Регистратор забойных параметров

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использовано при бурении, эксплуатации скважин, шурфов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства, определение новых параметров - времени, давления в процессе работы двигателя. Регистратор включает корпус с установленным в нем электронным блоком и блоком питания. При этом электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок памяти, акселерометр, блок измерения времени, блок связи, блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использовано при бурении, эксплуатации скважин, шурфов, а также в других процессах и механизмах вне бурения, эксплуатируемых в отдаленных местах, имеющих определенный временной ресурс эксплуатации.

Известны системы контроля режима бурения скважин, состоящие из множества датчиков, линий связи, компьютера, программного обеспечения, линий обратной связи и индикаторов режимов (см. а.с. СССР №1273515, МПК Е21В 44/00, бюлл. №44, 1986 г., патент США №5226332, НКИ 73/151, 73/4933, 73/650, 175/40).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является автономный забойный регистратор силовых параметров по патенту №2131973, МПК Е21В 44/00, 45/00, взятый за прототип.

Автономный забойный регистратор силовых параметров включает корпус, выполненный в виде переводника с установленным в нем электронным блоком и блоком питания. Электронный блок снабжен многоканальным усилителем, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, процессором, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ).

Данный автономный забойный регистратор в процессе бурения регистрирует в оперативное запоминающее устройство только осевую нагрузку на долото и не регистрирует такие важнейшие забойные параметры, как частота вращения, время, давление. Запуск автономного забойного регистратора для автономной работы осуществляется по гидравлическому каналу связи, устанавливается он только в составе колонны бурильных труб.

Недостатком регистратора является то, что он не измеряет необходимые параметры, такие как время, давление при использовании гидравлических забойных двигателей (ГЗД), далее двигателя. Отсутствие данных не позволяет проводить анализ качества эксплуатации двигателя, что часто приводит к неточным рекомендациям по выбору типа двигателя.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей устройства регистратора силовых параметров. При решении задачи достигается новый технический результат - определение новых параметров - времени, давления в процессе работы двигателя с возможностью определения показателя, характеризующего работу двигателя на забое - крутящего момента. Крутящий момент наиболее полно характеризует не только работу двигателя, но и сам процесс бурения скважины, определяет причины износа двигателя, позволяет определить эффективность самого процесса бурения.

Решение указанной задачи достигается тем, что в регистраторе забойных параметров, включающем корпус, электронный блок и блок питания, согласно изобретению электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок памяти, акселерометр, блок измерения времени, блок связи, блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.

В предлагаемом регистраторе забойных параметров (регистраторе) в связи с введением микропроцессора, в который задается управляющая программа, акселерометра, блока памяти, блока измерения времени, блока связи, блока измерения давления создана новая совокупность признаков, позволяющая получить по сравнению с прототипом новые выходные данные. Получение новых выходных данных позволило расширить функциональные возможности регистратора.

Создание предлагаемого регистратора позволило впервые, в отличие от прототипа, провести анализ эксплуатации двигателя, определить причины ускоренного износа двигателя, определить оптимальные режимы бурения и обеспечить разработку технологических рекомендаций для улучшения условий эксплуатации двигателя и повышения показателей бурения скважин. Благодаря введению микропроцессора, в который задается управляющая программа, акселерометра, блока памяти, блока измерения времени, блока связи, блока измерения давления в состав предлагаемого регистратора забойных параметров получен новый технический результат: регистрация новых параметров, через которые расчетным путем определяется крутящий момент, позволяющий определять влияние режимов на темп износа двигателя и определить оптимальные режимы бурения. Ранее в известных аналогах такой результат не достигался.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям изобретения - новизны и изобретательского уровня.

Предложенный регистратор забойных параметров (регистратор) работает следующим образом.

Блок-схема предложенного регистратора забойных параметров приведена на чертеже.

Регистратор забойных параметров включает корпус (условно не показан) с установленным в нем электронным блоком 1 и блоком питания 2. Электронный блок 1 снабжен микропроцессором 3, акселерометром 4, блоком памяти 5, блоком измерения времени 6, блоком связи 7 с возможностью вывода информации на компьютер и блоком измерения давления 8.

Микропроцессор 3 обрабатывает сигналы согласно управляющей программе и производит регистрацию сигналов с блоков. Алгоритм управляющей программы дает возможность прочитать все сохраненные параметры из блока памяти 5 в любой период, не обнуляя ее. В блоке памяти 5 вся записанная информация сохраняется даже при полностью разряженном источнике питания. Блок памяти 5 выполнен в виде энергонезависимой микросхемы памяти.

Акселерометр 4 - чувствительный элемент, воспринимающий вибрации, выполнен в виде акселерометра виброскоростей.

Блок связи 7 выполнен в виде порта ввода-вывода информации.

Блок измерения давления 8 выполнен из корпуса с размещенными в нем мембраной и соответствующей микросхемой, например, марки AD 7745.

Применение высокотемпературных компонентов и микросхем в устройстве регистратора позволяет стабильно измерять параметры работы двигателя в широком диапазоне и исключает влияние изменения температуры окружающей среды на погрешности изменений.

Регистратор устанавливается в контейнер (на чертеже не показано). Контейнер водонепроницаем и рассчитан на работу в жидкой среде высокого давления. Перед установкой регистратора в контейнер с помощью компьютера и специального программного обеспечения программируется идентификационный номер регистратора, текущее время и дата.

При опускании двигателя в скважину до определенной заданной глубины регистратор находится в «спящем» режиме, то есть показания с блоков измерения параметров не считываются. Внутри микропроцессора 3 установлен акселерометр 4, который реагирует на продольные и поперечные вибрации с измерением их частоты. В алгоритме работы микропроцессора 3 заложена программа анализа стабильности вибраций, что не позволяет микропроцессору регистрировать параметры в момент транспортировки. При запуске двигателя возникает определенное давление и стабильные вибрации и регистратор, выйдя из «спящего» режима, начинает считывать и регистрировать значения параметров с блока измерения давления 8 и акселерометра 4 с определенной изначально заданной дискретностью времени согласно установленной программе. Регистрация параметров происходит только при активном состоянии регистратора, то есть при работе двигателя. Сигналы с блоков измерения параметров поступают в микропроцессор, значения параметров обрабатываются и поступают в блок памяти с регистрацией даты реального времени.

После отработки двигателя на скважине его отправляют на техническое обслуживание в стационарные условия, где во время разборки извлекают регистратор. При обработке полученных значений параметров определяют режимы.

Получив показания изменения давления во времени и используя технические характеристики двигателя (Фиг.2), определяют время работы двигателя в различных режимах.

В примере конкретного применения предлагаемый регистратор выполнен с небольшими габаритами корпуса (диаметром 20 мм и высотой 60 мм) вместе с блоком питания 2 и установлен в двигатель Д5 195. При рабочем давлении, превышающем на 15-20 атм давление холостого хода, наступает оптимальный рабочий режим работы данного типа двигателя.

При превышении давления больше чем на 20 атм наступает режим перегруженности.

При превышении давления больше чем на 50 атм двигатель переходит в тормозной (аварийный) режим. Исходя из характеристики двигателя и опыта бурения, такой режим ведет к ускоренному износу двигателя, снижается эффективность процесса бурения.

Поскольку показания блоков измерения параметров в процессе работы двигателя регистрируются постоянно, то легко определить время, дату, продолжительность работы двигателя в различных режимах (холостом, перегруженном, тормозном или оптимальном).

За весь период работы двигателя определили, что 20% времени двигатель работал в недогруженном режиме, 20% - в перегруженном, 5% - в тормозном, а остальное время - в оптимальном режиме.

Впервые предлагаемым регистратором фиксируются параметры, по которым можно с высокой точностью определить длительность различных режимов работы двигателя на скважине.

При анализе полученных параметров (давление, частота колебания) определяется крутящий момент, частота вращения в конкретный момент времени работы двигателя. По полученным данным строится график рабочего процесса двигателя и определяются режимы, в которых работал двигатель (с недогрузкой, в оптимальном, перегруженном или тормозном) в реальных условиях (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. С.192).

Проведя анализ полученных данных с параметрами, по которым регламентируется технологический режим, производится корректировка технологических регламентов, что направлено на оптимизацию режимов, повышение стойкости двигателя и показателей бурения.

Таким образом, включение в состав регистратора забойных параметров микропроцессора с управляющей программой, акселерометра, блока памяти, блока измерения времени, блока связи и блока измерения давления позволяет определить новые параметры работы двигателя, через которые расчетным путем определяется крутящий момент, который оказывает существенное влияние на темп износа двигателя, и технико-экономические показатели бурения скважин.

Регистратор забойных параметров, включающий корпус с установленными в нем электронным блоком и блоком питания, отличающийся тем, что электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок памяти, акселерометр, блок измерения времени, блок связи, блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.