0l,5 м/с (последующие), т.е, рациональная зависимость скорости спуска от веса инструмента на крюке V „,„=

=f,(Q) может быть представлена прямой линией. На фиг. 12 показана за20 Висимость V с рац =f 1 (Q) построенная для буровой установки грузоподъемностью Q « = 200 т по двум точкам:

А (q.; 2,5) и В (Q „„ 1,0), уравнение этой зависимости: макс макс (1p)

Пренебрегая величиной второго вычитаемого в выражении (10), получаем:

V, = 2,5 — Q, м/с (11)

1,5 макс

При подъеме бурильной колонны максимальная производительность буровой установки, а значит, наименьшее время машинного подъема, обеспечивается при полном использовании установленной мощности привода буровой лебедки.

Последнее выполняется при изменении

40 скорости подъема по закону

О, 102 -М

+Я У т где N — установленная мощность пер45 вичного двигателя, кВт; — допустимый коэффициент перегрузки приводного двигателя; 1„ — КПД подъемного механизма;

GT — вес подвижной части талевой

50 системы, т.

-При легких бурильных колоннах (Q 40 т) получаемые по формуле (12) скорости подъема превосходят по величине 2,0 м/с. При таких скоростях

55 ухудшаются условия эксплуатации бурового оборудования, увеличивается физиологическая работа бурильщика в момент торможения колонны, а также

13885 увеличивается время подгонки замка колонны в зону бурового ключа. Поэтому скорости подъема выше 2,0 м/с являются нерациональными, современные буровые установки имеют высшие ско5 рости подъема, не превосходящие

2,0 м/с.

Рациональная зависимость V „ р„„ =

f >(Q) покЯЗЯнЯ нЯ фиг ° 13 онЯ по- 10 строена для буровой установки грузоподъемностью Я „„=200 т по следующему выражению:

V ff,pa» 2з0э

0,102. N „ f1 15

+Q т

V „„= мин п, р< и

Работа блока 8 вычисления рациональной скорости спускоподъема основана на реализации законов (11) и (13) 20

Формула (11) моделируется напряжением в элементе 24 вычитания (фиг. 3), Сигнал с датчика 5 веса на крюке U g через первый вход блока 8 подается на второй инвертирующий вход элемента 24 25 вычитания, на первый неинвертирующий вход которой подается сигнал с задатчика 36 максимальной скорости спуска, пропорциональный Ч „,,„„„= 2,5 м/ r

Коэффициенты усиления по входам эле- 30 мента 24 вычитания подобраны таким образом, что на его выходе формируется сигнал, пропорциональный Ч .pav, который подается на первый вход третьего мультиплексора 32.

Сигнал Ug подается и на второй вход сумматора 25, .на первый вход

1 которого поступает сигнал с задатчика 37 веса:подвижной : части талевой системы, пропорциональный G,. Сигнал пропорциональный сумме G,+Q подается с выхода сумматора 25 на второй вход делителя 26, на первый вход последнего поступает сигнал с эадатчика 38 мощности на крюке, пропорцио- 45 нальный величине 0,102-N-qp., а на выходе делителя 26 формируется сигнал, пропорциональный Vn p,„,, KoTo рый подается на второй вход первого мультиплексора 30 и второй вход пер50 вого компаратора 33, на первый вход последнего и первый вход первого мультиплексора 30 поступает сигнал с задатчика 39 максимальной скорости пропорциональныи

= 2,0 м/с.

Первый компаратор 33 производит сравнение величин напряжений, npof порциональных скоростям V a р„» и

50 16

Ф!

Vn р . При выполнении условия

II I л.ра„, рц на выходе компаратора 33 устанавливается положительный уровень напряжения U „,, при

If I

V „pa„< V р. p« — отрицательное напряжение U последние подаются на третий управляющий вход первого мультиплексора 30, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный, соответственно Ч р„, или

Н э и. р »

7„рц, т.е. пропорциональньп Ч „, pqq. в соответствии с выражением (13); он подается на первый вход второго мультиплексора 31.

Сигнал U подается также на третий вход селектора 27 амплитудного, последний совместно с задатчиком 40 и 41 выполняет те же функции, что и вышеописанные селектор 18 и задатчики 22 и 23 в блоке 6. Сигнал с выхода селектора 27 поступает на вход второго инвертора 29, на выходе которого устанавливается "0" при загруженном талевом блоке и "1" — при незагруженном, последний сигнал подается на первые входы второго и третьего компараторов 34 и 35, на втовторые входы которых поступают сигналы соответственно с датчика 2 скорости талевого блока через второй вход блока 8 и сигнал с выхода первого инвертора 28, изменяющего знак сигнала с датчика 2 скорости талевого блока.

В режиме перемещения незагруженного талевого блока напряжение U на первых входах компараторов 34 и 35 равно напряжению "1", которое выше напряжений, поступающих на вторые входы этих компараторов U и пропорциональных скорости талевого блока,т.е.

U, U< поэтому на выходах обоих компараторов устанавливаются сигналы U „„„, которые подаются на третьи управляющие входы второго 31 и третьего 32 мультиплексоров, на выходах последних, а значит, и на выходах блока 8, формируются нулевые сигналы.

В режиме перемещения загруженного талевого блока напряжение U О. При подъеме талевого блока напряжение, снимаемое с датчика 2 скорости, положительное, поэтому U< > Б„для второго компаратора 34, а при спуске

U> ) U для третьего компаратора 35, что приводит к формированию сигналов

Б,. „ на их выходах и поступлению ня выходы блока 8 сигнала, пропорционального Ч р,pau, (выход 1), с выхода! 388550 !

8 !

7 второго мультиплексора 31 или сигнала, пропорционального V, „„(выход

2), с выхода третьего мультиплексора 32.

Задатчик 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД (фиг.4) . имеет вход, на который поступает сигнал с выхода блока б вычисления длины колонны, пропорциональный текущей длине колонны L он подается на

Кон первый вход компаратора 42, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 43 глубины "покрышки"

АВПД вЂ” )- ав„р. Сигнал L „,„в процессе СПО изменяется в диапазоне

0 1.„ „с1,,„.. Компаратор 42 проверяет выполнение неравенства

L«> -L кол. мсяс 1 р>п> (14)

20 при выполнении которого на его выходе устанавливается сигнал" 1", поступающий на первый вход триггера 44, последний устанавливается, и сигнал

"i" поступает на выход задатчика .12, что свидетельствует о внедрении скважины в зону "покрышки" пластов с

АВПД или разбуривании самих зон с аномально высокими пластовыми давлениями. Если глубина скважины не достигала значения L „, то на выходе ,задатчика 12 устанавливается сигнал

"0". О выполнении условия (14) бурильщика информирует световым сигналом сигнализатор 17 опасных интервалов скважины, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 12.

Сигнал с выхода задатчика 12 поступает также на второй вход блока 11 вычисления допустимои скорости по

40 гидродинамическим условиям. С учетом этого сигнала по совокупности сигналов на первом входе с блока 6 вычисления длины колонны, пропорциональному Ь на третьем — четырнадца45

KOA том входах — с задатчиков 13, 14 и

15 соответственно, блоком 11 вычисляется допустимая скорость спускоподъема по гидродинамическим условиям, например, по условиям ограниче- 50 ния колебаний дифференциального давления на забое скважины и недопушения на этой основе проявлений и выбросов, уходов промывочной жидкости в пласты и гидроразрывов пластов. 55

Многочисленными исследованиями установлена сильная зависимость возникающих в скважине гидродинамических давлений 8 Р от скорости выполнения СПО.

Вычисление допустимой скорости подъема бурильного инструмента из скважины производится по формуле

Ч, 808 q » 1 о „ò (15) где 1 „- эквивалентная длина УБТ,м, которая вычисляется по формуле

1 =() ); (16) ка э -а о — а „

y — ко эффициен т пере крытия сече ния скважины, определяемый по формуле

d„dq

»

ЛРс (18) 7с.r a

Работа блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям основана i.à реализации законов (15) и (18).

На шестой - десятый входы блока

11 (фиг. 5) с задатчика 13 конструктивных параметров колонны и скважины поступают сигналы, пропорциональные; d „ - на шестой вход; D— на седьмой вход; d z — на восьмой вход 1,„ - на девятый вход; dq на десятый» си " d„» D» d„» поступают на первый и второй входы шестого — девятого умножителя 53-56

1 соответственно, на выходах последних формируются сигналы» пропорциональ2 2 2 ные д„» D dH» d . Сигнал d „с выхода восьмого умножителя 55 поступает на первый вход второго элемента 58 вычитания, на второй инвертирующий вход которого поступает сиг2 нал с! с выхода девятого умножителя

56, а сигнал d„-d, снимаемый с выхода второго элемента 58 вычитания, подается на второй вход третьего.делителя 62, на первом входе которого установлен сигнал D снимаемый с выхода седьмого умножителя 54. На с))- доверительный интервал определения дР„» принимаемый в формуле (15), 1= 0,14 MIIa.

Допустимая скорость спуска бурильного инструмента в скважину определяется по формуле

19 выходе третьего делителя 62 формируется сигнал, пропорциональный, получаемый по выражению (17), последний подается на первый вход четвер5 того умножителя 51 и вход элемента бб возведения в степень, на выходе которого формируется сигнал у, подаваемый на второй вход второго умножителя 49. На первый — седьмой вхо-10 ды схемы 74 вычисления эквивалентной длины подаются сигналы, соответственно d „- с выхода шестого умножителя г

53; D — с выхода седьмого умножителя 54; 1 „- с выхода восьмого умно-. жителя 55, d ц — с шестого блока 11;

D — с седьмого входа блока 1 1; с восьмого входа блока 11; 1 — с девятого входа блока 11; D â€, с седьмого входа блока 11; d y — с восьмого вхо-20 да блока 11, 1 - с девятого входа блока 11, алгоритм функционир6вания схемы 74 вычисления эквивалентной длины (фиг. 6) описывается выражением (16). На первые входы элементов

75 и 76 вычитания с второго входа схемы 74 поступает сигнал D а на г первые входы элементов 77 и 78 вычитания — с пятого входа — D; на вторые инвертирующие входы элементов 7578 вычитания с первого, третьего,четвертого и шестого входов схемы 74 по2 2 даются соответственно сигналы d у,d „, d „и d, так что на их выходах формируются сигналы, пропорциональные разностям Р -d „, D -d „, D-d p, D-d g . г соответственно, последние подаются: на первый вход первого делителя 79; второй вход первого делителя 79 и второй выход, схемы 74; первый вход второго делителя 80; второй вход второго делителя 80. На выходах делителя 79 и 80 формируются сигналы, пропорциональные (D -d„)/(D -d„) и г г (D-Й H) / (D-d „), подаваемые соответственно на первый и второй входы вто рого умножителя 82 и первый вход первого умножителя 81, на второй вход которого подается сигнал 1 с седьмого входа схемы 74. На первый и второй входы третьего умножителя 83 пос-50 тупают сигналы с выходов умножителей

82 и 81 соответственно.

На выходе третьего умножителя 83 формируется сигнал, пропорциональный

1,„ в соответствии с (16), поступаю- 55 щий на первый выход схемы 74.

Этот сигнал подается на второй вход сумматора 47 (фиг. 5), где суммируется с сигналом, поступающим с выхода ЦАП 46 на его первый вход, а также на первый вход третьего умножителя 50 - L„,„ ° Аналоговый сигнал снимается с выхода ЦАП 46, на вход которого с выхода преобразо, вателя кода 45 поступает сигнал

Ь „ . < в двоичном коде, получаемый из сигнала L„» <г „>, поступающего на первый вход блока 11 с выхода блока 6 вычисления длины колонны. Сигнал с выхода сумматора 47 L „,,„ „+ 1 „ поступает на первый вход первого умножителя 48, на второй вход которого поступает сигнал 32,23 е

О, 0055 5 ° Т с выхода элемента 65 вычисления экспоненты, на вход которой подается сигнал, пропорциональный Т с пятого входа блока 11 с выхода задатчика 13 параметров промывочной жидкости, с которого на третий вход блока 11 поступает сигнал, а на четвертый вх6д - сигнал Я, которые подаются на вторые входы умножителей 50 и 5 1, соответственно. Сигнал с выхода первого умножителя 48 поступает на первый вход второго умножителя 49, на выходе которого формируется сйгнал, пропорциональный величине (L „ „ + цооююю т

+ 1 „) у - е, подаваемый на второй вход первого делителя 60, на первый вход которого подается сигнал, пропорциональный величине аР„-d снимаемый с выхода третьего элемента 59 вычитания, на первый и второй входы последнего поступают сигналы с выхода первого мультиплексора 68, пропорцио= нальный дРд, и сигнал д с задатчика 72 доверительного интервала соответственно. Сигнал с выхода первого делителя 60 подается на второй инвертирукиций вход первого элемента 57 вычитания, на первый вход которого подается сигнал с задатчика 73 уровня напряжения "1". На выходе первого элемента 57 вычитания сигнал пропорционален величине

Рп кол + экв < к e o ввы .т который подается на вход элемента 67 логарифмирования. Сигнал с выхода элемента 67 логарифмирования, пропорциональный величине — 1, A/1,808, подается на первый вход второго делителя 61, на второй вход которого подается сигнал у.9 с выхода четвертого умножителя 51. С выхода второго

21

138855 делителя 61 сигнал, пропорциональный допустимой скорости подъема по формуле (15), поступает на первый выход блока 11.

Сигнал с выхода третьего умножителя 50, пропорциональный Ь„„ ч, подается на первый вход пятого умножителя 52, на второй вход которого подается сигнал D — d с второго вы- 10 н хода схемы 74 вычисления эквивалентной длины, на выходе пятого умножителя 52 формируется сигнал, пропор 2 1 циональный 33 (D -d ) L «,»l, поступающий на второй вход четвертого делителя 63, на первьп вход которого поступает сигнал дР с выхода второго мультиплексора 69, Сигнал с выхода четвертого делителя 63, пропорциональный допустимой cKopocTH cllycка по формуле (18), поступает на второй выход блока 11.

С выхода задатчика 15 допустимых гидродинамических давлений (фиг. 1) на входы блока 11 (фиг. 5) поступают следующие сигналы: b Pn „ П — на одиннадцатый вход, b P „, н — на двенадцатый вход, b P q > n> — на тринадцатый вход и аР р „- на четырнадцатый вход, которые подаются соответственхо на второй и третий входы первого мультиплексора 68 и на второй и третий: входы второго мультиплексора 69, работой которых управляет компаратор

70, сигнал с выхода которого подается на первые входы мультиплексоров

68 и 69. На первый вход компаратора

70 с задатчика 71 низкого уровня напряжения подается сигнал U„=(1 2-1,5) U»o где UIIQ — напряжение "0", 40 а на второй вход - сигнал U с второго входа блока 11 (с выхода задатчика 12 перехода на скорость спускоподъема в условиях АВПД)» причем сигнал U равен либо U»o, либо U где

U „„— напряжение "1". В первом случае U = U р

У,„,во втором — на выходе компаратора 70 сигнал UMeac» что приводит к появлению на выходах мультиплексоров 50

68 и 69 сигналов, пропорциональных следующим величинам. "во втором случае bPn = bP gpgnll H Рс= Рслвдв» в первом случае b Р„=аР n „H bPo

= и Р,,„, Таким образом блок 11 авто- 55 матически переходит от вычисления допустимой скорости по гидродинамике в нормальных условиях проводки

0 22 скважины к вычислению допустимой скорости СПО в условиях вскрываемых или вскрытых зон АВПД.

В процессе СПО на первый — шестой входы блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям (фиг ° 1 и 7) поступают с выходов соответст1венно блока 8 вычитания рациональной скорости снускоподъема, блока 11 вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям и задатчика

10 опасных интервалов скважины следующие сигналы: V „ на первый

Р. pa

ВХОД» V o р <ц На HTOpOH BXOp, V на третий вход; V, g на четвертый вход; V „,„на пятый вход u V р о„ на шестой вход. При этом, в зависимости от направления процесса СПО— подъем или спуск на первый или вто1 рой вход блока 9 подается один из сигналов: Чд „, или V«ц» другой же обращается в "0", а сигналы,пропорциональные Ч, о„ и Ч, on имеют уровень, соответствующий максимально возможной скорости спускоподъема, равной 2,5 м/с, всегда, когда Ь „,„, не попадает во введенные в задатчик

10 опасные интервалы скважины. Если же текущая длина колонны попадает в один из заданных опасных интервалов то с первого и второго выходов задатчика 10 опасных интервалов скважины на пятый и шестой вход блока 9 выдаются сигналы, пропорциональные заданным скоростям подъема и спуска на этом интервале: Ч„„„и V c. р„;, одновременно появляется сигнал на третьем выходе задатчика 10, поступающий на первый вход сигнализатора

17 опасных интервалов скважины, что сопровождается световым и звуковым сигналами, последние снимаются после прохождения низом бурильной колонны опасного интервала скважины.

Блок 9 (фиг. 7) производит анализ величин, поступающих на его входы допустимых по различным технологическим условиям скоростей и передает на свой выход минимальную из них, последняя является для данного момента СПО оптимальной скоростью, максимально возможной скоростью при действующей совокупности ограничений.

Функцию оптимизации скорости подьема и спуска выполняют соответственно

» элемент 84 ограничения скорости подьема и элемент 85 ограничения скорости спуска (фиг. 7).

23

В ходе подъема бурильной колонны на первый, третий входы элемента 84 поступают сигналы V„ р „, Ч„,„д и !

V q „„соответственно. Сигнал V „,подается с третьего входа блока 9

5 (с второго входа элемента .84) на первый вход первого компаратора 86 и второй вход первого мультиплексора

88, а сигнал V, подается с пятого входа блока 9 (с третьего входа элемента 84) на второй вход первого компаратора 86 и третий вход первого мультиплексора 88. При V „„> V п.сл на выходе первого компаратора 86 формируется сигнал U „ „,, а при г з Чо,оо сигHBA Пминэ. KQTopbm подается на первый управляющий вход первого мультиплексора 88, вследствие чего на егo выходе появляется сиг-20 нал, пропорциональный V „ „ или

Ч„ с а, т.е. меньший из сравниваемых скоростей, который подается на первые входы второго компаратора 87 и второго мультиплексора 89 на второй вход второго компаратора 87 и третий вход второго мультиплексора 89 подается сигнал V „. с первого входа блока 9 (первого входа элемента

84). Пусть, например с выхода перво30 го мультиплексора 88 поступил сигнал

Ч „,, а, тогда на втором компараторе 87 сравниваются две величины — V д >ц

H Ч„ а . Выходной сигнал второгQ компаратора 87 подается на второй управляющий вход второго мультиплексора 89. Вторые компаратор 87 и мультиплексор 89 работают аналогично первым компаратору 86 и мультиплексору

88. На выходе второго мультиплексора

89 формируется сигнал, пропорциональный минимальной из сравниваемых скоростей, например V„,а, который поступает на выход элемента 84 и первый выход блока 9 (выход 1.1.): V „ о„, =

= Ч..-а

В ходе спуска бурильной колонны аналогично работает элемент 85, сигнал V .о т с выхода последнего поступает на второй выход блока 9. В ходе спуска сигнал имеется только на втором выходе блока 9, а при подъеме только на первом выходе, — другой выход обнуляется.

Сигнал, пропорциональный оптимальной скорости спускоподъема, по- 55 дается с выходов блока 9 ограничения скорости по технологическим условиям на второй и третий входы указателя 4 скорости талевого блока, на первый вход которого поступает сигнал с выхода датчика 2 скорости талевого блока, пропорциональный фактической скорости спускоподъема. Обе скорости индицируются на указателе 4, что дает возможность бурильщику сравнивать их .и, воздействуя на органы управления подъемной и тормозной систем установки, поддерживать оптималь- ный режим спускоподъема, для чего необходимо реализовать условие V<

=V „, . При V „„„, V ухудшаются технико-экономические показатели по

СПО, а Режим пРи V4,„ т- Ч ьат недопустим, так как он чреват осложнениями и авариями, в этом режиме указателем 4 формируется звуковой сиг-, нал.

Сигнал с первого выхода блока 9, пропорциональный V подается на второй вход блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 8), на первый вход котороrQ поступает сигнал Ug с выхода датчика 5 веса на крюке. По совокупности входных сигналов блок 7 вычисляет оптимальные положения талевого блока, в которых необходимо производить от-. ключение приводного двигателя и оперативной IIIIIM в конце подъема бурильной колонны на длину свечи, чтобы загруженный талевый блок остановился в положении, обеспечивающем нормальную работу ключа АКБ при развинчивании нижнего замкового соединения поднятой свечи.

Для ведения процесса остановки загруженного талевого блока в оптимальном режиме двигатель и ШПМ буровой лебедки необходимо отключить в сле- дующих положениях. 7 . (1 v+>а.ь 1 й.з.

; ()

СТ

К М С V .ç и -0,35 Ба, (20) ст+ где S — путь, который должен пройти замок колонны от момента отклонения двигателей до входа в зону ключа АКБ, м;

S — то же, для шинно-пневматической муфты lifIIM м; дт — .кратность талевой системы, средний радиус навивки каната на барабан лебедки, м;

V установившаяся скорость подъема загруженного талевого блока, м/с;

26

1388550

I „. — момент инерции привода, т M° . с

1 — то же, для барабанного вала лебедки, т м ° c2

M„ — статический момент нагрузки на валу лебедки, т м;

dj В,, К, С вЂ” коэффициенты, 10 (21) N„= (Q + GT), R т где, — КПД талевой системы.

Момент инерции барабанного вала есть величина постоянная, а момент инерции привода меняется с переходом с одной скорости подъема на другую, т.е. I „ = f (V„), например, для установки "Уралмаш-4Э"; Т в ц = = 0,15 т:.м.с; I „= 2,5; 1,7; 0,60;

0,30; 0,15 т м.c для I, II, III, IV u V скоростей подъема соответственно. Работа блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока основана на реализации зависимостей (19) — (21) .

Сигнал U подается на второй вход первого сумматора 90, на первый вход которого подается сигнал, пропорциональный С, с захватчика 106 веса подвижной части талевой системы. Коэффициенты усиления по входам суммато-. ра 90 подобраны таким образом, что на выходе ее формируется сигнал,пропорциональньй M „ в соответствии с выражением (21), который подается на первый вход второго сумматора 91 и второй вход первого делителя 93, на первый вход последнего подается сигнал с выхода. задатчика 107 конструктивного коэффициента талевой системы, пропорционального К „,=0,37 i /R.

На выходе первого делителя 93 формируется сигнал К „,/М,, который подается на первый вход первого умножителя 95, на второй вход последнего поступает сигнал пропорциональный

V „,„, с выхода третьего умножителя

97, на первый и второй вход которого поступает сигнал V „,„ с первого выхода блока 9 с второго входа блока 50

71., Сигнал Кк, Чл о„ /М, с выхода первого умножителя 95 поступает на первый вход второго.умножителя 96, на второй вход которого поступает сигнал I„, +I с выхода третьего 55 сумматора 92, полученный из сигналов

I „р и 1 g e поступающих на его первый и второй входы с выходов соответственно коммутатора 116 и задатчика

109 момента инерции барабанного вала.

На коммутируемые входы 1, 3, 5, 7 и

9 коммутатора 116 подаются сигналы с задатчиков 110-114 соответственно, пропорциональные моментам инерции привода на I — - V скоростях подъема:

Ip zg Ipp ji Ipp + > Ippfp > Inpv Ha входы управления коммутатора 116 2, 4, 6, 8 и 10 поступают сигналы с выходов селекторов 100-104 амплитудных соответственно, на третьи входы которых подается сигнал U =V „ „„ с второго входа блока 7, а на первый и второй входы каждого селектора подаются сигналы U, и U с выходов делителя 115 напряжения резиетивного, последний запитывается,опорным напряжением Up happ g y поступающим на его вход с выхода формирователя 105 опорного напряжения.

Опорное напряжение пропорционально максимально возможной скорости подъема, т. е. Uonopv = V „, ac =2,0 м/с.

Резисторы делителя 115 R - R -выбиz ч раются таким образом, чтобы напряжения в точках были пропорциональны скоростям подъема на 1 — IV передаче коробки скоростей привода лебедки, как П =Ч,г, Б =Чд, П =Чд, Uiv Ч °

Сигнал U 0 с первого выхода делителя 115 поступает на первый вход первого селектора 100; U с второго

1 выхода на второй вход первого селектора 100 и первый вход второго селектора 101, 11; с третьего выхода на второй вход второго селектора 101 и первый вход третьего селектора 102;

U; с четвертого выхода на второй вход третьего селектора 102 и первый вход четвертого селектора 103

U с пятого выхода на второй вход четвертого селектора 103 и первый вход пятого селектора 104 Uо„,рк с шестого выхода на второй вход пятого селектора 104. Пусть вычисленная оптимальная скорость подъема такова, что V> q <ЧУ о„(Ч „, тогда (U q <Б,» и для третьего селек-. тора 102 выполняе тся условие

U Uz 4 U„ что приводит к установке на его выходе сигнала U «и подключению выхода коммутатора 116 к пятому входу,на выходе коммутатора е

ll16 устанавливается сигнал I « =

= I „Р „° Аналогично работает коммутатор 116 при других значениях Ч„, 28

I388550

На выходе второго умножителя 96 формируется сигнал, пропорциональный S> в соответствии с выражением (19), который подается на второй выход блока 7 и второй инвертирующий вход элемента 98 вычитания.

На второй вход второго сумматора

91 поступает сигнал с задатчика 108 конструктивного коэффициента ШПИ С,, что приводит к появлению на выходе его сигнала, пропорционального величине К Ь +С,, подаваемого на первый вход второго делителя 94, на второй вход которого поступает сигнал

V „,„, с второго входа блока 7; на выходе второго делителя 94 формиру- ется сигнал, пропорциональный вели.чине В = В, Ч„ „, /(К-М„+С,), подаваемый на вход элемента 99 логарифмирования, а сигнал 1п В/ d с выхода последнего — на первый вход элемента 98 вычитания. С выхода элемента 98 вычитания сигнал, пропор! циональный S . по выражению (20), подается на первый выход блока 7.

Сигналы S и S. с выхода блока 7 вычисления оптимального положения талевого блока (фиг. 1) подаются на второй и пятый входы указателя 3 положения талевого блока, на первый вход которого поступает сигнал о фактическом положении талевого блока с выхода датчика 1 положения талевого блока ; все входные сигналы индицируются на указателе 3, что дает возможность бурильщику сравнивать их и, отключая в нужные моменты времени двигатели и lIBI и накладывая ленточный тормоз лебедки, веализо40 вывать оптимальную остановку загруженного талевого блока без затрат времени на подгонку замка колонны в зону ключа АКБ, с минимумом физиологической работы при торможении и минимумом износа ленточного тормоза.

В процессе OIIO и бурения текущая длина бурильной колонны L „ „индицируется на указателе 16 длины колонны (фиг. 10 и 11), на вход которого по- 50 дается сигнал 1.„,„, „, с выхода блока 6 вычисления длины колонны, поступающий на вход преобразователя кода 125, с выхода которого снимается сигнал L „,„(„Iи подается на вход 55 индикатора 126 газоразрядного. Цифровая индикация длины колонны используется бурильщиком не только во время СПС, но и в процессе бурения для определения проходки на долото, длины проработки ствола скважины и пр.

Предлагаемое устройство позволяет производить спускоподъемные операции на буровых установках в оптимальном режиме, при котором спуск и подъем каждой бурильной свечи производится со своей строго определенной, максимально возможной в данной ситуации скоростью, вычисляемой с учетом технических характеристик буровой установки и действующих в данный момент времени технологических ограничений, среди которых важное место принадлежит ограничениям скорости по гидродинамическим условиям, имеющим определяющее влияние на безаварийность проводки скважины, особенно в зонах высокопроницаемых пластов и пластов с АВПД. Устройство позволяет вести процесс остановки загруженного элеватора при подъеме свечи в оптю альном режиме.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство оптимизации спускоподъемных операций в бурении, содер-. жащее датчик положения талевого блока, выход которого соединен с первым входом указателя положения талевого блока, датчик скорости талевого блока, выход которого соединен с первым входом указателя скорости талевого блока, сигнализатор опасных интервалов скважины и задатчик опасных интервалов скважины, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы путем исключения осложнений и аварий при бурении высокопроницаемых пластов и в зоне аномально высокого пластового давления, устройство снабжено блоком вычисления длины колонны, блоком вычисления рациональной скорости спускоподъема, задатчиком перехода на спускоподъем в условиях аномально высокого пластового давления, блоком вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, блоком ограничения скорости по технологическим условиям, блоком вычисления оптимального положения талевогс блока, задатчиком параметров промывочной жидкости, задатчиком конструктивных параметров колонны и скважины, задатчиком допустимого гидродинамичес1388550

25

50

55 ко го давления, указ ателем длины колонны и датчиком веса на крюке, выход которого соединен с первыми входами блока вычисления рациональной скорости спускоподъема, блока вычисления длины колонны и блока вычисления оптимального положения талевого блока, причем выходы датчика положения талевого блока соединены с вторым и третьим входами блока вычисления длины колонны, выход которого подключен к первому входу блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, а. также к входам указателя длины колонны, задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях аномально высокого пластового давления и задатчика опасных интервалов скважины, выход датчика скорости талевого блока соединен с вторым входом блока вычисления рациональной скорости спускоподьема, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока ограничения скорости по технологическим условиям, два выхода блока вычисления допустимой скорости по гидродинами ческим условиям соединены с третьим и четвертым, а первые два выхода задатчика опасных интервалов скважины— с пятым и шестым входами блока ограничения скорости по технологическим условиям первый выход которого соединен с вторым входом указателя скорости талевого блока и вторым входом блока вычисления оптимального положения талевого блока, а второй выход — с третьим входом указателя скорости талевого блока, два выхода которого подключены соответственно к

40 второму и третьему входам указателя положения талевого блока, при этом третий выход задатчика опасных интервалов скважины подключен к первому входу сигнализатора опасных интервалов скважины, выход задатчика перехода на скорость спускоподъема в условиях аномально высокого пластового давления соединен с вторыми входами сигнализатора опасных интервалов скважины и блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям, выходы задатчика параметров промывочной жидкости подключены к третьему, четвертому и шестому, выходы задатчика конструктивных параметров колонны и скважины - к шестому, седьмому, восьмому, девятому и де сятому, а выходы задатчика допустимого гидродинамического давления — к одиннадцатому, двенадцатому, тринадцатому и четырнадцатому входам блока вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления длины колонны содержит селектор амплитудный, два элемента И, реверсивный счетчик, задатчик максимальной грузоподъемности и задатчик веса свечи, причем выход задатчика максимальной грузоподъемности соединен с первым входом селектора амплитудного, выход задатчика веса свечи соединен с вторым входом селектора амплитудного, выход которого подключен к первым входам двух элементов И, выход первого элемента

И соединен с первым, выход второго элемента И вЂ” с вторым, а шина сброс— с третьим входами реверсивного счетчика, при этом третий вход селектора амплитудного является первым выходом блока, второй вход первого элемента

И является вторым входом блока, второй вход второго элемента И является третьим входом блока, а выход реверсивного счетчика является выходом блока.

3 ° Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления рациональной скорости спускоподъема содержит элемент вычитания, сумматор, селектор амплитудный, два инвертора, делитель, три мультиплексора, три компаратора, задатчик максимальной скорости спуска, задатчик подвижной части талевой системы, задатчик веса свечи, задатчик максимальной грузоподъемности, задатчик мощности на крюке и задатчик максимальной скорости подъема, причем выход задатчика максимальной скорости подъема соединен с первыми входами первого компаратора и первого муль1 типлексора, выход которого соединен с первым входом второго мультиплексора, второй вход которого соединен с общей шиной блока, выход задатчика максимальной скорости спуска соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого соединен с,первым входом третьего мультиплексора, второй вход которого соединен с общей шиной блока, выход задатчика ско!

388550

32 рости на крюке подключен к первому входу делителя, выход задатчика подвижной части талевой системы соединен с первым входом сумматора, выход

5 которого соединен с вторым входом делителя, выход делителя соединен с вторыми входами первого мультиплексора и первого компаратора, выход которого подключен к третьему входу первого мультиплексора, выход задатчика веса свечи подключен к первому входу селектора амплитудного, выход задатчика максимальной грузоподъемности соединен с вторым входом селек-15 тора амплитудного, выход которого через второй инвертор соединен с первыми входами второго и третьего компараторов, выход первого инвертора подключен к второму входу третьеro компаратора, выход которого соединен с третьим входом третьего мультиплексора, а выход второго компаратора соединен с третьим входом второго мультиплексора, при этом вто- 25 рые входы элемента вычитания и сумматора, а также третий вход селектора амплитудного являются первым входом блока, вход первого инвертора и второй вход второго компаратора являются вторым входом блока, выход второго мультиплексора является первым выходом блока, а выход третьего мультиплексора является вторым выходом блока.

4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления допустимой скорости по гидродинамическим условиям содержит преобразователь кода, цифроаналоговый

40 преобразователь, сумматор, девять умножителей, три элемента вычитания, четыре делителя, элемент вычисления экспоненты, элемент возведения в степень, элемент логарифмирования, 45 два мультиплексора, компаратор, задатчик низкого уровня напряжения, задатчик доверительного интервала, tf 11 задатчик уровня напряжения 1 и схему вычисления эквивалентной длины, причем преобразователь кода через 50 цифроаналоговый преобразователь соединен с первыми входами третьего умножителя и сумматора, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, выход элемента вычисления 55 экспоненты соединен с вторым входом первого умножителя, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, выход задатчика уровня напряжения "1" соединен с первым вхо— дом первого элемента вычитания, выход первого мультиплексора соединен с первым входом третьего элемента вычитания, выход задатчика доверительного интервала соединен с вторым входом третьего элемента вычитания, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выход второго умножителя соединен с вторым входом первого делителя, выход которого подключен к второму входу первого элемента вычитания, выход первого элемента вычитания через элементы логарифмирования соединен с первым входом второго делителя, выход третьего делителя подключен к первому входу четвертого умножителя и через элемент возведения в степень — к второму входу второго умножителя, выход четвертого умножителя соединен с вторым входом второго делителя, выход третьего умножителя соединен с первым входом пятого умножителя, выход шестого умножителя соединен с первым входом схемы вычисления эквивалентной длины, первый выход которой подключен к второму входу сумматора, выход седьмого умножителя соединен с первым входом третьего делителя и с вторым входом схемы вычисления эквивалентной длины, второй выход которой подключен к второму входу пятого умножителя, выход восьмого умножителя соединен с первым входом второго элемента вычитания и с третьим входом схемы вычисления эквивалентной длины, выход девятого умножителя соединен с вторым входом второго элемента вычитания, выход которого подключен к второму входу третьего делителя, выход второго мультиплексора подключен к первому входу четвертого делителя, выход пятого умножителя соединен с вторым входом четвертого делителя, выход задатчика низкого уровня напряжения соединен с первым входом компаратора, выход которого подключен к первым входам первого и второго мультиплексоров, при этом вход преобразователя кода является первым входом блока, второй вход компаратора является вторым входом блока, второй вход третьего умножителя является третьим входом блока, второй вход четвертого умножителя является четвертым входом

1388550

34 блока, вход элемента вычисления экспоненты является пятым входом блока, два входа восьмого умножителя и четвертый вход схемы вычисления эквивалентной длины являются шестым входом

S блока, два входа седьмого умножителя и пятый вход схемы вычисления эквивалентной длины являются седьмым входом блока, два входа шестого умножителя и шестой вход схемы вычисления эквивалентной длины являются восьмым входом блока, седьмой вход схемы вычисления эквивалентной длины является девятым входом блока, два входа девятого умножителя являются десятым входом блока, второй и третий входы первого мультиплексора являются соответственно одиннадцатым и двенадцатым входами блока, второй и третий входы второго мультиплексора являются, соответственно тринадцатым и четырнадцатым входами блока, выход второго делителя является первым выходом блока, а выход четвертого делителя — вторым выходом блока.

5. Устройство по п. 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что схема вычисления эквивалентной длины содержит четыре элемента вычитания, два делителя и три умножителя, причем выход первого элемента вычитания сое- динен с первым входом первого делителя, выход второго элемента вычитания соединен с вторым входом первого делителя, выход третьего элемента вы- З5 читания подключен к первому входу второго делителя, выход четвертого элемента вычитания соединен с вторым входом второго делителя, выход которого соединен с первым входом

40 первого умножителя, выход первого делителя соединен с двумя входами второго умножителя, выход которого подключен к первому входу третьего умножителя, выход первого умножителя 45 ! соединен с вторым входом третьего умножителя, при этом второй вход первого элемента вычитания является первым входом схемы, первые входы первого и второго элементов вычитания яв- 50 ляются вторым входом схемы, второй вход второго элемента вычитания является третьим входом схемы, второй вход третьего элемента вычитания является четвертым входом схемы, пер- 55 вые входы третьего и четвертого элементов вычитания являются пятым входом схемы, второй вход четвертого элемента вычитания является шестым входом схемы, второй вход первого умножителя является седьмым входом схемы, выход третьего умножителя является первым выходом схемы,а выход второго элемента вычитания является вторым выходом схемы.

6. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок ограничения скорости по технологическим условиям включает элемент ограничения скорости подъема н элемент ограничения скорости спуска, каждый из которых содержит два компаратора и два мультиплексора, причем выход первого компаратора соединен с первым входом первого мультиплексора, выход которого подключен к первым входам второго мультиплексора ивторого. компаратора, выход котороro соединен с вторым входом второго мультиплексора, при этом второй вход второго компаратора и третий вход второго мультиплексора являются первым входом элемента ограничения ско; рости подъема и первым входом блока, первый вход первого компаратора и второй вход первого мультиплексора являются вторым входом . элемента ограничения скорости подъема и третьим входом блока, второй вход первого компаратора и третий вход первого мультиплексора являются третьим входом элемента ограничения скорости подъема и пятым входом блока, выход второго мультиплексора является выходом элемента ограничения скорости подъема и первым выходом блока, первый вход элемента ограничения скорости спуска является вторым входом блока, второй и третий входы элемента ограничения скорости спуска являются, соответственно четвертым и шестым входами блока, а выход элемента ограничения скорости спуска является вторым выходом блока.

7в Устроиство по п ° 1» о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления оптимального положения талевого блока содержит три сумматора, два делителя, три умножителя, элемент вычитания, элемент логарифмирования, пять селекторов амплитудных, формирователь опорного напряжения, задатчик веса подвижной части талевой системы, эадатчик конструктивного коэффициента талевой систе35 ) 38855 мы задатчик конструктивного коЭ эффициента шинно-пневматической муфты, задатчик момента инерции барабанного вала, пять задатчиков момента инерции привода, 5 делитель напряжения и коммутатор, причем выход задатчика веса подвижной части талевой системы соединен с первым входом первого сумматора, выход задатчика конструктивного коэффициента талевой системы соединен с первым входом первого делителя, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход третьего.умножителя соединен с вторым входом первого умножителя, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора и с вторым входом первого делителя, выход задатчика конструктивного коэффициента шинно-пневматической муфты подключен к второму входу второго сумматора, вы- ход которого соединен с первым входом второго делителя, выход второго делителя через элемент логарифмирования подключен к первому входу элемента вычитания, выход формирователя опорного напряжения соединен с входом делителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом первого селектора амплитудного, второй выход — с вторым входом пер36 вого и первым входом второго селектора амплитудного, третий выход — с вторым входом второго и первым входом третьего селектора амплитудного, четвертый выход — с вторым входом третьего и первым входом четвертого селектора амплитудного, пятый выход— с вторым входом четвертого и первым входом пятого селектора амплитудного, шестой выход — с вторым входом пято- . го селектора амплитудного, при этом выходы пяти селекторов амплитудных соответственно соединены с четвертыми входами коммутатора, а выходы пяти задатчиков момента инерции привода подключены соответственно к нечетным входам коммутатора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход задатчика момента инерции барабанного вала подключен к второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго умножителя, выход которого подключен к второму входу элемента вычитания, причем второй вход первого сумматора является первым входом блока, два входа третьего умножителя, второй вход второго делителя и третьи входы пяти селекторов амплитудных являются,вторым входом блока, выход элемента вычитания является первым выходом блока, а выход второго умножителя является вторым выходом блока, l388550! 3ЯЯ 550

1388550

1388550

l388550!

Фиг 12

2,5 ва rzo

Фиг а

Составитель В.Шилов

Редактор М, Товтин Техред A. Кравчущ Корректор Г. Решетник

Заказ 1558/34 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4