Устройство для контроля процесса бурения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 5) Е 21 В 44/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ(46) 23.06.85. Бюл. У 23 (72) Г.В.Рогоцкий и З.В.Кузнецова (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного ордена Трудового Красного Знамени объединения "Оренбургнефть" (53) 622.23.082(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР 9 787625, кл, Е 21 В 45/00, 1979,Авторское свидетельство СССР Иф 972065, кл. Е 21 В 44/00, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ, содержащее датчики БО 11 2951 продольных и поперечных колебаний бурильного инструмента, соединенныечерез полосовые фильтры с блокомвычисления средних значений, нуль-орган и блок индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумяделителями и линией задержки, причем выходы блоков вычисления средних значений подключены к входампервого делителя, выход которогосоединен с первым входом второгоделителя и через линию задержки сего вторым входом, а выход второгоделителя через нуль-орган связан сблоком индикации.Изобретение относится к областибурения нефтяных и газовых скважини может быть использовано для автоматизации управления процессомбурения. 3Цель изобретения - повышение точности.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит датчик 1 продольных колебаний бурильного инструмента, датчик 2 поперечных колебаний бурильного инструмента, полосовые фильтры 3 и 4, блоки 5 и 6 вычисления среднего абсолютного отклонения 15продольных и поперечных колебаний,соответственно, делитель 7 среднихабсолютных отклонений продольных ипоперечных колебаний, линию 8 задержки, делитель 9 сигналов, нуль-орган рд10 и блок 11 сигнализации,Каждый из датчиков 1 и 2 соединены через полосовые Фильтры 3 и 4 свходами блоков 5 и 6 вычисления среднего абсолютного отклонения продольных и поперечных .колебаний соответственно,Выходы 5 и 6 связаны с двумя входами делителя 7 средних абсолютныхотклонений, выход которого подключен к одному входу второго делителя 9 сигналов через линию 8 задержки, а к второму его входу - непосредственно, Выход делителя 9 черезнуль-орган 10 связан с блоком 11сигнализации,Устройство работает следующимобразом,Буровое долото обладает двумяосновными степенями свободы; вдольвертикальной оси скважины и в перпендикулярной ей плоскости забоя.В процессе бурения при взаимодействии долота с горными породамивозбуждаются два основных вида колебаний-продольное и поперечноекоторые в форме продольных и попе. речных упругих волн передаются кустью скважины по бурильной колонне.50При нормальном процессе буренияосуществляется ударное приложениенагрузки к забою в вертикальном направлении за счет перекатывания зубьев шарошек долота по забою, Вэтих условиях возбуждаются преимущественно продольные колебания, ин-тенсивность которых значительно превосходит энергетический уровень поперечных волн. При отсутствии износа вооружения и опор долота в бурильной колонне развивается стационарный волновой процесс, а отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн в колонне в этом случае является также устойчивой стационарной случайной величиной.При износе вооружения и заклинивании шарошек условия ударного приложения нагрузки за счет качения шарошек нарушаются.Шарошки скользят по забою, разрушение забоя идет в неэффективном режиме поверхностного истирания и усталостного разрушения пород Существенно изменяется и характер возбуждаемых долотом. упругих колебаний. За счет перемещения долота в плоскости забоя в бурильной колонне возникают интенсивные поперечные колебания, Стационарность волнового процесса в бурильной колонне нарушается, изменяется соотношение между энергетическими уровнями продольных и поперечных волн, возникают срывы и всплески функции, характеризующей отношение энергетических характеристик продольных и поперечных волн. Это служит сигналом о нарушении нормального процесса бурения вследствие износа долота.Продольные и поперечные упругие волны, распространяющиеся от долота,. преобразуются датчиками 1 и 2 в электрические сигналы, которые отфильтровываются от помех полосовыми фильтрами 3 и 4 и подаются на входы" блоков 5 и 6, предназначенных для вычисления среднего абсолютного отклонения продольных и поперечных колебаний соответственно. Выходные сигналы блоков 5 и 6, пропорциональные среднему абсолютному отклонению продольных и поперечных колебаний, поступают на входы делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний, При нормально установившемся процессе бурения сигналы с блоков 5 и 6 являются стационарными и по условию стационарности отличаются лишь на постоянный множитель, Вследствие этого на выходе делителя 7 средних абсолютных отклонений продольных и поперечных колебаний действует постоянный сигнал, При эаЗаказ 4071/29 Тираж 540 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб д.4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 клинивании долота стационарность случайных волновых процессов нарушается, поэтому сигналы на выходе делителя 7 уменьшаются или увеличи- ваются. 5Для установления заклинивания долота по моменту изменения сигнала на выходе делителя 7 служит второй делитель 9. На один его вход подается сигнал с выхода делителя 7 через линию 8 задержки, а на второй вход выходной сигнал делителя 7 подается непосредственно. Время задер,жки сигнала. устанавливается равным, . например, 20 с, что обеспечивает своевременное установление заклин- . ки долота до возникновения аварийной ситуации из-за передержки отработанного долота на забоеТаким образом, на вход делителя 9 поступают два сигнала: один - адекватный, или синхронный процессам на забое, и второй - задержанный во времени (например, на 20 с). Первый сигнал отображает состояние долота в момент наблюдения 1, а второй сигнал - в предшествующий момент времени Ф - д% , .где сй - время задержки сигнала. При отсутствии заклинивания сигнал на выходе делителя 9 является постоянным. Если заклинивание долота происходит в момент Ф, то в этот момент анализируемый сигнал становится нестационарным по среднему абсолютному от- клонению, а предшествующий сигнал, соответствующий времени 1 " Й является еще стационарным, По этой причине сигнал с"(оИ -сМ , соответствующий отношению на выходе делителя 9, значительно превышает порог срабатывания куль-органа 10, В этот момент с нуль-органа 10 поступает управляющий сигнал в блок 11 сигнализации.Преимущества предлагаемого устройства состоят в обеспечении более точной оптимальной длительности долбления. Надежность выдаваемой информации о состоянии долота обоснована путем экспериментальной проверки при бурении скважин