Устройство регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик с

1 ,,// - г °

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22. 04. 81 (21) 3281351/22-03 (1 j М. Ктт.з с присоединением заявки № (23) Приоритет

Е 21 В 44/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

t 3) УДК 622.23.082 (088. 8) Опубликовано 07.1132. Бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 07. 11. 82! 4 ФВЦ,;

B.Â.Ñóíöîâ, Б.E.Афанасьев, Б. Б. Соколов и jA:. В,Айщщудцрон

t

1 t

,> "::„1>, Центральная научно-исследонательская лаборатория дДдвт1а

Трудового .(расного Знамени производственного объедттнения, "Оренбургнефть",(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ОСЕВОЙ

НАГРУЗКИ HA ДОЛОТО

Изобретение относится к буровой технике,в частности к устройствам оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для регулирования режима бурения скважин, содержащее блоки измерения частоты вращения вала турбобура, крутящего момента на валу и осевого усилия на долото, а также преобразователь-усилитель мощности с приборами индикации частоты вращения вала, крутящего момента на валу и осевого усилия на долото, регулируемые блоки смещения, блоки перемножения, блок сравнения с нульиндикатором (1).

Недостатком данного устройства является то, что аналоговая вычислительная схема устройства не учитывает перераспределения мощности турбобура на разрушение породы в забое и вибрацию бурильной колонны, а также низкую надежность вследствие применения забойных приборов, работающих в тяжелых скважинных условиях и требующих линию связи "Забой-поверхность".

Наиболее блиэким к .предлагаемому по ддстигаемочу эффекту и технической с>щности является автоматичес ое ЗО устройство оптимизации режима бурения скважин, содержащее датчик осевого усилия, усилитель-преобразователь, блок сравнения, нуль-ийдикатор, автомат подачи долота, датчики вертикальной и горизонтальной составляющих колебаний бурильной колонны, сумматор,квадраторов,блок запоминания минимума, блок коммутации, блок управления, блок совпадения и блок установки предельной осевой нагруэ" ки 121.

Основным недостатком укаэанного устройства является необходимость поиска минимального значения энергии колебаний бурильной колонны путем осевой нагрузки на долото во всем диапазоне допустимых нагрузок при изменении при этом амплитуды сигнала, снимаемого датчиками с бурильной колонны н 1,5-3 раза с частотой изменения уровня амплитуды

1-2 Гц, следовательно преобразователь этого сигнала должен иметь большую постоянную времени преобразования, что ведет к тому, что процесс поиска минимального значения энергии путем изменения нагрузки во всем диапазоне допустимых значений может длиться до 10 мин и более, а при

972065 частом чередовании разбури:ваемых пород приводит к неустойчи:вой работе устройства и делает его неэффективным.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем повышения 5 точности регулирования и сокрацения времени .на поиск оптимального режима бурения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство регулирования опти- 1Р мальной осевой негрузки снабжено индикатором знака изменения уровня сигнала, логическим блоком, блоком памяти, реле времени и блоком шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото, причем выходы датчиков колебаний бурильной колонны подключены через последовательно соединен.ные усилители-преобразователи и квадраторы к входу сумматора,:выход которого подключен через последовательно соединенные индикатор знака изменения уровня сигнала, логический блок и блок шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото к входу автомата подачи долота, при этом выход логического блока подключен также к входу блока памяти, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй выход логическбго блока подключен к входу реле времени, выход которого подключен к второму входу индикатора знака изменения уровня сигнала.

На чертеже пред .тавлена блок-схема предлагаемого ус ройства. 35

Устройство содерж" т датчик 1 вертикальной составляющей колебаний бурильной колонны, датчик 2 и 3 горионтальных составляющих колебаний буиль ной колонны, усилители-преобра- 4Q зователи 4 — б, квадраторы 7 — 9, сумматор 10, индикатор 11 знака приращения уровня сигнала, реле 12 времени, логический блок 13, блок 14 шагового изменения уставки осевой нагруз- 45 ки на долото, автомат 15 подачи долота, триггер 16.

Устройство работает слецующим образом.

На ведущей трубе бурильной колонны устанавливают сейсмодатчики 1 — 3, которые воспринимают колебания в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Сигналы на выходе сейсмодатчиков 1 — 3 пропорциональны составляющим скорост колебаний: бурильной колонны в т ех взаимно перпендикулярных направниях. Сигналы с выходов сейсмодатчиков 1 - 3 поступают на входы усилителей-преобразователей 4 - б, где сигналы усиливаются и преобразовывают 60 ся в сигнал постоянного тока. Постоянная времени преобразования выбирается такой, чтобы на отдельные резкие изменення сигнала система не реагировала. Далее с выходов усили- 65 телей-преобразователей 4 - б сигналы поступают на квадраторы 7 - 9, сигналы на выходе которых пропорциональны квадратам сигналов на их входах. С выходоз квадраторов 7-9 сигналы поступают на сумматор 10, где алгебраически складываются. С сумматора 10 сигнал пропорциональный квадрату скорости, а следовательно, и уровню энергии колебаний бурильной колонны, поступает на вход индикатора 11 знака приращения уровня сигнала. При положительном приращении уровня сигнала, вводимого в индикатор 11 на его выходе появляется положинетльный импульсный сигнал, а при отрицательном риращении уровня сигнала — отрицаель ный импульсный сигнал.

Логический блок 13 определяет знак производной (или равенство ее нулю ) функции Е = f (P ), где Š— уровень энергии колебаний бурильной колонны на устье скважины, а P — осевая нагрузка на долото, и с первого выхода подает команду в виде импульса на положительное или отрицательное приращение уставки осевой нагрузки на долото. Триггер 16 является блоком памяти и запоминает команду, поступающую с первого выхода логического блока 13 если с первого выхода логического блока 13 поступает команда на положительное приращение уставки осевой нагрузки на долото, то на выходе триггера 16 появляется положительный сигнал, а если с выхода логического блока 13 поступает команда на отрицательное приращение уставки осевой нагрузки на долото, то на выходе триггера 16 появляется отрицательный сигнал. Сигнал с первого выхода логического блока 13 также поступает и на вход блока шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото 14, имеющей ограничители верхнего и нижнего пределов регулирования и регулятор величины шага регулирования. Пределы регулирования и величину шага регулирования устанавливают перед началом работы. В зависимости от значения импульсной каманды, поступаюцей с выхода логического блока, блок шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото 14 увеличивает или уменьшает на один шаг уставку осевой нагрузки на долото автомата 15 подачи долота, а автомат 15 подачи долота в зависимости от изменения уставки соответственно увеличивает или уменьшает нагрузку на долото.

При,появлении любого сигнала на первом выходе логического блока 13 на втором его выходе появляется сигнал, который включает реле 12 времени, работающее с задержкой на отключение

Выходной сигнал реле 12 времени задер,живает работу исполнительного орга972065

50 на индикатора 11 приращения уровня сигнала на время, необходимое для окончания переходных процессов в системе регулирования, возникающих при изменении осевой нагрузки на долото на один шаг регулирования.

Логический блок 13 находит знак производной функции Е = й(Р» следующим образом.

Если в какой-то момент времени с выхода логического блока 13 подается команда на положительное или отрицательное приращение осевой нагрузки на долото, автомат 15 подачи долота изменяет нагрузку, а триггер 16. запоминает эту команду, и на его вы- t5 ходе появляется сигнал соответствующего знака, подаваемый на второй вход логического блока 13, если при этом произошло изменение уровня энергии колебаний бурильной колонны, то в р(» зависимости от знака приращения уровня энергии на выходе индикатора 11 появляется сигнал соответствующего знака, подаваемый на первый вход логи! ческого блока 13.Если знаки приращений осевой нагрузки на долото и уровня энергии колебаний бурильной ко- лонны, поступающие на входы логического блока 13 совпадают, то производная функция К = Е(Р ) положительна, следовательно, бурение идет при нагрузке большей, чем та, которая соответствует минимальному экстремуму, т.е. оптимальному режиму бурения, в этогл случае логический блок 13 подает 5 команду на отрицательное приращение осевой нагрузки на долото. Если же знаки приращений осевой нагрузки на долото и уровня энергии колебаний бурильной колонны противоположны, то производная функции Е = 7 (P} отрицательна, следовательно, бурение идет при нагрузке меньшей, чем та, которая соответствует минимальному экстремуму, в этом случае логический блок 13 подает команду на положительное прира-45 щение осевой нагрузки на долото. Если после приращения осевой нагрузки на долото приращения уровня энергии колебаний бурильной колонны нет, это свидетельствует î TGM что производная функции Е = Е(P) при данной осевой нагрузке на долото равна нулю, то есть осевая нагрузка на долото равна или незначительно отличается от оп уровень зн -ргии 55 колебаний бурильной колонны имеет минимальное значение, при этом на выходе логического блока 13 сигнал отсутствует, и поиск оптимального значения нагрузки прекращается.

Таким образсм, первым шагом регулирования определяют необходимость изменения (увеличить или уменьшить» осевой нагрузки йа долото, далее изменение нагрузки идет до минимума уровня энергии колебаний бурильной колонны, т.е. поиск идет в интервале изменения значения оптимальной нагрузки на долото, а не по всему интервалу допустилых значений нагрузок, что обеспечивает более устойчивую и точную работу системы регулирования при часто..л ч редовании разбуриваемых пород.

Формула изобретения

Устройство регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото, содержащее датчики вертикальной и горизонтальной составляющих сигналов колебаний колонны, усилители-преобразователи, квадраторы, сугматор и автомат подачи долота, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и ускорения регулирования осевой нагрузки, оно снабжено индикатором знака изменения уровня сигнала, логическкл блоком, реле времени, блоком памяти и блоком шагового измене ния уставки осевой нагрузки на долото, причем выходы датчиков колебаний бурильной колонны подключены через последовательно соединенные усилители-преобразователи и квадраторы к входу сумматора, выход которого подключен через последовательно соединенные индикатор знака изменения уровня сигнала, логический блок и блок шагового из;ленения уставки осевой нагрузки на долото к входу автомата подачи долота, при этом выход. логического блока подключен также к входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом логического блока, а второй выход последнеro," соединен с входом реле времени, выход которого подключен к второму входу индикатора знака изменения уровня сигнала

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 585274, кл . E 21 В 45/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 787625, кл. Е 21 В 45/00, 1979.

972065 г р

Составитель В. Варламов

Редактор П. Макаревич Техред Й, баритончик Корректор Н. Буряк

Заказ 8501/18

Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4