Устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения

 

Союз С4еветских

Социалистииеских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 248591 (22) Заявлено 30.07.74 (21) 2047959/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 25.09.79. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 10.10.79 (i ii 687227 (51) М.К .

Е 21 В 45/00

Государственный квинтет

СССР

IIo делам изобрвтвнкй и открытий (53) УДК 622.24.08 (088.8) А. А. Степанян, М. А. Фийгерит, В. А. Бражников, В. M. Катков, М. И. Сергеев, Н. И. Рябов, В. И. Мережко и Б. А. Саркисов (72) Авторы изобретения

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева и Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ

Изобретение касается контроля и управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин.

Из основного авт. св. № 248591 известно устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения, содержащее датчики веса бурового инструмента, перемещения квадрата, мощности привода проворота роторного стола, блоки измерения осевой нагрузки и веса бурового инструмента, блоки контроля осевой нагрузки, первой производной осевой нагрузки по времени, веса и положения бурового инетрумента, индикаторный блок, содержащий указатель эффективной осевой нагрузки и световые табло:

«Повторить поиск», «Изношено вооружение», «Изношена опора», «Остановка турбобура», анализаторы: осевой нагрузки, повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота, причем анализаторы имеют выход на индикаторный блок, вход анализатора осевой нагрузки соединен с выходом блока измерения последней; первые и вторые пуско-остановочные -входы анализаторов повторения

2 поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота подключены соответственно к выходам блоков контроля осевой нагрузки и положения бурового инструмента, а третий — распределительный вход анализатора заклинивания опор долота подключен к выходу блока контроля первой производной осевой нагрузки по времени, измерительные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки и рейсовой скорости подключены к датчику перемещений квадрата, а измерительный вход анализатора заклинивания опор долота — к датчику мощности привода проворота роторного стола, кроме того, выход блока измерения осевой нагруз,«ки соединен с измерительным входом блока контроля осевой нагрузки, измерительный выход анализатора осевой нагрузки соединен с входом блока контроля первой производной осевой нагрузки, пуско-остановочный выход анализатора заклинивания опор

2О долота соединен с первым пуско-остановочным входом устройства подачи долота, блок установки осевой нагрузки и выход блока измерения осевой нагрузки соединены соот687237 д. 3я сумм и 1)ова! ни 3! пап ря же IIHH Р с блока уставки осевой нагрузки 19 и напряжения с генератора.

Блок остановки нагружения 21 предназначен для формирования сигнала остановки подачи инструмента на устройство подачи долота 20 в тот момент времени, когда необходимо окончить нагружение. Он состоит из последовательно ссединенных фильтра нижних частот, дифференцируюшей цепочки, цепочки сравнения и нуль-органа.

Устройство работает следующим образом, Перед началом бурения производится операция взвешивания инструмента путем установки на нуль стрелки блока измерения осевой нагрузки 4 и корректировка уставок анализаторов и блока контроля.

По достижении долотом забоя блок контроля положения бурового инструмента 9 приводится в исходное нулевое состояние и запускается в работу.

3 В исходном состоянии на выходе блока а !0 нагружения 22 Рч = Pycm .

3 ветствепно с первым и вторым управля3о3цими входами устройства подачи долота, Однако это устройство не избавляет бурильщика от необходимости субъективного определения момента окончания нагружения, поскольку не позволяет зафиксировать момент достижения предтормозного значения нагрузки.

Целью изобретения является обеспечение возможности определения момента окончания нагружения инструмента перед поиско! эффективной осевой нагрузки.

Это достигается тем, что известное уст ройство снабжено блоками остановки на гружения, уставки осевой нагрузки, нагру жения и подачи долота, причем вход блока нагружения подключен к блоку уставки осе вой нагрузки, а выход соединен с первы. управляющим входом блока подачи долота второй уп равляюши и вход которого под ключен к блоку измерения осевой нагрузки вход блока остановки нагружения соедине! с датчиком мощности при вода проворот роторного стола, а выход — со вторым пуско-остановочным входом блока подачи долота, первый пуско-остановочный вход которого подключен к анализатору заклинивания опор долота.

Устройство подачи долота 20 осуществляет подачу колонны так, что величина разности сигналов, поступающих на его первый (1) и второй (11) управляющие входы, стремится к нулю.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчики веса бурового инструмента 1, перемещения квадрата 2, мощности привода проворота роторного стола 3, блоки измерения осевой нагрузки 4, веса бурового инструмента 5, блоки контроля первой производной осевой нагрузки по времени 6, осевой нагрузки 7, веса бурового инструмента 8, положения бурового инструмента 9, анализаторы осевой нагрузки 10, повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11, рейсовой скорости 12, заклинивания опор долота 13, индикаторный блок, включающий в себя указатель эффективной осевой нагрузки 14 и световые табло

«Повторить поиск» 15, «Изношено вооружение» 16, «Изношена опора» 17, «Остановка турбобура» 18, блок уставки осевой нагрузки 19, устройство подачи долота 20, блоки остановки нагружения 21, нагружения 22.

Выход блока остановки нагружения 21 соединен с вторым (11) пуско-остановочным входом устройства подачи долота 20, а выход блока нагружения 22 соединен с первым (1) управляющим входом устройства подачи долота 20.

Блок нагружения 22 предназначен для формирования линейно растущего управляющего сигнала осевой нагрузки Ру на устройство подачи долота в период нагружения инструмента перед поиском эффективной осевой нагрузки. Он состоит из генератора линейно растущего напряжения и цепочки

После приработки долота производится операция поиска эффективной осевой нагрузки. Для этого бурильщик включает блок нагружения 22 в работу и на его выходе формируется линейно-возрастающий сигнал

Py = Р34о + zt, являющийся суммой линейно-возрастающего сигнала t и постоянного сигнала установки P yern.

3s В процессе нагружепия в блоке остановки нагружения 21, сигнал активной мошности привода проворота роторного стола поступак>3ций с датчика мощности 3, фильтруется от высокочастотных помех, дифференцируется, а величина производной сравнивается с постоянной величиной уставки производной. В тот момент времени, когда величина производной превысит величину уставки производной (М (t) С41), на выходе блока остановки нагружения 21 появляется

4г сигнал, по которому устройство подачи долота 20 прекращает подачу инструмента, а блок нагружсния 22 устанавливается в исходIIoe состояние. После прекращения подачи колонны на вход анализатора осевой нагрузки 10 поступает сигнал об изменении осевой э0 нагрузки во времени P(t), который фильтруется от высокочастотных помех, дифференцируется и поступает в узел анализа максимума функции первой производной, который управляет двигателем следящей систеss мы указателя эффективной осевой нагрузки 14. Последний отслеживает сглаженную осевую нагрузку до вели 3инЬ3, соответствующей максимуму ее производной.

687227

15

30

Формула изобретения

5

ТclKHM образом, В KB÷ cTBc эффективной осевой нагрузки принимается нагрузка, соответствующая максимальному значению ее первой производной во времени, которое пропорционально максимальному значению механической скорости бурения.

После установления найденного режима бурения запускаются в работу анализаторы 11, 12 и 13.

Анализатор повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11 получает информацию об изменении текущей проходки во времени h(t) от датчика перемещения квадрата. На основе этой информации анализатор определяет момент времени, когда забойные условия существенно изменятся, что определяется изменением отношения текущей меха нической скорости к начальной (после усгановления эффективной нагрузки) в заданное число раз. И если при этом выполняются условия, связанные с первым (1) и вторым (11) пускооста новоч ными входами, анализатор выдает командный сигнал на свстовое табло «Повторить поиск» 15. (Io этой команде бурильщик устанавливает анализаторы 11,12 и 13 в исходное положение, вновь включает в работу блок нагружения 22 и операция поиска эффективной осевой нагрузки повторяется.

Анализатор рейсовой скорости 12 на основе информации о текущей проходке h(t), получаемой также от датчика перемещения квадрата 2, формирует отношение текущей рейсовой скорости к средней за время Л t механической скорости и сравнивает его с заданной величиной. При превышении этим отношением заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с первым (1) и вторым (II) пуско-остановочными входами, анализатор выдает командный сигнал об износе вооружения до целесообразной величины, связанной с достижением действительного значения максимума рейсовой скорости на световое табло «Изношено вооружение» Iб.

Анализатор 13 заклинивания опор долота получает информацию об изменении во времени активной мощности на приводе проворота роторного стола в процессе бурения от датчика мощности 3; формирует отношение текущей мощности N (t) к мощности

Х(t- — .), где г, — максимальное время, необходимое для увеличения мощности от ее текущего значения при нормальном состоянии опор долота до значения, соответствующего заклиненному состоянию долота. При превышении этим отношением величины С 5 значение N(t — - Ь), имеющее место в момент заклинивания опор долота t3, запоминается.

Если при этом выполняются условия, связанные с первым (1) и вторым (11) пускоостановочными входами, то анализатор 13 б формирует Hd пуско-оста новочном выход< сигнал, поступающий на первый (1) пускоостановочный выход устройства подачи долота 20, и подача инструмента прекращается. Если условиЕ N(t)/N (t5 — 6/оС>5 выполняется в течение времени 4t, то анализатор

13 формирует один из сигналов на табло

«Изношена опора>; 17 или «Остановка турбобура» 18. Причем, если за это время значение первой производной осевой нагрузки по времени, поступающее через третий (I I I ) распределительный вход анализатора 13, хоть один раз превысит величину Ср, то на табло формируется сигнал «Изношена oI10pa» 17, если же р (t). Ср, то на табло

@Остановка турбобура» 18.

ФункциИ пуско-остановочных входов анализаторов 11, 12 и 13 заклк>чаются в следующем. При любом отклонении текущей осевой нагрузки от эффективного значения на заданную величину Ь Р, устанавливаемую задатчиком, блок 7 контроля осевой нагрузки через первый (1) пуско-остановочный вход этих анализаторов прерывает их функционирование, а при возврагцении параметров в заданные пределы автоматически запускает их в работу без потери предыдущей информации.

При отрыве бурового инструмента от забоя также прекращается функционирование этих анализаторов от блока контроля положения бурового инструмента 9 через вторые (11) пуско-остановочные входы нх, а при повторном достижении забоя осуществляется их автоматический запуск также без потери предыдущей информации.

Устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения по а вт. св.

М 248591, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности определения момента окончания нагружения инструмента перед поиском эффективной осевой нагрузки, оно снабжено блоками остановки нагружен ия, уста вки осевой нагрузки, нагружения и подачи долота, причем вход блока нагружения подключен к блоку уставки осевой нагрузки, а выход соединен с первым управляющим входом блока пода:и долота, второй управляющий вход которого подключен к блоку измерения осевой нагрузки, вход блока остановки нагружения соединен с датчиком мощности привода проворота роторного стола, а выход со вторым пускоостановочным входом блока подачи долота, первый пуско-оста новочный вход которого подключен к анализатору заклинивания опор долота.

687227

Составитель А. Назаретова

Техред О. Луговая Корректор М. Пожо

Тираж 657 Подписное

Редактор E. Полионова

Заказ 5697/33

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д, 4/5

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