Устройство для контроля процессов бурения

".:,ЗОБРЕТЕН. ";, у,ЕТЕЛЬСТВУ ПИ САНИ ОРСНОМУ СВ ношфи М Ю .Ю 1 ф Вв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Научный центр биологических иоспедований АН Азербайджанской ССР .(83) 880,834.622.24 (088.8) (86) 1. Патент США М 4159868, кп. 73-181, опубпик. 1979.2. Авторское свидетельство СССР % 682318, кп. Е 21 В 48/00, 1979.3. Рукавицын В,Н., Ситников А.Т; Акустическая. Информациовкиэмвритепьная система контроля забойных параметров. - ".Автоматизация и твпемеханнэация нефтяной промышленности"1980, Ж 3, , с. 3-8 (прототип).(84)(87) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТ РОЛЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ, содержа, щее датчик, пинию связи, фильтр низких частот, активный попосовой фильтр, ам ппитудный детектор, а также триггер Шмитта, измеритель отношения напряжений, сепектор дпитепьности, анапоговый и цифровой блоки измерения частоты, причем выходы активных попосовых фильтров каждого канала через амппитудныв детекторы соединены с иэмеритепем отения напряжвай, а выход полосовогопыра первого канала соединен также с триггером Шмитта, о т и и ч а ю щ ее с я . тем, что, с целью повышения точности измерения и помехоэащищенности устройства, оно снабжено третьим измерительным канапом, содержащим датчик и пинию связи, а также одновибратором, элементом ИЛИ, калибратором, двумя усипитепями и двумя устройствами вычитания сигналов, входы каждого иэ которых подключены к линиям связи первого и третьего и второго и третьего каналовввнно, а выходы через усипнтед дииены к объединенным входам фильтра низкой.частоты и активного попосового фнпьтра, кроме того, к выходу триггера Шмитта подключены входы одновибратора и сепвктора дпитепьности, вы- уеее ход одновибратора соединен с вторым входом .селектора дпитеньности, выход которого через элемент ИЛИ соединен с входами аналогового и цифрового бпоков измерения частоты, а к второму входу элемента ИЛИ подключен калибратор.2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е ес я тем, что пиния связи в каждом иэ каналов измерения состоит иэ элвктрооптичвскогопреобраэователясвето-. вода и оптоэлектричвского прв образователя,44 2 электрические помехи в измеритепьных ПИНИЯХ свЯзИ.Цепью изобретения является повышение точности измерения,и помехоэащнщенности устройства, а также удобства в эксплуатации. Поставленная цель достигается тем,что устройство дпя контроля процессовбурения, содержащее в каждом из двух канапов измерения датчик, пинию связи,фильтр низких частот, активный полосовой фильтр, амплитудный дефектор, а так" же триггер Шмнтта, измеритель отноше ния напряжений, сепектор дпитепьности, аналоговый и цифровой блокИ измерения частоты, причем выходы активных попосовых фильтров каждого канала через ам. ппитудные детекторы соединены . измерителем отношения напряжений, а выход цопосового фильтра первого канапа соединен также с триггером Шмитта, снабжено третьим иэмеритепьным каналом, содержащим датчик и линию связи, а также одновибратором, эцементом ИМИ, капибратором, двумя усилителями и двумяустройствами вычитаниясигнапов, входыкажрэго иэ которых подключены к линиямсвязи первого и третьего и второго итретьего каналов соответственно, а выходы через усилители подсоединены к обьединенным входам фипьтра низкой частоты и активного попосового фипьтра, крометого, к выходу триггера Шмнтта цодкшочены входы одновибратора и селектора длительности, выход одновибратора соединен с вторым входом сепектора дпитепьностн, выход которого через,эцементИЛИ соединен с входами анапогового и цифрового блоков измерения частоты, а к второму входу апемента ИЛИ подключен капибра тор.При атом пиния связи в каждом из каналов измеренйя состоит из апектрооп- тического преобразоватепя, смтовода и оптоапектриче ского преобразователя.На чертеже изображена структурная схема устройстм.функционально схема устройства со стоит из трех иэмеритепьных канапов: А, И и С. Канал А спужит дпя выдепення на фоне, помех, обработки и регистрацииинформационного сигнапа, поступающегос забоя скважины по бурильной копонне;капая В - для выделения на фоне помех,обработки и регистрации ийформационного сигнапа, поступающего с забоя скважины цо горным породам, а канал С для выдепения и компенсации сигнала, поступающего от буровых насосов. Измеритецьные 1 10308Изобретение относится к тепеконтропюзабойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано также дпяакустических исспедомний упругих свойств горных пород в процессе бурения скмжин.Известно устройство дпя контропяпроцесса бурения скважины с акустическимканалом связи, состоящее иэ датчика виб-ораций, установпенного на бурильной копонне, полосового фипьтра, пикового детектора, компаратора, коммутатора, усипитепя 1.Недостатком указанного устройстваявляется то, что контропь параметровосуществляется только дпя случаев кваэи-гармонияеских вибраций колонны.Известно также устройство для контроля частоты вращения вапа турбобуракак по низкочастотной, так и по высокочастотной составпяющим продольных копебаний бурипьной копонны, содержащееакустический канап связи и атшаратуруобработки сигнапбв 2 325Недостатком этого устройства является ннзкая точность, обусповпенная прямымметодом измерения и влиянием на резунтаты измерения передаточных характеристик колонны бурипьных труб.Наиболее бпизким техническимРешением к изобретению является двухканапы.ная акустическая иэмеритепьная системаконтроля забойных параметров, содержащая два приемных акустических цраоб-35разоватепя, один из которых распопожен .в верхней части бурипьной копонны (навертпюге ипи квадрате) и воспринимаетсигнап, поступакщий с забоя скважиныдо бурипьной.копонне, а второй расюпожен на поверхности эемпи на некотором 4 Орасстоянии от устья скважины в специальном шурфе и. регистрирует сигнап, поступающий с забоя скважины цо горнымпородам. Устройство обеспечивает опера,45тивное измерение в процессе бурения .).частоты вращения вана турбобура, степени износа бурового инструмента,механической скорости бурения,а также используется дпя вычисления частотно-зависимо.го,акустического импеданса горных пород50коэффициента затухания с цепью построения,геологвлвслого Вввреев свввиаеы Я.Недостатком известного устройства,явпяется низкая точность измерейия,обусповпейная впиянием буровыхнасосов,которые создают значитейьную вибрациюбурильной копоньы и грунта, а такжб44; 4 1030 "каналы А и В имеют идентичные схемы и состоят каждый,из датчика 1 сигнала оптической линии связи, содержащей апек трооптический преобразователь 2, светов од 3 и оптоэпектрический преобразователь 4, устройства 5 вычитания сигналов, масштабирующего, усилителя 6, фильтра 7 низкой частоты, активного полосового фильтра 8 и амплитудного дискриминатора 9 сигналов. Канал С явпяется корректиру 10 ющим и состоит только из датчика,сит нала 1 и оптической пинии связи, содвр жащей эпектрооптичвский преобразователь 2, световод 3 и оптоэпвктричвский пре образомтвпь 4, выхоа которого подключен к устройствам 5.1 вычитания сигна-. лов (канал А) и 5.2 (канал В).Кроме того, устройство содержит измеритель 10 отношения напряжений, триггер Шмитта 11, одновибратор 12, сепек- О тор 13 длительности, калибратор 14 и элемент ИЛИ 15, соединенный с входами аналогового и цифрового блоков измерения частоты. Аналоговый блок измерения частоты (АБИЧ) состоит иэ интегратора 16 и формиромтепя 17 калиброванных импульсов, Цифровой бнок измеренки час- тоты (ББИЧ) содержит масштабирующее устройство 18, временной селектор 19, генератор 20 опорной частоты, делитель 21 частоты; счетчик 22 импульсов, буферный регистр 23 памяти и устройство 24 цифровой индикации.Устройство работает следующим образом еЭлектрический сигнал с выхода акустического преобразователя 1.1, установпенвхо на буровой колонне (санап А), поступает на вход эпектрооптического преобразователя 2.1, который подсоеди.нен к световоду 3.1, служащему для40 передачи измерительного сигнала в форме инфракрасного излучения оптоэпектрическому преобразователю 4.1. Оптическая линия связи обеспечивает существенное уменыпеиие уровня электрических помех, 45 возникакхцих при работе буровых насосов и других электроустановок на скмжине, Электрический сигнал с выхода оптоэпектрическюго йреобраэомтепя 4.1 постунает на вход устройства 5.1 вычитания 50 сигналов, на второй вход которого по пинии связи поступает сигнал коррекции с датчика 1.3, установленного на буровом насосе (канап С). На выходе устройства вычитатепя 5.1 формируется снг 55 нап, в спектре которого скомпенсированы, . неинформативные частотные,лставпяющйе,:. обусповйенные работой буровых насосов,5Полученный сигнал подается на вхоа усилителя 6,1 с пврестраиваемым коэффициентом усиления,который позволяет получить сиг нап нужного уровня,С выхода усилителя 6.1 сигнап поступает на входы фильтра 7.1 низ; ких частот и активного полосового фильтра 8.1. фильтр 7.1 низких частот служит дпя выделения и контроля на выходе 1 устройства широкополосного сигнала в диапазоне частот до 10+ Гц, Поносовой фильтр 8.1 служит дпя выделения сит- нала преобладающей частоты - частоты вращения мпа турбобура, имеет полосу пропускания 10 Гц и может плавно перестраиваться в диапазоне 15-150 Гц. Дпя определения максимальной амплитуды иоспедувмого сигнала используется амплитудный детектор 9.1 (выход Й), подключенный к выходу цопосового фильтра 8,1.Аналогично осуществляется нреобраэо-ва.ие сигнала в канапе В, который обеопечивает регистрацию широкополосного сигнала, проходящего по горным пороаам (выход ж), и измерение амплитуды преобладающей частоты этого сигнала (выход1 У).Определение коэффициента затуханияакустического сигнала осуществпяется в измерителе 10 отношения напряжений(выход У), входы которого подключены камплитудным детекторам измерительныхканалов А и В.Устройство обеспечивает также измерение и регистрацию частоты вращения мпа турбобура.в аналоговой и цнфровойформе. С этой целью синусоидапьный сигнап с выхода полосового,фильтра 8.1 подается на вход триггера Шмитта 1 1, который формирует из него последовательность прямоугольных импульсов. С помощью оановибратора 12 и селектора 13длительности, подключенных к выходу .триггера Шмитта 11, из этой поспедомтепьности выделяются импупьсы, длительность которых превышает 2 мс. Это условие обеспечивает подавление эпектричвоких помех и сбоев, возникающих при коммутации электроустановок на буровой,Сформированная на выходе селектора 13длительности последовательность импуль-сов через, элемент ИЛИ 15 поступает нааналоговый и цифровой блоки измеренйячастоты. К второму. входу элемента ИЛИ15 подключен калибратор 14, который вырабатывает импульсный сигнал с частотой100 Гц и служит апя калибровки аналогового частотомера и проверки работоспособ.Ности цифрового частотомера,Аналоговый частотомер (АБИЧ) обеспечивает на выходе хХ устройства рвгист""Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная. 4 лиал радию измеряемой частоты в аюпоговой форме.Цифровой блок измерения частоты (ЦБИЧ) представляет собой цифровой епектронносчетный частотомер, в котором в течение интервала измерения 1 с, формируемого генератором 20 и делителем 21, в счетчике импульсов 22 регистрируется копичество импульсов, прошедших через селектор 19. В интервале между измерениями код хранится в регистре 23 и индицируется на цифровом индикаторе 24. На входе цифрового частотомера включено устройство 18 масштабирования частотно-импульсного сигнала, котороеобеспечивает индикацию частоты вращениявала турбобура в об/мин.Промысловое опробование устройства нана скважинах с глубиной до 2000 м подтвердило его аффективность для оперативного контроля прюцесса бурения. Наличиедостоверной информации о работе турбобура и свойствах буримых горных пород 1 О на буровой, получаемой с помощью уст.ройства в реальном масштабе времени,позволяет правильно регулировать югруэку на долото и поддерживать оптимальный режим бурения.