Устройство для контроля процессов бурения

 

1. УСТРОЙСТВО Для КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ, содержащее датчик линию связи, фильтр низких , {цстивный полосовой фильтр, ак плитудный детектор, а также триггер Шмитта, измеритель отношения напряжений , сетюктор длительности, аналоговый и ци({фовой блоки измерения частоты, гфупвм выходы активных полосовых фильтров каждого канала через амплитудные детекторы соединены с измерителем отношения напряжений, а выход полосового фильтра первого канала соеШшен также с т,риггером Шмитта, отличающееся тем, что, с целыо повышения точности измерения и помехозащищенности устройства, оно снабжено третьим измерительным каналом, содержащим датчик и линию связи, а также одновибратором, элементом ИЛИ, калибратором, двумя усилителями и двумя устройствами -зычитания сигналов, входы каждого из которых подключены к линиям связи первого и третьего и второго и третьего каналов соответственно, а клходы через усилит&пи подсоединены к объединенным входам фильтра низкой.частоты и активного полосового фильтра, кроме того, к выходу (Л триггера Шмитта подключены входы одновибратора и селектора длительности, выход однови то за соединен с вторым входсял селектора длительности, выход которого через элемент ИЛИ соединен с входами аналогового и цифрового блоков измерения частоты, а к второму входу о со о ел элемента ИЛИ подключен калибратор. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что линия связи в каждом из каналов измерения состоит из 4 9лектроопт1яческогопреобрааоватёля,световода и оптоэлектрйческого преобразователя..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, SU„„, 1030544 у E 21 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

° »У

"-. ; Ф

:»

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН : -:,,, ф

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21 ) 331 9370/22-03 (22) 25.12.81 (46) 23.07.8$. Бюп. Ж 27 (72) А.Т.Ситников, В.Н.Рукавицин и А.А.Кацоев (71) Научный центр биологических ис следований АН Азербайджанской CCP .(53) 550.834.622.24 (088.8) (56) 1. Патент США М 4159568, кп. 73-1 51, опубпик. 1979.

2. Авторское свидетельство CCCP

% 652318, кп. Е 21 В 45/00, 1979.

3. Рукавицын В.Н., Ситников А.Т;

Акустическая. информациовк иэмеритепьная система контроля забойных параметров. - .Автоматизация и тепемеханнэация нефтяной промышленности,. 1980, Ж 3, с. 3-5 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТ

РОДЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ, содержа, mee датчик, пинию связи, фильтр низких частот, активный полосовой фильтр, ам ппитудный детектор, а также триггер

Шмитта, измеритепь отношения напряжений, сепектор дпитепьности, анапоговый и цифровой блоки измерения частоты, причем выходы активных попосовых фильтров каждого канала через амппитудныв детекторы соединены с иэмеритепем отношения напряжения, а выход полосового фильтра первого канала соединен также с триггером Шмитта, о т и и ч а ю щ ее с я . тем, что, с целью повышения точности измерения и помехозащищенности устройства, оно снабжено третьим измерите пьным каналом, содержащим датчик и пинию связи, а также одновнбратором, элементом ИЛИ, калибратором, двумя усипитепями и двумя устройствами вычитания сигналов, входы каждого иэ которых подключены к линиям связи первого и третьего и второго и третьего каналов соответственно, а выходы через усилители подсоединены к объединенным входам фильтра низкой.частоты и активного полосового фнпьтра, кроме того, к выходу триггера Шмитта подключены входы одновибратора и сепектора дпитепьности, вы- у ход одновибратора соединен с вторым входом .селектора длительности, выход которого через элемент ИЛИ соединен с входами аналогового и цифрового бпоков измерения частоты, а к второму входу

М » элемента ИЛИ подключен калибратор. 4

2. Устройство по п. 1, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что пиния связи в 4Р каждом из каналов измерения состоит иэ,CTI электрооптическогопреобраэователя»свето-1 Э вода и оптоэлектрнческого пре образователи, фв

44 2 электрические помехи в измерительных пиниях связи.

Бепью изобретения является повышение точности измерения,и помехоэащищенности устройства, а также удобства в эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дпя контроля процессов бурения, содержащее в каждом из двух канапов измерения датчик, пинию связи, фильтр низких частот, активный попосовой фильтр, амплитудный дефектор, а так же триггер Шмнтта, измеритель отноше« ння напряжений, сепектор дпитепьности, аналоговый и цифровой блокИ измерения частоты, причем выходы активных попосовых фильтров каждого канала через ам ппнтудные детекторы соединены .. Измеритепем отношения напряжений, а выход попосового фильтра первого канапа соединен также с триггером Шмитта, снабжено третьим иэмеритепьным каналом, содержащим датчик и линию связи, а также одновибратором, эцвментом ИЛИ, капибратором, двумя усилителями и двумя устройствами вычитания сигнапов, . входы кажрэго иэ которых подключены к пиниям связи первого и третьего и второго и третьего каналов соответственно, а выходы через усилители подсоединены к обьединенным входам фипьтра низкой частоты и активного попосового фипьтра, кроме того, к выходу :TðnITeðà Шмитта подкшочены входы одновибратора и селектора длительности, выход одновибратора соединен с вторым входом сепектора дпи тепьности, выход которого через,эцемент

ИЛИ соединен с входами анапогового и цифрового блоков измерения частоты, а к второму входу эпвмента ИЛИ подключен капибра тор.

При этом пиния связи в каждом из каналов измеренйя состоит из эпектрооп тического преобразоватепя, световода и оптоэпектриче ского преобразователя, На чертеже изображена структурная схема устройства.

Функционально схема устройства со стоит из трех иэмеритепьных канапов:

А, B и С. Канал А спужит дпя выдепения на фоне, помех, обработки и регистрации информационного сигнапа, поступающего с забоя скважины по бурильной копонне; ° канал В - дпя выделения на фоне помех, обработки и регистрации информационного сигнапа, поступающего с забоя скважины цо горным породам, а канал С дпя выдепвния и компенсации сигнала, поступающего от буровых насосов. Измеритецьные

1 10308

Изобретение относится к тепеконтропю забойных параметров в npoIIeoce турбинного бурения нефтяных и газовых скважин и может быть испопьэовано также дпя акустических исследований упругих свойств горны х пород в процессе бурения сква. жин.

Известно устройство дпя контропя пропесса бурения скважины с акустическим каналом связи, состоящее иэ датчика виб-10 раций, установпенного на бурильной колонне, полосового фипьтра, пикового детектора, компаратора, коммутатора, усипитвпя 1 .

Недостатком указанного устройства является то, что контроль цараметров осуществляется только дпя спучаев кваэи- гармонияеских вибраций колонны.

Известно также устройство дпя контроля частоты вращения вапа турбобура как по низкочастотной, так и по высокочастотной составпяющим продольных копебаний бурипьной копонны, содержащее акустический канап связи и ататаратуру

ОбработкИ сигналов t 2 J- д5

Недостатком этого устройства является низкая точность, обусповпенная прямым методом измерения и влиянием на реэуп таты измерения передаточных характеристик колонны бурильных труб.

Наиболее бпизким техническим,,Решением к изобретению является двухканап ная акустическая иэмеритепьная система контроля забойных параметров, содержащая два приемных акустических преоб-

35 разоватепя, один из которых распопожвн в верхней части буриш ной копонны (на вертпюге ипи квадрате) и воспринимает сигнап, поступакщий с забоя скважины но бурильной.копонне, а второй распопожен на поверхности эемпи на некотором 4О расстоянии от устья скважины в специальном шурфе и. регистрирует сигнап, поступающий с забоя скважины цо горным породам. Устройство обеспечивает опера ,.45 тивное измерение в процессе бурения -). частоты вращения sana турбобура, степени износа бурового инструмента,мвхани. ческой скорости бурения,а также испопьзуется для вычисления частотно-эависимэго,акустического импеданса горных пород

50 коэффициента затухания с цепью построения, гвологвлвслого psspsss свввиаеы Я.

Недостатком известного устройства. является низкая точность измерейия, обусповпеййя впиянием буровые насосов,:. которые создают значитейьную вибрацию бурильной копоньы и грунта, а также

"каналы А и В имеют идентичные схемы и состоят каждый .из датчика 1 сигнала оптической линии связи, содержащей эпек« трооптический преобразователь 2, светов од 3 и оптоэлектрический преобразователь 4, устройства 5 вычитания сигналов, масштабирующего. усилителя 6, фильтра 7 низкой частоты, активного полосового фильтра 8 и амплитудного дискриминатора

9 сигналов. Канал С является корректиру 1О ющим и состоит только из датчика,сит -, нала 1 и оптической пинии связи, содер жащей электрооптический преобразователь

2, световод 3 и оптоэлектрический пре» образователь 4, выход которого подключен к устройствам 5.1 вычитания сигна-. лов (канал А) и 5.2 (канал В).

Кроме того, устройство содержит измеритель 10 отношения напряжений, триггер Шмитта 11, одновибратор 12, сепек- О тор 13 длительности, калибратор 14 и элемент ИЛИ 15, соедиюнный с входами аналогового и цифрового блоков измерения частоты. Аналоговый блок измерения частоты (АБИЧ) состоит иэ интегратора

16 и формирователя 17 калиброванных импульсов. Цифровой блок измеренхи час- тоты (ЦБИЧ) содержит масштабирующее устройство 18 временной селектор 1 9, геюратор 20 опорной частоты, делитель

21 частоты; счетчик 22 импульсов, буферный регистр 23 памяти и устройство 24 цифровой индикации.

Устройство работает следующим обpQsoMe

Электрический сигнал с выхода акустического преобразователя 1.1, установпенны о на буровой колонне (канал А), поступает на вход электрооптического преобразователя 2.1, который подсоеди.нен к световоду 3.1, служащему для

40 передачи измерительного сигнала в форме инфракрасного излучения оптоэлектрическому преобразователю 4.1. Оптическая пиния связи обеспечивает: существенное уменьшение уровня электрических помех, 45 возникакхцих при работе буровых насосов и других электроустановок на скважине.

Электрический сигнал с выхода оптоэпектрическюго преобразователя 4.1 постуцает нв вход устройства 5.1 вычитания сигналов, на второй вход которого по пинии связи поступает сигнал коррекции с датчика 1.3, установленного на буровом насосе (канап С). На выходе устройства вычитателя 5.1 формируется сигнал, в спектре которого скомпенсированы, . непнформативные частотные,зоставляющйе,:. обусловленные работой буровых насосов.

544;, 4

Полученный сигнал подается на вход усилителя 6.1 с перестраиваемым коэффициентом усиления,который позволяет получить сиг нап нужного уровня.С выхода усилителя 8.1 сигнал поступает на входы фильтра 7.1 низких частот и активного полосового фильтра

8.1. Фильтр 7.1 низких частот служит для выделения и контроля на выходе устройства широкополосного сигнала в диапазоне частот до 10+ Гц. Поцосовой фильтр 8.1 служит для выделения сиг нала преобладающей частоты - частоты вращения вала турбобура, имеет полосу пропускания 10 Рп и может плавно перестраиваться в диапазою 15-150 Гц. Для определения максимальной амплитуды иоследуемого сигнала используется амплитудный детектор 9.1 (выход If), подключенный к выходу цолосового фильтра 8,1.

А налогично осуществляется цреобраэо- ва .ие сигнала в канапе В, который обеопечивает регистрацию широкополосного сигнала, проходящего по горным породам (выход 171), и измерение амплитуды преобладающей частоты этого сигнала (выход ХУ).Определение коэффициента затухания акустического сигнала осуществляется в измерителе 10 отношения напряжений (выход У), входы которого подключены к амплитудным детекторам измерительных каналов А и В.

Устройство обеспечивает также измерение и регистрацию частоты вращения ва ла турбобура.в аналоговой и цнфровой форме. С этой целью синусоидапьный сиг нап с выхода полосового,фильтра 8.1 подается на вход триггера Шмитта 1 1, который формирует из него последоватепг ность прямоугольных импульсов. С помощью одновибратора 12 и селектора 13 длительности, подключенных к выходу . триггера Шмитта 11, из этой поспедоватепьности выделяются импульсы, длительность которых превышает 2 мс. Это усло. вие обеспечивает подавление электрических помех и сбоев, возникающих при ком мутации электроустановок на буровой, Сформированная на выходе селектора 13 длительности последовательность импуль- сов через, элемент ИЛИ 15 поступает на аналоговый и цифровой блоки измеренйя частоты. К второму. входу элемента ИЛИ

15 подключен калибратор 14, который вы рабатывает импульсный сигнал с частотой . (100 Гц и служит для калибровки аналогового частотомера и проверки работоспособ.ности цифрового частотомера.

Аналоговый частотомер (АБИЧ) обеопечивает на выходе хХ устройства регист"

1 030544

ВНИИПИ Заказ 5155/36 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная 4 радию измеряемой частоты в аналоговой форме. цифровой блок измерения частоты (0БИЧ) представляет собой цифровой енектронносчетный частотомер, в котором в течение интервала измерения 1 с, фор мируемого генератором 20 и ценителем

21, в счетчике импульсов 22 регистрируется копичество импульсов, прошедших через селектор 19. В интервале между измерениями код хранится в регистре 23 и индицируется на цифровом индикаторе

24. На входе цифрового частотомера включено устройство 18 масштабирования частотно-импульсного сигнала, которое обеспечивает индикацию частоты вращения вала турбобура в об/мин.

Промысповое опробование устройства на на скважинах с глубиной до 2000 м подтвердило его аффективность для оперативного контроля прюцесса бурения. Наличие достоверной информации о работе турбобура и свойствах буримых горных пород на буровой, получаемой с помощью уст ройства в реальном масштабе времени, позволяет правильно регулировать нагрузку на долото и поддерживать оптимальный режим бурения.