Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения

СОЮЗ СОВЕТСКИХсОциАлистическихРЕСПУБЛИК Е 21 В 47/04 РЕТЕНИЯ НИЕ О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский институ нефтепромысловой геофизики (72) В,И.Дудников, В,Ш.Дубинский, М.Г.Лугуманов и М,М.Янбарисов(56) Авторское свидетельство СССР М 785470, кл. Е 21 В 47/04, 1980.Авторское свидетельство СССР М 1615350; кл. Е 21 В 47/04, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ(57) Использование: измерение истинной глубины забоя при бурении, Сущность изобретения: с датчика (1) оборотов лебедки импульсы, частота которых пропорциональна скорости движения крюка, поступают на1810519 А 1 вход блока (5) логики, где распознается направление движения крюка с колонной. С учетом этого производится счет в реверсивном счетчике (33) "Над забоем" или в счетчике (34) "Глубина забоя", Четыре блокировочных схемы И(15, 16, 17; 1 Ц, к входам каждой из которых подключены определенные наборы параметров, позволяют точно определить моменты остановки и начала движения колонны, В зависимОсти от этого ВЯ-триггер (22) переводится в одно из двух устойчивых состояний: "Счет" или "Запрет счета"Когда ВЯ-триггер (22) находится в положении "Счет", счетные импульсы через ключ (24) поступают в.блок (35) коррекции, где производится счет слоев каната. Исходя - Я из номера слоя, определяется длина одного витка, которая выражается частотой дробных импульсов и поступает в блок (32) счетчиков, 2 ил,ЪРИзобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к технике измерения истинной глубины бурящихсяскважин,Цель изобретения - повышение точности измерения истинной глубины скважины.Существенное отличие данного устройства от прототипа заключается в том, что засчетвведения в устройство ВБ-триггера, дополнительных элементов ИЛИ и И, а такжеиспользования нового, оптимального алгоритма распознавания технологических ситуаций при бурении, оно позволяет выявитьлюбое движение колонны и разрешает счет 15глубины блоку счетчиков,В прототипе рассматриваются три независимых случая, в каждом из которыхвозможно движение колонны и, соответственно, блок логики разрешает счет. Каждому из этих случаев соответствует наличиеопределенного набора признаков. При отсутствии любого из этих признаков во всехтрех случаях счетдлины колонны прекращается, Таким образом, любое мгновенное исчезновение одного из блокировочныхпризнаков приводит к блокировке счета и, всвою очередь счет мгновенно появляетсякак только появляется данный признак,В предлагаемом устройстве, в отличии 30от прототипа, алгоритм распознавания ситуаций в блоке логики построен таким обра. зом, что начало движения колонныраспознается по набору признаков, при выполнении которых ВЯ-триггер устанавливается в одно из устойчивых положений,соответствующее разрешению счета, независимо от последующего выполнения илиневыполнения тех признаков, которые разрешили счет. Остановка движения колонны 40распознается по набору других признаковпри выполнении которых ЙЯ-триггер перебрасывается в другое устойчивое положение, соответствующее запрету счета, Такимобразом, изменение положения переключающего триггера возможно только при выполнении определенного набора признакови любое последующее кратковременное исчезновение одного или нескольких признаков не приводит к изменению положения 50блокирующего триггера. В предлагаемомустройстве, в отличие от прототипа, все случаи остановки колонны распознаются по выполнению целого набора признаков, а не55по исчезновению одного из признаков, что многократно снижает вероятность ошибочного счета длины колонны.Таким образом, достигается цель изобретения, значительно повышается точность измерения перемещения инструмента и глубины скважины в процессе бурения. На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - функциональная схема блока коррекции.Устройство для измерения глубины скважины в процессе бурения содержит датчик 1 оборотов лебедки, датчик 2 давления, датчик 3 положения клиньев, датчик 4 веса на крюке, блок логики 5, состоящий из первого узла 6 ручного ввода информации, распределителя 7 импульсов, триггера 8 управления реверсом, второго узла 9 ручного ввода информации, первый элемент 10 сравнения, второй элемент 11 сравнения, третий элемент 12 сравнения, третьего узла 13 ручного ввода информации, триггера 14, первой, второй, третьей и четвертой схем И 15, 16, 17, 18 первого, второго и третьего элементов ИЛИ 19, 20, 21, ВЗ-триггера 22, блока 23 задержки, ключа 24, первого и второго элементов совпадения 25, 26, дешифратора нуля 27, амплитудного детектора 28, формирователя импульсов 29, умножителя 30, четвертого узла 31 ручного ввода информации, блок счетчиков 32, состоящий из реверсивного счетчика 33 "Над забоем" и счетчика 34 "Глубина забоя", блок коррекции 35. функциональные узлы соединены следующим образом. датчик 1 оборотов лебедки через первый узел 6 ручного ввода информации соединен со входом распределителя 7 импульсов, выходы которого одновременно соединены с установочными входами триггера 8 управления реверсом И обеими входами первого элемента ИЛИ 19, выход последнего через блок 23 задержки соединен с первым входом ключа 24 и первым выходом блока 5 логики, датчик 4 веса на крюке соединен со входом амплитудного детектора 28 и с первыми входами первого 10 и второго 11 элементов сравнения, ко второму входу первого элемента 10 сравнения подключен выход второго узла 9 ручного ввода информации, а выход соединен с первым входом четвертого элемента И 18, выход второго элемента 11 сравнения соединен одновременно с четвертым входом первого элемента И 15, первым входом второго элемента И 16, и пятым входом третьего элемента И 17, первый и второй выходы датчика 3 положения клиньев соединены с установочными входами триггера 14, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента И 17, К первому и второму входам третьего элемента 12 сравнениясоответственно подключены выходы датчика 2 давления и третьего узла 13 ручного ввода информации, а выход третьего элемента 12 сравнения одновременно соединен со вторыми входами первого 15, второ. го 16, третьего 17 и четвертого 18 элементов И, первый выход триггера 8 управлений реверсом подключен к третьему выходу блока 5 логики, а также к первому входу первого элементаИ 15, а второй выход - к четвертому выходу блока 5 логики и первому входу третьего элемента И. 17, выхода первого 15 и второго 16 элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 20, а выходы третьего 17 и четвертого 18 элементов И с первым и вторым входами третьего элемеНта ИЛИ 21, выходы второго 20 и третьего 21 элементов ИЛИ подключены соответственно к первому и второму входам ВЯ-триггера 22, выход которого одновременно соединен со вторым входом амплитудного детектора 28, входами формирователя 29 импульсов, третьими входами первого 15, второго 16 и четвертого 18 элементов И, четвертым входом третьего элемента И 17, а также со вторым входом ключа 24, выход которого подсоединен ко второму выходу блока 5 логики, Выходы амплитудного детектора 28 и четвертого узла 31 ручного ввода информации подключейы к первому и второму входам умножителя ЗО, управляющий вход которого соединен с выходЬм формирователя 29 импульсов, а выход- со вторым входом второго элемента 11 сравнения.Второй выход триггера 8 уйравления реверсом соединен также с первыми входами первого 25 и второго 26 элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу дещифратора 27 нуля, вход которого Соединен с выходом реверсивного счетчика 33 "Над забоем", а выходы первого и второ-.го элементов 25, 26 совпадения подключены соответственно к управляющим входам счетчиков "Над забоем" 33; и Глубина забоя" 34, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 5 логики соответственно соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 35 коррекции, выход которого подключен к первым входам счет. чиков ".Над забоем" 33 и "Глубина забоя"34,Блок коррекции 35 состоит из реверсивного счетчика 36 витков, генератора 37 импульсов, панели 38 набора кода, ключа 39 : триггера, формирователя 40 импульсов, элемента ИЛИ 41, шифратора 42, элемента И 43, шифратора 44, счетчика 45 импульсов, панели 46 набора кода, реверсивного счетчика 47 импульсов и формирователя 48 импульсов, причем счетный и два управляющих входа реверсивного счетчика 36 витков каната являются соответствено пер вым, третьим, и четвертым входами блока 35 коррекции, а выход счетчика 36 через первую панель 38 набора кода подключен к входу первого шифратора 42, все пять. выхо 5 дов которого соединены с первыми входами элементов И 43, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ 41, а выход последнего соединен с первым входом ключа -триггера 39 к второму и третьему входам которого подключены соответственно выхо 10 ды генератора 37 и формирователя 40 им- пульсов, а выход ключа - .триггера 39 подключен к входам счетчика 45 и реверсивного счетчика 47 импульсов, управляющие входы последнего соединены с третьим, четвертым входами блока 35 коррекции, а выход реверсивного счетчика 47 импульсов подключен к входу формирователя 48, выход которого является выходом блока 35 коррекции, вторым входом блока 35 коррекции является вход формирователя 40 им-20 пульсов, а выход формирователя 40 подключен одновременно к входам счетчика 45 импульсов и формирователя 48, выход 25 счетчика 45 импульсов через вторую панель 46 набора кода соединен со входом второго с дагчика 1 оборотов лебедки в виде последовательности импульсов постуйают в блок 5 логики через узел 6 ручного ввода йнфор мации на распределитель 7 импульсов, который расйределяет импульсы датчика 1 оборотов лебедки по каналамв зависимости от направления его вращения Импульсы поступающие с распредели 40 теля 7 импульсов на первый элемент ИЛИ 19, преобразуются в счетные .импульсы, аимпульсы, поступающие на триггер 8 - в. сигналы, с помощью которых производится управление реверсом счетчиков устройства,45 При движении колонны вверх уровень логической "1" появляется на первом выходе триггера 8, а если колонна движется вниз -на втором выходе Счетные импульсы проходятчерез пер 50 вый элемент ИЛИ 19, блок 23 задержкй,поступают наключ 24 и на третИй счетный вход блока 35 коррекции. Ключ 24 пропускает импульсы при Наличии разреШЕния С ВЯтриггера 22, который может находиться в 2-хсостояниях; "Счета или "Запрета счета",В предлагаемом устройстве весь технологический цикл бурения разделен на четыре логических ситуаций, которые йолностью характеризуют моменты остановки колонны и начала движения. Первая и вторая логичешифратора.44, выходы которого подключе" "Р:ны к вторым входам элементов И 43.Устройство работает следующим абра-, д,.30 зом:: . - : . -фВо время операции "Бурение" сигналыские ситуации с присущими им комбинациями признаков характеризуют начало движения колонны, а третья и четвертая -остановку колонны,Первая ситуация охватывает началодвижения неподвижной колонны при подьеме ее с крюком вверх одновременным снятием с клиньев, если колонна была зажатаклиновыми захватами. К этой же ситуацииотносится также йачало спуска колонны после полного подъема, Данная логическая ситуация характеризуется следующимнабором условий:- колонна была неподвижна, т.е, блокирующий ВЯ-триггер 22 находился в положении "Запрет счета";- триггер 8 реверса указывает направление движения вверх;- давление в нагнетательной линии Рменьше порогового уровня Ро, т.е. РР. - вес на крюке УЧкр. больше некоторогоплавающего порогового уровня Ччпл,Одновременное выполнение всех 4-хусловий переводит через первый элемент И15; второй элемент ИЛИ 20 ВЯ-триггер 22 вположение "Счет" и любое последующее исчезновение одного или нескольких условийуже на его положение не влияет, Ключ 24открывается, разрешая тем самым счет,Вторая логическая ситуация характеризует начало углубления забоя при бурении,Этой ситуации соответствует следующаякомбинация условий:- колонна была неподвижна; т.е. ВЯтриггер 22 находился в положении "Запретсчета";- давление промывочной жидкостибольше порогового уровня РРо,- вес на крюке больше плавающего порогбвого уровня В/крМ/пл.При одновременном выполнении этихтрех условий ВЯ-триггер 22 перебрасйвается в положение "Счет".Прекращение счета при полных остановках колонны и холостых пробегах крюкавозможно при выполнении третьей или четвертой комбинаций признаков (условий),Третья комбинация условий соответствует посадке колонны на клинья, при котором движение колонны невозможно.Данной логической ситуации характерныследующие признаки:- ВЯ-триггер 22 находился в положении"Счет";. - давление в нагнетательной линиименьше порогового уровня, РР,;- триггер 8 реверса указывает направление движения колонны вниз,- клинья находятся в положении "Зажаты";- вес на крюке меньше плавающего порогового значения, ИкрЯплЧетвертая логическая ситуация охватывает случаи холостого пробега крюка при5 полностью поднятой колонне и характери-зуется следующим набором условий:- ВЯ-триггер 22 находился в положении"Счет";- давление в нагнетательной линии от 10 сутствует РРО,- вес на крюке меньше минимальногопорогового уровня М/О, т.е. В/крЧЧоПри выполнении третьей или четвертойлогических ситуаций на выходах третьего 1715 или четвертого 18 элементов И соответст. венно появляется уровень логической "1",,которая через третий элемент ИЛИ 21 переводит ВЯ-триггер 22 в положение "Запретсчета", В последующем счет может возобно 20 виться только при выполнении первой или,второй логических ситуаций,Минимальное пороговое значение весанакрюке Щ выбирается равным суммарно.му весу талевой системы и крюка, Плаваю 25 щее пороговое значение выбирается,исходя из следующего равенства.УЧпл,=КОмакс.,30 где Ямакс, - наибольшее значение веса накрюке в текущем цикле счета,К - коэффициент выбирается в пределах0,2-0,6,Использование в качестве порогового35 значения веса на крюке плавающей величины Юпл. позволяет избежать ошибок и провести более точный промер длины колонныпри спуска-подъемных операциях,Вычисление плавающего порогового40 значения Япл, производится в умножителе30 следующим образом. В процессе счетатекущее значение веса на крюке поступаетна вход амплитудного детектора 28, который фиксирует его максимальное значение.45 В момент прекращения счета полученноемаксимальное значение веса Юмакс, запоминается и это значение поступает на первыйвход умножителя 30, А на второй вход умножителя 30 подается значение коэффициента50 К, которое устанавливается на четвертом уз. ле 31 ручного ввода информации в пределах0,2-0,6 в зависимости от длины колонны, Свыхода умножителя 30 вычисленное пороговое значение Юпл, поступает на второй вход55 второго элемента 11 сравненияПри получении с выхода ВЯ-триггера 22сигнала "Счет" в виде уровня логической "1"ключ 24 открывается и счетные импульсыпоступают на третий, счетный вход блока10 15 счетчиков 45 и 47, 20 Накопление дробных импульсов гене 30 импульсов с генератора 37 на входы счетчиков 45 и 47, С приходом каждого счетного коррекции 35 счетчик 36 производит непрерывный счет витков каната на барабане буровой лебедки. С этого счетчика поступают сигналы через первую панель 38 на первый шифратор 42, последний имеет пять выходов (по максимальному числу слоев каната на барабане буровой лебедки). В зависимости от номера слоя витков каната на соответствующем выходе шифратора 42 появляется сигнал, который поступает на вход соответствующего элемента И 43,Пройдя ключ 24, счетные импульсы поступают на формирователь 40 импульсов блока 35 коррекции. Передние фронты сформированных импульсов производят набор счетчика 45 и через формирователь 48 импульсов считываются счетчиком 34, а задние фронты подключают выход генератора 37 через ключ-триггер 39 на счетные входы ратора 37 на указанных счетчиках происходит до определенного числа п 1 - п 5, соответствующего номеру слоя витков каната на барабане лебедки. В момент, когда число импульсов на счетчике 45 соответствует номеру слоя, на соответствующем выходе шифратора 44 тоже появляетсясигнал. При совпадении сигналов шифраторов 42 и 44 с соответствующего элемента И 43 и через элемент ИЛИ 41 на ключ-триггер 39 поступает разрешение на переключение. Ключ-триггер 39 прерывает подачу дробных импульса происходит сброс счетчика 45 с последующим запуском счетчиков 45 и 47.Таким образом, на счетчике 47 происходит накопление дробных импульсов генератора 37 до величины целого с последующим суммированием его в блоке 32 счетчиков через формирователь импульсов 48. Этот импульс является корректирующим.Суммирование счетных импульсов счетчиком 34 возможно только при наличии разрешения, которое поступает с элемента ИЛИ 27 при совпадении сигналов с триггера 8 управления реверсом и с дешифратора 26 нуля. Дешифратор 26 нуля выдает сигнал при наличии контакта бурового инструмента с забоем счетчик 33 показывает "ОООО" ),При движении инструмента вверх управляющий сигнал триггера 8 управления реверсом переключает счетчик 33 на суммирование, а показания счетчика 34 "Глубина забоя" при этом не, изменяется.При движении инструмента вниз совпадение произойдет на элементе 25, а счетчик 33 переключится на вычитание,45 50 55 Таким образом блок 32 счетчиков управляется блоком 5 логики таким образом, чтопри наличии контакта, бурового инструмен.та с забоем счетные импульсы считываютсясчетчиком 34 "Глубина забоя", а при отсутствии контакта реверсным счетчиком 33"Над забоем",Узел 6 ручного ввода информации предназначен для первичной установки счетчи. ков 33, 34 и 36. Панели 38 и 46 служат длявнесения поправок при использовании различных типов лебедок и при изменении диаметра каната талевой системы,Снабжение устройства дополнительными элементами ИЛИ и И, ЯЯ-триггером, засчет введения которых в устройстве реализован новый алгоритм распознавания технологических ситуаций при бурении,позволяет выявить любое движение колонны и полностью блокирует счет при холостых пробегах крюка,Экономическая эффективность от использования данного изобретения определяется повышением точности измеренияглубины инструмента по сравнению с прототипом, Повышение точности измерениятекущей глубины забоя значительно повышает эффективность геолого-технологических исследований в процессе бурения,позволяет точно привязать результаты анализа шлама и керна или технологическиханомалий к истинной глубине,Формула изобретенияУстройство для измерения глубиныскважины в процессе бурения, содержащеедатчик оборотовлебедки, датчик веса накрюке, датчик положения клиньев, блок логики, включающий первый и второй узлыручного ввода информации, распределитель импульсов, триггер управления реверсом, первый и второй элементы сравнения,триггер, первый, второй и третий элементыИ, первый и второй элементы ИЛИ, блокзадержки, ключ, первый и второй элементысовпадения, дешифратор нуля, блок счетчиков, включающий реверсивный счетчик"Над забоем" и счетчик Глубина забоя",блок корреляции, при этом датчик оборотовлебедки через. первый узел ручного вводаинформации соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которогоподклеен к первому входу триггера управления реверсом и первому входупервогоэлемента ИЛИ, второй выход соединен свторым входом триггера управления реверсом и вторым входом первого элементаИЛИ, выход которого через блок задержкиподключен к первому выходу блока логики ипервому входу ключа, выход которого соеди-нен с вторым выходом блока логики, первый12 11 1810519.выход триггера управления реверсом сое. детектором, формирователем импульсов, динен с третьим выходом блока логики и умножителем, причем датчик давления.сое первым входом первого элемента И, второй .динен с первым входом третьего элемента выход подключен к четвертому выходу бло- сравненйя, к второму входу которой подка логики, а также йервым входом йервого и 5 ключен выход третьего узла ручйого ввода . второго элементов-совпадения, вторыевхо-, информации, а выходтретьего элемента ды которых соединены .оответственно с сравнения соединен одновременно с вторы-первым и вторым выходами дешифратора.ми входами первого, второго, третьегоичетйуля", вход которого подключен к входувертого элементов И, выходдатчика веса нэ блокалогики, а выходы первого и второго 10 крюке подключен одновременйо.к первому элементов совпадения соединены соответ-:. входу амплитудного детектора и первому " -ственно с пятым и шестым выходами блока входу второго элемента. сравнения, выходлогики,датчик веса на крюке соедйнен с которого соединен одновремейно с четверпервый входомпервого элемента сравне-, тыМ входом первого .элемента И, первым ния, к второму входу. которого подключен 15 входом:второго элемента И,пятым входом выходвторого узла ручного ввода инфорйа- третьего элемента И, выход первогоэлемен-:: ции; первый и второй выходы датчика поло- та сравнения подключен к первому входужения клинЬев соедийены с установочньви 4 четвертого элемента И, второй выход тригвходамитриггера,"вы 1 ход которого подклю- гера управления реверсом соединен с перчен"к третьему входу третьего элемента И, 20 вым "входом третьего элемента И, выход выходы первого и второго элементов И под-третьего и четвертого элементов И соедИнеключены кпервому и второму входам вто- ны с первым и вторым входами гретьегорой схемы ИЛИ, а первый,: второй, третйй и элемента.ИЛИ, вйхода второго и третьегочетвертый выходы блока логики соответст- . элементов ИЛИ подключены-соответствен венно соединены с первым, вторйм; трость но к йераому и второму входам ВЯ-триггера,ий и Четвертым входами блока коррекции, выход которого одновременно соединен свьвод которогоподключен к первым ахОдам Входами амплитудного детектора, формирореверсивного счетчика "Над забоем" и . Глу- вателя импульсов, третьими входами перво .бийа забоя", вторйе входы последних соот-гб, второго и четвертого элементов И,ветственно соединены с пятым и шестым 30 четвертым входом третьего элемент 4 И, а "выходами блока логики; о т ли ч а" ю щ е е - гакже с вторым входом ключа, вйходы вмпли- С я:теМ, что, с целью повышения точности тудногодетектораичетвертого:узла ручйогойзмерения, оно снабжено датчиком давле- . ввода информации подклвчены к первому йНия, третьим элементбм сравнения, третьим второму входам умножителя,"управляющиййчетвертымузлами ручйого ввода.информа вход которого соединен с выходами формицйи:, четвертым элементом И, третьим эле- . рователя импульсов, а выход - с вторым ментом ИЛИ, ВЯ-триггером, амплитуднымвходом второго элемента сравнения,1810519Составитель М.Лугуманов Редактор Е,Полионова Техред ММоргентал Корректор М,Демчик аз 3428 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушскаянаб., 4/5изеодственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,