Устройство для измерения длины колонны труб,спускаемых в скважину

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ КОЛОННЫ ТРУБ, СПУСКАЕМЫХ В СКВАЖИНУ, по авт. св. № 750046, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком функционального преобразования и задатчиком параметров талевого каната для спуска труб и температурного градиента, выход которого соединен с первым входом блока функционального преобразования, выход блока функционального преобразования соединен с входом счетчика перемещений , выход которого подключен к второму входу блока функционального преобразования.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU(ii> (5!) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 750046 (21) 3741348/22-03 (22) 14.05.84 (46) 23.10.85. Бюл. У 39 (72) В.А. Кузнецов и В.В. Титенков (71) Куйбьппевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбьппева (53) 622.241.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 567805, кл. Е 21 В 19/00, 1971.

Иванов Е..Г. и др. Устройство для определения длины бурильного элемента в скважине. РИТС ВНИНОЭНГ "Бурение", 1977, и 8, с. 27-28.

Авторское свидетельство СССР

У 750046, кл. Е 21 В 45/00, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИНЫ КОЛОННЫ ТРУБ, СПУСКАЕМЫХ В

СКВАЖИНУ, по авт. св. В 750046, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком функционального преобразования и задатчиком параметров талевого каната для спуска труб и температурного градиента, выход которого соединен с первым входом блока функционального преобразования, выход блока функционального преобразования соединен с входом счетчика перемещений, выход которого подключен к второму входу блока функционального Щ преобразования.! 186790 с

PTKL « си! где «) ° ° где 1, Q;

Ктс

Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, предназначено для автоматизации измерения длины колонны труб во время спускоподъемных опе- 5 раций при бурении скважин и может быть использовано для измерения длины бурильного инструмента, длины обсадной колонны при спуске ее в скважину или длины насосно-компрессорных труб.!0

Целью изобретения является повышение точности измерения длины колон-. ны труб, спускаемых в скважину.

На фиг. 1 показан процесс образования погрешности измерения из-за !5 упругой вытяжки талевого каната; на фиг. 2 — блок-схема устройства для измерения длины колонны труб, спуска- емых в скважину„ на фиг. 3 — зависимость сигнала поправки от длины ко-: 20 лонны труб.

Процесс образования погрешности измерения известного устройства изза упругой вытяжки талевого каната показан на примере одного цикла спус-25 ка колонны на величину очередной трубы (фиг. 1), на котором по горизонтальной оси отложен угол поворота барабана лебедки, а по вертикальной оси — нагрузка на спускоподъемные механизмы, В момент соединения очередной трубы с колонной последняя закреплена на устье скважины, а крюк спуско- 35 подъемного механизма занимает верхнее положение и не нагружен (точка 1 на фиг, 1). Затем крюк перемещается вверх и воспринимает вес колонны. Вначале барабан лебедки по- <0 ворачивается на угол М вЂ, за счет упругого растяжения талевого каната (участок 1 -2), затем на угол „-„ за. счет упругого растяжения очередной трубы (участок 2-4), 45

Упругая деформация этих элементов происходит одновременно, но для наглядности на фиг. 1 эти деформации раздельны.

В точке 3, когда нагрузка спуско- 50 подъемного механизма превышает уровень блокировки 0 „ начинается процесс измерения длины колонны. В точке 4 весь вес колонны воспринимает, ся спускоподъемным механизмом и íà- 55 чинается спуск колонны на величину очередной трубы, при этом вал барабана лебедки поворачивается на угол пропорциональный длине этой

« трубы (участок 4-5 на графике).

Если бы талевый канат был абсолютно жестким, то при спуске колонны на длину очередной трубы 11 вал барабана лебедки повернулся бы на

1 угол ., определяемый выражением

СИ 1 где К вЂ” коэффициент пропорциональности между величиной перемещения крюка и углом поворота барабана лебедки при абсолютной жесткости талевого каната.

Талевый канат, находящийся на барабане лебедки, навивается на последний при подъеме ненагруженного крюка. При спуске колонны на величи-, ну очередной трубы сматываемый с барабана лебедки талевый канат воспринимает вес колонны труб.и вследствие упругих свойств испытывает упругое растяжение. Из-за упругого растяжения сматываемого с барабана лебедки талевого каната вал барабана лебедки недоворачивает на угол ЬТ, (участок 5-6) по сравнению с расчетным углом поворота Ч „; — действительный угол поворота вала барабана лебедки при спуске колонны, на величину очередной трубы (i-й) Недоворот вала барабана лебедки на угол Л Ppyyj из-за упругого растяжения сматываемого с барабана лебедки талевого канала является причиной погрешности измерения длины колонны труб. Эта погрешность не исключается введением "плавающего" уровня блокировки Q (фиг. 1). Величина этой погрешно"ти, приведенная к длине колонны, определяется выражением — длина очередной i-той трубы; — текущий вес колонны труб; — коэффициент оснастки талевой системы спускоподъемного механизма;

1186790

Е F соответственнО мОдуль упругости материала и площадь поперечного сечения талевого каната.

В точке 5 заканчивается спуск колонны на длину очередной трубы. Колонна труб закрепляется на устье скважины и нагрузка на спускоподъемный механизм уменьшается. Барабан лебедки поворачивается на угол Т 10 сжтк за счет упругого сжатия талевого каната (участок 5-8). В точке 7, когда текущая нагрузка будет меньше

Уровня блокировки Оя, цикл измерения заканчивается. 15

Второй составляющей погрешности измерения известного устройства является погрешность из-за тепловой деформации колонны труб в скважине.

Устройство измеряет длину колонны при температуре окружающего воздуха, однако по мере спуска колонны труб в скважину температура пластов земли увеличивается и колонна труб под действием температуры пластов земли удлиняется. Величина температурной деформации определяется выражением

Q.„1 )„ то на выходе элемента 5 сравнения появляется сигнал, который открывает ключи 2 и 6, а через элемент

12 НЕ закрывает ключ 8.

Через открытый ключ 2 сигнал с датчика 1 перемещения поступает на счетчик 3 перемещения, идет процесс измерения длины колонны труб. Одновременно сигнал с датчика 4 нагруз30 ки через ключ 6 поступает на первый бло лок 7 памяти, где запоминается.

После того, как колонна спущена на величину очередной i-й трубы и закреплена на устье скважины, нагруз35 ка на спускоподъемный механизм уменьшается. Условие Q. ) О уже не

-H выполняется, и элемент сравнения 5 закрывает ключи 2 и 6, а ключ 8 открывается. Сигнал, пропорциональный

40 весу колонны предыдущего цикла, переносится из первого блока 7 памяти во второй блок 9 памяти, н на выходе суммирующего блока 10 появляется новое значение уровня блокировки.

45 Бл лок функционального преобразования представляет собой перестраиваемый дешифратор, который при определенных кодовых комбинациях на входе поступающих со счетчика перемещения, 50 вырабатывает импульсы поправки. Задатчик параметров талевого каната дл спуска труб и температурного гради-ента представляет собой блок переключателей с помощью которых изменя55 ются параметры блока функционально. го преобразования, который воспроизводит заданную функцию поправок от длины колонны. Задатчик параметров д ("=Л, (т. +т т - 1,), где — геометрический градиент;

Д вЂ” коэффициент линейного расширения труб;

L — длина колонны труб;

То — среднегодовая температура нейтрального слоя;

Тт — температура бурильных труб на поверхности.

Известное устройство для определения длины колонны труб, спускаемых в скважину, не учитывает этой деформации колонны в скважине, что также приводит к погрешности измерения.

Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, содержит датчик 1 перемещения колонны, первый ключ 2, счетчик 3 перемещения, датчик 4 нагрузки, элемент 5 сравнения, второй ключ 6, первый блок 7 памяти, третий ключ 8, второй блок 9 памяти, суммирующий блок 10, задатчик 11 начального уровня блокировки, элемент НЕ 12, блок

13 функционального преобразования и задатчик 14 параметров талевого каната для спуска труб и температурного градиента.

Устройство работает сле щ разом.

При спускоподъемных операциях сигнал с датчика 4 нагрузки посУпает на один из выходов блока 5 сравнения, одновременно на другой его вход поступает сигнал с сумми- рующего блока 10, равный сумме постоянного сигнала с эадатчика 11 уровня блокировки Q и сигнала . а с -q со второго блока 9 памяти, который пропорционален весу колонны во время предыдущего цикла измерения, Обозначим через Я„ сигнал с суммирующего блока 10 тогда

Q l = Qo + Ale

Если выполняется условие

1186790 (! f „С(;.

6С=аР и =

Фиг.2

L cv> сю>

ФмМ

ВНИИПИ Заказ 6518/35 Тираж 539 - Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 талевого каната для спуска труб и температурного градиента позволяет изменять функцию поправок при смене талевого каната спускаемых труб и изменения геотермического градиента.

По мере накопления измерительного сигнала в счетчике 3 перемещений блок 13 функционального преобразова теля вырабатывает сигнал поправки, который дополнительно поступает на вход счетчика 3 перемещений. Сигнал поправки является функцией сигнала длины колонны Ь ц счетчика 3 пере .мещения (с,) и компенсирует погрешности измерения, связанные с упругим растяжением сматываемого с барабана лебедки под нагрузкой талевого каната и темР б пературным удлинением колонны тру в скважине. цлок 13 функционального преобра эования воспроизводит зависимость

-z ь (т,+Т -Т) .

Для введения в блок 13 параметров талевого каната, спускаемых в скважину труб, и температурного градиента пластов земли служит блок 14 saдания этих параметров.

Поправка h.1 вводится в счетчик 3 перемещений дискретно (фиг. 3). Величина поправки h 1 . имеет постоянную величину и определяется по требуемой точности измерения длины колонны. По зависимостиа 1=f(I, ц ) определяются моменты введения поправки L«, Ьсц, 1щ и т д. (фиг. 3).