Устройство для ориентирования отклонителя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 51)4 Е 21 фГР"РРе ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ трукпо по дляВсего ССР974.Р970. ник кваеистГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Специальное проектно-консторское и технологическое бюрогружному электрооборудованиюбурения скважин и добычи нефтисоюзного научно-производственнобъединения "Потенциал"(56) Авторское свидетельство СУ 578449, кл. Е 21 В 47/022, 1Авторское свидетельство СССУ 490337, кл. Е 21 В 47/024, 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВОТКЛОНИТЕЛЯ(57) Изобретение относится к тпроводки наклонно направленныхжин забойными двигателями, Целизобретения - повышение быстро вия и точности ориентирования. Устрво содержит телеметрическую систему,включающую забойные датчики 3, наземный пульт 2 с регистратором угловположения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок 4 сравнения, блок1 задания угля положения отклонителя,исполнительный механизм 5 поворотабурильной колонны с породоразрушающим инструментом. Устр-во имеет преобразователь 6 рассогласования сигналов углов положения отклонителя, подключенный к механизму 5 и связанныйс регулятором 13 подачи породоразрушающего инструмента, Ориентированиеотклонителя осуществляют с гомощьюмеханизма 5 и с помощью регулятора13, Используют при этом зависимостьугла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойногодвигателя от величины осевого усилияна долото. 1 з,п. ф-лы, 2 ил.431 2 выходом наземного пульта 2 телеметри 10 15 20 25 30 35 ао 45 50 55 1368Изобретение относится к техникепроводки наклонно направленных скважин забойными двигателями, в частности к устройствам для ориентированияотклонителя,Цель изобретения - повышение быстродействия и точности ориентирования.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2принципиальная электрическая схемапреобразователя сигналов рассогласования угла отклонителя и блока сравнения,Устройство для ориентирования отклонителя содержит блок 1 заданияугла положения отклонителя, телеметрическую систему с наземным пультом2, содержащим регистраторы углов азимута, положения отклонителя и наклона (не показаны), и с забойными датчиками 3, блок 4 сравнения, исполнительный механизм 5 поворота бурильнойколонны с породоразрушающим инструментом, например долотом, и преобразователь 6 рассогласования сигналовугла отклонителя, Преобразователь 6содержит тактовый генератор 7, блок8 определения величины рассогласования угла отклонителя, блок 9 определения знака, элемент И 10, элементИ-ИЛИ 11 и блок 12 индикации.Кроме того, устройство содержитрегулятор 13 подачи долота, роторныйстол 14, трос 15, колонну 16 бурильных труб со встроенным каналом связи,забойный двигатель 17 и отклонитель18. Блок сравнения содержит два двоичных счетчика 19 и 20, Исполнительный механизм 5 состоит из электродвигателя 21 и реле 22,Блок 8 определения величины рассогласования угла отклонителя содержит К Б-триггер 23, двоичный реверсивный счетчик-дешифратор 24. Блок 9определения знака рассогласованиявключает элементы И 25 и 26, элементИЛИ 27 и Р-триггер 28,Блок 12 индикации состоит из пятиламп 29-33 накапливания, расположенных в ряд,При этом первый вход блока 4 сравнения связан с первым выходом наземного пульта 2 телеметрической системы, второй вход - с блоком 1 заданияположения отклонителя, третий вход -с третьим выходом преобразователя 6рассогласования сигналов угла отклонителя, а четвертый вход - с вторым ческой системы. Первый выход преобразователя 6 подключен к исполнительному механизму 5 поворота бурильной колонны, связанному с роторным столом14, который связан с колонной 16 бурильных труб, второй выход преобразователя 6 подключен к входурегулятора 13 подачи долота, выходкоторого тросом 15 связан с колонной16 бурильных труб Первый и второйвыходы блока 4 сравнения соединены соответственно с первым и третьим входами преобразователя 6, второй входкоторого соединен со вторым выходомназемного пульта 2 телеметрическойсистемы, С колонной бурильных трубжестко связаны забойный двигатель 17,отклонитель 18 и забойные датчики 3 телеметрической системы, выход которых соединен с входом наземного пульта 2 телеметрической системы.Первый и второй входы блока 9 определения знака преобразователя 6 подключены к первому и второму выходам блока 4 сравнения, третий вход - к выходу блока 8 определения величины рассогласования, один информационный выход подключен к первым входам элементов И 10 и И-ИЛИ 11 и, блоку 12 индикации, а другой - к второму входу элемента И-ИЛИ 11 и второму входу блока 12 индикации, Третий выход блока 9 определения знака подключен к первому входу блока 8 определения величины рассогласования, второй вход которого подключен к второму выходу наземного пульта 2 телеметрической системы, а третий вход - к выходу генератора 7, соединенному дополнительно с третьим входом блока 4 сравнения. Первый выкод блока 8 определения величины рассогласования подключен к второму входу элемента.И 10 и третье" му входу элемента И-ИЛИ 11. Второй выход блока 8 определения величины рассогласования подключен к первому входу блока 12 индикации.Выходы элементов И 10 и И-ИЛИ 11 соединены с входами блоков 13 и 5 соответственно, Счетчик 19 (двоичный вычитающий с предварительной уста-. новкой) имеет входы декрементации (уменьшения) с входной логикой по И, входы предварительной установки и прямой динамический вход разрешения записи, а также инверсный выкод заема. Счетчик 20 (двоичный реверсивный.. з 13684с модулем счета 360) имеет входы инкрементации (увеличения) и декрементации с входной логикой по И и ин-:версный выход заема. Входы предварительной установки счетчика 19 соединены с блоком 1 задания положенияотклонителя, прямой динамический входразрешения записи - с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической системы, выход заема - с входом декрементации, следующий входдекрементации - с выходом синхронизации наземного пульта 2 телеметрической системы. Вход декрементации счетчика 20 соединен с его выходом заема,следующий вход декрементации - с выходом синхронизации наземного пульта2 телеметрической системы, вход инкрементации - с выходом информацииназемного пульта 2,Исполнительный механизм 5 поворота бурильной колонны необходим длявращения роторного стола 14, в котором закреплена колонна 16 бурильных 25труб со встроенным каналом связи.Книзу бурильной колонны 16 присоединены последовательно друг за другомзабойные датчики 3 телеметрическойсистемы, забойный двигатель 17, отклонитель 18, Вал электродвигателя 21соединен с редуктором роторного стола 14, Контакты реле 22 коммутируютцепи питания электродвигателя 21, аобмотка реле 22 подключена к первомувыходу преобразователя 6. Преобразователь 6 рассогласования определяетзнак и числовое значение разностимежду заданным и фактическим угламиположения отклонителя, осуществляет 40индикацию этой разности и вырабатывает выходные сигналы для управленияисполнительным механизмом 5 и регулятором 13 подачи долота.Регулятор 13 подачи долота служит для регулирования нагрузки на колонну 16 бурильных труб.Генератор 7 вырабатывает непрерывную последовательность прямоугольныхимпульсов, синхронизирующих работуустройства. Выход генератора соединенс входами декрементации счетчиков 19и 20 и входом инкрементации счетчика20.Блок 8 определения величины рас 55согласования угла отклонителя служитдля определения абсолютного значенияразности между заданным и фактическимуглами положения отклонителя. Счетчик 31с 1дешифратор 24 по модулю счета 80имеет входы декрементации и инкрементации с входной логикой по И, прямойдинамический вход установки в нуль,информационные выходы 1-4 и выходпереноса, Триггер 23 имеет прямые динамические входы установки в нуль ив единицу, а также прямой и инверсный статические выходы. Вход триггера23 установлен в единицу соединен свходом установки в нуль счетчика 24и соединен с выходом информации наземного пульта 2 телеметрической системы:;Вход триггера 23 установки внуль соединен с выходом переносасчетчика-дешифратора 24. Прямой выход триггера 23 соединен с входоминкрементации счетчика-дешифратора24, а инверсный - с входом декрементацииВыход гененатора 7 соединен сдругими входами инкрементации и декрементации счетчика-дешифратора 24.Триггер 28 имеет прямой и инверсный выходы, статический 0-вход и прямые динамические входы стробирования,установки в нуль и установки в единицу. Инверсный выход триггера 28 соединен с П-входом, вход стробированиясоединен с выходом переноса счетчикадешифратора 24. Прямой вход элементаИ 25 соединен с инверсным входом элемента И 26 и с выходом заема счетчика 20. Инверсный вход элемента И 25соединен с прямым входом элемента И26 и с выходом заема счетчика 19,Выход элемента И 25 соединен с входомэлемента ИЛИ 27 и с входом триггераустановки в единицу, Выход элементаИ 26 соединен с входом элемента ИЛИ27 и с входом триггера 28 установкив нуль. Выход элемента ИЛИ 27 соединен с входами инкрементации и декрементации счетчика дешифратора 24.Выход элемента И 10 соединен с регулятором подачи долота 13, один извходов - с прямым выходом триггера28, а другой вход - с первым выходом счетчика-дешифратора 24,Выход элемента И-ИЛИ 11 соединенс обмоткой реле 22, инверсный вхоподключен к первому выходу счетчикадешифратора 24, прямой вход соединенс прямым выходом триггера 28, входразрешения - с инверсным выходомтого же триггера.Блок 12 индикации производит с заранее заданной дискретностью индикации разности между заданным и Факти 5 136ческим углами положения отклонителя.Выводы ламп 29 и 30 подключены кпрямому выходу триггера 28, ламп 32и 33 - к инверсному выходу триггера28, лампы 31 - на общий вывод источника питания. Другие выводы ламп 29и 33 подключены к выходу 4 счетчикадешифратора 24, ламп 30 и 32 - к выходу 3 счетчика-дешифратора 24 лампы31 - к выводу 2 счетчика-дешифратора 24,Устройство работает следующим об-разом.В блоке 1 задания положения отклонителя устанавливается заданный уголположения отклонителя. Забойные датчики 3 телеметрической системы измеряют Фактический угол положения отклонителя. Наземный пульт 2 телеметрической системы формирует синхрониэирующий и информационный сигналы,Блок 4 сравнения сравнивает углы положения отклонителя - заданный и фактический. Блок 8 определения величинырассогласования определяет числовоезначение разности углов и формируетна своих выходах сигналы в зависимости от величины разности. Блок 9определения знака определяет, какойиз углов больше - заданный или фактический, Элемент И 10 формируетна своем выходе сигнал управлениярегулятором 13 подачи долота в случае, если фактический угол большезаданного и разность между ними меньше наперед заданного значения Ы.При этом коррекция положения отклонителя в скважине производится изменением нагрузки на колонну 16 бурильных труб регулятором 13 подачи долота. Элемент И-ИЛИ 11 формирует насвоем выходе сигнал управления исполнительным механизмом 5, если фактический угол меньше заданного, илиесли фактический угол больше заданного, но разность между ними большеЫ . При этом коррекция положенияотклонителя 18 в скважине производится поворотом колонны 16 бурильныхтруб роторным столом 14 Блок 12 индикации индицирует разность междузаданным и фактическим углами положения отклонителя.Импульс информации с выхода наземного пульта 2 телеметрической системы своим передним фронтом записываетв счетчик 19 по входам предварительной установки информацию с блока 1,8431устанавливает счетчик-дешиФратор 24в нулевое состояние, а триггер 23в единичное, который своими выходами5разрешает работу счетчика-дешифратора 24 в режиме суммирования. Импульсинформации, поступая на вход инкрементации счетчика 20, разрешает суммирование этим счетчиком импульсов,поступающих с генератора 7, Послеокончания импульса информации состояние счетчика 20 соответствует фактическому значению угла положенияотклонителя, а состояние счетчика19 - заданному значению угла положения отклонителя. На выходах заемасчетчиков 19 и 20 присутствует уровень логической единицы. Уровень логического нуля с выхода элемента ИЛИ27 запрещает счет счетчика-дешифратора 24. На выходах элементов И 25и 26 присутствует уровень логического нуля,Импульс синхронизации с выхода на 25 земного пульта 2 телеметрической системы, поступая на входы декрементации счетчиков 19 и 20, переводит ихв режим вычитания. Вычитание произво-,дится импульсами, поступающими входыЗО инкрементации с генератором 7, Придостижении счетчиками 19 и 20 нулевого состояния на их выходах заемапоявляется уровень логической единицы, который самоблокирует их, Приэтом, если состояние счетчика 19 боль35ше, чем счетчика 20,т.е. фактическийугол положения отклонителя меньше,чемзаданный, то на выходе схемы И 26Формируется положительный импульс разразности, длительность которого пропорциональна разности этих углов. Этотимпульс своим передним Фронтом устанавливает триггер 28 в нулевое состояние. Высокий уровень напряжения с4 инверсного выхода триггера 28 черезсхему И-ИЛИ 11 включает реле 22, и,двигатель 21 поворачивает роторныйстол 14 до тех пор, пока фактическийугол положения отклонителя, измеренный забойными датчиками 3, не станетравным углу положения отклонителя,заданному блоком 1,Кроме того, импульс с выхода элемента И 26 через элемент ИЛИ 27 раз 55решает счет счетчику дешифратору 24,При этом состояние его информационных выходов соответствует величинеразности заданного и Фактическогоуглов положения отклонителя с зара1368 7нее заданной дискретностью. Если разность углов более 180 , то сигнал переполнения с вьгхода счетчикадешифратора 24 переводит триггер 235 в нулевое состояние, а триггер 28 - в протиноположное предшествующему. Триггер 23 переключает счетчик-дешифратор 24 в режим вычитания, после чего происходит вычитание импульсов из записанного состояния соответствуоУющего 180Если состояние счетчика 19 меньше, чем счетчика 20, т.е, измеренный угол положения отклонителя больше, чем заданный, то на выходе элемента И 25 формируется положительный импульс разности, длительность котороо пропорциональна разности этих углов. Этот импульс своим передним фронтом устанавливает. триггер 28 в ,единичное состояние, высокий уровень напряжения с прямого выхода триггера 28 разрешает работу элемента И 10 или элемента И-ИЛИ 11. Кроме того, 25 импульс с выхода элемента И 25 через элемент ИЛИ 27 разрешает счетчику-дешифратору 24 режим счета. На первом выходе счетчика-дешифратора 24 появляется высокий потенциал, если разность углов меньше, чем какая- либо заранее заданная величина коррекции угла по разгрузке, допустим Ып,Если после определения счетчикомдешифратором 24 разности на первом выходе будет низкий уровень напряже 35 ния (угол рассогласования больше заранее заданного сп), то элемент И-ИЛИ 11 включает реле 22 и двигатель 21 поворачивает роторный стол 14 до тех40 пор, пока фактический угол положения отклонителя не станет равным заданному блоком 1 углу положения отклонителя. Если после определения счетчикомдешифратором 24 разности на первом45 выходе будет высокий уровень напряжения (угол рассогласования меньше заранее заданного Ы), то высокий уровень напряжения с выхода схемы И 10 управляет регулятором 13 подачи до 50 лота таким образом, что последний уменьшает нагрузку на колонну бурильных труб. При этом уменьшается реактивный момент закручивания низа бурильной колонны, что равноценно повороту колонны роторным столом противчасовой стрелки.Преимуществом устройства является более высокие точность и быстродейст 431 8ние процесса ориентирования отклонителя, так как ориентирование осущестнляется с помощью механизма 5 поворота бурильной колонны, а также с помощью исполнительного регулятора 13 подачи долота, используя при этом эанисимость угла закручивания низа бурильной колонны реактивным моментом забойного двигателя от величины осевого усилия на долото. формула изобретения 1 Устройство для ориентирования отклонителя, содержащее телеметрическую систему, вклюЧающую забойные датчики и наземный пульт с регистраторами углов положения отклонителя, азимута и наклона скважины, блок сравнения, первый вход которого подключен к первому выходу наземного пульта телеметрической системы, второй вход соединен с блоком задания угла положения отклонителя, исполнительный механизм поворота бурильной колонны с породоразрушающим инструментом,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и точности ориентирования, оно снабжено преобразователем рассогла" сования сигналов угла положения отклонителя и регулятором подачи породоразрушающего инструмента, причем первый выход преобразователя подключен к исполнительному механизму, второй соединен с входом регулятора подачи, породоразрушающего инструмента, связанного с колонной бурильных труб, третий подключен к третьему входу блока сравнения, первый выход которого соединен с первым входом преобразователя, второй вход которого под. ключен к второму выходу наземного пульта телеметрической системы и к четвертому входу блока сравнения, второй выход которого соединен с третьим входом преобразователя.2, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что,преобразователь рассогласования сигналов у;ла отклонителя содержит блоки определения знака и величины рассогласования, тактовый генератор, элемент И, элемент И-ИЛИ и блок индикации, причем первый и второй входы блока определения знака являются соответственно первым и третьим входами преобразователя, третий вход и третий выход1 О 1368431 Составитель А, РыбаковТехред Л. Сердюкова Редактор В. Данко Корректор М. Максимишинец Заказ 208/28 Тираж 530ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Б, Раушская наб.,д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г . Ужгород, ул. Проектная, 4 подключены соответственно к третьемувыходу и первому входу блока определения величины рассогласования, второйвход которого является вторым входомпреобразователя, третий вход соединен с тактовым генератором и является третьим выходом преобразователя,второй выход подключен к первомувходу блока индикации, первый выход 10соединен с вторым входом элемента И и третьим входом элемента И-ИЛИ, выход которого является первым выходомпреобразователя, второй вход подключен к второму выходу блока определения знака и второму входу блока индикации, третий вход которого соединенс первыми входами блока определениязнака, элемента И-ИЛИ, элемента И,выход которого является вторым выхо-дом блока.