Устройство для измерения глубины скважины

ССЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРВАНУВ ЛИК ИЮ (И 4/00 47/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЬ(71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССРМф 1204708, кл. Е 21 В 47/04 р 1982,Авторское свидетельство СССРВф 875001, кл. Е 21 В 44/00, 1980,(54).УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕКИЯ ГЛУБИНИ СКВАВЭе 1(57) Изобретение относится к областибурения сквааий и позволяет повыситьточность измерения их глубины прислуско-подъемных операциях. Устройство содержит датчик 1 положения та. левого блока, ВВ-триггер 2, три элементе И 3, 7 и 11, датчик 4 массы накракв, компвратор 5, блок 6 направления движения бурильного инструмента,счетчики 8.и 12 соответственно импульсов "Над забоем" и "Забой", индикатор 10 нуля и элемент НЕ 9. Для .устранения погреюеостей измерения придинамических режимах в устройствовведен блок 13 установления движенияталевого блока. В его состав входитчетвертый элемент И 14, два счетчика 16 и 17,датчик 15 временных интервалов и Яв"триггер 18. Второй элемент НЕ 20, элементы И-НЕ 21 и ИЛИ 22входят в состав блока 19 логики. Сигнал наличия движения на выходе блока13 появляется позже сигнала наличиявеса на крюке с компаратора 5. Анализируя эти сигналы, блок 19 логикиуправляет пропуском сигналов с датчика 1 через элемент И 3 на блок 6. Взависимости от направления движенияталевого блока счетчик 8 Фиксирует 1 еглубину скважины или положение, долота над забоем, а счетчик 12 - величи-.ну последуецего углубления скважиныпри бурении. 3 ил., 1 табл.1520237 Изобретение относится к бурению скважин, в частности к средствам измерения их глубины.Целью изобретения является повыше. 5 ние точности измерения глубины сква" жины при спуско-подъемных операциях за счет ликвидации погрешностей, возникающих при динамических режимах работы подъемной установки. 10Ка фиг1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные зависимости, характеризующие ре" жим спуска и подъема свечи инструмента; на фиг.3 - временные диаграммы работы блока установления движения.Устройство для измерения глубины скважины (фиг. 1) содержит датчик 1 положения талевого блока, первый КЗ-триггер 2, первый элемент И 3 20 датчик 4 массы на крюке, компаратор 5, блок 6 направления движения бурильного инструмента, второй элемент И 7, счетчик 8 импульсов "Над забоем", первый элемент НЕ 9, индикатор 25 10 нуля, третий элемент И 11, счетчик 12 импульсов "Забой", блок 13 установления движения талевого блока, состоящий. из четвертого элемента И 14, датчика.15 временных интервалов, счетчиков импульсов 16 и 17 и второго КЬ-триггера 18, блок 19 логики, состоящий из второго элемента НЕ 20, элемента И-НЕ 21 и элемента ИЛИ 22,Выход датчика 1 положения талевого блока соединен с первыми входами первого 3 и четвертого 14 элементов И, а также входом "Установка. нуля" второго, счетчика 17 импульсов. Выходчетвертого элемента И 14 подключенк входу первого счетчика 16 импульсов, выход которого соединен с первым входом второго КЗ-триггера 18. Выход датчика 15 временних интерваловсоединен с входом второго счетчика 17 4импульсов, выход которого подключенк второму входу второго КЯ-триггера18 и входу "Установка нуля" первогосчетчика 16 импульсов. Первый (пря"мой) выход второго КЗ"триггера 18непосредственно связан с входом второго элемента НЕ 20 и первым входомэлемейта ИЛИ 22, а инверсный выходвторого КЗ-триггера 18 соединен свторым входом четвертого элемента И14. Выход второго элемента НЕ 20 под" 5ключен к первому входу элемента И-НЕ21. Выход датчика 4 массы на крюкесоединен с входом. компаратора 5, выход которого подключен к вторым входам элементов И-НЕ 21 и ИЛИ 22, а выходы этих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами первого КБ-триггера 2, Выход первого КЗ-триггера 2 подключен к второму входу первого элемента И 3, а выход этого элемента соединен с входом блока 6 направления движения бурильного инструмента. Первый вцход блока 6 направления движения бурильного инструмента подключен к первым входамвторого 7 и третьего 11 элементов И, а второй выход этого блока соединенс первым входом счетчика 8 импульсов"Над забоем", выход которого черезиндикатор 10 нуля подключен к входупервого элемента НЕ 9 и второму входу третьего элемента И 11. Выход первого элемента НЕ 9 соединен с вторымвходом второго элемента 7, выход которего подключен к второму входусчетчика 8 импульсов "Над забоем",а выход третьего элемента И 11 сое"динен с входом счетчика 12 импульсовЗабой".Устройство работает следующим об"разом.При спуске или подъеме инструмента управляющим сигналом, разрешающимпрохождение импульсов на входи счетчиков импульсов "Забой" 12 и "Надзабоем" 8 от датчика 1 положения та"левого блока, появляется выходнойсигнал первого КБ-триггера 2, открывающий первый элемент И 3. На входыпервого КЗ-триггера 2 поступают управляющие сигналы с блока 19 логики,на который через компаратор 5 посту пают основной сигнал управления сдатчика 4 массы на крюке и блокирующий сигнал с выхода;второго КЗ"триггера 18 блока 13 установления движения талевого блока .Первый КЯ-триггер 2 устанавливается в состояние логической единицытолько при условии наличия сигналана выходе датчика 4 массы на крюке,превышающего значение установки ком паратора 5, и отсутствии сигнала напрямом выходе второго КЗ-триггера 18,которые воздействуют на входы элв"ментов И-КЕ 21 и ИЛИ 22.Выключение первого КЗ-триггера 2 5 происходит элементом И-ЙЕ 21 при отсутствии управляющих сигналов датчика 4 массы на крюке и блока 13 установления движения телевого блока.ЮЮФЮФЮФ ЮЕ Е Юв Ю ай Ю Логическое состояние на выходах элементов ев ю ФФЮа ее аее е в м Компаратор 5 Второй КБ- Элемент Элемент Первый триг(вес) триггер 18 И-НЕ 21 ИЛИ 22 гер 2ЮЮЕ1Рассмотрим действие блока 13 установления движения и блока 19 логики при подъеме из скважины очереднойсвечи,5 1520237 6Блокирующий сигнал блока 13 уста- блок пройдет расстояние АЬ, эадавае"новления движения обеспечивает ликви" мое коэффициентом пересчета первогодацию погрешностей измерения длины счетчика 16, и исчезает, если времябурильного инструмента, обусловленных прохождения талевым блоком расстояизменениями натяжения талевого кана ния, равного одной дискрете дь датта при торможениях и ускорениях подь- цика 1 положения талевого блока, пре"емной установки.вышает значение Вс. Это расстояниеПринцип Формирования этого сигна" связано с временем соотношением (вла заключается в следуоцем, пределах дискреты можно предположить,В начальный момент перемещения что ускорение (замедление) остаютсяталевого блока (например, при подъе- неизменными)ме инструмента с ротора) импульсы от э 2дЪ 7 С+ едатчика 1 положения через открытый о - 2 фчетвертый элемент И 14 поступают в 15 где Ч - скорость движения талевогопервый счетчик 16 с заданным коэффи- блока в начале дискреты;циентом пересчета, выходной сигнал а - ускорение (замедление) талекоторого устанавливает второй КБ- вого блокатриггер 18 в состояние логической - время прохождения расстояния,9единицы, что соответствует возникно равного одной дискрете.вению сигнала нагичия движения тале- Энак "+" относится к ускоренному, Ьвого блока. Задержка на включение знак "-ф к замедленному движению.второго КЗ-триггера 18 по перемеще- Сигнал наличия движения существуетнию йЬ, определяемая коэФФициентом до тех пор, пока е ай.пересчета первого счетчика 16, необ Как следует из (1), блок 13 устаходима для приоритетного включения . новления движения талевого блока учипервого КЗ"триггера 2 в состояние логи" тывает не только скорость движения,ческой единицы от сигнала датчика 4 но и ускорение подъемной системы бумассы на крюке, Сброс второго КЗ- розой установки при выполнении ею остриггера 18 осуществляется временнои Зр новных и вспомогательных операций.паузой дй, устанавливаемой коэффици- Это необходимо вследствие реализацииентом пересчета второго счетчика 17 сложных законов движения подъемнойи частотой импульсов с датчика 15 системы при посадке бурильного инвременных интервалов. Длительность струмента на ротор и остановке его вэтой паузы устанавливается экспери- верхнем положении в конце подъемаментальным путем в зависимости от ве- очередной свечи. Эти движения реали 35личины дискреты датчика 1 положения зуются бурильщиком вручную и не подталевого блока. чиняются детерминированным зависимос"Таким образом, сигнал, устанавли- тям,вааций движение талевого блока (вы О В таблице представлена логика Форходной сигнал второго КЗ-триггера 18), мирования выходного сигнала первого,возникает в случае, если талевый КБ-триггера 2.После захвата элеватора начинается движение талевого блока вверх,. Первый КБ-триггер 2 находится в нулевом сос-, тоянии. Сигнал наличия движения появится на выходе второго КБ-триггера5 18 при условии, если первый счетчик 16 накопит заданное коэффициентом пересчета число импульсов перемещения талевого блока, а второй счетчик 17 не успеет накопить заданное его коэффициентом пересчета количество импульсов, генерируемых датчиком 15 временных интервалов, что соответствует е (ае. 15Выбранный коэффициент пересчета первого счетчика 16 обеспечивает натяжение талевого каната и тем самым появление сигнала "Вес на крюке" до ,появления сигнала наличия движения. Поэтому в соответствии с третьей строкой таблицы в момент появления сигнала на выходе компаратора 5 первый КБ-триггер 2 перейдет в состояние логической единицы и разрешит 25 передачу импульсов перемещения на блок 6 направления движенияПосле появления сигнала "Движение", как следует из четвертой и второй строки таблицы, первый КБ-триггер 2 не изменит своего состояния независимо от величины веса на крюке, который может изменяться вследствие запира" ний колонны о стенки скважины или торможений буровой лебедки.В конце подъема бурильной колонны на высоту одной свечи с помощью шинопневматической муфты отключается при-. вод лебедки и колонна останавливается в результате свободного выбега. Вес 40 на крюке может уменьшиться ниже ус" тавки компараторэ 5, однако первый КБ-триггер 2 при наличии сигнала"Движение" в соответствии с второйстрокой таблицы удерживается в пре дыдущем состоянии, а импульсы датчика 1 расположения талевого блока при движении колонны в режиме свободноговыбега учитываются. В конце выбегасигнал "Движение" исчезнет (второйКБ-триггер 18 перейдет в состояниелогического нуля) вследствие того,что е ) йй. Бурильщик накладывает тормоз и вследствие появления сигнала веса на крюке в "оответствии стретьей строкой таблицы первый КБ- триггер 2 останется в состоянии логической единицы, а первый элемент И 3 продолжает оставаться открытымФфффф до тех пор, пока после опускания бурильной колонны и посадки ее на элеватор или на клинья исчезнут сигналы "Вес на крюке" иДвижение", а первый КБ-триггер 2 перейдет в состояние логического нуля. Это состояние сохраняется на протяжении всего времени движения пустого крюка вниз до момента начала подъема следующей свечи независимо от величины натя" жения талевого каната,При наличии разрешающего сигнала на выходе первого КБ-триггера 2 импульсы перемещения талевого блока от датчика 1 через первый элемент И 3поступают на вход блока 6 управлениядвижения, где распределяются на две выходные последовательности, соответствующие движению инструмента вверх и вниз. Реверсивный счетчик 8 импуль"сов "Над забоем" следит за подъемомили спуском долота в скважину. Придостижении инструмента забоя показа"ния счетчика 8 соответствуют нулю ииндикатор 10 нуля переходит в состояние логической единицы. В результате этого через открытый третий элементИ 11 импульсы с выхода блока 6 "Вниз"поступают на вход счетчика 12 "Забой". При отрыве долота от забоя или подъеме инструмента импульсы с выхода блока 6 "Вверх" постугают на первый вход"Суммирование" счетчика 8, который указывает на положение инструментанад забоем, и индикатор 1 О нуля переходит в состояние, противоположноепредыдущему. При этом закрываетсятретий элемент И 11 и через первыйэлемент НБ 9 открывается второй эле"мент И 7, который подключает выходнуюшику "Вниз" на вход "Вычитание" ре" версивного счетчика 8 импульсов "Над забоем". Импульсы, появляющиеся на этой шине при движении инструмента вниз, учитываются счетчиком 8 импуль" сов "Над забоем" до момента касания долотом забоя.Оценку эффективности устройства можно произвести путем анализа вре" менных зависимостей, характеризующих спуск и подъем свечи инструмента, представленных на Фиг.2, где ц - выходное напряжение датчика массы на крюке 0, К- количество дискрет перемещения талевого блока ФН; Ь- скорости перемещения талевого блока 0 ; выходное напряжение управляющего сигнала, разрешающего счет дискрет,9 1520237 1 О перемещения талевого блока измерения щего сигнала ( - 1, й, -и длины инструмента, в известных уст- й- с), возникновение погрешносройствах 0 (т 1, Ои в, тей в иэмерениях которые отсутствупредлагаемом 0 , ют в предлагаемом устройстве (Фиг,24,На участке 1 регистрограммы, соот. , Устройство обеспечивает повышение ветствующем началу подъема свечи ин- точности измерения длины инструмента струмента, в момент времени с, одно- и положения долота в скважине, что временно возникают управляющие сиг-особенно важно при бурении наклонно1)с 23 грналы 1 ; 0 ,; Б , при достижении 1 О направленных и глубоких скважин, всигналом датчика массы на крюке зна" которых возникают дополнительные почения вставки компаратора 5 (предпо- грешности измерения веса от усилийлагаем, что уставки одинаковы во всех трениЯустройствах). Устройство является основным устВ предлагаемом устфойстве это ус ройством механического .каротажа и моловие требует задержки появления жет получить применение на буровых сигнала движения инструмента на вели- установках при использовании его ав" чину АЬ, большую перемещения талево- тономно в системах диспетчерского го блока до момента с,. контроля и АСУ ТП.В конце подъема свечи (участок П) 20в интервале времени с- евыходной Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я сигнал датчика 4 массы инструментаможет стать меньше уставки компарато- Устройство для измерения глубины ра из-за инерции и изменения направ- скважины, содержащее датчик положеления движения инструмента (посадка 25 ния талевого блока, выход которого на ротор). Это приводит к срабатыва- соединен с первым входом первого элению компаратора 5, пропуску импульсов мента И, первый КБ-триггер выход подачи (фиг.2 о 6) и тем самым возник- которого подключен к второму входу новению погрешности измерений. первого элемента И, датчик массы наБлокировка сигнала веса по задан-кРюке, выход которого соединен с вхо" ной скорости является неэффективной дом компаратора, выход первого элепотому, что скорость движения инстру- мента И подключен к входу блока напмента Ч 4 О (фиг.2 е). равления движения бурильного инстру"При замедленном и ускоренном дви- мента, первый выход которого соединен жении инструмента пройденный путь, с первйми входами второго и третьего равный дискрете ФЬ определяется З 5 элементов И, а второй выход - с первыражением (1), из которого следует, вым входом счетчика импульсов "Над что время й между импульсами датчи- забоем", выход второго элемента И ка положения зависит от скорости и соединен с вторым входом счетчика им" ускорения движения инструмента. По" пульсов "Над забоем", выход которого этому в предлагаемом устройстве сиг" через индикатор нуля подключен к вхонал веса инструмента дублируется или ду первого элемента НЕ и второму вхоблокируется сигналом движения тале-., ду третьего элемента И, при этом вывого блока, для формирования которо" ход первого элемента НЕ соединен с го используют метод контроля длитель- вторым входом второго элемента И, а ности временной паузы е между им- . выход третьего элемента И - с входом45пульсами перемещения талевого блока. счетчика импульсов "Забой", о т л и- Величина й определяется расчетным ч а ю щ е е с я тем, что, с целью и уточняется экспериментальным путем повышения точности измерения при спудля конкретного типа буровой установ- ско-подъемных операциях, устройство ки,(200 МСй ъ 50 ИС).Яснабжено четвертым элементом И, датВ дРугих режимах работы подъемной чиком временных интервалов, двумя установки: конечной стадии спуска та- , счетчиками импульсов, вторыми Кялевого блока с элеватором - участок . триггером и элементом НЕ, элементом 111 и начальной стадии спуска свечи И-НЕ и элементом ИЛИ, при этом выход ийструмента в скважину (отрыв от ро" 55 четвертого элемента И соединен с вхотора,и начало опускания) - участок 1 Ч дом первого счетчика, выход которого возникают аналогичные ситуации лож- подключеи к первому входу второго , ного выключения основного управляю- КВ-триггера выход датчика временных152023 интервалов соединен. с входом второго счетчика, выход которого подключен к входу "Установка нуля" первого счетчика и второму входу второго КБ- триггера, выход датчика положения талевого блока соединен с первым входом четвертого элемента И и с входом "Установка нуля" второго счетчика, прямой выход второго КБ-триггера сое- о 1 12динен с первым входом элемента ИЛИи через второй элемент НЕ с первымвходом элемента И-НЕ, а инверсныйс вторым входом четвертого элементаИ, причем выход компаратора соединенс вторыми входами элемента И-НЕ иэлемента ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого КБ-триггера.