Устройство для контроля процесса бурения

(46) 07,07.89 (71) Всесоюэн ский институт Бил. 9 25ый научно-исследовател нефтепромысловой гео 57) Изобретение относит ефтяных и газовых скваж к бурению позволяия забоймех. ния и макоотве тст ом 13ок 14 ией з вмм цим кана- оследовахода наЖ 6, ИнфорГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ физики(56) Рукавицын В, Н., Ситников А. Т. Акустическая информационно-измерительная система контроля забойных параметров. - Автоматизация и теле- механизация в нефтяной промышленности. 1980, У 3, с. 3-5.Авторское свидетельство СССР В 1030544, кл. Е 21 В 47/00, 1981.(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ ет повысить точность измере ных параметров путем вычит из информационного сигнала симдльном взаимном фазовом вии. Устройство снабжено б выделения мощности, блоком за спектра, управляемой лин держки (УЛЗ) 8, дискретно- фильтром (ДАФ) 9 и управля лом 1, Последний содержит тельно соединенные датчик соса и преобразователь (П)1492032 мационный сигнал подается на входы ДЛФ 9 и УЛЗ 8, которые управляются П 6. Иэ информационного сигнала в ДАФ 9 отфильтровывается сигнал помехи от буровых насосов. При этом УЛЗ 8 компенсирует фазовые сдвиги, возникающие в ДАФ 9, между информационным сигналом и помехой. Сигначы с выходове Изобретение относится к телеконтролю забойных параметров в процессебурения нефтяных и газовых скважин.Целью изобретения является повышение точности измерения путем фильтрации помех иэ информационного сигнала с последующим вычитанием их изсигнала с учетом фазовых сдвиговмежду ними.На чертеже представлена структурная схема устройства.н25Устроиство содержит два каналаизмерительный 1 и управляющий 2. Измерительный канал используется длярегистрации и передачи к обрабатывающему устройству информационногосигнала и состоит из датчика 3 вибрации и оптоволоконной линии 4 связи. Управляющий 2 канал включает всебя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6,Кроме эТого, устройство содержит 3фильтр 7 низких частот, управляемуюлинию 8 задержки, дискретно-аналоговый фильтр 9, блок 10 вычитания, усилитель 11, блок 12 выделения частоты,блок 13 выделения мощности, блок 14 40анализа спектра. Функциональные узлысоединены следующим образом: датчик 3вибрации подключен к входу оптоволоконнои линии 4 связи, выход которойчерез фильтр 7 низких частот соединен 45с вход ми управляемой линии 8 задержки и дискретно-аналогового фильтра 9,выходы последних подключены к соответствующим входам блока 10 вычитания,а управляемые входы - к управляющему 50каналу, включающему последовательноподключенные датчик 5 хода насоса ипреобразразователь 6, Выход блока 10вычитания через усилитель 11 соединенс входами блока 12 выделения частоты, 55блока 13 выделения мощности и блока14 анализа спектра.Устройство работает следующим образом,У 31 З 8 и ЛЛФ 9 подаются на блок О вычитания, где из информационного сигнала вычитается сигнал помехи. Настройка ДАФ 9 на частоту кратную ходам насоса, осуществляется сигналом, подаваемым из управляющего ка. нала 1 с П 6 в форме частоты, пропорциональной ходам насоса.ил. Электрический сигнал с выхода датчика 3 вибрации, установленного на буровой колонне, поступает на вход оптоволоконной линии 4 связи, где электрический сигнал преобразуется оптический, передается по световоду в форме инфракрасного излучения, а на другом конце линии оптический сигнал обратно трансформируется в электрический. Электрический сигнал с выхода измерительного канала поступает на вход фильтра 7 низких частот, где отфильтровывается от высокочастотных шумов с частотой выше 5 кГц и подает-ся на входы управляемой линии 8 задержки и - дискретно-аналогового фильтра 9Дискретно-аналоговый фильтр 9 представляет собой перестраиваемый полосовой фильтр, частота фильтрации которого устанавливается внешней управляющей частотой, которая на 1-2 порядка выше фильтруемой. Добротность фильтра составляет 15-20, Внешняя управляющая частота подается с управляющего канала, который включает в себя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6. Снимаемый с датчика 5 электрический сигнал в форме постоянного напряжения с уровнем, пропорциональньм ходам насоса за единицу времени, поступает на преобразователь 6. Преобразователь 6 представляет собой преобразователь напряжения в частоту, т.е. на выходе преобразователя частота сигнала пропорциональна ходам насоса за единицу времени. Коэффициент преобразования преобразова теля 6 выбран таким, при котором частота сигнала на выходе соответствует управляющей частоте дискретно-аналогового фильтра 9, настроенного на частоту фильтрации, равной основной гармонике частот, вы вашьс работой буровых насосов.49203С выхода дискретно-аналогового фильтра 9 отфильтрованный сигнал помех подается на второй вход блока 10 вычитания. Так как на выходе дискретно-аналогового Фильтра 9, имеющего линейную Фаэовую характеристику, сигнал сдвигается относительно входного на время О, обратно пропорциональное частоте, то для компенсации этой вре менной задержки информационный сигнал подается на первый вход блока 10 вычитания через управляемую линию 8 задержки. Управляемая линия 8 задержки представляет собой регистр сдвига, 15 каждая ступень которого осуг 1 ествляет задержку входного сигнала на время между очередными управляющими импульсами, При этом число ступеней регистра выбирается равным такому значе нию, при котором обеспечивается равенство временных задержек на управляемой линии 8 задержки и на дискретно-аналоговом Фильтре 9 при одинаковой управляюшей частоте. 25После блока 10 вычитания информационный сигнал, очищенный от помех, поступает на вход усилителя 11, а с выхода усилителя - на входы блока 12 выделения частоты, блока 13 выде- ЗО ления мощности и блока 14 анализа 26ра виброакустического си нала с одновременной аналоговой регистрацией. Анализ спектра сучестпенно дополня - ет забойную информацию и позволяет расчленить породу по Филенко-механическим свойствам, прогнозировать подход к коллектору, а также точнее оценить состояние опор и вооружения долота.Данное устройство позволяет иэбавиться в сигнале от частотных составляющих, кратных ходам поршней буровых насосов, которые при низких уров нях забойных сигналов могут восприниматься в известных устройствах как частотные составляющие, кратные оборотам вала турбобура, так как оба частотньм диапазона перекрываются, Высокая точность измерений способствует выбору более благоприятных режимов бурения и значительному повышению механической скорости бурения и проходки на долото, Использование точных значений виброакустических параметров позволяет своевременно опреде лить моменты смены долота и тем самым уменьшить число спуско-подъемных операций и исключить аварийные ситуации, вызванные полным износом долота.спектра.Блок 12 выделения частоты представляет собой цифровой электронно- счетный частотомер, который выделяет из информационного виброакустического сигнала преобладающую частоту колебаний (основную гармонику), которая пропорциональна оборотам турбобура. В этом блоке имеется масштабируюций узел, который преобразует преобладающую частоту в частоту оборотов вала турбобура и регистрирует ее в аналоговом виде.Блок 13 выделения моцности предназначен дпя измерения мойности колебаний в определенной полосе частот.Этот параметр дает ценные сведения о свойствах бурящихся горных пород, о состоянии породоразрушающего инструмента и позволяет зафиксировать моменты эаклинок шарошек долота,Блок 14 анализа спектра циклически, через определенные интервал проходки или времени, производит оперативный последовательный анализ спектФормула изобретения Устройство дпя контроля процесса35бурения содержащее датчик вибраций,Фвыход которого через оптоволоконнуюлинию связи соединен с входом фипьтранизких частот, блок вычитания, выходкоторого подключен к входу усилите ля и блок выделения частоты, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, устройствоснабжено управляемой линией задержки,дискретно-аналоговым Фильтром, блока ми выделения мощности и анализа спектра, а также управляюшим каналом,включающим последовательно соединенные датчик ходов насоса и преобразователь, при этом выход Фильтра низких 5 О частот соединен с информационными входами, а выход преобразователя - с управляющими входами управляемой линии задержки и дискретно-аналоговогофильтра, выходы которых подключены 55к соответствующим входам блока вычитания, а выход усилителя соединенс входами блоков выделения частоты,Фвыделения мощности и анализа спектра.