Устройство для измерения глубины скважины

 

Изобретение относится к области бурения скважин и позволяет повысить точность измерения их глубины при спуско-подъемных операциях. Устройство содержит датчик 1 положения талевого блока, RS-триггер 2,три элемента И 3,7 и 11, датчик 4 веса на крюке, компаратор 5, блок 6 направления движения бурильного инструмента, счетчики 8 и 12 соотв.импульсов "над забоем" и "забой", индикатор 10 "нуля" и элемент НЕ 9. Для устранения погрешностей измерения при динамических режимах в устройство введен блок 13 установления движения талевого блока. В его состав входит четвертый элемент И 14, два счетчика 16 и 17, датчик 15 временных интервалов и RS - триггер 18. Второй элемент НЕ 20, элементы И-НЕ 21 и ИЛИ 22 входят в состав блока 19 логики. Сигнал наличия движения на выходе блока 13 появляется позже сигнала наличия веса на крюке с компаратора 5. Анализируя эти сигналы, блок 19 логики управляет пропуском сигналов с датчика 1 через элемент И 3 на блок 6. В зависимости от направления движения талевого блока счетчик 8 фиксирует глубину скважины или положение долота над забоем, а счетчик 12 - величину последующего углубления скважины при бурении. 3 ил., 1 табл.

ССЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСОУЬ ЛИК (1Ю а}

44/00 47/04 (51) 4

"- 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИТ-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fO И306РЕТЕНИНМ И (ЛНРЬ1ТИЯМ

flPH fHHT ССОР! (21) 4361325/23-03 . (22) 11 01.88 (46) 07.11 89. Бал. 1." 41 . (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) S.Ä.Äåíèñ, Б.С.Калужный, А.Д.Мартынчук, S.Т.йепочатов и А.И.Яценко (53) 622.24(088.8) (56) АвтоРское свидетельство СССР

М 1204708, кл. Е 21 В 47/04Ä 1982, Авторское свидетельство СССР

„ В 875001, кл. Е 21 В 44/00, 1980. . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ГЛУБИНИ СКВАВЭИ (57) Изобретение относится к области бурения скваве N позволяет повысить точность иМ ерения их глубины при слуско-подммных операциях. Устройство содержит датчик 1 положения та. левого блока, RS-триггер 2, три элементе И 3, 7 и 11, датчик 4 массы на краке, коюевратор 5, блок 6 направления движения бурильного инструмента, 2 счетчики 8. и 12 соответственно импульсов "Над забоем" и "Забой", индикатор 10 нуля и элемент HE 9. Для устранения погреаеостей измерения при динамических режимах в устройство введен блок 13 установления движения талевого блока. В его состав -входит четвертый элемент И 14, два счетчика 16 и 17, датчик 15 временных интервалов и RS-триггер 18. Второй элемент НЕ 20, элементы И-НЕ 21 и ИЛИ 22 входят в состав блока 19 логики. Сигнал наличия движения на выходе блока

13 появляется позже сигнала наличия веса на крюке с компаратора 5. Анализируя эти сигналы, блок 19 логики управляет пропуском сигналов с датчика 1 через элемен1 И 3 на блок 6. В зависимости от направления движения талевого блока счетчик 8 фиксирует глубину скважины или положение, долота над забоем, а счетчик 12 - величи-. ну последуецего углубления скважины при бурении. 3 ил., 1 табл.

1520237

Изобретение относится к бурению

l скважин, в частности к средствам измерения их глубины.

Целью изобретения является повыше5 ние точности измерения глубины скважины при спуско-подъемных операциях за счет ликвидации погрешностей, возникающих при динамических режимах работы подъемной установки. 10

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - времен- ные зависимости, характеризующие режим спуска и подъема свечи инструмента; на фиг.3 - временные диаграммй работы. блока установления движения.

Устройство для измерения глубины скважины (фиг. 1) содержит датчик 1 положения талевого блока, первый

RS-триггер 2, первый элемент И 3, 20 датчик 4 массы на крюке, компаратор

5, блок 6 направления движения бурильного инструмента, второй элемент

И 7, счетчик 8 импульсов "Над забоем", первый элемент НЕ 9, индикатор 25

10 нуля, третий элемент И 11, счетчик 12 импульсов "Забой", блок 13 установления движения талевого блока, состоящий. из четвертого элемента И

14, датчика .15 временных интервалов, счетчиков импульсов 16 и 17 и второго RS-триггера 18, блок 19 логики, состоящий из второго элемента НЕ 20, элемента И-НЕ 21 и элемента ИЛИ 22.

Выход датчика 1 положения талевого блока соединен с первыми входами первого 3 и четвертого 14 элементов

И, а также входом "Установка. нуля" второго. счетчика 17 импульсов. Выход четвертого элемента И 14 подключен к входу первого счетчика 16 импульсов, выход которого соединен с первым входом второго КБ-триггера 18. Выход датчика 15 аременних интервалов соединен с входом второго счетчика 17 4 импульсов, выход которого подключен к второму входу второго RS-триггера

18 и входу "Установка нуля" первого счетчика 16 импульсов. Первый {пря" мой) выход второго RS-триггера 18 непосредственно связан с входом второго элемента НЕ 20 и первым входом элемейта ИЛИ 22., а инверсный выход второго RS-триггера 18 соединен с вторым входом четвертого элемента И

14. Выход второго элемента HE 20 под" 5 ключен к первому входу элемента.И-НЕ

21. Выход датчика 4 массы на крюке соединен с входом компаратора 5, выход которого подключен к вторым входам элементов И-HE 21 и ИЛИ 22, а выходы этих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами первого RS-триггера 2. Выход первого

RS-триггера 2 подключен к второму входу первого элемента И 3, а выход этого элемента соединен с входом блока 6 направления движения бурильного инструмента. Первый выход блока 6 направления движения бурильного инструмента подключен к первым входам второго 7 и третьего 11 элементов И, а второй выход этого блока соединен с первым входом счетчика 8 импульсов

"Над забоем", выход которого через индикатор 10 нуля подключен к входу первого элемента НЕ 9 и второму входу третьего элемента И 11. Выход первого элемента НЕ 9 соединен с вторым входом второго элемента 7, выход которего подключен к второму входу счетчика 8 импульсов "Над забоем", а выход третьего элемента И 11 соединен с входом счетчика 12 импульсов

".Забой".

Устройство работает следующим об" разом.

При спуске или подъеме инструмента управляющим сигналом,,разрешающим прохождение импульсов на входы счетчиков импульсоа "Забой" 12 и "Над забоем" 8 от датчика 1 положения талеаого блока, появляется выходной сигнал первого RS-триггера 2, открывающий первый элемент И 3. На входы первого RS-триггера 2 поступают управляющие сигналы с блока 19 логики, на который через компаратор 5 поступают основной сигнал управления с датчика 4 массы -на крюке и блокирующий сигнал с выхода;второго КВ"триггера 18 блока 13 установления движения талевого блока .

Первый RS-триггер 2 устанавливается а состояние логической единицы только при условии наличия сигнала на выходе датчика 4 массы на крюке, превышающего значение установки ком0 паратора 5, и отсутствии сигнала на прямом выходе второго RS-триггера 18, которые воздействуют на входы элементов И-КЕ 21 и ИЛИ 22.

Выключение первого RS-триггера 2

5 происходит элементом И-HE 21 при отсутствии управляющих сигналов датчика 4 массы на крюке и блока 13 установления движения телевого блока.

»»»»»»»»

» Юф ЮВ»» Ю

Логическое состояние на выходах элементов

»» »»»Ю »»»»»»»

Компаратор 5 Второй RS- Элемент Элеиент Первый триг(вес) триггер 18 И-НЕ 21 ИЛИ 22 гер 2 (движение)

» Ф » » »

Предыдущее состояние

Предыдущее состояние

0.1

»»»

Рассмотрии действие блока 13 установления движения и блока 19 логики

1 при подъеме из скважины очередной свечи.

5 1520237 6

Блокирующий сигнал блока 13 уста- блок пройдет расстояние dh, эадавае" новления движения обеспечивает ликви- мое коэффициентом пересчета первого дацию погрешностей измерения длины счетчика 16, и исчезает, если вреия бурильного инструмента, обусловлен ы прохождения талевым блоком расстояизменениями натяжения талевого кана- 5 ния, равного одной дискрете d 1 датпри торможениях и ускорениях подь» чика 1 положения талевого блока, пре" емной установки ° .вышает значение dt. Это расстояние

"Ринцип Формирования этого сигна- связано с временем соотношением (в ла заключается в следующем. пределах дискреты можно предположитьФ

В начальный момент перемещения что ускорение (замедление) остаются талевого блока (например, при подъе- неизменными) ме инструмента с ротора) импульсы от at g дЪ V tv+ датчика 1 положения через открытый о 9 — 2 четвертый элемент И 14 поступают в 15 где V - скорость движения талевого первый счетчик 16 с заданным коэффи- блока в начале дискреты; циентом пересчета, выходной сигнал а - ускорение (замедление) талекоторого устанавливает второй RS- вого блока, триггер 18 в состояние логической — время прохождения расстояния, 9 единицы, что соответствует возникно- 20 равного одной дискрете. вению сигнала нагичия движения тале- Энак "+" относится к ускоренному, а вого блока. Задержка на включение знак "-" к замедленному движению. второго RS-триггера 18 по перемеще- Сигнал наличия движения существует нию dh, опредеЛяемая коэффициентом до тех пор, пока t ddt. пересчета первого счетчика 16, необ- 25 Как следует из (I), блок 13 устаходима для приоритетного включения новления движения талевого блока учипервого RS-триггера 2 в состояние логи- тывает не только скорость движения, ческой единицы от сигнала датчика 4 но и ускорение подъемной системы бумассы на крюке, Сброс второго RS- розой установки при выполнении ею остриггера 18 осуществляется временнои Эр новных и вспомогательных операций. паузой дй, устанавливаемой коэффици- Это необходимо вследствие реализации ентом пересчета второго счетчика 17 сложных законов движения подъемной и частотой импульсов с датчика 15 системы при посадке бурильного инвременных интервалов. Длительность струмента на ротор и остановке его в этой паузы устанавливается экспери- верхнем положении в конце подъема ментальным путем в зависимости от ве- очередной свечи. Эти движения реали35 личины дискреты датчика 1 положения зуются бурильщиком вручную и не подталевого блока. чиняются детериинированным зависимосТаким образом, сигнал, устанавли- тяи. вакиций движение талевого блока (вы- О В таблице представлена логика форходной сигнал второго RS-триггера 18), иирования выходного сигнала первого, возникает в случае, если талевый - RS-триггера 2.

1520237

После захвата элеватора начинается движение талевого блока вверх.. Первый

RS-триггер 2 находится в нулевом сос«, тоянии. Сигнал наличия движения по- . явится на выходе второго RS-триггера

18 при условии, если первый счетчик

16 накопит заданное коэффициентом пересчета число импульсов перемещения талевого блока, а второй счетчик

17 не успеет накопить заданное его коэффициентом пересчета количество импульсов, генерируемых датчиком 15 временных интервалов, что соответствует t (at. t5

Выбранный коэффициент пересчета первого счетчика 16 обеспечивает натяжение талевого каната и тем самым появление сигнала "Вес на крюке" до появления сигнала наличия движения.

Поэтому в соответствии с третьей строкой таблицы в момент появления сигнала на выходе компаратора 5 первый КВ-триггер 2 перейдет в состояние логической единицы и разрешит 25 передачу импульсов перемещения на блок 6 направления движения. После появления сигнала "Движение", как следует из четвертой и второй строки таблицы, первый RS-триггер 2 не изменит своего состояния независимо от величины веса на крюке, который может изменяться вследствие запираний колонны о стенки скважины или торможений буровой лебедки.

В конце подъема бурильной колонны на высоту одной свечи с помощью шинопневматической муфты отключается при-. вод лебедки и колонна останавливается в результате свободного выбега. Вес 40 на крюке может уменьшиться ниже уставки компаратора 5, однако первый

RS-триггер 2 при наличии сигнала

"Движение" в соответствии с второй строкой таблицы удерживается в пре- 45 дыдущем состоянии, а импульсы датчика 1 расположения талевого блока при движении колонны в режиме свободного выбега учитываются. В конце выбега сигнал "Движение" исчезнет (второй

RS-триггер 18 перейдет в состояние логического нуля) вследствие того, что t> ) Dt. Бурильщик накладывает тормоз и вследствие появления сигнала веса на крюке в "оответствии с третьей строкой таблицы первый RSтриггер 2 останется в состоянии логической единицы, а первый элемент

И 3 продолжает оставаться открытым

Ф < до тех пор, пока после опускания бурильной колонны и посадки ее на элеватор или на клинья исчезнут сигналы "Вес на крюке" и "Движение", а первый RS-триггер 2 перейдет в состояние логического нуля. Это состояние сохраняется на протяжении всего времени движения пустого крюка вниз до момента начала подъема следующей свечи независимо от величины натяжения талевого каната.

При наличии разрешающего сигнала на выходе первого RS-триггера 2 импульсы перемещения талевого блока от датчика 1 через первый элемент И 3 поступают на вход блока 6 управления движения, где распределяются на две выходные последовательности, соответствующие движению инструмента вверх и вниз. Реверсивный счетчик 8 импуль" сов "Над забоем" следит за подъемом или спуском долота в скважину. При достижении инструмента забоя показа" ния счетчика 8 соответствуют нулю и индикатор 10 нуля переходит в состояние логической единицы. В результате этого через открытый третий элемент

И l1 импульсы с выхода блока 6 "Вниз" поступают на вход счетчика 12 "Забой".

При отрыве долота от забоя или подъеме инструмента импульсы с выхода блока 6 "Вверх" постугают на первый вход

"Суммирование" счетчика 8, который указывает на положение инструмента над забоем, и индикатор l0 нуля переходит в состояние, противоположное предыдущему. При этом закрывается третий элемент И 11 и через первый элемент HE 9 открывается второй элемент И 7, который подключает выходную шику "Вниз" на вход "Вычитание" реверсивного счетчика 8 импульсов "Над забоем". Импульсы, появляющиеся на этой шине при движении инструмента вниз, учитываются счетчиком 8 импуль" сов "Над забоем" до момента касания долотом забоя.

Оценку эффективности устройства можно произвести путем анализа временных зависимостей,.характеризующих спуск и подъем свечи инструмента, представленных на фиг.2, где ц - выходное напряжение датчика массы на крюке Ug„, d - количество дискрет перемещения талевого блока ФН; Ьскорости перемещения талевого бЛока

0 „; выходное напряжение управляющего сигнала, разрешающего счет дискрет, 9 1520237 1О перемещения талевого блока измерения щего сигнала (t< —, t — t > и длины инструмента, в известных уст- t — t ) возникновение погрешносройствах U (1, U (g) и в тей в иэмерениях, которые отсутствупредлагаемом U (e), ют в предлагаемом устройстве (фиг,24, I

На участке I Регистрограммы, соот- Устройство обеспечивает повышение ветствующем началу подъема свечи ин» точности измерения длины инструмента струмента, в момент времени t одно- и положения долота в скважине, что временно возникают управляющие сиг- особенно важно при бурении наклонно

t-13. с2) са3

U „„, при достижении 10 направленных и глубоких скважин, s сигналом датчика массы на крюке зна- которых возникают дополнительные почения вставки компаратора 5 (предпо- грешности измерения веса от усилий лагаем, что уставки одинаковы во всех р ни ° устройствах). Устройство является основным устВ предлагаемом устфойстве это ус- 15 ройством механического .каротажа и моловие требует задержки появления жет получить применение на буровых сигнала движения инструмента на вели- установках при использовании его ав" чину dh, большую перемещения талево- тономно в системах диспетчерского го блока до момента t контроля и АСУ ТП.

В конце подъема свечи (участок II) 20 в интервале времени t 4 — t > выходной Ф о Р м У л а и з о б Р е т е н и я сигнал датчика 4 массы инструмента может стать меньше уставки компарато- Устройство для измерения глубины ра из-за инерции и изменения направ- СКВажИНЫ, СОЛЕРжаЩЕЕ ЛатЧИК ПОЛОЖЕления движения инструмента (посадка 2 ния талевого блока, выход которого на ротор). Это приводит к срабатыва- соеДинен с пеРвым входом пеРвого элению компаратора 5, пропуску импульсов мента И, пеРвый КБ-тРиггеР, выход подачи (фиг.20 ь) и тем самым возник- котоРого подключен к втоРомУ входу новению погрешности измерений. первого элемента И, датчик массы на

Блокировка сигнала веса по задан- кРюке, выхоД котоРого соеДинен с вхо" ной скорости является неэффективной дом компаратора, выход пеРвого эле" потому, что скорость движения инстру- мента И подключен к входу блока нап" мента Ч „ =" 0 (фиг.2е). равления движения бурильного инструПри замедленном и ускоренном дви- мента, первый выход которого соединен жении инструмента пройденный путь, с первйми входами второго и третьего равный дискрете gh, определяется 3> элементов И, а втоРой выход - с пеРвыражением (1), из которого следует, вым входом счетчика импульсов "Над что время между импульсами датчи- забоем", выход второго элемента И ка положения зависит от скорости и соединен с вторым входом счетчика имускорения движения инструмента. По- пульсов "Над забоЕм, выход которого этому в предлагаемом устройстве сиг" чеРез инДикатОР нУлЯ поДключен к вхонал веса инструмента дублируется или ДУ первого элемента НЕ и втоРомУ вхоблокируется сигналом движения тале-., ду третьего элемента И, при этом вывого блока, для формирования которо- ход первого элемента НЕ соединен с го используют метод контроля длитель- вторым входом второго элемента И, а ности временной паузы tg между им- выход третьего элемента И - с входом

45 пульсами перемещения талевого блока. счетчика импульсов "Забой", о т л иВеяичина t< определяется расчетным ч а ю щ е е с R тем, что, с целью и уточняется экспериментальным путем повышения точности измерения при спудля конкретного типа буровой установ- ско-подъемных операциях, устройство ки,(200 ИС и 50 ИС).

50 снабжено четвертым элементом И, датB других режимах работы подъемной чиком временных интеРвалов, ДвумЯ установки: конечной стадии спуска та- . счетчиками импульсов, вторыми Rsлевого блока с элеватором - участок триггером и элементом НЕ, элементом

III и начальной стадии спуска свечи "-НЕ и элементом ИЛИ, при этом выход ийструмента в скважину (отрыв от ро- четвеРтого элемента И соединен с вхотора,и начало опускания) - участок IV дом nepsoro счетчика, выход которого возникают аналогичные ситуации лож- подключеи к первому входу второго ного выключения основного управляю- RS-триггера, выход датчика временных

1 52023 интервалов соединен. с входом второго счетчика, выход которого подключен к входу "Установка нуля" первого счетчика и второму входу второго RSтриггера, выход датчика положения талевого блока соединен с первым входом четвертого элемента И и с входом

"Установка нуля" второго счетчика, прямой выход второго К8-триггера сое- )0

7 l2 динен с первым входом элемента ИЛИ и через второй элемент HE с первым входом элемента И-НЕ, а инверсныйс вторым входом четвертого элемента

И, причем выход компаратора соединен с вторыми входами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого RS-триггера.