Система управления процессом бурения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз .Соаетскик

Социалистическик

Республик (и)1002543 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 260580 (21) 2954434/22-03 с присоединением заявки ¹â€” р М g+ з

Е 21 В 44/ 00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Р31УДК 622.233. .056(088.8) Опубликовано. 070383. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070383

Е.А. Козловский; A.Ê. Ðàõèìîâ, Э.A/. A е, .В.M. Питерский, М.И. Сергеев, В.Н/ Кущиаенк

Ю.К. Карпов, Г.П. Шульженко и В.Я/. ПортнсЫ-",„ . „

Методическая экСпедиция по гео огоэ@ уомиЧЫЫс й; исследованиям Министерства геоло зЫЙЗЩр ой ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к технике бурения, а именно к устройствам для оптимизации этоro процесса.

Известна аналоговая управляющая система, которая включает датчики технологических параметров, блоки измерения этих параметров, блоки выбора эффективной нагрузки, определение износа долота по вооружению и опоре, анализатор момента повторения поиска эффективной осевой нагрузки, информационный блок, включающий световые табло, указывающие и регистрирующие приборы и блок управления, связанный с датчиком проходки и пуско-остановочными входами функциональных блоков $1 ).

Недостатком данного устройства является жесткость программы оптимизации, которая определяется логической схемой входящих в устройство блоков, и всякое ее изменение требует полную их переделку. Практика эксплуатации этих устройств показывает их невысокую надежность, что не позволяет осуществить автоматическое управление процессом.

Наиболее близкой к изобретению является система оптимизации бурения на базе цифровой УВМ 1,типа УМ-1-НХ), содержащая датчики технологическиМ параметров, которые через AIgI связаны с блоком обработки информации.

Выход его через ILAII подключен к регулятору подачи вколота и блоку индикации, содержащему световые табло, указывающие и регистрирующие приборы.

Программа, записанная в постоянной памяти ЭВМ, предусматривает осреднение параметров бурения и их последующую логическую и математическую обработку с целью определения эффективной нагрузки и момента подъема долота по вооружению и опоре, а также остановку турбобура (2 ).

Недостатком известной системы является ее низкая надежность, которая в основном определяется надежностью функционирования ЭВМ и преобразователей, что затрудняет бурение в рдтоматическом режиме.

Цель изобретения — повыаение на дежности системы.

Указанная цель достигается тем, что система снабжена анализатором контрольной информации (,АКИ), входь, которого связаны с датчиками технологических параметров, выходами ЦАП и выходом блока обработки информации, а выход АКИ подключен к блоку инди-

1002543 кации и аварийному входу регулятора подачи долота.

Анализатор контрольной информации выполнен в виде блоков веса, момента и давления, причем блок веса связан с датчиком веса и измерителем загруз- 5 ки на долото, который соединен с амплитудными селекторами нижнего и верхнего уровней и с дифференциру- ющим элементом, выходы которого связаны с входами схем И-НЕ и выходами 10 дискриминатора подачи долота, вход которого подключен к входу регулятора подачи, блок давления, содержащий амплитудные селекторы нижнего и верхнего уровней, подключен к 15 выходу измерителя давления, а измеритель момента связан со схемами задержки и умножения блока момента, схемы умножения и задержки связаны так же со схемой сравнения, выход которой соединен с одним из входов схемы И-НЕ, другой вход которой связан с блоком информации, а выход так же, как выход схем И-НЕ блоков веса и давления соединен с входами схемы ИЛИ.

Выход схемы ИЛИ подключен к табло

"Сбой" блока индикации и анарийному входу регулятора подачи.

На фиг. 1 приведена структурная схема системы; на фиг. 2 - структурная схема анализатора контрольной информации, Датчики технологических параметрон 1 (фиг. 1) соединены с аналогоцифровыми преобразователями 2, кото-. 35 рые связаны с блоком обработки информации 3. Выход этого блока подключен к входу анализатора контрольной информации и через цифро-аналоговые преобразователи 4 подключен к регу- 40 лятору .подачи долота (.РПД) 5 и к блоку индикации (БИ) 6. Кроме того, вход РПД связан с выходом анализатора контрольной информации (AKH) 7.

Другой вход AKH связан с датчиками 1.45

Выход AKH подключен к блоку индикации и к аварийному входу РПД.

Блок-схема АКИ (фиг. 2) содержит датчик веса 8, который связан с измерителем нагрузки на долото 9.

Последний имеет вход веса свободного инструмента 60 и ныходы, подключенные к амплитудйым селекторам верхнего и нижнего уровней 10 и 11.

Кроме того, имеется схема дифференцирования 12, причем сигнал о положительном значении производной поступает на один из ее выходов, а о нулевом или отрицательном — на другой.

Дискриминатор подачи 13 связан с входом РПД и имеет также дна выхода 60 положительного и отрицательного сигнала подачи. Схемы И-НЕ 14 и 15 подключены одним входом к схеме дифференцирования, другим — к дискриминатору, причем к каждой схеме И-НЕ подключены раэнополярные выходы схем

12 и 13.

Датчик момента 16 через переключатель 17 подключается либо к амплитудному детектору 18 (при роторном бурении), либо к схеме умножения 19 и задержки 20 (при бурении турбобуром). К их входам подключен также и выход детектора. Схемы умножения и задержки связаны с входами схемы сравнения 21, выход которой соединен с входом схемы И-НЕ 22. Другой вход схемы И подключен к блоку обработки информации (сигнал "Внимание" ) .

Блок деления — датчик 23, соединенный с измерителем давления 24, выход которого связан с амплитудными селекторами верхнего 25 и нижнего

26 уровней. Выходы амплитудных селекторов 10, 11, 25 и 26 подключены к схеме ИЛИ 27, выход которой соединен со схемой И-НЕ 28. Другой вход схемы связан с блоком обработки информации (сигнал "Параметр" ).

Устройство снабжено схемой ИЛИ 29, входы которой связаны с выходами схем И-НЕ 14, 15, 22 и 28, а выход

30 — с табло "Сбой" блока индикации и с аварийным входом РПД-33.

Работа системы происходит следующим образом.

При поступлении информации от датчиков на АЦП, она в цифровой форме нводится в блок обработки информации. В соответствии с программой осуществляются следующие виды работ: поиск эффективной нагрузки поддержание эффективной нагрузки (бурение ); определение момента повторения поиска; контроль эа состоянием опоры долота и за остановкой турбобура.

Результат анализа выдается на блок индикации, а сигнал рассогласования ныдается на РПД. Блок индикации содержит измерительные приборы и табло, н частности при выходе иэ пределов какого-либо технологического параметра загорается табло

"Параметр", а при увеличении момента на роторе, что может произойти из-эа случайной помехи, иэ-эа остановки турбобура или заклинки долота — табло "Внимание". При сбое блока обработки информации или какого-либо периферийного устройства информация на табло может быть искажена, сигнал на РПД также может оказаться искаженным. Предлагаемая система анализирует следующую ситуацию и выдает аварийный сигнал: при выходе нагрузки на долото из заданных пределов; при подаче на РПД ложного сигнала при резком увеличении момента на роторе; при выходе иэ заданных пределон давления промывочной жидкости.

Весь смысл введения в систему анализатора контрольной информации сос" тоит в выявлении перечисленных си1002543 туаций помимо блока обработки информации. Блок контрольной информации следит за реакцией системы. Если эта реакция соответствует алгоритму управления — система работает нормально. Если имеются отклонения от 5 алгоритма — выдается сигнал "Сбой".

Рассмотрим первый случай — аномальное изменение нагрузки на долото.

При этом сигнал с датчика веса попадает в измеритель нагрузки, где в 10 результате вычитания из свободного веса Яо образуется сигнал Р . Этот сигнал поступает на амплитудные селекторы 10 и 11, которые при отклонении от неравенства формируют им"15 пульс, поступающий на схему ИЛИ 27.

Выходной сигнал с этой схемы подается на вход И НЕ На ее вход поступает сигнал из блока обработки информации "Параметр". Если сигнал на табло есть — система реагирует на отклонение параметра и сигнала "Сбой" на выходе АКИ нет

Если система не формирует сигнал

"Параметр" — на выходе схем 28 появ25 ляется сигнал, который попадает на вход схемы ИЛИ 29, а она своим выходным импульсом формирует сигнал "Сбой".

Аналогично работает и блок давления.

При ситуации 2 система работает следующим образом

Схема дифференцирования 12, связанная с измерителем нагрузки, определяет знак приращения нагрузки.

Положительному или нулевому приращению должно соответствовать прекра- . щение подачи инструмента. Этот сиг- нал поступает с дискриминатора, связанного с выходом ЦАП, который управ-. ляет работой РПД. Если оба сигнала 4О имеют место — система работает нормально и импульс на вход схемы ИЛИ

29 не поступает. При нарушении описанной ситуации схема И-НЕ 14 выдает сигнал на вход 29 и формирует сигнал 45

"Сбой". Если ЬР (О,алгоритм проходит по другой ветке.

Увеличение момента соответствует ситуации 3. Причем при роторном бурении при заклинке долота происходит рост амплитуды колебаний сигнала датчика, который подается в этом случае на детектор 18. При турбинном бурении сигнал момента поступает на схему умножения 19 (где он уменьшается в С раз) и на схему задержки 20.

В схеме сравнения 21 при выполнем нии неравенства 1 г формируется импульс, который поступает на схему 60

И-НЕ 22. На другой ее вход из блока обработки информации подается сигнал

"Внимание". Наличие обоих сигналов свидетельствует о нормальном функционировании системы, отсутствие ка- у кого-либо сигнала при наличии другого говорит о сбое в системе. В этом случае на выходе схем 22 появляется импульс, который через схему ИЛИ 29 вызывает на ее выходе сигнал "Сбой".

Включение в систему блока анализа контрольной информации позволяет повысить надежность системы и применять ее в режиме автобурильщика.

Экономический эффект от применения системы ожидается от широкого ее внедрения, от улучшения отработки долот, от исключения субъективизма бурильщика и снижения аварийности с долотами и бурильными трубами °

Формула изобретения

1. Система управления процессом бурения, содержащая датчики технологических параметров, аналого-цифро-. вые преобразователи, блок обработки информации, цифро-аналоговые преобразователи, регулятор подачи с аварийным входом и блок индикации,. отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы системы и обнаружения сбоя, она снабжена анализатором контрольной информации, входы которого связаны с датчиками технологических параметров, выходами цифро-аналоговых преобразователей и выходом блока обработки информации, а выход анализатора контрольной информации соединен с блоком индикации и аварийным входом регулятора подачи долота.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что анализатор контрольной информации выполнен в виде блоков веса, момента и давления, причем блок веса связан с датчиком веса и измерителем нагрузки на долото, который соединен с амплитудными селекторами нижнего и верхнего уровней и дифференцирующим элементом, выходы которого связаны с входами схем И-НЕ и выходами дискриминатора подачи долота, вход которого подключен к входу регулятора подачи, блок давления с амплитудными селекторами верхнего и нижнего уровней подключен

-к выходу измерителя давления, а датчик момента связан со схемами умножения и задержки блока момента, схемы умножения и задержки связаны также со схемой сравнения, выход которой соединен с одним из входов схемы

И-НЕ, другой вход которой связан с блоком информации, а выход так же, как и выход схем Й-НЕ блоков веса и давления соединен с входами схемы ИЛИ

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 248591, кл, Е 21 В 45/00.

2. Катков В.M., Степанян A.Â., Фингерит М.A. Система оптимизации бурения. Рукопись, депонирована во ВНИИОНГ Миннефтепрома, Р 155, М, 1975.

1002543

Фи а t

Фи@2

ВНИИПИ Заказ 1486/5 Тираж 601 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óìãîðîä, ул.Проектная,4