Устройство для измерения длины колонны труб,спускаемых в скважину

 

Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых и позволяет повысить точность измерения длины колонны труб (КТ), спускаемых в скважину. Для этого устр-во снабжено блоком коррекции (БК) 14 и элементом 8 ИЛИ. Первые входы БК 14 и элемента 8 ИЛИ подключены к выходу элемента сравнения (ЭС ) 6,а выход элемента 8 ИЛИ - к одним из входов ключа 10 и БК 14. С третьим входом БК 14 соединен вы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / " К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1186790 (21) 4107922/22-03 (22) 11.06.86 (46) 23.03.88. Бюл. У 11 (71) Филиал Куйбышевского политехнического института им.В.В.Куйбышева, r.ÑûçðàHü (72) В.А,Бражников, Н.И.Заварзин и В.В.Титенков (53) 622.241.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 750046, кл. Е 21. В 45/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1186790, кл. Е 21 В 45/00, 1978.

„„SU» 82930 A 2

Е 21 В 45/00, 47/04 (50 4 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ

КОЛОННЫ ТРУБ, СПУСКАЕМЫХ В СКВАЖИНУ (57) Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых и позволяет повысить точность измерения длины колонны труб (КТ ), спускаемых в скважину.

Для этого устр-во снабжено блоком коррекции (BK ) !4 и элементом 8 ИЛИ.

Первые входы БК 14 и элемента 8 ИЛИ подключены к выходу элемента сравне" ния (ЭС) б,а выход элемента 8 ИЛИ— к одним иэ входов ключа 10 и БК 14.

С третьим входом БК 14 соединен вы13829 ход задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента. К четвертому входу БК 14 подключен датчик 1 перемещения КТ. Выход БК 14 соединен с вторым входом элемента 8 ИЛИ. На второй вход ключа 10 поступает сигнал с дат. чика 1. С выхода ключа 10 сигнал пос"

S тупает на счетчик 3 перемещения, а с него — на блок 13 функционального преобразования. К его второму входу подключен выход задатчика 15. К входам ЭС 6 подключен датчик 2 массы и выход элемента 7 суммирования, к входам которого подключены задатчик

16 начального уровня блокировки и через последовательно соединенные

30 клю.ч 11, блок 4 памяти, ключ 12 и блок 5 памяти датчик 2. Выход ЭС 6 подключен к ключу 11 и через элемент

9 НЕ к ключу 12. Введение в устр-во

БК 14 позволяет получить на входе ключа 10 активный уровень сигнала в течение всего времени спуска КТ в скважину на длину свечи вне зависимости от колебания массы КТ на крюке спуско-подъемного механизма и тем самым устранить погрешность измерения длины КТ. Исчезновение активного уровня сигнала с выхода ЭС 6 вследствие уменьшения массы на крюке блокируется активным уровнем сигнала с выхода БК 14. 2 s,ï. ф-лы, 9 ил, Изобретение относится к бурению скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, предназначено для автоматизации измерения длины колонны труб во время спуско-подъемных операций в ходе бурения скважин, длины обсадной колонны при ее спуске, а также длины насосно-компрессорных труб в эксплуатационной скважине и является усовершенствованием устройства по авт,св. Ф 1186790.

Целью изобретения является повышение точности измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину.

На фиг. 1 показана зависимость массы колонны труб на крюке от угла поворота барабанного вала лебедки; на фиг.2 — структурная схема устройства на фиг. 3 — структурная схема

У

20 блока коррекции; на фиг.4 — структур- 2 ная схема блока функционального преобразования, входящего в состав бло" ка коррекции; на фиг.5 — зависимость времени спуска загруженного талевого блока на длину свечи от максимальной скорости спуска; на фиг.6— графики, поясняющие работу устрой.ства (а — зависимость массы колонны труб на крюке от времени в i-м цик30 ле спуска; б — тахограмма 1-го цикла спуска; в — сигнал на выходе первого элемента сравнения; г — сигнал на выходе второго одновибратора; д — сигнал на выходе таймера; е — сигнал на выходе . элемента ИЛИ; ж — сигнал на выходе первого одновибратора); на фиг.7 — графики, поясняющие работу блока коррекции (a - тахограмма i-го цикла спуска; б — сигнал на выходе счетчика; в — сигнал на выходе блока памяти; г — сигнал на выходе блока функционального преобразования); на фиг.8 — графики, поясняющие рабо" ту таймера (а - сигнал на управляющем входе таймера; б — зависимость длительности выходного импульса от управляющего напряжения; в - изменение расчетной длительности выходного импульса в процессе выполнения цикла спуска); на фиг. 9 — зависимость сигнала поправки от длины колонны труб.

Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину, (фиг.2) содержит датчик 1 перемещения колонны, датчик 2 массы, счетчик 3 перемещения, блоки 4 и 5 памяти, элемент 6 сравнения, элемент 7 суммирования, элемент HJlH 8, элемент

HE 9, ключи 10 - 12, блок 13 функционального преобразования, блок 14 коррекции, задатчик 15 параметров

3 1382930 4 талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента и задатчик 16 начального уровня блокировки.

Блок 14 коррекции (фиг.3 ) содержит таймер 17 блок 18 памяти, счетчик 19, элемент 20 сравнения, элемент 21 задержки, кварцевый генератор 22, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23, блок 24 функциональ-10 ного преобразования, одновибраторы

25 и 26 и элемент И 27.

Блок 24 функционального преобразования (фиг.4) содержит делитель 28, сумматор 29 и инвертор 30.

В известном устройстве импульсы с датчика перемещения колонны поступают на счетный вход счетчика 3 перемещения только при открытом первом ключе 10, работой которого управ- 20 ляет элемент 6 сравнения, проверяющий в каждом цикле выполнение условия Q, . .) Я и., где Я . — фактическая масса бурильной колонны на крюке в

i-м . цикле; Q „; — "плавающий уровень 25 блокировки в i-м цикле, причем

6 „. = Q + Q где Q o — уровень бло1 кировки, равный массе отдельной трубы; Q, — фактическая масса колонны в

1-1 предыдущем (i-1)-м цикле. Разность между сравниваемыми величинами а = Q,— Q.,= Q,-(Q, Q-,,) =

= (Q, „QÄ )-(Q, + Q,) =

35 c8 Я.э где Я вЂ” масса свечи труб, нарощен40

Величина разности Л Q; изменяется от цикла к циклу, находясь в зависимости от длины свечи (двух-, трехили четырехтрубная ) и типа труб в диапазоне от 200 до 4500 кГ. В лю- 45 бом цикле СПО сравниваемые величины и Q . отличаются друг от друга на аЯ ., являющуюся малой величиной по сравнению с фактической массой колонны, Работа известного устройства основана на том, что условие Q; ° Q„,.

1 выполняется в момент съема колонны с клиньев и взятия нагрузки от ее массы талевой системой, а нарушает55 ся в конце цикла, когда колонна ставится на клинья и талевая система разгружается, в ходе выполнения спуско"подъема в i-м цикле между указанными моментами времени всегда

Q„, .Однако на практике в ходе

C1I0 сигнал с датчика массы не остается неизменным по величине в названном интервале времени, т ° е.

Q,(t). Например, при спуске колонны на длину очередной i-й свечи в первый момент разгона колонны она движется в режиме, близком к свободному падению, при этом масса на крюке уменьшается, а затем восстанавливается.Кратковременно масса бурильной колонны на крюке может уменьшаться вследствие трения о стенки скважины, ударов долота и трубных муфт о цементные стаканы, крупные каверны и пр. (особенно при СПО на скважинах с искривлениями ствола и при проводке наклонно-направленных скважин) . По указанным причинам масса колонны может уменьшаться на величину, большую йЦ,, при этом условие Q,7 Я „ не

1 выполняется, и первый ключ 10 закрывается, препятствуя прохождению сигнала на счетчик 3 перемещения, что приводит к возникновению ошибок при вычислении длины колонны в скважине

1, которые могут достигать метров и десятков метров даже на скважинах средней глубины.

Процесс образования погрешности измерения известного устройства в связи с колебаниями массы колонны труб в ходе СПО показан на фиг.1 на примере i-го цикла спуска колонны на длину очередной свечи, где по горизонтальной оси отложен угол поворота барабанного вала лебедки, а по вертикальной оси — нагрузка на спуска-подъемный механизм.

После свинчивания i-й свечи с закрепленной на устье скважины колонной крюкоблок с элеватором занимает верхнее положение, при этом элеватор касается верхнего замка -й свечи, а нагрузка на крюкоблоке отсутствует (точка 1) . Затем крюкоблок перемещается вверх и воспринимает массу колонны. Вначале барабан лебедки поворачивается на угол у ;за счет упругого растяжения талевого каната и нарощенной i-й свечи (участок 1-3 ). В точке 2, когда нагрузка спуско-подьемного механизма превьппает уровень блокировки Q „ отпирается первый

1 ключ 10 и начинается процесс измерения длины колонны L. В точке 3 вся

1382930 масса колонны передается на крюк, колонна снимается с клиньев, двигатель привода буровой лебедки отклю,чается, после чего талевая система с колонной труб движется еще некоторое время вверх (участок 3-4 ) до полной остановки в точке 4, при этом барабан поворачивается на угол переподъема упп, Затем под действием

l собственного веса колонна труб движется вниз, происходит спуск колон ныы на длину 2-й свечи (участок 4-12), барабан лебедки поворачивается на угол 4" . На начальном этапе падения сп колонны происходит кратковременное резкое уменьшение нагрузки на крюке (участок 4-6), затем масса увеличивается (участок 6-8) и достигает значения 0; (точка 8, которая может быть как левее, так и правее точки 3 в зависимости от. величины ц„„ и инерционных свойств системы колоннаспуско-подъемный механизм — скважина). На участке 5-6-? Q,„(t) с Q „., поэтому первый ключ 10 закрывается в точке 5 и вновь открывается только в точке 7, вследствие чего сигналы с датчика 1 перемещения колонны, со: ответствующие перемещению колонны при повороте лебедки на угол;

l1 не проходят на счетчик 3 перемещения. Если в ходе i-ro цикла неравенство Q;(t) > Q и, нарушается еще, например, дважды — на участках 9-10ll и 12-13-14; то счетчиком 3 не . учитываются перемещения, соответстВующие 3(pg> и Д((1Б- ° В точке 15 эа 2 Б1 вершается спуск колонны на длину

i-й свечи, колонна труб закрепляется на устье скважины, и нагрузка на спуско-подъемный механизм уменьшается. Барабан лебедки поворачивается на угол 4 . за счет упругого сжатия

*1 талевого каната (участок 15-17 ). В точке lб,когда Q;(t) с Q „, цикл измерения заканчивается.

Если масса колонны труб в процессе спуска ее на длину i-й свечи не изменяется (процесс протекает по 34-3-15), то счетчик 3 перемещения ,фиксирует увеличение общей длины колонны на величину, пропорциональную углу поворота барабана лебедки (/.Ц . = (2(Р)с((— ((- Ч) по4 = (pg,+

71 9 (9 1(5-((,) 12 8 3-4

= (p(— (p (p

ПП; .C(1; 1

1 т.е. пропорциональную длине i-й свечи (участок 3-15, фиг.1). Фактически счетчик 3 известного устройства фиксирует приращение L на величину, пропорциональную углу

1О

V = (Е()сп - (-r) по = ((.Р + V +

7 l с "î 4

18-3 9- 9 1(-1Й ((4 (, 1 „) (9-4 (:n; Bl i Ы2 Б З

+У ) = (- М. - V — 4V + —; 4(Р„. = V,„. — 7: a „., СП; . 61 . Ь

20 т,е. абсолютная погрешность измерения длины колонны труб в рассматриваемом цикле пропорциональна величине

"1 71 2; 4 Б; .

Б125 или в общем случае п;

4 б;. где n; — число нарушений условия

Q;(t) 7 (} „в i-м цикле спуска.

Укаэанное относительно i-го цикла спуска иллюстрируют и графики на фиг.б а,б,в, где показана зависимость массы колонны труб на крюке от времени Q „. = f,(t); тахограмма

i-ro цикла спуска V = f (t); сигнал

1 на выходе элемента 6 сравнения в

i-м цикле спуска. Погрешностям !(пб. бii э

40 4 (pg,2 H 4Б;9 на фиг ° соответствуют погрешности измерения длины счетчиком 3 перемещения устройства dl .„

А1;< и Л 1;, которые численно равны площадям фигур, заштрихованных

45 на графике фиг.б б. Абсолютная погрешность измерения длины колонны труб в i-м цикле может быть определена так:

П;

50 П,= Е 1,.=

j=i

ni К1! с (v;(c) . dc);, /= 1

55 где t; t к;, — соответственно

3 время начала и конца j-го нарушения условия Q;(t) ) Q „; в i-м цикле спуска.! 382930

Абсолютная погрешность измерения длины колонны, спущенной до забоя скважины, определяется так: и; к 5 ске - (с () v(c) de) )

)= а где N — - число свечей труб, спущенных в скважину до забоя.

Предположим, осуществляется спуск 1О бурильной колонны из 37-метровых свечей в скважину с забоем 3700 м. Если учитывать только уменьшение массы в начальный момент разгона на время 0,5 с по каждой спускаемой 15 свече и принять среднее,по скважине ускорение разгона загруженного эле2 ватора равным А р,,= 0,5 м/с, то абсолютная погрешность, подсчитанная по последней формуле, составит 20

15 м.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что введение в уст ройство блока 14 коррекции позволит получить на втором управляющем входе 25 первого ключа.10 активный уровень сигнала в течение всего времени спуска колонны в скважину на длину све. чи вне зависимости от колебания массы колонны на крюке спуско-подъемного 30 механизма и тем самым устранить погрешность измерения длины колонны, обусловленную колебаниями массы. Сигнал на второй управляющий вход первого ключа 10 поступает с выхода эле35 мента ИЛИ 8, на первый вход которого подается сигнал с выхода первого элемента 6 сравнения, а на второй — с выхода блока 14 коррекции. Исчезнове-: ние активногб уровня сигнала с выхо- 4 да первого элемента 6 сравнения вследствие уменьшения массы на крюке блокируется активным уровнем сигнала с выхода блока 14 коррекции, который формируется таймером 17. Длительность сигнала, генерируемого таймером 17, адаптируется в ходе цикла спуска в зависимости от длины спускаемой свечи и текущей скорости спуска.

В устройстве {фиг.2 ) выход первого элемента 6 сравнения соединен с входом элемента НЕ 9, с первым входом элемента ИЛИ 8, второй вход которого подключен к выходу блока 14 коррекции, а выход — к вторым входам пер55 вого ключа 10 и блока 14 коррекции, четвертый вход которого подключен к выходу "вниз" датчика 1 перемещения колонны, а третий вход — к выходу задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента, с вторым входом второго ключа )1, первый вход которого подключен к выходу датчика 2 массы и к первому входу элемента 6 сравнения, вход счетчика 3 перемещения соединен с выходом блока 13 функционального преобразования и выходом первого ключа 10, к первому входу которого подключены выходы датчика 1 перемещения колонны, а выход счетчика 3 перемещения соединен с первым входом блока 13 функционального преобразования, второй вход которого подключен к выходам задатчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечой и температурного градиента.

Первый вход третьего ключа 12 соединен с выходом первого блока 4 памяти, вход которого подключен к выходу второго ключа 11, второй вход - с выходом элемента НЕ 9, а выход — с входом второго блока 5 памяти, первый вход первого элемента 7 суммирования соединен с выходом второго блока 5 памяти, второй вход — с выходом задатчика 16 начального уровня блокировки, а выход — с вторым входом элемента 6 сравнения.

Первый вход блока 14 коррекции (фиг.3 ) является вторым входом счетчика 19, первый вход которого подключен к выходу элемента 21 задержки, а выходы соединены с вторым входом блока 18 памяти и первым входом элемента 20 сравнения, второй вход блока является входом первого одновибратора 25, выход которого подключен к первому входу блока 18 памяти, третий вход последнего соединен с выходом элемента И 27, первый вход которого подключен к выходу кварцевого генератора 22 и входу элемента 21 задержки, третий вход блока является вторым входом блока 24 функционального преобразования, первый вход которого соединен с выходом ЦАП 23, вход последнего подключен к выходу блока 18 памяти и второму входу элемента 20 сравнения, четвертый вход блока является входом второго одновибратора 26, выход которого соединен с первым входом таймера 17, выход блока является выходом таймера 17, второй вход

1382930

I0 условия (1)

Q; Ч ., где Q q,. — сигнал, пропорциональный

"плавающему" уровню блокировки, поступающей на второй вход элемента 6 сравнения с выхода элемента 7 суммирования. 45

Элемент 7 реализует зависимость (2) О,=Qо+Q„° . где Q — постоянный по величине

50 сигнал, пропорциональный массе одной трубы, поступающий на второй вход элемента 7 суммирования с задатчика 16 уровня блокировки; Q; „ — сигнал, поступающий на первый вход элемента 7 суммирования с выхода второ55 го блока 5 памяти.

В момент выполнения условия (1) (точка 2 ) на выходе элемента 6 сравкоторого соединен с выходом блока 24 функционального преобразования.

Первый вход блока 24 функционального преобразования (фиг.4) является первым входом делителя 28 и вторым входом сумматора 29, выход которого соединен с входом инвертора 30, второй вход блока является вторым входом делителя 28, выход которого соединен с первым входом сумматора 29, а выход блока является выходом инвертора 30.

Устройство работает следующим образом. 15

Перед началом i-ro цикла спуска масса на крюке. отсутствует; Q 4(t)

= Q <(0) О, скорость крюкоблока с .элеватором равна нулю: V ;(t)

V,(0) 0 (фиг.ба,б), сигналы на 20 выходах элемента б сравнения, блока

14 коррекции и элемента ИЛИ 8 имеют неактивный уровень — логический "О" (фиг.б в.д.е), второй блок 5 памяти запомнил сигнал Q;„, пропорциональ- 25 ный массе колонны во время предыдущего цикла измерения.

Начиная с момента времени, соответствующего точке l на диаграммах фиг.б, барабан лебедки начинает вращаться на подъем, крюкоблок перемещается вверх и воспринимает массу колонны, нагрузка на крюке, Ц;(Г) возрастает (участок 1-3 ). Сигнал

Q;(t) с датчика 2 массы (фиг.2) пос35 тупает на первый вход элемента 6

„ сравнения, проверяющего выполнение нения устанавливается сигнал логической "1" (фиг.бв), который поступает на первый вход элемента ИЛИ 8, что приводит к появлению сигнала "1" на выходе элемента ИЛИ 8 (фиг.бе) и открыванию первого ключа 10. Сигнал

"1" с выхода элемента 6 сравнения поступает также на первый вход блока 14 коррекции, на вход элемента

НЕ 9 и на второй вход второго ключа 11, что приводит к установлению сигнала "1" на выходе блока 14 коррекции (фиг.бд), а значит, на втором входе элемента ИЛИ 8, к установке сигнала "0" на выходе элемента

НЕ 9 и втором входе третьего ключа

12 и его закрыванию, а также открыванию второго ключа 11.

Через открытый первый ключ 10 сигнал с датчика 1 перемещения колонны поступает на вход счетчика 3 перемещения, идет процесс измерения донны колонны. Одновременно сигнал с датчика 2 массы через открытый второй ключ 11 поступает на вход первого блока 4 памяти, где запоминается.

В точке 3 (фиг.б) вся масса колонны передается на крюк, колонна приподнимается и снимается с клиньев роторного стола (участок 3-4), с момента 4 колонна труб под действием собственного веса начинает опускаться. В процессе спуска колонны на длину i-й свечи 1св;возможны такие уменьшения массы Q .(t) на каких-то интервалах времени, например, на участках 5-6-7, 9-10-11 и 1213-14 (фиг.б 1, которые вызывают нарушение условия (1 ), следствием чего является установка сигналов "0" на выходе. элемента 6 сравнения в эти интервалы времени (фиг.бв ). Однако это не приводит к закрыванию первого ключа 10, так как на втором входе элемента ИЛИ 8 установлен сигнал "1", поступающий с выхода блока 14 коррекции. Измерение длины спускаемой колонны при указанных колебаниях массы осуществляется счетчиком 3 перемещения корректно, без погрешностей.

Сигнал "1" удерживается на выходе блока 14 коррекции в течение времени

t3 ;(фиг,бд), которое:несколько меньше фактического времени спуска загруженного элеватора в i-м цикле

t с. ф,. (фиг,бб).

12! !82930

50 (3) !

1 момент первого срабатывания элемента G сравнения в i-м цикле (точка 2} на первый и второй входы блока 14 коррекции (фиг.З) подаются сигналы "1", которые поступают соот5 ветственно на входы одновибраторов

25 и 26, последние по переднему фронту указанных сигналов генерируют короткие прямоугольные и единичные импульсы (фиг.6 г,ж). По переднему фронту импульса, поступающего на первый вход (вход R) блока 18 памяти с выхода одновибратора 25, происходит обнуление выхода блока 18 памяти (выход Q)„ нулевой сигнал подается с выхода блока 18 памяти на вход ЦАП 23 и второй вход элемента 20 сравнения. Импульсы с выхода датчика 1 перемещения колонны поступают на четвертый вход блока 14 коррекции, а значит, на второй вход (счетный вход + 1) счетчика 19 только при движении колонны труб вниз, т.е. начиная с момента времени, соот-25 ветствующего точке 4 на (фиг.6,7).

Кварцевый генератор 22 выдает на первый вход элемента И 27 и через элемент 21 . задержки на первый вход (вход R) счетчика 19 короткие прямоугольные импульсы с периодом следования T . По переднему фронту импуль,1 са "1" на входе R выход счетчика 19 обнуляется, после чего вновь начинается счет импульсов, поступающих на вход +1. Таким образом, на выходе счетчика 19 формируется двоичный цифровой сигнал, пропорциональный текущей скорости спуска колонны:

dl c.; 81 с.1(t) 40

V (с)= — — - = — — - ——

dt Т

G где 61 с.(t) — перемещение спускаемой в i-м цикле колонны за время Тс.

Сигнал, пропорциональный текущей скорости Vc,..(ñ), с выхода счетчика

19 подается на второй вход (информационный вход D) блока 18 памяти и первый вход элемента 20 сравнения.

Последний проверяет условие:

Vc (t) V, (t-k T ), где k = 1,2,3,..., — число периодов сигнала„ вырабатываемого кварцевым генератором 22, прошедших после предыдущей записи величины скорости блока 18 памяти, т.е. сравнивает текущее значение скорости спуска с запомненным ранее. При выполнении условия 3 ) на выходе элемента 20 сравнения устанавливается сигнал

1, который поступает на второй вход элемента И 27, в момент поступления на первый вход элемента И 27 импульса "1 с кварцевого генератора

22 сигнал "1" поступает на третий вход (вход разрешения записи С) блока 18 памяти, по переднему фронту которого в блок 18 памяти осуществляется запись текущего значения скорости V (t).Ýëåìåíò 21 задержки координирует работу блока 18 памяти и счетчика 19: вначале производится запоминание значения V t (t), а

1 затем обнуляется выход счетчика 19 и начйнается новый цикл подсчета скорости. На фиг.7 б показана зависимость величины сигнала на выходе счетчика 19 от времени — текущая скорость спуска в i-м цикле; на фиг.7 в — зависимость величины сигнала на выходе блока 18 памяти от времени. Благодаря наличию элемента 20 сравнения, проверяющего условие (3), на выходе блока 18 памяти в ходе i-го цикла спуска формируется неубывающая функция максимальной скорости спуска V, „ „(с). Пе1 риод кварцевого генератора 22 Т выбирается иэ условия обеспечения необходимой точности вычисления

V,,(с).

Двоичный цифровой сигнал с выхода блока 18 памяти подается на вход

ЦАП 23, с выхода которого аналоговый сигнал Vc макь(с) поступает на первый

Ъ вход блока 24 функционального преобразования, на второй вход последнего через третий блок входа

14 коррекции подается сигнал, пропорциональный 1,, с выхода за1 датчика 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента. БЛок 24 функционального преобразования (фиг.4 ) воспроизводит зависимость

1 с8; с = (----- — + 1 5 V ) K

s.c.т. V к с мс4кс с. макс (4) где с т. — расчетное время спуска

1-й свечи; К вЂ” коэффициент запаса, принимаемый равным 0,85 0,95 и поэволяюший избежать ситуации, ког да

138293О

) г,, (фиг, 6 б, e), гра1 фик которой представлен на фиг ° 5.

Сигналы, пропорциональные 1,„.

CS! и Ч, „„, .(с), поступают (фиг. 4 ) соответственно на второй и первый входы делителя 28, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный (1 „ /V,„ „,), подаваеиый на пер " 1 " " 10 вый вход сумматора 29, на второй вход которого также подается сигнал с,макс() . Сигнал (1 св 1 с,макс+

+ 1,5 V, „,) с выхода сумматора 29 подается на вход инвертора 30, с

15 выхода которого на выход блока 24 функционального преобразования выдается сигнал, пропорциональный С с,т, согласно (4) (фиг,7,r) поступающий в виде задания на первый вход тай20 мера 17 (фиг ° 3).

Таймер 17 запускается по заднему фронту импульса, поступающего с выхода одновибратора 26 (фиг.6 г,д ) на первый (тактовый ) вход таймера 17.

На выходе таймера 17, а значит, на выходе блока 14 коррекции, устанав: ливается сигнал "1", длительность которого определяется величиной нап( ряжения, поступающего на второй вход таймера 17 (фиг.8а).

Зависимость длительности выходного импульса от входного напряжения, протекание процесса адаптации длительности и протекание процесса адап-35 тации длительности выходного иипульса с таймера 17 в процессе выполне( ния i-го цикла спуска показаны на фиг.8. Установившаяся длительность выходного импульса таймера 17 равна расчетному времени спуска i-й свечи Т . = t>, т..

1 1

После того, как колонна спущена на величину очередной i-й свечи и закреплена на устье скважины (точка 15), нагрузка на спуско-подъемный механизм уменьшается (участок 1517). Условие (1) уже не выполняется (точка 16), на выходе элемента 6 сравнения устанавливается сигнал "0",50 сигнал "0" появляется на выходе элемента ИЛИ 8, поэтому ключи 10 и ll закрываются, а третий ключ 12 открывается сигналом "1 " с выхода элемента НЕ 9. Сигнал Q., пропорциональ-. 55

1 ный иассе колонны в рассматриваемом

i-и цикле, переносится из первого блока 4 памяти во второй блок 5 памяти, и на выходе элемента 7 суммирования появляется новое значение уровня блокировки Q „ . . Устройство а i+( готово к выполнению измерений в (i + I)-м цикле спуска.

В 1-м цикле спуска талевый канат навивается на барабан лебедки при подъеме незагруженного крюка,а сматываемый с барабана канат воспринимает массу колонны трубы и вследствие этого испытывает упругое растяжение, возникает погрешность при измерении длины колонны. Величина этой погрешности, приведенная к длине колонны, определяется выражением

1 cs; Я

Ь1;

К Е ти тк где К, — коэффициент оснастки талевой системы спуско-подъемного механизма;

Е, — модуль упругости материала талевого каната;

Р, — площадь поперечного сече- ния талевого каната.

Другой составляющей погрешности измерения длины колонны является погрешность из-за тепловой деформации колонны труб в скважине. Величина температурной деформации опре деляется выражением,11 = p .т,(л + р .: )

Ц L т "о 2 т У

7 — геометрический градиент;

, — коэффициент линейного расширения труб; где среднегодовая теипература нейтрального слоя; температура труб на поверхности

Указанные погрешности измерения длины колонны компенсируются в устройстве блоком 13 функционального преобразования (фиг.2 ), представляющим собой,перестраиваемый дешифратор, который при определенных комбинациях на первом входе, поступающих со счетчика 3 перемещения, вырабатывает импульсы поправки. Задатчик 15 параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента представляет собой блок переключателей, с помощью которых изменяются параметры блока 13 функционального преобразования, воспроизводящего заданную функцию поправок от длины ко1382ч 10 лонны. Вадатчик 15 позволяет изменять: функцию поправок при смене талевого каната, спускаемых свечей и изменении геотермического градиента. Сигна5 лы, пропорциональные К „,(E „ F,„), и l„,поступают соответственно с выходов задатчика 15 параметров тале вого каната, спускаемых свечей и температурного градиента на второй 10 вход блока 13 функционального преобразования.

По мере накопления измерительного сигнала в счетчике 3 перемещения блок 13 функционального преобразо- 15 вания вырабатывает сигнал поправки, который дополнительно поступает с

его выхода на вход счетчика 3 перемещения. Сигнал поправки является функцией сигнала длины колонны L с вы- 20 хода счетчика 3 перемещения: 41 =

= й(1,), он компенсирует погрешности измерения, связанные с упругим рас- . тяжением сматываемого с барабана лебедки под нагрузкой талевого каната и температурным удлинением колонны труб в скважине.

Блок 13 функционального преобразования воспроизводит зависимость

I, п с 1св; Q

41 =, 41. + i t 1.=, I тс 1 тк тк

+h -L ° (L+ь — — -ni) и л т о 2 т (5) 35

Поправка 41 вводится в счетчик 3 перемещения дискретно (фиг.9). Величина поправки 41„ имеет постоянную величину и определяется по требуемой точности измерения длины колонны. 40

По зависимости dl = f(L) определяются моменты введения поправки

L), L2> L и т.д. (фиг,9 ).

Предлагаемое устройство исключает погрешности измерения длины ко- 45 лоины труб при колебаниях массы колонны на крюке в циклах спуска. Bosрастает точность измерения, что способствует качественному и безаварийному проведению СПО на бурящихся и, эаканчиваемых спуском обсаднцх колонн скважинах, качественной провод/ ке разведочных скважин, безаварийной проводке скважин в условиях аномально-высоких пластовых давлений, высокопроницаемых пластов и др., когда необходимо точное определение глубины забоя..

Формула изобретения

l. Устройство для измерения длины колонны труб, спускаемых в скважину по авт. св. Р 1186790, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком коррекции и элементом ИЛИ, при этом выход элемента сравнения подключен к первым входам блока коррекции и элемента ИЛИ, выход которого подключен к вторым входам первого ключа и блока коррекции, выход задатчика параметров талевого каната, спускаемых свечей и температурного градиента соединен с третьим входом блока коррекции, а выход датчика перемещения колонны соединен с четвертым входом блока . коррекции, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ.

2. Устройство по п.l о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит таймер, блок памяти, счетчик, элемент сравнения, элемент задержки, кварцевый генератор, цифроаналоговый преобразователь, блок функционального преобразования, два одновибратора и элемент И, при этом выход первого одновибратора соединен с первым входом блока памяти, выход кварцевого генератора соединен с первым входом элемента И и через элемент задержки с первым входом счетчика, выход которого подключен к второму входу блока памяти и первому входу элемента сравнения, выход элемента сравнения соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока памяти, выход блока памяти соединен с вторым входом элемента сравнения и через цифроаналоговый преобразователь с первым входом блока функционального преобразования, выход второго одновибратора подключен к первому входу таймера, а выход блока функционального преобразования соединен с вторым входом таймера, причем вход второго одновибратора является первым входом блока, вход первого одновибратора является вторым входом блока, второй вход блока функционального преобразования является третьим входом блока, второй вход счетчика является четвертым входом блока, а выход таймера является выходом блока.

1 382930

17

3. устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок функционального преобразования содержит делитель, сумматор и инвертор, при этом выход делителя соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом инвертора, причем первый вход делителя и второй вход сумматора являются первым входом блока, второй вход делителя является вторым входом блока, а выход инвертора является выходом блока.! 382930

1382930

1382930

) 382930 18

138293 0 ход &. 2O, управ. 8л. гмж б7

s i>c с, ь

Составитель В.Шипов

Редактор И.Николайчук Техред М.Дидык Корректор И.Муска

Заказ 1267/26 Тираж 531

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4