Устройство для определения места прихвата бурильного инструмента

(19) А За Е 21 В 45 У 16и Н,ф. Богдановордена ТрудовогоолитехническийКуйбышева во СССР980.бурению.орова Н.А.75-76. свидетель В 45/00,нженера и В.И. и Сид т. 11, сТА ст ве ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(71) КуйбышевскийКрасного Знамени пинститут им. В.В.(56) 1, АвторскоеУ 791961, кл. Е 212, Справочник иПод ред. МинзевичаМ., "Недра", 1973,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПРИХВАТА БУРИЛЬНОГО ИИСТРУМЕНсодержащее измеритель веса инрумента и измеритель перемещения рха бурильной колонны с цифровым представлением информации, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения места прихвата, оно снабжено электромагнитом, взаимодействующим с эталонным грузом и связанным с мертвым концом талевого каната, аналогоцифровым преобразователем, четырьмя ключами, четырьмя блоками памяти,блоком управления, задатчиком параметров колонны, вычислительным блоком и индикатором, причем выход измерителя веса. инструмента связан свходом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через первый,второй, третий ключи связан с входами соответственно первого, второгои третьего блоков памяти, выхо"ы которых связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого связан с входом индикатора, а управляющий вход - с пятым выходом блока управления, первый, второй, третий ичетвертый выходы которого связаны суправляющими входами соответственнопервого, второго, третьего и четвертого ключей, а шестой выход - с управляющим входом электромагнита,выход измерителя перемещения верхабурильной колонны через четвертыйключ связан с входом четвертого блока памяти, выход которого соединенс четвертым входом вычислительногоблока, пятый вход которого соединенс выходом задатчика параметров колонны.ЗО Ь=1.05 й 2ЕР2 1где Ь - длина свободной части бурильной колонны выше местаприхвата, см;1,05 - коэффициент, учитывающийналичие жестких замкой;Е " модуль Юнга, равный2,1 10кг/см;Р - площадь поперечного сечениятрубы, см.Р 1 и Р 2 - растягивающее усилие, кГ;503 Й - удлинение колонны, при разности нагрузок (Р 2-Р), см.Если принять 1.05 = К,ЕР Р-Р 1 55 то упрощенная формула будет иметь Ь=КД 2.Изобретение относится к бурению глубоких скважин, в частности к средствам ликвидации прихватов бурового .инструмента.Известно устройство для определе ния верхней границы прихвата колонны труб, содержащее источник высокого давления с механизмом управления потоком рабочей жидкости, индукционную катушку с сердечником, немагнитиый 10 корпус, полюсные наконечники, прижимные элементы, выполненные из эластичного магнитомягкого материала, например, магнитопроницаемой резины, силовые цилиндры, сообщающиеся с источ ником высокого давления, поршни которых установлены с воэможностью взаимодействия с прижимными элементами Г 1 3.Недостатками устройства являются 20 их сложность и необходимость больших затрат времени при размещении аппаратуры на аварийной буровой, тогда как от оперативности работ по ликвидации прихвата зависит ее 25 эффективность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения места прихвата бурильного инструмента, содержащее измеритель веса бурового инструмента и измеритель вертикальных перемещений верхнего конца бурильной колонны, цифровым представлением информации 2 3.Место прихвата определяется расчетным путем по формулеС помощью последовательности технологических операций определяютудлинение д 2 и растягивающие усилияР 1 и Р . На первом этапе приклады"вают к колонне усилие Р, котороедолжно превышать на пять деленийпоказания индикатора веса, соответствующее весу бурильных труб до при-:хвата, и делают отметку на ведущейтрубе против неподвижной плоскостистола ротора.Далее .повторно натягивают колонну с усилием, на пять делений превы"шающим первоначальное, и быстро снижают его до первоначального Р 1. Разница между первойи второй отметка-. ми объясняется трением в рамках талевого механизма.На третьем этапе делят расстояние между первыми двумя отметками пополам и принимают среднюю черту верхней отметки для отсчета.На четвертом этапе прикладывают к колонне бурильных труб усилие Р 2, которое по индикатору веса будет на 10-20 делении превышать усилие Р1 и делают новую отметку на ведущей ,трубе; при этом величина Р должна быть такой, чтобы деформации, вызванные этой силой, находились в зоне упругости материала.Далее повторно натягивают колонну, с усилием, не более чем на пять делений превышающий усилие Р 2, затем быстро снижают нагрузку до Р 2 и делают вторую отметку на ведущей трубе.На шестом этапе делят расстояние между двумя последними отметками пополам и полученную черту считают нижней отметкой расчета.Расстояние между верхней и нижней отметками является искомым удлинением ДМ.Недостатки устройства состоят в том, что попытки определить место прихвата натяжением колонны с усилием, меньшее ее собственного веса, и при натяжениях, превышающих предел текучести, приводят к большим ошибкам еУстройство дает большую погрешность, так как не учитываются различные факторы, в том числе особенности конструкции и состояние скважины.Цель изобретения - повышение точности определения места прихвата.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель веса инструмента и ичмеоительперемещения верха бурильной колонны сцифровым представлением информации,снабжено электромагнитом, взаимодействующим с эталонным грузом н связанным с мертвым концом талевого каната, 5аналого-цифровы преобразователем,четырьмя ключами, четырьмя блокамипамяти, блоком управления, задатчикомпараметров колонны, вычислительнымблоком и индикатором, причем выход 10измерителя веса инструмента связанс входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через пер"вый, второй и третий ключи связансо входами, соответственно, первого, 15второго и третьего блоков памяти,выходы которых связаны, соответствен 1 но с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выходкоторого связан с входом индикатора, 20а управляющий вход с пятым выходомблока управления, первый, второй,третий и четвертной выходы которогосвязаны с управляющими входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого ключей, а шестойвыход с управляющим входом электромагнита, выход измерителя перемещения верха бурильной колонны черезчетвертый ключ связан с входом чет- З 0вертого блока памяти, выход которогосоединен с четвертым входом вычислительного блока, пятый вход которогосоединен с выходом задатчика параметров колонны. 35На чертеже изображена Функциональфная схема устройства.Устройство содержит измеритель 1веса инструмента, измеритель 2 перемещения верха бурильной колонны сцифровым представлением информации,аналого-цифровой преобразователь 3,электромагнит 4, эталонный груз 5,первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 ключи, первый 10, второй 1115третий 12, четвертый 13 блоки памя-ти, вычислительный блок 14, блок 15управления, задатчик 16 параметровколонны, индикатор 17,Выход измерителя 1. веса инструмента связан с входом аналого-цифровогопреобразователя 3, выход которогочерез первый 6, второй 7, третий 8ключи связан с входами соответственно Первого 10., второго 11 и третье,го 12 блоков памяти, выходы которыхсоединены соответственно с первым,,вторым, третьим входами вычислительного блока 14, выход которого связанс входом индикатора 17. Измерительперемещения верха бурильной колонны 2через ключ 9 соединен с четвертымблоком 13 памяти,.выход которогосвязан с четвертым входом вычислительного блока 14,Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 15 управления соединены, соответственно, с управляющими входами первого 6, второго 7,третьего 8 и четвертого 9 ключей.Пятый выход блока 15 управлениясвязан с управляющим входом вычислительного блока 14, а шестой его выходс управляющим входом электромагнита 4.Устройство работает следующим,образом.Расстояние от верхнего конца бурильной колонны до места ее прихватаЬ вычисляется по формуле3 2ь09 Т 2 1где йХ - удлинение бурильной колонны под действием растягивающего усилия Ц 2,Е - модуль упругости материалатруб;Р - площадь поперечного сечениябурильной колонны;К - коэффициент оснастки талеОвой системы;Ят - вес эталонного груза;У,У .,У - результаты трех измерений1 ф 2 3веса инструмента при натяжении колонны с усилиями,соответственно ЯД , ЯИзмерение веса инструмейта пройзводятся в следующей последовательности.Первое взвешивание. Колонна натянута с усилием Я. Результатом измерения веса инструмента является величинаУ = К ( - . - Т)+а1 и Кгде К=К КАЦ 1К- коэффициент преобразованиядатчика веса;К - коэффициент преобразованияАЦПаналого-цифрового преобразователя;Т - силы трения в талевой системе;а - аддитивные поерешности измерительного устройства,Сигнал, пропорциональный У свыхода измерителя веса бурового инструмента 1, после преобразования в 5цифровую форму в аналого-цифровомпреобразователе 3 через открытый пос.редством сигнала с первого выходаблока 15 управления ключ 6, поступает в блок 10 памяти, где хранитсяОдо момента опроса вычислительным блоком 14 блоков памяти.На период следующего этапа изме-.рений, блоком 15 управления на четвертой выходной шине вырабатываетсяуправляющий сигнал, который открывает ключ 9,С помощью лебедки натяжение, колонны увеличивают до Я , Величина этогонатяжения должна отличаться от на 20,чального натяженияне более, чемна 20 делений гидравлического индикатора веса (ГИВ), во избежание разрушения колонны бурильных труб.После фиксации колонны в натяже 25нии Я 2 блок 15 управления закрывает ключ 9, а в блоке 13 памяти остается запись о величине ДХ.Второе взвешивание колонны производится при натяжении Я 2, равноеу:К ( - -Т)+а0 г2 пКоБлок 15 управления сигналом с35второй выходной шивы открывает ключ 7, в результате чего информация о весе бурового инструмента в цифровой форме 72 заносится в блок 11 памяти.0 40На третьем этапе измерений упраВ- ляющий сигнал с шестой выходной шины блока 15 управления на управляющий вход электромагнита 4 и включает последний, в результате натяжения непод 45 цижной струны талевой системы увеличивается на Я . После чего произвоУТдят третье, заключительное взвешивание50При этом блох 15 управления вырабатывает на третьей выходной шине сигнал, открывающий ключ 8.В результате информация о весе 55 инструмента, преобразованная в цифровую форму, заносится в блок 12 памяти.Обработка результатов трех измерений производится после подачи сигнала управления с пятой выходной шины блока 15 управления на управляющий вход вычислительного блока 14 по следующему алгоритму,1. Находится разность результатов первого н второго измерений-к.= " (о-О). 2 1. К 2 1 о2. Находится разность между результатами третьего и второго изме- рений 3 2 Я Эте о сюда з-Уг чэтотсюда Ь 2 ЕГЕаЯ 3. Находится расстояние до местаприхвата Й Е ЕЕ УЕ-ЕЕ .О эТ 2 1В сравнении с базовым устройством, работа которого основана на опредедении места прихвата бурильной колонныпо алгоритму 1. = 1.05ЕГ2 1 предлагаемое техническое решениеобладает большей точностью, так какпри определении места прихвата поалгоритму ДХЕ Р Ъ-Уг 2 11,=1. 05 исключается влияние погрешности измерения веса бурильного инструмента.Погрешность определения местаприхвата по алгоритму базового устройства определяется погрешностьюизмерения величин Р, Р 1, и й 2,так как значения величин Е и.Р могутбыть определены заранее с высокойточностью,1089245 оставитель В. Булыгиехред Т.Дубинчак рректор А, Ференц икова акт 90/29 ВНИИПИ Подписн Тираж 564 Государственного к делам изобретений и осква, Ж, Раушск а итета СССР .ткрытий наб., д, 4/5 3035 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Погрешность устройства складывается из погрешности измерения И и погрешности задания эталонного уси лия Я . Эталонное усилие создается весом калиброванного груза, который может быть взвешен заранее с высокой точностью. Погрешность измерения Ь 2 в устройстве составляет д"дХ. Погрешность измерителя веса бурильноГо ин- струмента, погрешность аналого-цифрового преобразователя и влияние сил трения исключается при проведении 8 вычислительных операций, так как измерения проводятся при одном и том же .направлении движения колонны. Об ая пог ешность устройствад +сй 1, причем погрешность устройства не зависит от изменения условий эксплуатации измерительной аппаратуры, например, от температуры окружающей среды.Устройство позволяет повысить точность и оперативность определения места, прихвата.