Устройство для регулирования нагрузки на долото

 

и .! tтс, 4

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИВееЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено20.03,74 (21) 2007513/03

Ссюз Соеетскмн

Социалистически

Республик

u>Mо е х (и) 610981

/ в (5l) М. Кл.2

Е 21 В 45/00

E 21 В 19/08 с присоединением заявки №

Государственный номнтет

Совета Инннстроа СССР оо делам нзобретеннй н отнрытнй (23) Г!риоритет (43) Опубликовано 15.08 78)бюллетень № 22 (53) УДК 622.24.08 (088.8) (45) Дата опубликования описания 24.05.78

А. А. Степанян, В. B. Федоров, Б. A. Саркисов, М. А. Фингерит и Н, И. Рябов (72) Авторы изобретения

Куйбышевский политехнический институт им. В, В. Куйбышева и Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтеп омысповых т б (7 I) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ

НА ДОЛОТО

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам поиска и поддержания эффективного значения осевой нагрузки на долото, и может быть использовано в системах советчиках дпя оперативного управления работой долота, Известно устройство шагового поиска и поддержания эффективной осевой нагрузки с переменным шагом, при котором обес» печивается скорость бурения (1).

Однако это устройство не аффективно в испопьзовании при роторном бурении, поскольку поддержание максимальной механической скорости не позволяет достигать

4 значений рейсовых скоростей, близких к макси мапьны м.

Известно устройство для управпения процессом роторного бурения, которое обеспечивает автоматическое поддержание заранее заданного дпя каждого интервала глубин значения произведения осевой нагрузки на скорость вращения ротора, по одному иэ двух параметров режима которого второй устанавливается автоматически f2).

Недостатком атого устройства является то, что оно не обеспечивает оперативного выбора конкретного значения аффективной осевой нагрузки.

Йаибопее близким техническим решением к предлагаемому является устройство дпя регулирования нагрузки на долото. Оно содержит блоки осевой нагрузки, измерения скорости, 11 поиска максимума, временных интервалов, и установок, и блок управления, причем блок временных интервалов соединен с блоком измерения скорости, который соединен с блоком поиска максимума, а блок управления входами соединен с блоками поиска максимума и осевой нагрузки (31, Бель изобретения - повышение точности регулировании процесса - бурения путем достижения максимальных удельных прохорр док.

Эго достигается тем, что устройство снабжено блоком вычитания, произведении и анализа, причем блоки временных интервалов, уставок, управления и измерения

25 корости подключены ко входам блока аиа610981 лиза, выход которого соединен с блохом управления, выход блока измерения скорости связан со входом блока произведения, ко второму входу которого подключен блок вычитания, соединенный с блоками уставок и измерения нагрузки, а выход блока произведения связан с блоком поиска максимумама.

При этом устройство реализует ал горитм поиска эффективной осевой нагрузки Р по максимуму удельной проходки (g) зф

t0 г, -г/„ь„=(А-e)v, (ц) 15 где А — значение уставки, определяемое сочетанием "долота-порода и повторения поиска при нарушении условия с (

1 ЧР

После окончания времени переходного процесса Т„ описанный цикл повторяется, rye V - среднее значение текущей скорости проходки эа время

Ч вЂ” реперная скорость .проходки, т, е.

P средняя за время Т „скорость проходки, вычисленная непосредствен- И но после начала бурения с выбранной . эффективной нагрузкой;

С вЂ” значение уставки,, характеризующее допустимое изменение скорости проходки при изменении забойных условий. 30

На фиг. 1 изображена блок-схема предцагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы цикла повторяюще1 вся шагового поиска; на фиг. Э вЂ” временные диаграммы шага, 35

Устройство содержит блок 1 временных интервалов, блок 2 вычитания, блок 3 измерения скорости, блок 4 произведения, блок

5 поиска максимума, блок 6 управления, блок 7 анапиза.

Кроме того, устройство снабжено регулятором 8 подачи долота, механизмом 9 поворота ротора, импульсным датчиком 10 проходки, измерителем 11 осевой нагрузки.

На фиг. 1 представлен объект управления - колонна 12 бурильных труб и тумбпем

Работа-подготовка .

Работает устройство следующим образом.

В установившемся режиме вычисляют раз

М ность А — Р / к и скорость проходки Ч, за время усреднения Т «> где к - номер текущего шага.

Йалее вычисляют и запоминают значение удельной проходки h „ = (A — Р) Ч„эа

И время вычисления .Т,„, затем увеличивают значение осевой нагрузки на долото на ве« личину одного шага Р

В конце каждого цикла, кроме h>g „ >, вычисляют разность айи *И <„,>-hing» ° Еспя разность отрицательна, то на шаге КК> достигнуто экстремальное значение удель ной проходки 1 у

» 9

Йля подтверждения того, что экстремум ие пожный, т. е. не обусловлен случайной помехой, делают еше nba шага. Если

М„ „и Ь„0 „меньше Ь а „, то поиск прекрашают и в качестве эффективной устанавливают значение осевой нагрузки

"чд q» ) ипи h, больше 498 поиск

9 (»а+Ъ) »3

P продолжают по вчшеописанному циклу.

A в спучае, если нагрузка Р достигает значения Р„»,» - максимально допустимого дпя данного. типоразмера долота и компоновки. инструмента, поиск прекращается.,При этом если значение Р „ достигнуто на одном из шагов после экстремума, то Р Р„ к если по достижении значения Р„„ „ значения h.

Бурение с выбранным эффективным эна"з чением нагрузки Р осуществляется до момента нарушения условия (2), поспе чего поиск Р повторяется.

Блок временных интервалов формирует последовательность двоичных сигналов t „ >, „ „,1,„при нулевом значении.двоичного сигнала: Реверс" с блока 6 с помощью реле времени на полевых транзисторах. - лителъность сигналов 1врр, t ©p ollp8 депяется положениями уставок

Т„е причем Т„ характеризует время переходного процесса в колонне после шага а, ° Длительность сигнала t, опреыч деляется временем Т,„выполнения ари метических и логических операций устройством. По окончании tg,„ôîðìèðóåòñÿ импульс i .

Блок 2 вь-чит ния вычиспяет pBBHocTb напряжения с уставки А и сглаженного фипьтром нижних частот напряжения F c измерителя 12.

Блок 3 измерения скорости предназначен дпя вычиспения среднего за время Т цс.р значения скорости проходки V-- " — 1 по

-7gy 9+9 числу импульсов h, с датчика 10, накаппиваемых в десятиразрядном реверсивном счетчике с расширенной входной логикой.

Блок 4 произведения за время tg,„,„ôoðìè« рует аналоговый сигнал k g=(A-Р)Ч и представляет собой цифро-аналоговое множительное устройство, вкпючаюшее реверсивный счетчик импульсов блока 3, Блок 5 поиска максимума аналогового сигнала формирует двоичный сигнал р („„ h „-Ь„ ), 610981 где 6 - номер любого из пройденных .шагов, с помощью указатели экстремума на полевых транзисторах.

Блок 6 предназначен дпя формирования импульсного сигнала "Сброс" в начале ра» боты устройства и по импульсу Повт. поиск аналогового сигнала Р для управления регулятором 8-подачи долота

Р„=Р„др Х(„npucx )-(арф с)„Во с " (g) с помощью преобразователя напряжениекод с обратной связью, содержащего трех декадный счетчик. Единица младшего разряда трехкаскадного счетчика. эквивалентна значению нагрузки, равному 0,1 т, единица младшего разряда второй декады счетчика эквивалентна l т. Вторая декада счетчика - реверсивная. Направление счета определяется значением двоичного сигнала

Поиск«, н где Ра — начальное значение управляющего сигйапа, формируемое,. по напряже. нию уставки Р,", харакФ6; иэуюшей вели 25 чину начального значения осевой нагрузки

sp — пачка импульсов, поступающая на вторую декаду счетчика по импульсу i unu

<7С.

ЗО

Число импульсов пачки определяется по пожением уставки д р, характеризующей величину шага измерения нагрузки.

i - импульс с блока 1;

eC —: импупьс последовательности, формируе- З мый с момента "Поиск * О путем сдвига содержимого трехразрядного регистра сдвига; число импульсов этой последовательности равно числу импульсов j записанных в счетчике и определяется числом шагов, пройденных после экстремума дпя подтвержления достоверности экстремума.

«Пднск = (Р V Fpo, ) "Сброс "Сброс"V, брсс ос Реверс х где 7 X „Vg,«импульс, определ поший окончание поиска;

Xp< - импульс, формируемый до окончания 7 по переднему фронту сигнала

Ьыч

tg,ö, задержанного на максимальное время, необходимое дпя вычисления Ь.ф формирования Я и время последующей з писи импульса j в счетчике при единичном значении двоичного сигналах,, = ь(п(р р.

Связь С „, блока 1 с блоком 6 на маin, фиг. 1 условно не показана.

Р - напряжение с уставкн Р „, характерйзуюшей максимально допустимое зна60 чение осевой нагрузки, — импульс формируется до окончания

Т,„по переднему фронту сигнала С задержанного на максимальное время, необходимое дпя вычисления 4 и формиро вания g при 4,„ 1;

О, — импульс формируемый с момента

) времени заполнения всех разрядов РС импульсами J . В случае наличия ложно

ro экстремума f si@m(K - f),=1"содержимое

J счетчика брасывается;

) 1, с момента F ° 1, О, с момента Повт. поиск 1, Ф где Повт. поиск" — импульс . с блока 7, Сброс" 1, с момента Сброс - 1, О, с момента Реверс 1е

-двоичного сигнала Реверс" s ign (P- Q)

-двоичного сигнала Анализ" ((Г V Со )к х Повт. поиск" . Реверс ).

Блок анализа 7 формирует импульсный сигнал "Повт. поиск по единичному значению двоичного сигнала, 2.=(

Сигнал Ь получается путем анализа знака разностей аналоговых сигналов Vp и Ч на выходах десятираэрядных регистров преобразователей код-напряжение реперной V u текущей Ч скоростей проходок, в которые при единичных значениях двоичных сигналов "Анализ" и с,iа осуи ествпяется пере1Ч пись параллельным кодом содержимого реверсивного счетчика блока 3. С вЂ” величина отношений электрических сопротивлений, задаваемая уставкой С -двоичный сигнал Блокировка" по первому сигналу

$ „npn "Анализ 1 дпя предотвращения поспедукшей .переписи содержимого реверсиiiного счетчика в- Vp.

Вычислительное устройство работает- .следуюшим образом, Ф

До начала работы управление регулятором 8 подачи долота осушествлякт вручную уставкой i осевой нагрузки Р т . Соответствующими уставками устанавливаются величины: д р, P С, А, Т„, Ти и начального значения осевой нагрузки Р„меньше поедпопагаемого эффективного.

В работу устройство включают перевс дом тумблера Работа -. Подготовка в положение Работа . С этого момента времени (см. фиг, 2) блок 6 осуществляет

- едующие операции:

-сигналом Р осушествлякт управление регулятором подачи долота;

-сигналом Сброс устанавливают все регистры, счетчики, триггеры блоков 3, 5, 7 в нулевое состояние

610981

-по окончании сигнала Сброс формируют н

М Ч

- сигналом Реверс» 1 (так как p (p )

Ч запрещают блоку 1 формировать последовательность выходных сигналов. 5

В течение времени 1. — tg регулятор осевой нагрузки устанавливает значение гъ и

ОсеВой наГрузки, равное Р, и поднимает бу ровой инструмент. н

С момента времени 1 (при Р ®. P ч ) 1о блок 6 сигналом Поиск" 1 разрешает и увеличиВать Р ®РЧ на величину Ьр, а. блок 1 по сигналу Реверс = 0 начинает формировать циклы последовательности сигналов; а) пер

1S б) t« в течение которого блок 3 вычисляет Ч, а блок 2 вычисляет (Л-Р);

B)tg „, в течение которого блок 4 вычисляет h>g, а блок 5 анализирует h. g ua экстремум; 20

r) i., по которому блок 6 увеличивает P на величину Ь р.

В течение времени 1 — t> поиска кэ цикл работы блоков 1-6 по пп. а, б, в, r повторяют. 25

С момента ВРемени g / ЧЭк < иди! блок 5 сигналом =1 разрешает блоку 6 записывать в реверсивный счетчик импульсы 1.

В течение времени t -. i проверки

И,Ч3 „на максимум повторяют работу бло- ЭО ков 1-6 по пп. а, б, в,г

- блок 5 запоминает зна чение ll > y < °

- блок 6 накапливает импульсы в реверсивном счетчике.

С момента времени Sly блок 6:

35 — сигналом О,= 1 (так же 8< 3), затем F 1 останавливает поиск максимума;

3 ф

- по сигналу Поиск 0 формирует Р р=

= р (к ч- Ъ) — арам )где в данном случае Еа=3;

Ц

- сигналом "Реверс 1 (так как Р э (р ) щ запрещает блоку 1 формировать последовательность выходных сигналов, При этом остановка поиска может произойти и в случае P 7 Р„ „св течение,вреЧ, мени t — t . !- а фиг. 3 пунктиром по- 4э казано как при Х 1 блок 6 после формпР рования импульса формирует импульс Хр, которым и останавливает поиск.

В течение времени tl,-t регулятор подачи долота, устанавливая значение осевой 50 нагрузки P, поднимает буровой инструмент..

С момента 1 (при Р (РЧ ) регулятор подачи llonoTa отслеживает значение

Р Р Р блок 1 по сигналу Реверс = $5

Ч М

0 начинает снова формировать циклы последовательностей СИГналОВ 1пер, т. цсбр блок 6 сигналом Анализ 1 разрешает блоку 7 анализировать условие (2).

B течение времени t — t® (Р„Ч о вд) идет процесс бурения с выбранной эффективной осевой нагрузкой, а блок 7 по окончании первого интервала Т Ч р ло сигналу р, переписывают содержимое РСИ блока 3 только в Рг ПКН Чр; по окончании первого сигнала 1. „,ч сигналом Бпокировка" 1 во все последуюшие интервалы времениТ раэЬы4 решает перепись содержимого реверсивного счетчика только в регистр — 4 ;.ведет анализ знака разностей аналоговых сигналов р и с выходов регистров — р и — V только во время Т ь,ч.

С момента времени t g нарушения уоновия (2) блок 7 по сигналу Ь 1 формирует импульс Повт. поиск; блок 6 по импульсу "Повт. поиск формирует сигнал

"Сброс, и весь цикл работы вь>числительного устройства повторяется.

Испытания данного устройства показали воз можность повы сить рейсовую скорость допбпения на 15-25%, что позволяет сни» эить Время и стоимость проводки скважины.

Формула изобретения

Устройство для регулирования нагрузки на долото, содержащее блоки уставок, поиска максимума, осевой нагрузки, выходы которых соединены с блоком управления, а также блок измерения скорости бурения, соединенный с блоком;временных интервалов, от ли чйюшееся тем,что, с целью повышения точности регулирования процесса бурения путем достижения максимальных удельных проходок, оно снабжено блоками вычитания, произведения и анализа, причем блоки временных интервалов, уставок, управления и измерения скорости подключены ко входам блока анализа, выход которогосоединен с блоком управления, выход блока измерения скорости связан со входо.л блока произведения, ко второму входу которого подключен блок вычитания, сое« диненный с блоками уставок и измерения нагрузки, а выход блока произведения связан с блоком поиска максимума.

И сточники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 181172, кп. E 216 19/08, 1964.

2. Столяров 3. Е. Совершенствование технологии и оптимизации режимов бурения.

М., ВНИИОЭНГ, 1970, с. 40.

3. Закин И. Г. и др. Автоматическое устройство. Автоматика и телемеханика", 4956, ¹ 9, с. 781, Р, асс фдр р Составитель Н Ч ижикова

Редактор Г. Мозжечкова Техред Н, Бабурка Корректор Л, Небола

Заказ 3119/27 Тираж 734 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4