Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения

 

Использование: измерение истинной глубины забоя при бурении. Сущность изобретения: с датчика (1) оборотов лебедки импульсы, частота которых пропорциональна скорости движения крюка, поступают на вход блока (5) логики, где распознается направление движения крюка с колонной. С учетом этого производится счет в реверсивном счетчике (33) Над забоем или в счетчике (34) Глубина забоя. Четыре блокировочных схемы VT (15,16,17, IS,), к входам каждой из которых подключены определенные наборы параметров, позволяют точно определить моменты остановки и начала движения колонны. В зависимости от этого RS-триггер (22) переводится в одно из двух устойчивых состояний: Счет или Запрет счета. Когда RS-триггер (22) находится в положении Счет, счетные импульсы через ключ (24) поступают в блок (35) коррекции, где производится счет слоев каната. Исходя из номера слоя, определяется длина одного витка, которая выражается частотой дробных импульсов и поступает в блок (32) счетчиков . 2 ил. & Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (я)5 Е 21 В 47/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4924206/03: (22) 02.04.91 (46) 23.04.93. Бюл, ¹ 15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институ нефтепромысловой геофизики (72) В.И.Дудников, В,Ш.Дубинский, М.Г.Лугуманов и М.М.Янбарисов (56) Авторское свидетельство СССР № 785470, кл. Е 21 В 47/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1615350; кл. Е 21 В 47/04, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Использование : измерение истинной глубины забоя при бурении, Сущность изобретения: с датчика (1) оборотов лебедки импульсы, частота которых пропорциональна скорости движения крюка, поступают на

Ы2 1810519 А1 вход блока (5) логики, где распознается направление движения крюка с колонной. С учетом этого производится счет в реверсивном счетчике (33) "Над забоем" или в счетчике (34) "Глубина забоя", Четыре блокировочных схемы И: (15, 16, 17; 18,), к входам каждой из которых подключены определенные наборы параметров, позволяют точно определить моменты остановки и начала движения колонны. В зависим0сти от этого

RS-триггер (22) переводится в одно из двух устойчивых состояний: "Счет" или "Запрет счета". Когда RS-триггер (22) находится в положении "Счет", счетные импульсы через ключ (24) поступают в.блок (35) коррекции, где производится счет слоев каната. Исходя: Я из номера слоя, определяется длина одного витка, которая выражается частотой дробных импульсов и поступает в блок (32) счетчиков. 2 ил.

1810519

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к технике измерения истинной глубины бурящихся скважин, Llenb изобретения — повышение точно- 5 сти измерения истинной глубины скважины.

Существенное отличие данного устройства от прототипа заключается в том, что за счет введения в устройство RS-триггера, дополнительных элементов ИЛИ и И. а также использования нового, оптимального алгоритма распознавания технологических ситуаций при бурении, оно позволяет выявить любое движение колонны и разрешает счет глубины блоку счетчиков, В прототипе рассматриваются три независимых случая, в каждом из которых возможно движение колонны и, соответственно, блок логики разрешает счет. Каждо- 20 му из этих случаев соответствует наличие определенного набора признаков. При отсутствии любого из этих признаков во всех трех случаях счетдлины колонны прекращается, Таким образом, любое мгновенное ис- 25 чезновение одного из блокировочных признаков приводит к блокировке счета и, в свою очередь счет мгновенно появляется как только появляется данный признак, Впредлагаемом устройстве,,в отличии 30 от прототипа, алгоритм распознавания ситуаций в блоке логики построен таким образом, что начало движения колонны распознается по набору признаков, при вы- . полнении которых RS-триггер устанавлива- 35 ется в одно из устойчивых положений, соответствующее разрешению счета, независимо от последующего выполнения или невыполнения тех признаков, которые разрешили счет. Остановка движения колонны 40 распознается по набору других признаков при выполнении которых RS-триггер перебрасывается в другое устойчивое положение, соответствующее запрету счета, Таким образом, изменение положения переключа- 45 ющего триггера возможно только при выполнении определенного набора признаков и любое последующее кратковременное исчезновение одного или нескольких признаков не приводит к изменению положения 50 блокирующего триггера. В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, все случаи остановки колонны распознаются по выполнению целого набора признаков, à не

55 по исчезновению одного из признаков, что многократно снижает вероятность ошибочного счета длины колонны.

Таким образом, достигается цель изобретения, значительно повышается точность измерения перемещения инструмента и глубины скважины в процессе бурения.

На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2— функциональная схема блока коррекции.

Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения содержит датчик 1 оборотов лебедки, датчик 2 давления, датчик 3 положения клиньев, датчик 4 веса на крюке, блок логики 5, состоящий из первого узла 6 ручного ввода информации, распределителя 7 импульсов, триггера 8 управления реверсом, второго узла 9 ручного ввода информации, первый элемент 10 сравнения, второй элемент 11 сравнения, третий элемент 12 сравнения, третьего узла

13 ручного ввода информации, триггера 14, первой, второй, третьей и четвертой схем И

15, 16, 17, 18„первого, второго и третьего элементов ИЛИ 19, 20, 21, RS-триггера 22, блока 23 задержки, ключа 24, первого и второго элементов совпадения 25, 26, дешифратора нуля 27, амплитудного детектора 28, формирователя импульсов 29, умножителя

30, четвертого узла 31 ручного ввода информации, блок счетчиков 32, состоящий из реверсивного счетчика 33 "Над забоем" и счетчика 34 "Глубина забоя", блок коррекции 35. Функциональные узлы соединены следующим образом. датчик 1 оборотов лебедки через первый узел 6 ручного ввода информации соединен со входом распределителя 7 импульсов, выходы которого одновременно соединены с установочными входами триггера 8 управления реверсом И обеими входами первого элемента ИЛИ 19, выход последнего через блок 23 задержки соединен с первым входом ключа 24 и первым выходом блока 5 логики, датчик 4 веса на крюке соединен со входом амплитудного детектора 28 и с первыми входами первого

10 и второго 11 элементов сравнения, ко второму входу первого элемента 10 сравнения подключен выход второго узла 9 ручного ввода информации, а выход соединен с первым входом четвертого элемента И 18, выход второго .элемента 11 сравнения соединен одновременно с четвертым входом первого элемента И 15, первым входом второго элемента И 16, и пятым входом третьего элемента И 17, первый и второй выходы датчика 3 положения клиньев соединены с установочными входами триггера 14, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента И 17, К первому и второму входам третьего элемента 12 сравнения соответственно подключены выходы датчика 2 давления и третьего узла 13 ручного ввода информации, а выход третьего эле1810519 мента 12 сравнения одновременно соединен со вторыми входами первого 15, второ. го 16, третьего 17 и четвертого 18 элементов

И, первый выход триггера 8 управлений реверсом подключен к третьему выходу блока

5 логики, а также к первому входу первого элемента И 15, а второй выход — к четвертому выходу блока 5 логики и первому входу третьего элемента И. 17, выхода первого 15 и второго 16 элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента

ИЛИ 20, а выходы третьего 17 и четвертого

18 элементов И с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ 21, выходы второго

20 и третьего 21 элементов ИЛИ подключены соответственно к первому и второму входам RS-триггера 22, выход которого одновременно соединен со вторым входом амплитудного детектора 28, входами формирователя 29 импульсов, третьими входами первого 15, второго 16 и четвертого 18 элементов И, четвертым входом третьего элемента. И 17, а также со вторым входом ключа 24, выход которого подсоединен ко второму выходу блока 5 логики, Выходы амплитудного детектора 28 и четвертого узла

31 ручного ввода информации подключейы к первому и второму входам умножителя 30, управляющий вход которого соединен с выходЬм формирователя 29 импульсов, а вы ход- со вторым входом второго элемента 11 сравнения.

Второй выход триггера 8 уйравления реверсом соединен также с первыми входами первого 25 и второго 26 элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу дещифратора 27 нуля, вход которого

Соединен с выходом реверсивного счетчика

33 "Над забоем", а выходы первого и второ-.

io элементов 25, 26 совпадения подключены соответственно к управляющим входам счетчиков "Над забоем" ЗЗ; и Глубина забоя" 34, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 5 логики соответственно соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 35 коррекции, выход которого подключен к первым входам счет. чиков ".Над забоем" 33 и "Глубина забоя"

34, Блок коррекции 35 состоит из реверсивного счетчика 36 витков, генератора 37 импульсов, панели 38 набора кода, ключа 39

: триггера, формирователя 40 импульсов, элемента ИЛИ 41, шифратора 42, элемента И

43, шифратора 44, счетчика 45 импульсов, панели 46 набора кода, реверсивного счетчика 47 импульсов и формирователя

48 импульсов, причем счетный и два управляющих входа реверсивного счетчика 36 витков каната являются соответствено первым, третьим и четвертым входами блока 35 коррекции, а выход счетчика 36 через первую панель 38 набора кода подключен к входу первого шифратора 42, все пять выхо5 дов которого соединены с первыми входами элементов И 43, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ 41, а выход последнего соединен с первым входом ключа— тригтера 39, к второму и третьему входам

10 которого подключены соответственно выходы генератора 37 и формирователя 40 импульсов, а выход ключа — .триггера 39 подключен к входам счетчика 45 и реверсивного счетчика 47 импульсов, управляющие

15 входы последнего соединены с третьим, четвертым входами блока 35 коррекции, а вы- ход реверсивного счетчика 47 импульсов подключен к входу формирователя 48, выход которого является выходом блока 35

20 коррекции, вторым входом блока 35 коррекции является вход формирователя 40 иМ- пульсов, а выход формирователя 40 подключен одновременно к входам счетчика 45 импульсов и формирователя 48, выход

25 счетчика 45 импульсов через вторую панель

46 набора кода соединен со входом второго шифратора.44, выходы которого подключе-""Р!: ны к вторым входам элементов И 43.

Устройство работает следующим абра-, д,.

30 зом:

Во время операции:"Бурение" сигналы с дагчика 1 оборотов лебедки в виде последовательности импульсов постуйают в блок

5 логики через узел 6 ручного ввода йнфор35 мации на распределитель 7 импульсов, который расйределяет импульсы датчика 1 оборотов лебедки по каналам в зависимости от направления его вращения

Импульсы,, поступающие с распредели40 теля 7 импульсов на первый элемент ИЛИ

19, преобразуются в счетные импульсы, а импульсы, поступающие на триггер 8 — в сигналы, с помощью которых производится управление реверсом счетчиков устройства, 45 При движении колонны вверх уровень логи. ческой "1" появляется на первом выходе-: " триггера 8, а если колонна движется вниз— на втором выходе

Счетные импульсы проходят через пер50 вый элемент ИЛИ 19, блок 23 задержкй, поступают на ключ 24 и на третий счетный ., вход блока 35 коррекции. Ключ 24 пропускает импульсы при наличии разрешения c RSтриггера 22, который может находиться в 2-х состояниях: "Счета или "Запрета счета".

В предлагаемом устройстве весь технологический цикл бурения разделен на четыре логических ситуаций, которые йолностью характеризуют моменты остановки колонны и начала движения. Первая и вторая логиче1810519 ские ситуации с присущими им комбинациями признаков характеризуют начало движения колонны, а третья и четвертая— остановку колонны, Первая ситуация охватывает начало движения неподвижной колонны при подьеме ее с крюком вверх одновременным снятием с клиньев, если колонна была зажата клиновыми захватами. К этой же ситуации относится также йачало спуска колонны после полного подъема. Данная логическая ситуация характеризуется следующим набором условий: — колонна была неподвижна, т.е, блокирующий RS-триггер 22 находился в положении "Запрет счета"; — триггер 8 реверса указывает направление движения вверх; — давление в нагнетательной линии P меньше порогового уровня Ро, т.е. Р<Р; . — вес на крюке W

Одновременное выполнение всех 4-х условий переводит через первый элемент И

15; второй элемент ИЛИ 20 RS-триггер 22 в положение "Счет" и любое последующее исчезновение одного или нескольких условий уже на его положение не влияет, Ключ 24 открывается, разрешая тем самым счет.

Вторая логическая ситуация характери зует начало углубления забоя при бурении, Этой ситуации соответствует следующая комбинация условий: — колонна была неподвижна; т.е. RSтриггер 22 находился в положении "Запрет счета"; — давление промыв. очной жидкости больше порогового уровня P>Po, — вес на крюке больше плавающего порогбвого уровня В/кр>М/дл.

При одновременном выполнении этих трех условий RS-триггер 22 перебрасйвается в положение "Счет".

Прекращение счета при полных остановках колонны и холостых пробегах крюка возможно при выполнении третьей или четвертой комбинаций признаков (условий).

Третья комбинация условий соответст вует посадке колонны на клинья, при котором движение колонны невозможно.

Данной логической ситуации характерны следующие признаки: — RS-триггер 22 находился в положении

: "Счет"; . - давление в нагнетательной линии меньше порогового уровня, Р<Р„; — триггер 8 реверса указывает направление движения колонны вниз, — клинья находятся в положении "Зажаты"; — вес на крюке меньше плавающего порогового значения, Wxp W».

Четвертая логическая ситуация охватывает случаи холостого пробега крюка при

5 полностью поднятой колонне и характеризуется следующим набором условий: — RS-триггер 22 находился в положении

"Счет"; — давление в нагнетательной линии от10 сутствует Р«РО, — вес на крюке меньше минимального порогового уровня М4, т.е. \Икр<В/о.

При выполнении третьей или четвертой логических ситуаций на выходах третьего 17

15 или четвертого 18 элементов И соответст. венно появляется уровень логической "1",,которая через третий элемент ИЛИ 21 переводит RS-триггер 22 в положение "Запрет счета", В последующем счет может возобно20 виться только при выполнении первой или ,второй логических ситуаций, Минимальное пороговое значение веса на крюке Ф4 выбирается равным суммарно. му весу талевой системы и крюка, Плаваю25 щее пороговое значение выбирается, исходя из следующего равенства .

Wnn.=. K /макс., 30 где В/мак . — наибольшее значение веса на крюке в текущем цикле счета, К вЂ” коэффициент выбирается в пределах

0,2-0,6, Использование в качестве порогового

35 значения веса на крюке плавающей величины W». позволяет избежать ошибок и провести более точный промер длины колонны при спуска-подъемных операциях, Вычисление плавающего порогового

40 значения W», производится в умножителе

30 следующим образом. В процессе счета текущее значение веса на крюке поступает на вход амплитудного детектора 28, который фиксирует его максимальное значение.

45 В момент прекращения счета полученное максимальное значение веса Имакс. запоминается и это значение поступает на первый вход умножителя 30, А на второй вход умножителя 30 подается значение коэффициента

50 К, которое устанавливается на четвертом уз. ле 31 ручного ввода информации в пределах

0,2-0,6 в зависимости от длины колонны. С выхода умножителя 30 вычисленное пороговое значение М/», поступает на второй вход

55 второго элемента 11 сравнения..

При получении с выхода RS-триггера 22 сигнала "Счет" в виде уровня логической "1" ключ 24 открывается и счетные импульсы поступают на третий, счетный вход блока

1810519

15 счетчиков 45 и 47, 20

Накопление дробных импульсов гене-

30 импульсов с генератора 37 на входы счетчи- 35 ков 45 и 47, С приходом каждого счетного коррекции 35 счетчик 36 производит непрерывный счет витков каната на барабане буровой лебедки. С этого счетчика поступают сигналы через первую панель 38 на первый шифратор 42, последний имеет пять выходов (по максимальному числу слоев каната на барабане буровой лебедки}. В зависимости от номера слоя витков каната на соответствующем выходе шифратора 42 появляется сигнал, который поступает на вход соответствующего элемента И 43.

Пройдя ключ 24, счетные импульсы поступают на формирователь 40 импульсов блока 35 коррекции. Передние фронты сформированных импульсов производят набор счетчика 45 и через формирователь 48 импульсов считываются счетчиком 34, а задние фронты подключают выход генератора

37 через ключ-триггер 39 на счетные входы ратора 37 на указанных счетчиках происходит до определенного числа n1 — п5, соответствующего номеру слоя витков каната на барабане лебедки. В момент, когда число импульсов на счетчике 45 соответствует номеру слоя, на соответствующем выходе шифратора 44 тоже появляется сигнал.

При совпадении сигналов шифраторов

42 и 44 с соответствующего элемента И 43 и через элемент ИЛИ 41 на ключ-триггер 39 поступает разрешение на переключение.

Ключ-триггер 39 прерывает подачу дробных импульса происходит сброс счетчика 45 с последующим запуском счетчиков 45 и 47.

Таким образом, на счетчике 47 происходит накопление дробных импульсов генератора 37 до величины целого с последующим суммированием его в блоке 32 счетчиков через формирователь импульсов 48. Этот импульс является корректирующим.

Суммирование счетных импульсов счетчиком 34 возможно только при наличии разрешения, которое поступает с элемента

ИЛИ 27 при совпадении сигналов с триггера

8 управления реверсом и с дешифратора 26 нуля. Дешифратор 26 нуля выдает сигнал при наличии контакта бурового инструмента с забоем (счетчик 33 показывает "ОООО" ).

При движении инструмента вверх управляющий сигнал триггера 8 управления реверсом переключает счетчик 33 на суммирование, а показания счетчика 34 "Глубина забоя" при этом не, изменяется.

При движении инструмента вниз совпадение произойдет на элементе 25, а счетчик

33 переключится на вычитание, 45

Таким образом блок 32 счетчиков управляется блоком 5 логики таким образом, что при наличии контакта, бурового инструмента с забоем счетные импульсы считываются счетчиком 34 "Глубина забоя", а при отсутствии контакта реверсным счетчиком 33

"Над забоем", Узел 6 ручного ввода информации предназначен для первичной установки счетчиков 33, 34 и 36. Панели 38 и 46 служат для внесения поправок при использовании различных типов лебедок и при изменении диаметра каната талевой системы, Снабжение устройства дополнительными элементами ИЛИ и И, RS-триггером, за счет введения которых в устройстве реализован новый алгоритм распознавания технологических ситуаций при бурении, позволяет выявить любое движение колонны и полностью блокирует счет при холостых пробегах крюка, Экономическая эффективность от использования данного изобретения определяется повышением точности измерения глубины инструмента по сравнению с прототипом, Повышение точности измерения текущей глубины забоя значительно повышает эффективность геолого-технологических исследований в процессе бурения, позволяет точно привязать результаты анализа шлама и керна или технологических .. аномалий к истинной глубине, Формула изобретения

Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения, содержащее датчик оборотов лебедки, датчик веса на крюке, датчик положения клиньев, блок логики, включающий первый и второй узлы ручного ввода информации, распределитель импульсов, триггер управления реверсом, первый и второй элементы сравнения, триггер, первый, второй и третий элементы

И, первый и второй элементы ИЛИ, блок задержки, ключ, первый и второй элементы совпадения, дешифратор нуля, блок счетчиков, включающий реверсивный счетчик

"Над забоем" и счетчик Глубина забоя", блок корреляции, при этом датчик оборотов лебедки через.первый узел ручного ввода информации соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого подклеен к первому входу триггера управления реверсом и первому входу первого элемента ИЛИ, второй выход соединен с вторым входом триггера управления реверсом и вторым входом первого элемента

ИЛИ, выход которого через блок задержки подключен к первому выходу блока логики и первому входу ключа, выход которого соеди- нен с вторым выходом блока логики, первый

11 1810519. выход триггера управления реверсом сое- детектором, формирователем импульсов, динен с третьим выходом блока логики и умножителем, причем датчик давления.соепервым входом первого элемента И, второй .динен с первым входом третьего элемента выход подключен к четвертому выходу бло- сРавненйя, к второму входу которой подка логики, а также йервым входом йервого и 5 ключен выход третьего узла py4Horo ввода . второго элементов-совпадения, вторые Bxo-, информации, а выход третьего элемента ды которых соединены .оответственно с сравнения соединен одновременно с вторы первым и вторым выходами дешифратора. ми входами первого, второго, третьего и четйуля ; вход которЬго подключен к вхофу вертого элементов И, выходдатчика веса нэ блока логики, а выходы первого и второго 10 крюке подключен одновременно.k первому элементов совпаденйя соединены соответ-..: входу амплитудного детектора и первому

- - ственно с пятым и шестым выходами блока входу второго элемента. сравнения, выход логики, датчик веса на крюке соедйнен с которого соединен одновремейно с четверпервый входом первого элемента сравне-, ты@ входом первого .элемента И, первым ния, к второму входу. которого подключен 15 входом:второго элемента И, пятым входом выход второго узла ручного: ввода-информа- . третьего элемента И, выход первого элемен-:

: ции; первый и второй выходы датчика поло- та сравнения подключен к первому входу жения клинЬев соедийены q установочными четвертого элемента И, второй выход тригвходами триггера,"вы1ход которого подклю- гера управления реверсом соединен с перчен к третьему входу третьего элемента И, 20 вым "входом третьего элемента И, выход выходы первого и второго элементов И под- . третьего и четвертого элементов И с0едИнв ключены" к."первому и второму"входами вто- ны с первым и вторым входами гретьего poA схемы ИЛИ, а первый,: второй, третйй и элемента.ИЛИ, вйхода второго и третьего четвертый выходы блока логики соответст- элементов ИЛИ подключены-соответствен . венно соединены с hepBblM, вторйм; трость- 25 Но к йераому и второму входам RS-триггера, им и Четвертым входами блока коррекции, выход которого одйовременно соединен с выход которого подключен к первым аходам Входа . реверсивного счетчика "Над забоем" и . Глу- вателя импульсов, третьими входами перво бийа забоя", вторйе входы последних соот- гб, второго и четвертого элементов И, ветственно соединены с пятым и шестым 30 четвертым входом третьего элемента И, 3

" выходами блока логики; о т л и ч а" o щ е е - гакже с вторым входом ключа, вйхоДы вмплйС я теМ, что, с целью повышения точности тудногодетектораичетвертого:узла ручйого йэмерения, оно снабжено датчиком давле- ввода информации подклвчены к первому Й

Ния, третьим элементбм сравнения, третьим второму входам умножителя,"управляющий йчетвертымузлами ручйого ввода.информа- 35 вход которого соединен с выходами формицйй:, четвертым элементом И, третьим эле- . рователя импульсов, а выход — с вторым ментом ИЛИ, RS-триггером. амплитудным входом второго элемента сравнения, 1810519

Составитель M.Ëóãóìàíoâ

Техред ММоргентал Корректор M,Äå÷÷èê

Редактор Е,Полионова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1428 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5