Устройство регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Е 21 В 44/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 07.1132. Бюллетень М 41 Дата опубликования описания 07,11.82 ффФМ,;В,В.Сунцов, Б.Е.Афанасьев, Б,Б, Соколов и;А:.В,Айщщудцронт Г3"1Центральная научно-исследонательская лабораториядДдвт 1 аТрудового Красного Знамени производственного объедйнения,(54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ 011 ТИМАЛЬНОИ ОСЕВОЙНАГРУЗКИ НА ДОЛОТО Изобретение относится к буровой технике,в частности к устройствам оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин.5Известно устройство для регулирования режима бурения скважин, содержащее блоки измерения частоты вращения вала турбобура, крутящего момента на валу и осевого усилия на долото, а также преобразователь-усилитель мощности с приборами индикации частоты вращения вала, крутящего момента на валу и осевого усилия на долото, регулируемые блоки смещения, блоки перемножения, блок сравнения с нуль- индикатором 1 1.Недостатком данного устройства является то, что аналоговая вычислительная схема устройства не учитывает перераспределения мощности турбобура на разрушение породы в забое и вибрацию бурильной колонны, а также низкую надежность вследствие применения забойных приборов, работающих в тяжелых скважинных условиях и требующих линию связи "Забой-поверхность".Наиболее блиэким к .предлагаемому по ддстигаемочу эффекту и технической сущности является автоматичес ое ЗО устройство оптимизации режима бурения скважин, содержащее датчик осевого усилия, усилитель-преобразователь, блок сравнения, нуль-ийдикатор, автомат подачи долота, датчики вертикальной и горизонтальной составляющих колебаний бурильной колонны, сумматор,квадраторов,блок запоминания минимума, блок коммутации, блок управления, блок совпадения и блок установки предельной осевой нагруэ" ки 121.Основным недостатком укаэанного устройства является необходимость поиска минимального значения энергии колебаний бурильной колонны путем осевой нагрузки на долото во всем диапазоне допустимых нагрузок при изменении при этом амплитуды сигнала, снимаемого датчиками с бурильной колонны н 1,5-3 раза с частотой изменения уровня амплитуды 1-2 Гц, следовательно преобразователь этого сигнала должен иметь большую постоянную времени преобразования, что ведет к тому, что процесс поиска минимального значения энергии путем изменения нагрузки во всем диапазоне допустимых значений может длиться до 10 мин и более, а причастом чередовании разбури:ваемых пород приводит к неустойчи:вой работе устройства и делает его неэффективным.Цель изобретения - повышение эфФективности бурения путем повышения 5 точности регулирования и сокрацения времени,на поиск оптимального режима бурения.Поставленная цель достигается тем, что устройство регулирования опти мальной осевой негрузки снабжено индикатором знака изменения уровня сигнала, логическим блоком, блоком памяти, реле времени и блоком шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото, причем выходы датчиков колебаний бурильной колонны подключены через последовательно соединенные усилители-преобразователи и квадраторы к входу сумматора,:выход которого подключен через последовательно соединенные индикатор знака изменения уровня сигнала, логический блок и блок шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото к входу автомата подачи долота, при этом выход логического блока подключен также к входу блока памяти, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй выход логического блока подключен к входу реле времени, выход которого подключен к второму входу индикатора знака изменения уровня сигнала.На чертеже пред.тавлена блок-схема предлагаемого усройства. 35Устройство содерж.:т датчик 1 вертикальной составляющей колебаний бурильной колонны, датчик 2 и 3 горионтальных составляющих колебаний буильной колонны, усилители-преобра зователи 4 - 6, квадраторы 7 - 9, сумматор 10, индикатор 11 знака приращения уровня сигнала, реле 12 времени, логический блок 13, блок 14 шагового изменения уставки осевой нагруз ки на долото, автомат 15 подачи долота, триггер 16.Устройство работает слецующим образом.На ведУщей трубе бурильной колонны устанавливают сейсмодатчики 1 - 3, которые воспринимают колебания в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Сигналы на выходе сейсмодатчиков 1 - 3 пропорциональны составляющим скорост колебаний: бурильной колонны в т ех взаимно перпендикулярных направниях. Сигналы с выходов сейсмодатчиков 1 - 3 поступают на входы усилителей-преобразователей 4 - 6, где сигналы усиливаются и преобразовывают 60 ся в сигнал постоянного тока. Постоянная времени преобразования выбирается такой, чтобы на отдельные резкие изменення сигнала система не реагировала. Далее с выходов усили телей-преобразователей 4 - 6 сигналыпоступают на квадраторы 7 - 9, сигналы на выходе которых пропорциональныквадратам сигналов на их входах. С выходоз квадраторов 7-9 сигналы поступают на сумматор 10, где алгебраически складываются. С сумматора 10 сигнал пропорциональный квадрату скорости, а следовательно, и уровню энергии колебаний бурильной колонны, поступает на вход индикатора 11 знака приращения уровня сигнала. При положительном приращении уровня сигнала, вводимого в индикатор 11 на еговыходе появляется положинетльный импульсный сигнал, а при отрицательномриращении уровня сигнала - отрицаель ный импульсный сигнал,Логический блок 13 определяет знакпроизводной (или равенство ее нулю ) Функции Е = 1 (Р ), где Е - уровень энергии колебаний бурильной колонны на устье скважины, а Р - осевая нагрузка на долото, и с первого выхода подает команду в виде импульса на положительное или отрицательное приращение уставки осевой нагрузки на долото. Триггер 16 является блоком памяти и запоминает команду, поступающую с первого выхода логического блока 13 если с первого выхода логического блока 13 поступает команда на положительное приращение уставки осевой нагрузки на долото, то на выходе триггера 16 появляется положительный сигнал, а если с выхода логического блока 13 поступает команда на отрицательное приращение уставки осевой нагрузки на долото, то на выходе триггера 16появляется отрицательный сигнал. Сигнал с первого выхода логического блока 13 также поступает и на вход блока шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото 14, имеющей ограничители верхнего и нижнего пределов регулирования и регулятор величины шага регулирования.Пределы регулирования и величину шага регулирования устанавливают перед началомработы. В зависимости от значения импульсной каманды, поступаюцей с выхода логического блока, блок шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото 14 увеличивает или уменьшает на один шаг уставку осевой нагрузки на долото автомата 15 подачи долота, а автомат 15 подачи долота в зависимости от изменения уставкисоответственно увеличивает или уменьшает нагрузку на долото,При,появлении любого сигнала напервом выходе логического блока 13 навтором его выходе появляется сигнал,который включает реле 12 времени,работающее с задержкой на отключениеВыходной сигнал реле 12 времени задер,живает работу исполнительного органа индикатора 11 приращения уровнясигнала на время, необходимое дляокончания переходных процессов всистеме регулирования, возникающихпри изменении осевой нагрузки на до"лото на один шаг регулирования.Логический блок 13 находит знакпроизводной функции Е = Г 1 Р) следующим образом,Если в какой-то момент времени свыхода логического блока 13 подается команда на положительное или отрицательное приращение осевой нагрузки на долото, автомат 15 подачи долота изменяет нагрузку, а триггер 16запоминает эту команду, и на его выходе появляется сигнал соответствующего знака, подаваемый на второй входлогического блока 13, если при этомпроизошло изменение уровня энергииколебаний бурильной колонны, то взависимости от знака приращения уровня энергии на выходе индикатора 11появляется сигнал соответствующегознака, подаваемый на первый вход логи ческого блока 13.Если знаки приращений осевой нагрузки на долото и уровня энергии колебаний бурильной ко-лонны, поступающие на входы логического блока 13 совпадают, то производная функция К = Е Р ) положительна, следовательно, бурение идетпри нагрузке большей, чем та, котораясоответствует минимальному экстремуму,т.е. оптимальному режиму бурения, вэтом случае логический блок 13 подаеткоманду на отрицательное приращениеосевой нагрузки на долото. Если жезнаки приращений осевой нагрузки надолото и уровня энергии колебаний бурильной колонны противоположны, топроизводная функции Е = Е 1 Р) отрицательна, следовательно, бурение идетпрц нагрузке меньшей, чем та, котораясоответствует минимальному экстремуму, в этом случае логический блок 13подает команду на положительное прира щение осевой нагрузки на долото. Еслипосле приращения осевой нагрузки надолото приращения уровня энергии колебаний бурильной колонны нет, этосвидетельствует о том, что производная функции Е = ЕР) при данной осевой нагрузке на долото равна нулю,то есть осевая нагрузка на долото равна или незначительно отличается от оптимальнойпри которой уровень энергии 55колебаний бурильной колонны имеетминимальное значение, при этом на выходе логического блока 13 сигнал отсутствует, и поиск оптимального значения нагрузки прекращается.Таким образсм, первым шагом регулирования определяют необходимость изменения (увеличить или уменьшить) осевой нагрузки йа долото, далее изменение нагрузки идет до минимума уровня энергии колебаний бурильной колонны, т.е. поиск идет в интервале изменения значения оптимальной нагруз. ки на долото, а не по всему интервалу допустимых значений нагрузок, что обеспечивает более устойчивую и точную работу системы регулирования при частол ч редовании разбуриваемых пород.Формула изобретенияУстройство регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото, содержащее датчики вертикальной и горизонтальной составляющих сигналов колебаний колонны, усилители-преобразователи, квадраторы, сумматор и автоматподачи долота, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и ускорения регулирования осевой нагрузки, оно снабжено индикатором знака изменения уровня сигнала,логическим блоком, реле времени, блоком памяти и блоком шагового изменения уставки осевой нагрузки на долото, причем выходы датчиков колебаний бурильной колонны подключены через последовательно соединенные усилители-преобразователи и квадраторык входу сумматора, выход которогоподключен через последовательно соединенные индикатор знака измененияуровня сигнала, логический блок иблок шагового из;ленения уставки осевой нагрузки на долото к входу автомата подачи долота, при этом выходлогического блока подключен такжек входу блока памяти, выход которогосоединен с вторым входом логическогоблока, а второй выход последнего,"соединен с входом реле времени,выход которого подключен к второмувходу индикатора знака измененияуровня сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 585274, кл, Е 21 В 45/00, 1979.2. Авторское свидетельство СССРР 787625, кл, Е 21 В 45/00, 1979.