Устройство для контроля процессов бурения

(19) (Ю СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 55 00 Е 21 В 47 21 ГОСУД АРСГЮ ДЕ ННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ- Р В,Н. Рукавициниологическихбайджанской ССРндетельство СССРВ 47/00, 1981.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ по авт. св.9 1030544, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиконтроля, в устройство введены дополнительный триггер Шмитта и блокизмерения временного сдвига, выходытриггеров Шмитта подключены к входамизмерителя временного сдвига, входдополнительного триггера Шмиттаподключеь к выходу активного полосового фильтра третьего измерительно- .го канала.Однако известное устройсво обладает недостаточной точностью, за счет отсутствия учета временного сдвига между сигналами Информационный и Помехи, возникакщи" ми при работе буровых насосов.Цель изобретения - понышение точности контроля.Указанная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный триггер Шмитта и блок измерения временного сдвига, выходы триггеров Шмитта подключены к входам измерителя временного сдвига, нход дополнительного триггера Шмитта подключен к выходу активного полосового Фильтра третьего измерительного канала.На чертеже изображена функциональная схема устройства. 50 60 Изобретение относится к исследованиям свойств горных пород и пред"назначено для определения акустических свойств горных пород в процессебурения скважин.По основному авт. св. Р 1030544известно устройство для контроляпроцессов бурения, содержащее дат"чик, линию связи, фильтр низких частот, антивный полосовой фильтр,амплитудный детектор, а также триггер Шмитта, измеритель отношениянапряжений, селектор длительности,аналоговый и цифровой блоки иэмере"ния частоты, причем выходы активныхполосовых фильтров каждого канала 15через амплитудные детекторы соединены с измерителем отношения напряжений, а выход полосового фильтрапервого канала соединен также с триггером Шмитта, снабженное третьим Йз"мерительным каналом, содержащим датчик и линию связи, а также одновибраторОм, элементом ИЛИ, калибратором, двумя усилителями и двумя устройстнами вычитания сигналов, входыкаждого иэ которых подключены к линиям связи первого и третьего и втброго и третьего каналов соответственно, а выходы через усилители подсоединены к объединенным входам Фильтранизкой частоты и активного полосовогоФильтра, кроме того, к выходу триггера Шмитта подключены входы однонибратора и селектора длительности,выход однонибратора соединен с вторым входом селектора длительности,выход которого через элемент ИЛИсоединен с входами аналогового ицифрового блоков измерения частоты,а.к второму нходу элемента ИЛИ подключен калибратор, при этом линия 40связи в каждом из каналов измерениясостоит из электрооптического,преобразователя, светонода и оптоэлектрического преобразователя. Устройство состоит из трех каналов А, Б и В. Датчик 1 канала А расположен н верхней части бурильной колонны, датчик 1 канала Б - на дневной поверхности возле устья скважины на расстоянии не менее длины волны преобладающих упругих колебаний, возбуждаемых при работе забойного инструмента, равном 1.З 41 ЬЧЭ Э ф где д 13 - время задержки различныхтипов волн;ь - разность скоростей распространения различных типов волн.Сигналы датчиков 1 и 1 содержат кроме полезного .сигнала, несущего информацию о работе забойного двигателя, еще и сигнал, возникающий при работе буровых насосов, который является н данном случае помехой. Для исключения этой помехи в схему введен третий канал В, датчик 1 которого расположен на буровых насосах.Каждый канал А, Б, В содержит соответстнукщие датчики 1, 1, 1 электрооптические преобразователи 2, 2, 2" . снетоводы 3, 3, 3 и оптоэлектрические греобразователи 4, 4 4Рассмотрим Функциональную схему канала А. Выход датчика 1 соединен с электрооптическим преобразовате" лем 2, подсоединен к световоду 3, служащему для передачи инфракрасного излучения, полученного от преобразователя 2, оптоэлектрическому преобразователю 4. Электрооптический преобразователь 2, световод 3, оптоэлектрический преобразователь 4 состанляют линию связи. Выход опто- электрического преобраэователя 4 соединен с входом блока 5 вычитания, другой вход которого связан с оптоэлектрическим преобразователем 4 линии связи 1 канала. Выход блока 5 (5.) вычитания соединен с входом усилителя б (б), имекщего коэффициенты усиления 1, 10, 100, 1000, 10000, поэволякщего усиливать сигналы до нужного уровняВыход усилителя б (б) соединен с входами фильтра 7 (7) низких частот и актинного полосового фильтра 8 (8), который служит для ныделения преобладакцего сигнала (низкочастотного). Характеристика блока позволяет в некотором приближении считать, что сигнал на его выходе пропорционален автокорреляционному сигналу. Выход блока выделения первой гармоники 8 (8) соединен с входами триггера Шмитта 9 (9) и амплитудного детектора 10 (10 ), служащего для определения амплитуды преобладакщего сигнала. Выходы амплитудных детекторов 10 и 10 каналов А и Б сняэа3 10655 ны с входами измерителя 11 отношения напряжений.Величины амплитуд сигналов соответствуют величинам энергии различных типов упругих волн. При этом коэффициент затухания о около скважин ной среды или различных типов .Упру: гих волн измеряют как величину отношения значений амплитуд сигналов да двух измерительных каналах А и Б100где О, - амплитуда преобладакщегосигнала, поступающего погорной породе 102 - амплитуда преобладакщего 15сигнала, поступающего поколонне;к " коэффициент пропорциональности.Измерение в процессе бурения, коэффициента затухания для различных типов упругих волн по величине отношения амплитуд преобладающих сигналов позволяет осуществить нормиро вани, величины затухания на переда точн;. характеристики бурильной .ма" шины и последовательно. пройденных скважиной горных пород и .обеспечить высокую точность измерения и независимость полученных результатов З 0 от изменения передаточных характеристик во времени. В связи с тем, что измерение амплитуд производится непрерывно во времени, то и расчленение разреза исследуемой скважины производится непрерывно.Выход блока выделения первой гармоники соединен также с триггером Ммитта 9, служащим для преобразования исследуемого сигнала в сигнал,. совместимый с уровнем ттл-.логи" 40 ки. Выходы триггеров Шмитта 9 и 9 соединены с входом блока 12 измерений временного сдвига, где происходит измерение интервального времени пробега, соотнетствукщего максимумам 45сигналов на каждом канале.Временной сдвиг максимумов отфильтрованных сигналов, принятых поканалам А и Б., огределяется линией пути Е , 2, прохрдимой упру гимн волнами в каждой горной породе, и скоростью распространенияколебанийЧЧ " и" Чп 55 , где ч 1 , Ч - скорость распространения волн в различ"ных породах;А 1 ,А - коэффициенты;01, ,0- длина пути, проходи" 60мого упругими волнами в различных породах еИнтервальное время пробега упругих колебаний измеряют по разности моментов прихода максимумов сигна" лов однотипных волн, принятых по двум измерительным каналам А и Б и измеренных с дискретностью во временидф" и мЩ О ОЯгде- момент прихода преобладавщего сигнала по колоннетруб 5ь - момент прихода преобладаю 2щего сигнала по горной породе.Причем выход триггера Юмитта 9 соединен с входом одновибратора 13 и с одним из входов селектора 14 длительности. Одновибратор 13 вырабатывает импульсы, длительностью 2 мс. Селектор 14 длительности служит для выделения полезного сигнала, длительность которого превышает 2 мс, что позволяет не учитывать электрические помехи, сбои по це- пям питания, возникающие при вклю.чении и отключении электродвигате" лей, насосов, компрессоров и т.д.Выход селектора 14 длительности соединен с первым входом элемента ИПИ 15, второй вход которого соединен с выходом калибратора 16Калибратор 16 вырабатывает импульсы частотой 100 Гц, позволякщие проводить калибровку прибора. Выход элемента ИЛИ 15 соединен с входом блока 17 масштабных коэффициентов и с входом формирователя 18 импуль" сов калиброванной длительности. Выход Формирователя 1 В импульсов подсоединен к индикатору 19, в совокупности эти блоки представляют собой аналоговый блок измерения частоты, Блок 17 масштабных коэф" фициентов позволяет производить измерения частоты исследуемого объекта в об/мин. Выход блока 17 масштабных коэффициентов подключен к первому входу Формирователя 20 временного окна. Блоки 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25 представляют собой цифровой блок измерения частоты. Второй вход формирователя 20 через делитель 21 частоты подключен к генератору 22. Выход формирователя 20 временного окна соединен с входом счетчика 23, который служит для подсчета импульсов, прошедших за время измерения через Формирователь 20 временного окна. Выход счет" чика 23 соединен с входом буферного регистра 24 памяти. Буферный регистр 24 памяти запоминает число импульСов, подсчитанных счетчиком 23 во время предыдущего измерения. Выход буферного регистра 24 памяти соединен с входом индикатора 25. Схема (канал А) функционируетследукщим образом.Заказ 11019/36 Тираж 569 Подписное ВНИИПИ Государстненного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП 1 Патент,. г.ужгород, ул.Проектная, 4 Акустические сигналы, принимаемые датчиком 1 преобразуются в электрические. С выхода датчика 1 сигнал поступает на вход линии связи 1, где он преобразуется электрооптическим преобразователем 2 в оптический, и по световоду 3 передается на вход оптоэлектрического преобразователя 4. Оптоэлектрические преобразователи преобразуют оптический сигнал в электрический. 10,Электрический сигнал с выхЬда линии связи 1 поступает на первый вход блока 5 вычитания, на второй вход которого поступают сигналы с выхода линии связи канала. В, С:.вы хода .блока вычитания сигналы поступают на вход усилителя б. Усиленные сигналы отфйльтровынаются в фильтрах 7 низких частот и, в активных полосовых фильтрах 8 и подаются на 2 О нход амплитудного детектора 10. Сигналы с выходов амплитудных детекторов каналов А и Б поступают, на вход измерителя 11 напряжений. С выхода блока вццелечия первой гармони- р 5 ки сигнал поступает также на вход триггера Шмитта 9, С выхода триггеров Шмитта каналов А и Б сигналы поступают на вход блока 12 измере ния временного сдвига.Сигнал с выхода триггера Шмитта канала А поступает также на вход одновибратора 13 и на первый вход селектора 14 длительности. Сигнал с выхода однонибратора 13 поступает на второй вход селектора 14 длитель ности, затем на первый вход элемен-; та ИЛИ 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода калибратора 16. С ныхода элемента ИЛИ 15 сигналы параллельно подаются на вход формирователя 18 импульсон калиброванной длительности и блока 17 масштабных коэффициентов.Сигнал с формирователя 18 импульсов поступает на индикатор 19. Генератор 22 вырабатывает прямоугольные импульсы стабильной частоты, которые поступают на вход делителя 21 частоты. Сигнал с выхода делителя частоты, равный по.длитель ности 1 с, поступает на вход формы" рователя 20 временного, окна. На второй вход формирователя 20 нременного окна поступают импульсы с блока 17 масштабных коэффициентов. Сигнал с выхода формировате" ля временного окна 20 поступает На вход счетчика 23. Сигнал с выхода счетчика 23 после каждого измере" ния записывается в буферный регистр 24 памяти 24, после чего он бодается на вход индикатора 25.Применение изобретения дает воз ьЬжность оперативного определения и прогнозирования. в процессе бурения поглоцакщих и скоростных .характеристик исследуемых горных пород по данным только наземных наблюденийбеэ спуска в буровую скважину специ" альной забойной аппаратуры.