Устройство для определения износа долота в процессе бурения

Союз СоветсиинСоциалистическиеРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 872736но делам нзооретеннй н открытнйБ.Д. Денис, Р.В. Дзядык, Е.А. Иваницки , Б.С. Кйлужньтй А,Д. Мартынчук и С,Ф. МолчановаЛьвовский ордена Ленина политехническттй институт и Бориславское управление буровых рдрот(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА ДОЛОТА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯИзобретение относится к контролю и измерению параметров процесса бурения на буровых установках для буре- ния нефтяных и газовых скважин.Известны устройства для измерения скорости вращения роторного стола при роторном бурении в виде тахогенЕратора постоянного или переменного тока, индукционного преобразователя, выдающие аналоговый сигнал или частоту сле 0 дования импульсов, пропорциональные скорости вращения ротора 11 1.Недостатком таких устройств является то, что они контролируют пара-: метры режима бурения, а каждый изт 5 этих параметров в отдельности не может характеризовать износ долота и определить рациональную его отработ- ку с целью получения оптимальной величины проходки на долото.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаеМому эффекту является устройство, содержащее датчик положения ротора,счетчик износа долота и датчик вре- . мени. В устройстве суммарное количест-, во оборотов ротора измеряется с помощью тахогенератора и электронной схемы, формирующей импульсы, суммарная длительность которых пропорциональна количеству оборотов долота.Нагрузка на долото преобразуется в сигнал переменного тока пропорциональной частоты, положительные полу- периоды которого в течение сформированного интервала времени учитываются счетчиком, измеряющим износ долота, который индицируется регистром 121.Недостатком указанного устройства является его низкая точность, обусловленная тем, что напряжение, пропорциональное осевой нагрузке на долото и преобразуемое в скорость следования импульсов, получается в результате вычитания двух близких по величине напряжений, одного, пропорционального весу инструмента опущенного в скважину; и другого, пропорционального натяжению талевого каната.Частота импульсов на выходе преобразователя изменяется от нуля до некоторого максимального значения соответствующего наибольшему значению осевой нагрузки на долото. Такой преобразователь в начале характеристики,т.епри малых частотах, дает оченьбольшую погрешность. Кроме того,указанное устройство фиксирует разность натяжения талевого каната и веса инструмента, опущенного в скважинуво время периодических отрывов долотаот забоя при бурении, и тем самым1увеличивает погрешность определениямеры износа долота с начала долбления. Оно также не предусматриваетконтроля и индикации частоты вращения ротора и суммарного числа оборотов с начала долбления, являющихся:важными параметрами, участвующими врешении задачи оптимизации режимовбурения,Целью изобретения является повышение точности контроля и получения25данных о составляющих, характеризующих износ долота и режим бурения.Указанная цель достигается тем,что устройство содержащее датчик положения ротора, счетчик износа долотадатчик времени, снабжено преобразователем натяжения талевого каната,генератором частоты, блоком вычитания частот, двумя схемами совпадения,счетчиком оборотов ротора эа долбление н счетчиком частоты вращения бурильного инструмента, при этом выходпреобразователя натяжения талевогоканата и выход генератора частотыподключены ко входам блока вычитаниячастот, выход которого подключен к 40одному из входов первой схемы совпадения, второй вход которой подключенк выходу датчика положения ротора, авыход первой схемы совпадения подключен ко входу счетчика износа долота, причем выход датчика положенияротора подключен ко входам счетчика оборотов ротора за долбление ивторой схемы совпадения, связаннойс датчиком времени и счетчиком час-тоты вращения бурильного инструмента,который подключен к датчику времени. На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство для определения износа долота в процессе вращательного бурения состоит иэ датчика импульсов положения ротора с постоянной длительностью 1, схем совпадения 2 и 3 счетчиков 4-6, преобразователя натяжения талевого каната в последовательность электрических импульсов изменяемой частоты 7, знаков чувствительного устройства вычитания частот 8, управляемого генератора изменяемой частоты 9, датчика времени 10Датчик импульсов положения ротора с постоянной длительностью 1 соединен с входами схем совпадения 2 и 3 и входом счетчика оборотов ротора за долбление 6. Частотный преобразователь натяжения талевого каната 7 и управляемый генератор изменяемой частоты 9 соединены с входами внакочувствительного устройства вычитания частот 8, а один из выходов, с которого снимается разность частот положительного знака, соединен с другим входом схемы совпадения 2. Выход схемы совпадения 2 соединен с входом счетчика 4, измеряющего износ долота. Другой вход схемы совпадения 3 соединен с выходом датчика времени 10, а ее выход соединен с входом счетчика 5, измеряющего частоту вращения ротора. Шина гашения счетчика 5 соединена с выходом датчика времени 10.Устройство работает следующим образом.Перед началом операции бурения с помощью управляемого генератора изменяемой частоты 9 производится вручную взвешивание бурильного инструмента путем настройки частоты управляемого генератора 9 до значения частоты, выдаваемой частотным преобразователем натяжения талевого каната 7. В процессе бурения импульсы с выхода знакочувствительного устройства вычитания частот 8, вычитающего частоту преобра зователя 7 от частоты управляемого генератора 9,.поступают на вход схемы 2. Частота следования импульсов 1 р пропорциональна осевой нагрузке на. долото.При вращении бурильного инструмента выходной сигнал датчика импульсов с постоянной длительностьюоткрывает схему совпадения 2.Таким образом, на выходе схемы 2 возникает количество импульсов, пропорциональное интегралу текущего значения осевой нагрузки на долото и суммарного количества оборотов бурильного инструмента с начала долбленияв соответствии с уравнением где К - суммарное количество обоРротов ротора с начала долбления;Г - среднее значение осевой нагрузки эа интервал времени йй.Величина Й учитывается счетчиком 4 и является мерой износа долота с начала долбления.Суммарное количество оборотов ротора йр фиксируется счетчиком 6, вход которого соединен: непосредственно с выходом датчика импульсов положения ротора с постоянной длительнос" тью 1. 20Частота вращения ротора фиксируется счетчиком 5, соединенным с вы-ходом датчика 1, через схему 3, открываемую датчиком 1 О на время, равноемин. Период управления схемой 3 больше открытого ее состояния на время, необходимое для отсчета показаний счетчика. В момент последующего открывания схемы 3 устройство 1 О устанавливает счетчик 5 в нулевое со 30 стояние.Предлагаемое устройство позволит более точно отработать долото в процессе бурения перед подъемом его из скважины. Это позволит сократить рас 5 ход долот, увеличить рейсовую скорость бурения и предотвратить воэможные аварии, связанные с разрушением долота на забое.формула изобретенияУстройство для определения износа долота в процессе бурения, содержащее датчик положения ротора, счетчик износа долота, датчик времени, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля и получения данных о составляющих, характеризующих износ долота и режим бу" рения, оно снабжено преобразователем натяжения талевого каната, генератором частоты, блоком вычитания частот, двумя схемами совпадения, счетчиком оборотов ротора за долбленне и счетчиком частоты вращения бурильного инструмента, при этом выход преобразователя натяжения талевого каканата и выход генератора частоты подключены ко входам блока вычитания частот, выход которого подключен к одному из входов первой схемы сов-. падения, второй вход которой подключен к выходу датчика положения ротора, а выход первой схемы совпадения подключена ко входу счетчика износа долота, причем выход датчика положения ротора подключен ко входам счетчика оборотов ротора за долбление и второй схемы совпадения, связанной с датчиком времени и счетчиком частоты вращения бурильного инструмента, который подключен к датчику време- НИ еИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Куликовский Л.В. и Ушмаев В.И."Информационно-измерительные системыдля управления процессом бурения.М., "Нефть", 1972.2. Патент США В 3774445,кл. 73-151, 175-39, опублик. 1973Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал 8972/50ИИПИ Государствепо делам изобрет13035 Москва ЖТираж 630 Подного комитета СССРний и открытий 5 Раушская наб. д, 4/5