Устройство для моделирования автоматизированной буровой установки

 

Опи(:АИКЦ

ИЗОБРЕТЕЛЙЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополиительное н авт, свид-ву (22) Зайвлеио 17.11.75 (Я) 2194380/18-24 с присоедииеиием заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 1Ы778.Бюллетень №26 (45) Дата опубликований опиеаииа 190б78 (И) М. Кл. Об q 7/48

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытнй (N} УДК б81333(088.8) A.Ã. Ярусов, В.Г. Блях, Г.A. Буткин, Е.Н. Ефимов, В.A. Мазур, Н.Н. Новик и Е.О. Плоткин

Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОИАТИЗИРОВАННОЙ

БУРОВОЙ УСТАНОВКИ !

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известно устройство для моделирования буровых установок Я содержащее турбобур, датчики. Устройство не позволяет моделировать основные параметры режима бурения. Это является его недостатком, Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для моделирования автоматизированной буровой установки (2 содержащее последовательно соединенные блок задания глубины скважины, блок моделирования циркуляционной системы и блок вычисления механической скорости, блок задания аварийных ситуаций, выход которого подключен ко второму входу блока моделирования циркуляционной системы.

Недостатком устройства является то, что оно может моделировать только процессы, связанные с явлением выбросов, открытого фонтанирования из скважины и моделирует только ограниченную часть механизмов и систем буровой установки: насосов, штуцеров, измерителей механической скорости проходки, уровня промывочной жидкости и давления на стояке.

Целью изобретения является расши- рение функциональных воэможностей устройства. Цель достигается тем, что в устройство введены блок моделирования крутящего момента, блок вычисления веса на крюке, блок моделирования износа вооружения долота, блок и делироэания проходки, блок сопряжения с вычислительной машиной и блок моделирования динамики систем автоматического регулирования, выход которого соединен с первыми входами блока моделирования крутящего момента, блока вычисления веса на крюке, блока моделирования износа вооружения долота, блока сопряжения с вычислительной машиной, со вторым входом блока вычисления механической скорости и с третьим входом блока моделирования циркуляционной системы, выходы блока моделирования износа вооружения долота и блока вычисления механической скорости подключены к соответствующим входам блока моделирования проходки, выход блока задания аварийных ситуаций соединен со вторыми входами блока моделирования крутящего момента и блока вычисления веса на крюке, выход блока задания глубины скважины подключен к

á154 согласования устройства и каналов связи с вычислительной машиной.

Устройство для моделирования буровой установки работает следующим образом.

Скгналы (18, ((„„и п„через блок 10 поступают на 4лок 1. Полученные на выходе блока 1 сигналы q 8 ) и ) и h q 5 через блок 10 поступают в вычислительную машину и соответствуют сигналам реальных датчиков буровой установки.

Изменение управляющих сигналовЦ8„; д 1, и Ик должно вызывать изменение )0 веса инструмента на крюке давлеК ния P Q промывочной жидкости на выкиде насосов, крутящего момента N на верхнем конце бурильной колонны и скорости проходки. л

Сигнал()() с выхода блока 1 поступает на вход блока 5 вычисления веса на крюке, в котором вычитается из сигнала веса инструмента, вырабатываемого из сигнала глубины скважины Н

С1н 18="1 " 1а (1) где К 1 — коэффициент пропорциональ-25 ности.

На третьем входе блока 3 в нормальном (безаварийном) режиме сигнал равен нулю.. Полученный на выходе блока 5 сигнал g < поступает на вход ЭВМ

Ъ) вместо сигнала датчика веса на крюке реальной бурильной установки.

Сигнал ПК скорости вращения привода буровых насосов с выхода блока 1 поступает на блок 3 моделирования циркуляционной системы, на другом вхо- де которого имеется сигнал Н глубины скважины, заданный в блоке 2. На входе блока 3, связанном с блоком б задаФ ния-аварийных ситуаций, в нормальном режиме работы сигнал равен нулю.. j()

На выходе блока 3 моделирования циркуляционной системы получаются сигналы Q u P как функции аргументов tf)) и Н:

К2 пн

Q=

Н (2) ()= К Н п„, (3) где К и К вЂ” коэффициенты про2 & порциональности.

Сигналы Q H P поступают через блок 10 в ЭВМ в качестве сигналов с датчиков расхода промывочной жидкости к давления на выкиде насосов реальной буровой установки.

Зависимости (2) и (3) .моделируют объективные связи расхода Q и давления Р циркуляционной системы реальной буровой установки: при увеличении скоРости вРащениЯ пРивода насосов П к 80 вследствие повышения производительности последних пропорционально возрастают Q и Р; при увеличении глуби- 65

99

6 ны скважины Н гидравлическое со.(ротивление скважины возрастает к возникает необходимость перехода поршневую систему (втулки) нас,асов меньшего диаметра, чем достигается увеличение давления Р до требуемой величины при одновременном уменьшении расхода Q к неизменном произведении Q P.

Сигналы 8 и t1 1) с выхода блока 1, H с выхода б лока 2 к Q c. выхода блока 3 поступают в блок 7 вычисления механической скорости, который вырабатывает сигнал м="ь f (g> "д g,")) «) характеризующий зависимость механической скорости бурения от осевой нагрузки на долото, скорости вращения ротора и глубины скважины: при увеличении С1g ) и > и Q скорость бурения возрастает, а прк увеличении Н падает, так как с ростом глубины Н скважины буримость породы систематкчески уменьшается. Коэффициент буркмости К8 может задаваться в блоке 7, что позволяет моделировать бурение пород, имеющих различную буркмость.

Сигналы нагрузки на долото 8 к скорости вращения ротора Ю с выхода блока 1 поступают также на блок 8 моделирования износа вооруженкя (зубьев) долота. Иа выходе блока 8 получается сигнал ц — К 41) (5) где К вЂ” коэффициент пропорцио4 нальности, время бурения.

Падение величины сигналаО8 с ростом моделирует экспоненцкальный износ вооружения долота в процессе реального бурения. Коэффициент К прк зтсм имеет смысл износостойкости вооружения или абразивности породы.

Сигналы V и 08 с выходов блоков 7 и 8 поступают на блок 9 моделкрованкя проходки и (подачи бурильной колонны), на выходе которого получается сигнал

18 tg

t(=(V„() dd-$ ((e(((Ц),ю,((,(()e edil (6) о о моделирующий реальную зависимость rIpoходки от осевой нагрузки на долото((,„ .скорости вращения ротора tr > расхода промывочной жидкости Q глубины скважины Н, коэффициента буримостк К времени бурения Т8 к коэффициента К износостойкостк вооружения долота (абразивностк породы).

Сигналы Д 8 к и > с выхода блока 1 поступают также на блок 4 моделирования крутящего момента,- на втором входе которого имеется сигнал глубины Н с выхода блока 2. На третьем входе блока 4, связанном с блоком 8(б1 5499 в нормальном (безаварийном) режиме сигнал равен йулю. Выходной сигнал блока 4 моделирует зависимость крутящего момента на верхнем конце бурильной колонны. При этом первое слагаемое в выражении (7) представляет собой момент на долоте, необходимый для цородоразрушения, а второе — момент трения бурильных труб о стенки скважины. 10

Рассмотрим несколько примеров аварийных ситуаций при бурении..

Обрыв верхней части бурильной колонны характеризуется значительным уменьшением веса, на крюке (j давле- 15

К1 ния Р на выкиде насосов и крутящего момента И. Эти явления моделируются при помощи блока б задания аварийных ситуаций, который в режиме имитации обрыва верхней части бурильной колонны выдает на блоки 3, 4 и 5 сигналы, которые уменьшают сигналы Р, М и К на выходах этих блоков. Вычислительная машина, получив через блох 10 эти изменения сигналов, распознает вид аварии и сигнализирует о ней оператору.

Обрыв резьбовых соединений утяжеленных бурильных труб (УБТ), находящихся в нижней части бурильной колон« ны, характеризуется уменьшением кру" > тящего момента N, давления Р и падением до нуля механической скорости

V бурения; вес íà крюкеС К остается неизменным. Эти явления моделируются блоком б, который в этом режиме вы- 35 дает сигналы только на блоки 3 и 4, а также при помощи блока 7 путем задания в нем коэффициента буримости

К(О. При этом в соответствии с формулой (6) проходка 4 устанавлива- 40 ется на постоянном (достигнутом к этому моменту времени) уровне, что свидетельствует о нулевой механической скорости.

При промывке тела бурильной колонны или замковых соединений наблюдается уменьшение давления Р на выкиде 45 насосов, а также уменьшение механической скорости бурениями®и увеличение крутящего момента М вследствие ухудшения очистки забоя от выбуренной породы. Эти явления моделируются 50 блоками б и 7 аналогично вышеописанному.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей расширились функциональные возможности устройства — появилась возможность моделирования динамики систем автоматического регулирования, моделирования крутящего момента, вес на крюке, износа вооружения долота, проходки.

Формула изобретения

Устройство для моделирования автоматизированной буровой установки, содержащее последовательно соединенные блок задания глубины скважины, блок моделирования циркуляционной системы и блок вычисления механической скорости, блок задания аварийных ситуаций, выход которого подключен ко вто-. рому входу блока моделирования циркуляционной системы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство содержит блок моделирования крутящего момента, блок вычисления веса на крюке, блок Моделирования износа вооружения долота, блок моделирования проходки., блок сопряжения с вычислительной машиной и блок моделирования динамики систем автоматического регулирования, выход которого соединен с первыми входами блока моделирования крутящего момента, блока вычисления веса на крюке, блока моделирования износа вооружения долота, блока сопряжения с вычислительной ма .иной, со вторым входом блока вычисления механической скорости и с третьим входом блока моделирования циркуляционной системы, выходы блока моделирования износа вооружения долота и блока вычисления механической скорости подключены к соответствующим входам блока моделирования проходки, выход блока задания аварийных ситуаций соединен со вторыми входами блока моделирования крутящего момента и блока вычис. =íèÿ веса на крюке, выход блока задания глубины скважины подключен к третьим входам блока вычисления механической скорости, блока моделирования крутящего момента, блока вычисления веса на крюке и ко второму входу блока сопряжения с вычислительной машиной, третий„ четвертый, пятый и шестой входы блока сопряжения с вычислительной машиной соединены соответственно с выходами блока моделирования циркуляционной системы, блока моделирования крутящего момента, блока .вычисления веса на крюке и блока моделирования проходки, а выход блока сопряжения с вычислительной машиной подключен к блоку моделирования динамики систем автоматического регулирования.

Источники информации, принятые во . внимание при экспертизе:

1. Галимов A.Ã. и Поникарова Н.М.

Стенд для испытания и обкатки турбобуров. — Машины и нефтяное оборудование, Р 10, 1967, с.40.

2."6(о Ld О1 Р", 1974,Ш ) vd 174, Р 4, р 53-54.. 615499

Составитель И.Чичерюкина

Редактор Н.Белявская Техред М.Борисова Корректор Н.Тупица

Заказ 3911/39 Тираж 826 Подписное

ILHNHIIN Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

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