Устройство для контроля и управления процессом

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикиоритет Комитет по делам зобретений н открытий при Совете Министров СССРОпубликовано 18.Ч 1,1969. БюллетеньДата опубликования описания 13.1.1970 Авторыизобретени В. А, Бражников, В, И, Качур, ко, В. Л, Устеико,В. Ф. Кулаковефтяной промышКуликовский, Е. М, К Е, Чернов, Б, Я. Лихт рхангельский, В, М, Ч А. Фингерит, Н. И. Р рпов, В. М. Белоусовиндер, А, А, Степанянхонцев, В. И, Мильчебов, М. И, Сергеев и,В.А вите нститут ательск ленност УСТРОЙ СТ ПРОЦЕС Я КОНТРОЛЯ И УПРАВЛ ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ Куйбышевский научно-иссле Изобретение относится к области контроля и управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин с использованием разработанной системы критериев рациональной экс,плуатации шарошечных долот.Известны устройства для контроля и управления процессом турбинного бурения, например станция для контроля и исследования режимов бурения (типа СРБ), содержащие датчики и вторичные приборы, позволяющие осуществлять измерение и регистрацию ряда параметров процесса бурения, таких как: вес бурового инструмента, осевую нагрузку на долото, механическую скорость проходки, проходку, давление на выходе буровых насосов, расход, плотность, вязкость промывочной жидкости и скорость вращения ротора.Однако эта станция предназначена лишь для измерения и регистрации. первичных параметров процесса бурения и не избавляет бурильщика от необходимости принятия субъективных решений по целому ряду вопросов управления процессом турбинного бурения,Предлагаемое устройство отличается тем, что оно снабжено анализаторами осевой нагрузки, повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота с выходами на индикаторный блок, причем вход анализагора осевой нагрузки соединен с выходом блока измерения последней, первые и вторые пуско-остановочныевходы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости изаклинивания опор долота подключены соот 5 ветственно к выходам блоков контроля осевойнагрузки и положения бурового инструмента,а третий - распределительный вход анализатора заклинивания опор долота подключенк выходу блока контроля первой производной10 осевой нагрузки по времени, измерительныевходы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки и рейсовой скоростиподключены к датчику перемещений квадрата,а измерительный вход анализатора заклинп.15 вания опор долота - к датчику мощности привода проворота роторного стола,Оно содержит датчики: 1 - веса буровогоинструмента, 2 - перемещений квадрата, 3 -мощности привода проворота роторного стола;20 блоки измерения: 4 - осевой нагрузки, 5 -веса бурового инструмента; блоки контроля:6 - первой производной осевой нагрузки повремени, 7 - осевой нагрузки, 8 - веса бурового инструмента, 9 - положения бурового25 инструмента; анализаторы: 10 - осевой нагрузки, 11 - повторения поиска эффективнойосевой нагрузки, 12 - рейсовой скорости, 13 -заклинивания опор долота; индикаторныйблок, включающий в себя указатель эффектпвЗО ной осевой нагрузки 14 и световые табло; 1 б -повторить поиск, 16 - изношено вооружение, 17 - изношена опора и 18 - остановка турбобура,Причем датчик 1 веса бурового инструмента, установленный на мертвом конце талевого каната, соединен с блоком б измерения веса бурового инструмента и блоком 4 измерения осевой нагрузки, выполненными по компенсационной схеме измерения. Первый выход блока 4 измерения осевой нагрузки соединен с входом анализатора 10 осевой нагрузки, а второй - с измерительным входом блока 7 контроля осевой нагрузки, Выход блока 5 измерения веса бурового инструмента соединен с блоком 9 контроля положения бурового инструмента через блок 8 контроля веса, последнего. Датчик 2 перемещений квадрата, уста. новленный на кронблоке и соединенный с измерительными входами анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11, рейсовой скорости 12 и блока контроля положения бурового инструмента 9, образует электрический вал, выполненный на базе сельсинов-датчиков и сельсинов-приемников, соединенных,по индикаторной схеме. Датчик 3 мощности привода проворота роторного стола соединен с измерительным входом анализатора 13 заклинивания опор долота.Первые 1 и вторые П пуско-остановочные входы анализаторов 11 - 13 подключены соответственно к управляющим выходам блока 7 контроля осевой нагрузки и блока 9 положения бурового инструмента, а третий распределительный вход П 1 анализатора 13 подключен к управляющему выходу блока б контроля первой производной осевой нагрузки по времени, измерительный вход которого соединен с блоком 4 измерения осевой нагрузки через узлы сглаживания и дифференцирования последней, входящие в анализатор 10.Анализаторы 10 - 13 имеют выход на индикаторный блок. Причем выход анализагора 10 осевой нагрузки, выполненного как анализатор максимума сглаженной функции первой производной осевой нагрузки по времени, соединен с указателем 14 эффективной осевой нагрузки, выполненным на базе потенциомет. ра постоянного тока, который в свою очередь подключен и задающему входу блока 7 контроля осевой нагрузки.Выход анализатора 11 повторения поиска эффективной осевой нагрузки, выполненного как дискретное счетно-решающее устройство для формирования начальной (реперной) проходки за время М, запоминания и деления ее на текущее значение, проходки за время Л 1 и сравнения этого отношения с заданным значением уставки, соединен со световым табло 15 повторить поиск.Выход анализатора 12 рейсовой скорости, выполненного как аналоговое счетно-решающее устройство для формирования текущей рейсовой скорости, текущей усредненной механической скорости, деления первой на вторую и непрерывного сравнения этого отношения с заданным значением уставки, соединен со световым табло 1 б изношено вооружение,Выход анализатора 13 заклинивания опордолота соединен со световыми табло 17 и 185 изношена опора и остановка турбобура.Причем анализатор заклинивания опор долотавыполнен,как аналоговое счетно-решающееустройство и предназначен для сравнениямощности, необходимой для вращения колон 10 ны бурильных труб в процессе бурения принормальном состоянии опоры долота, с мощностью - при заклиненном состоянии опорыдолота или остановке турбобура и для выделения одного из этих состояний путем контроля15 величины первой производной осевой нагрузки по времени при остановленной подачеквадрата и сравнения продолжительности егос заданным значением уставки,Устройство р а ботает следующим обр аз ом,20 Перед началом бурения производится операция взвешивания инструмента путем установки на нуль стрелки блока 4 измерения осевой нагрузки и корректировка уставок анализаторов и блоков контроля, По достижении25 долотом забоя блок 9 ,контроля положениябурового инструмента и анализатор 12 рейсовой скорости приводятся в исходное нулевоесостояние и запускаются в работу, После приработки долота производится операция поискаЗО эффективной осевой нагрузки, Причем в качестве последней принимается осевая нагрузка,соответствующая максимуму механическойскорости или величине ей пропорциональной -первой производной осевой нагрузке по вре 35 мени.ЭОперация поиска эффективности осевой нагрузки заключается в следующем.Нагрузка на долото турбобура доводится дозначения, близкого к тормозному, и подача40,инструмента прекращается. При этом на входанализатора 10 осевой нагрузки поступаетсигнал об изменении осевой нагрузки во времени Р(1), который фильтруется от низкочастотных помех, дифференцируется и поступаег45 в узел анализа максимума функции первойпроизводной, который управляет двигателемследящей системы указателя 14 эффективнойосевой нагрузки. Последний отслеживает сглаженную осевую нагрузку до величины, соответ 50 ствующей максимуму ее,производной.После установления найденного режима бурения запускаются в работу анализаторы11- 13.Анализатор 11 повторения поиска эффектив 55 ной осевой нагрузки получает информацию обизменении текущей проходки во времени Й(1)от датчика перемещений квадрата. На основеэтой информации анализатор определяет момент времени, когда забойные условия суще 60 ственно изменятся, что определяется изменением отношения текущей механической скорости к начальной (после установления эффективной осевой нагрузки) в заданное число раз,И если при этом выполняются условия, свя 65 занные с первым 1 и вторым 11 пуско-остано 2485915 10 15 55 ного стола. вочными входами, анализатор выдает командный сигнал на световое табло повторить поиск,Анализатор 12 рейсовой скорости на основе информации о текущей проходке Ь(Ц, получаемый также от,датчика перемещения квадрата, формирует отношение текущей рейсовой скорости к средней за время Ы механической скорости и сравнивает его с заданной величиной. При превышении этого отношения заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с первым 1 и вторым 1 пуско-остановочными входами анализатор выдает командный сигнал об износе вооруженич до целесообразной величины, связанной с достижением действительного значения максимума рейсовой скорости на световое табло изношено вооружение.Анализатор 13 заклинивания опор долота получает информацию об изменении во времени активной мощности на приводе проворота роторного стола в процессе бурения от датчика мощности, формирует отношение текущей мощности к мощности при нормальном состоя. нии долота и сравнивает его с заданной величиной. При превышении этого отношения заданной величины и превышении продолжительности увеличенного сигнала заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с первым 1 и вторым П пуско-остановочными,входами, анализатор формирует один из командных сигналов с выходом на световые табло: 17 - изношена опора или 18 - остановка турбобура. Причем, с целью разделения сигнала заклинивания долота от остановки турбобура, анализатор через третий П 1 распределительный вход производит контроль первой производной осевой нагрузки по времени,при остановленной подаче инструмента. Если значение первой производной осевой нагрузки .по времени больше заданного йРСо, выход анализатора подключаетсяЖк световому табло изношена опора. Если же значение первой производной осевой нагрузкийРпо времени меньше заданного (СдругойЖвыход этого анализатора подключается к свечовому табло остановка турбобура.Функции пуско-остановочных входов анализаторов 11 - 13 заключаются в следующем.При любом отклонении текущей осевой нагрузки от эффективного значения на заданную величину + ХР, устанавливаемую с помощью соответствующего задатчика, блок 7 контроля 20 25 Зо 35 40 45 50 осевои нагрузки через первый 1 пуско-остановочный вход этих анализаторов прерывает их функционирование, а при возвращении параметра в заданные пределы автоматически запускает их в работу без потери предыдущей информации,При отрыве бурового инструмента от забоя также прекращается функционирование этих анализаторов от блока 9 контроля положения бурового инструмента через вторые 11 пуско- остановочные входы пх, а,при повторном досчижении забоя осуществляется пх автомати. ческий запуск также без потери предыдущей информ ации. Предмет изобретения Устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения, содеожащее датчпкп веса бурового пиструмента, перемещения квадрата, мощности привода проворота ротор- ного стола; блоки измерения осевой нагрузки и веса б рового пн:трумента; блоки контроля осевой нагрузки, первой производнои осевой нагрузки по времени, веса и положения бурового инструмента, а также индикаторный блок, включающий указатель эффективной осевой нагрузки и световые табло повторить поиск, изношено вооружение, изношена опора; остановка турбобура, отличающееся тем, что, с целью обеспечения максимальной рейсовой (или экономической) скорости и безаварийной отработки долота, оно снабжено анализаторами осевой нагрузки, повторения попска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор долота с выхо. дами на индикаторный блок, причем вход анализатора осевой нагрузки соединен с выходом блока измерения последней, первые и вторые пуско-остановочные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки, рейсовой скорости и заклинивания опор до. лота подключены соответственно к выходам блоков контроля осевой нагрузки и положения бурового инструмента, а третий - распределительный вход анализатора заклинивания опор долота подключен к выходу блока контроля первой производной осевой нагрузки по времени, измерительные входы анализаторов повторения поиска эффективной осевой нагрузки и рейсовой скорости подключены к датчику перемещений квадрата, а измерительный вход анализатора заклинивания опор долота к датчику мощности привода проворота ротор248591 Составитель А. НазаретоваТехред 3. Н, Тараненко Корректор О. Б. Тюрина Редактор Н. Суханова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 3580/1 Тираж 480 Подписное11 ИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совет" Министров СССРМосква Ж, Раушская наб., д. 45