Система для автоматического управления режимами бурения скважин

(51) М, Кл 2) Заявлено 22.02.74 (21) 1998868/22-0 1 В 45/00 присоединением заявки-3) Приоритет -Опубликовано 15.04.80.Дата опубликования оп Геаударственнын комитет СССР по делам изобретений и открытийллетень14ия 25.04,80 53) УДК 622 24 (088.8) 72) Авторы изобретения В авицын, П. А. Гвоздев и Э. П. Кайданов осковскии институт радиотехники, электроник и автоматики1) Заявител 54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕН РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ СКВАЖИНасти контения нефтяического управ- использующие энергии, под 1Изобретение относится к облроля и управления режимами бурных и газовых скважин,Известны системы автоматления режимами бурения,обратную связь по величиневодимой к долоту 11,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является система автоматического управления режимами бурения,использующая обратную связь по упругимколебаниям бурового инструмента и содержащая датчики измерения осевой нагрузки,частоты вращения, скорости проходки, блокуправления, исполнительные механизмы;блок измерения упругих колебаний и анализатор спектра 12.Однако в этой системе не предусмотреносогласование частотных составляющих волнового сопротивления бурильной колонны ичастотных составляющих волнового сопротивления горных пород, что значительно снижает эффективность процесса разрушенияразбуриваемых горных пород и увеличивает степень износа долота.Целью изобретения является обеспечениеоптимизации процесса бурения путем согласования волновых сопротивлений бурильной колонны и горных йород поддолотом.Цель достигается тем, что предлагаемаясистема автоматического управления режимами бурения скважин снабжена коррелятором, детектором, временным селектором, блоком деления, блоком коррекции износа и функциональным преобразователем, причем к выходам датчика измерения осевой нагрузки и блока измерения упругих колебаний через анализатор спектра подключены 10 коррелятор и детектор, выход которого непосредственно, а выход коррелятора через временной селектор подключены к блоку деления, выход которого соединен с функциональным преобразователем, подсоединенным 15к блоку управления, к одному из входов которого подключен блок коррекции износа, соединенный с выходами датчиков измерения осевой нагрузки, частоты вращения и детектора.На чертеже представлена блок-схема сис О темы автоматического управления режимами бурения скважин.Схема содержит объект контроля и управления - буровую скважину 1, трехкомпонентные датчики 2 и 3 упругих колебаняет усЛ.вне приближения к равенству д(Л оз) = Д(Л 1) в каждый момент измерения, при котором обеспечивается наибольший эффект разрушения разбуриваемой горной породы,Сигналы с выхода функционального преобразователя 24 поступают на вход блока 17 управления, связанного с исполнительными механизмами 14, где сравниваются с сигналами с выхода датчика 7 нагрузки и с выхода датчика 13 соответственно пропорциональными измеряемым значениям нагрузки на долото и измеряемым значениям с выдачей управляющих сигналов,Л Р = Ризм-Рздд , Ь п = пизн - пзлдВыходные сигналы Ьр Ьп с выхода блока 17 управляют через исполнительные механизмы 14 регулятором 8 подачи бурового инструмента и частоты вращения.Нагрузка на долото и частота вращения ограничены безопасными экстремальными значениями и диапазоном изменения задаваемых значений.Одновременно система измеряет пространственное положение ствола скважины в процессе бурения по величинам максимумов (или отношения максимумов) сигналов взаимной и автокорреляции и разности моментов вступления функций взаимной корреляции г 1(т упругих колебаний, принятых датчиками упругих колебаний, установленными на дневной поверхности вокруг устья скважины по заранее принятой системе наблюдения, Сигналы с выходов блоков 7,13, 20 и 24 поступают на вход многоканального аналогового регистратора 23, где регистрируются амплитуды и ведущие частоты упругих колебаний А (Л о), параметры функций взаимной и автокорреляции К (т), такие как коэффициент и интервал корреляции, коэфициент когерентности, параметры Я, дволновых сопротивлений горных пород и бурильной колонны степени износа 6 бурового инструмента, нагрузки Р на долото, скорости п вращения и скорости У проходки в аналоговой форме.Лентопротяжный механизм регистратора 23 синхронизирован с процессом разбуривания скважины, и регистрация этих параметров производится одновременно в виде непрерывных кривых в функции глубины скважины и времени бурения. Привязка к глубине бурящейся скважины регистратора 23 осуществляется импульсами с датчика глубин, преобразуемыми в двоичный код магнитного регистратора (на чертеже блок магнитного регистратора не показан).Аналоговые сигналы с выхода блока 23 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя напряжения в код преобразователя 22. Получаемые на выходе преобразователя 22 сигналы регистрируемых параметров в параллельном двоичном коде пода ются на вход магнитного регистратора для дальнейшего в случае необходимости уточнения литологиче ского расчленения исследуемого разреза скважины и прогнозирования режимов бурения.Для этого в магнитном регистраторе хранится программа литологического расчленения разреза скважины по данным А, К, д, Р, Ч и корректировки режимов бурения скважины на последующие добавления. С выхода программного устройства результаты литологического расчленения разреза в процессе бурения подаются на графопостроитель, строящий литологический разрез разбуриваемых и находящихся ниже забоя пластов с одновременным построением пространственного положения ствола скважины. Глубина исследования пластов, находящихся ниже забоя, регулируется выбором ведущей частоты фильтров в блоках 9 в 12,5о Вся измерительно-информационная часть системы выполняется на интегральных микросхемах и устанавливается непосредственно на буровой скважине или возле буровой в специальном стенде или прицепе. Не исключается и возможность дистанционного управления. го З 5 Важным преимуществом предлагаемой ситемы является отсутствие проводной линии связи для передачи информации на дневную поверхность и высокие возможности оптимизации процесса бурения за счет автоматического поддержания условий согласования частотных составляющих волновых сопротивлений бурильной колонны и горных пород, находящихся ниже забоя буровой скважины. зо З 5 Формула изобретения 4 о Система для автоматического управле.ния режимами бурения скважин, содержащая датчики измерения осевой на грузки, частоты вращения и скорости проходки, блок управления, исполнительные механизмы, блок измерения упругих колебаний и анали затор спектра, отличающаяся тем, что сцелью обеспечения оптимизации процесса бурения путем согласования волновых сопротивлений бурильной колонны и горных пород под долотом, она снабжена коррелятором, временным селектором, блоком деления, блоком коррекции износа и функциональным преобразователем, причем к выходам датчика измерения осевой нагрузки и блока измерения упругих колебаний через анализатор спектра подключены корреля тор и детектор, выход которого непосредственно, а выход коррелятора через временной селектор подключены к блоку деления, выход которого соединен с функциональным72784 Составитель Н. Чижи коваТехред К. Юуфрич Корректор М. Шаро Тнрак 626 Лодиисное Редактор Л, БатановаЗаказ 1698/34 митета откры ая на преобразователем, подсоединенным к блоку управления, к одному из входов которого подключен блок коррекции износа, соединенныи с выкодамн датчиков измерения осевой нагрузки, частоты вращения и детектора. ЦН И ИП И Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж - 35, Рауш Филиал ППП Патент, г, Ужгор Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США337823,кл. 173 - 6, опублик, 19 б 8.2 Патент Франции2033351,кл. б О 1 М 3/00, опублик. 1969. СССР ий д, 4/5 Проектная, 4