Устройство для контроля параметров процесса бурения

(5 4 Е 21 В 45/О СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем и Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность контроля пара метров процесса бурения. Для этого устр-во снабжено акустическим преобразователем 1, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками из,ЯО 1461882 мерения (БИ) осевой нагрузки 5 на долото и крутяцего момента 6 роторного стола, управляемой линией 8 задержки, БИ взаимно корреляционной функции (ВКФ) 9 н максимума ВКФ 10, блоками управления 11 и вычитания 13 и БИ автокорреляционной функции А, продольных 19 и А поперечных 21 упругих колебаний, максимума 22 автокорреляционной функции продольных Р %Кчдкс и поперечных Кчдкс упругих колебаний и коэффициента К корреляции 17. Сигнал с преобразователя 1 поступает на фильтр 7 низких частот, а с его выхода на линию 8 задержки. Она управляется повагоно с шагом Лт блоком 11 управления. Задержанный сигнал с выхода линии 8 задержки поступает на один из входов БИ 19, на второй вход которого через блок 25 усиления и синхронизатор 2 подаются сигналы А и А., С выхода БИ 9 сигналы ВКФ подаются в БИ 10 измерения максимума ВКФ. Блок 11 включает блок 13 вычитания, на один вход которого подается информационный сигнал А К К (А,), а на другой - задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов Ан. Разност1461882 ный сигнал с выхода блока 13 запоминается в блоке 4 памяти. Одновременно сигналы Аи А, с выхода блока 14 подаются на входы БИ 18 и 21 и далее в БИ 19 и 22 и в БИ 23 энергетического спектра Яэ. С выходов БИ 19о ъи 22 сигналы Кыакс и Кмакс поступают на Входы блока деления (БД) 20, Результируюгций сигнал % пропорционален удельному моменту Му на долоте. В БД 16 деления производится операция. деления сигналов с выхода БИ 4 механической скорости и сиг 1Изобретение относится к горному делу, а именно к контролю параметров процесса роторного бурения скважин.Целью изобретения является повышение точности контроля.На чертеже изображена функциональная схема устройства для контроля параметров процесса бурения. Устройство содержиг акустический преобразователь 1, установленный в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы (или на корпусе насосов), датчик 2 продольных упругих колебаний, установленный в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или квадрате), датчик 3 поперечных упругих колебаний, совмещенный в одной точке измерения с датчиком 2 продольных колебаний, блок 4 измерения механической скорости бурения Ч, блок 5 измерения осевой нагрузки на долого Р с, блок 6 измерения крутящего момента роторного стола М, фильтр 7 низкой частоты, управляемую линию 8 задержки, блок 9 измерения взаимно корреляционной функции К блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции К , з, блок 1 управления, синхронизатор 12, блок 13 вычитания, блок 14 памяти, блок 15 умножения, первый блок 16 деления, блок 17 измерения коэффициента корреляции К, блок 18 измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний К, блок 19 измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний К второй блок 20 деления, блок 21 измерения автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний Кс, блок 22 измерення максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний К, блок 23 измерения энергетического спектра продольных и поперецных упругих колебаний, блок 24 регистрации, блок 25 усиления.Выход акустического преобразователя 1 через фильтр 7 низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки 8, выход которой подключен к первым нала с блока 15 умножения, на входы которого поступают сигналы с БИ 5 и 6 осевой нагрузки и крутящего момента. Результируюгцая величина т пропорциональна энергоемкости процесса бурения. С выходов БД 16 и 20 сигналы Му и т) поступают на входы БИ 17. Величина К на его выходе соответствует типу разбуриваемых горных пород и величине их твердости. Регистрация параметров т), Му, К, 8 и % осуществляется блоком 24. 1 ил. 2входам блока 9 измерения взаимно корреляционной функции и блока 13 вычитания.Выходы датчика 2 продольных и датчика 3 поперечных упругих колебаний через блок 25 усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора 12, второй выход которого подключен к управляющему входу блока 13 вычитания, а первый выход - к второму входу блока 9 измерения взаимно корреляционной функции, выход которого через блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом блока 1 управления. Первый выход блока 11 управления подключен к второму входу управляемой линии задержки, второй выход - 15 к первому входу блока 14 памяти, а третийвыход - к второму входу блока 13 вычитания, выход которого соединен с вторым вхо.дом блока 14 памяти. Первый выход блока 14 памяти подключен к входу блока 18 измерения автокорреляционной функции продоль- " ных упругих колебаний, первый выход которого соединен с первым входом блока 23 измерения энергетицеского спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход через блок 19 измерения максимума автокорреляционной ,функции продольных упругих колебаний соединен с первым входом второго делителя 20 и с це 1 вер.тым входом блока 24 регистрации. Второй выход блока4 памяти подключен к входу блока 21 измерения автокорреляцион ой 30 функции поперечных упругих колебаний,первый выход которого соединен с вторым входом блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперецных упругих колебаний, а второй выход через блок 22 измерения максимума автокорреляционной 35 функции поперечных упругих колебаний соединен с вторым входом второго делителя 20 и с шестым входом блока 24 регистрации.Выходы блока 5 измерения осевой нагрузки на долото и блока 6 измерения крутягцего момента роторного стола соединены с соответствующими входами блока 15 умножения, выход которого подключен к первому входу делителя 16. Выход блока 4 соединен с вто 14 О 1882Фг,)гг).га ггзгВтс нп.г рым входом первого делителя 16, выход:(оторого подключен к первым входам блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции. Выход второго делителя 20 соединен с вторыми входами блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции, выход которого подключен к шестому входу блока 24 регистрации. Выход блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний соединен с третьим входом блока 24 регистрации.Устройство функционирует следуюшимобразом.Упругие колебания, возникаюшие в результате взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, после передачи по бурильной колонне принимаются при помощи акустических приемных преобразователей продольных 2 и поперечных 3 колебаний, установленных в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или ведущей трубе) и совмещенных в одной точке измерения. Одновременно в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы установлен приемный акустический преобразователь 1, например, пьезоэлектрического типа, вмон. тированный в стояк манифольда или установленный на корпусе насосов. Сигнал Л, снимаемый с помощью преобразователя 1, поступает на фильтр 7 низких частот, где вырезается полоса частот от 0 до00 Гц, в которой в основном сосредоточен спектр помех от работы насосов. С выхода фильтра 7 низких частот сигнал подается на управляемую линию 8 задержки, которая представляет собой устройство задержки сигнала на времяк ОТ О ЛО Тма.с С гпагом Лт, Где Лт=1 гг 2 умакс (у к =100 Гц), а т акс=1/2 у ., где у к= =0,5 Гц и соответствует нижней частоте поме:( от работы насос)в.Управляемая линия 8 задержки управляется пошагово с шагом Лт блоком 11 управления. С выхода управляемой линии 8 задержки задержанный сигнал поступает на один из входов блока 9 измерения взаимно корреляционной функции ФВК - Кг) (т), на второй вход которого,вдаются через блок 25 усиления и синхронизатор 12 сипгалц продольных Ли цопсречньгх А, упругих колебаний. С выхода блока 9 сигналы ФВК подаются в блокО цзмереция максимумаФВК Кг- ,)как, (т).При задержке гга управляемой линии 8заДСРжки, соответств) югЦСЙ Кг н,как (т), сигнал-помеха от раооты насосов в состав( информационного сигнала Л(Л,) и искомый сигнал-помеха от насосов находятся в фале, что фиксируется блоком 11 управления по сигналу от блока 1 О измерения максимума взаимно корреляционной функции. В этот момент блок 1 управления включает блок 13 вычитания, ца один из входов которого по.дается сигнал Л, (Л,), а другой -- задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов (А ). 5 )Р 15 20 25 30 3( 40 45 50 55 С выхода блока 3 вычитания разцосгный сигнал запоминается в блоке 14 памяти, который также включается блоком управле- НИЯ 11 В МОМЕНТ Ма(СИмума Кг- Ч)макс (Т), Таким образом, на выходе блока 14 памяти появляется сигнал разности А (Л) и Ак, совмещенных по фазе. что значительно увеличивает точность и помехоустойчивость выделения полезного забойного сигнала А и А, на фоне помех, особенно цри увеличении глубин буряшихся скважин.Одновременно сигналы А, ц А, с выхода блока 14 памяти подаются на входы блоков 18 и 21 измерения соответственно авто- корреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (К, и К,) и далее в блоки 19 и 22 измерения соответственно максимумов автокорреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (К"кс и К, как ) и в блок 23 измерения энергетического спектра (8 а), С выходов блоков 19 И 22 СИГнаЛЫ Кг какс и Ккакс ПО- ступают на входы второго блока 20 деления, осуществляющего операцию деления сигналов К, кс/К, акс=К, последняя величина пропорциональна удельному моменту на долоте Мт. Сигналы с выходов блоков 5 и 6 измерения соответственно осевой нагрузки Ри крутяшего момента М роторного стола через блок 15 умножения поступают на первый вход первого блока 16 деления, на второй вход которого поступает сигнал с выхода, блока 4 измерения механической скорости бурения Ъ - В первом блоке 16 деления производится операция деления сигналов с выхода блоков 4 и 15 М Ра;%асс=, последняя величина пропорциональна энергоемкости процесса бурения,Одновременно сигналы с выходов блоков 6 и 20 деления поступают на входы блока 17 измерения коэффициента корреляции К между величинами М и т). Величи. на К соответствует типу разбуриваемых горных пород и величине их твердости.С выходов блоков 16, 17, 9, 20, 22, 23 сигналы поступают на вход блока 24 регистрации, где осуществляется аналоговая и цифровая регистрация параметров , М, К, 8., Ю в функции времени и глубицц скважицьц".стройство для контроля цааметггов г,рог(есса бурения, содержашее датчики продольных и поперечных упруг гх колебаний, совмеи(енцце в одной точке измереггня н верхцей части бурильной колонны, выходы которых подключены к соответству.Ощи м Входам блока усиления, фильтр низких час тот, блок памяти, блок измерения мех- нической скорости бурения, блок умноже. ния, два б,юка деления, выходы которых сосдинецц с соответствук)гцими входами блока регистрации, ц блок измерения электрического спектра продольных и ноперечггых упругих колебаний, выход которого цодклк):1 д кдв 583(2( Тирдк 514 11 олиисик 1111 ИИ 11 И Ггулрств нного клитстд н илорстсям и открьти ири ГК 1 Т (,(.(,Р 113035, Москва, Ж - 35, Рдуискдя ид,. л. 45 11 роилв,ств(ии-иллан.ьскии кМГиидг 1 итси, . Укр., с,. 1 и арии, 1чен к третьему входу блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, устройство снабжено акустическим преобразователем, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола, управляемой линией задержки, блоками измерения взаимно корреляционной функции и максимума взаимно корреляционной функции, блоком управления, блоком вычитания, блоками измерения авто- корреляционной функции продольных и поперечных упругих колебаний, блоками измерения максимума автокорреляционной функции продольных и поперечных упругих колебаний и блоком измерения коэффициента корреляции, при этом выход акустического преобразователя через фильтр низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки, выход которой подключен к первым входам блока вычитания и блока измерения взаимно корреляционной функции, два выхода блока усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения взаимно корреляционной функции, а второй выход - к управляющему входу блока вычитания, выход блока измерения взаимно корреляционной функции через блок измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к второму входу управляемой линии задержки, второй выход - к первому входу блока памяти, а третий выход - к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, первый выход блока памяти соединен с входом второго блока измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, первый выход которого подключен к первому входу измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход - к входу блока измерения максимума авто- корреляционной функции продольных упругих колебаний, второй выход блока памяти соединен с входом блока измерения авто- корреляционной функции поперечных упругих колебаний, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход - к входу блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний, выходы блоков измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола соединены с соответствующими входами блока умножения, 20 выход которого соединен с первым входомпервого делителя, выход блока измерения механической скорости бурения подключен к второму входу первого делителя, выход которого соединен с первым входом блока измерения коэффициента корреляции, причем выход блока измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний соединен с четвертым входом блока регистрации и первым входом второго делителя, выход которого подключен к 30 второму входу блока измерения коэффициен-,та корреляции, выход которого соединен с пятым входом блока регистрации, а выход блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний соединен с шестым входом блока регистрации и вторым входом второго делителя.