Устройство для контроля параметров процесса бурения

 

Изобретение относится к горно.му делу и позволяет повысить точность контроля параметров процесса бурения. Для этого устр-во снабжено акустическим преобразователем 1, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками измерения (БИ) осевой нагрузки 5 на долото и крутящего момента 6 роторного стола, управляемой линией 8 задержки, БИ взаимно корреляционной функции (ВКФ) 9 и максимума ВКФ 10, блоками управления И и вычитания 13 и БИ автокорреляционной функции Ар продольных 19 и А поперечных 21 упругих колебаний, максимума 22 автокорреляционной функции продольных RwaKc и поперечных R .TKC упругих колебаний и коэффициента К корреляции 17. Сигнал с преобразователя 1 поступает на фильтр 7 низких частот, а с его вы.хода на линию 8 задержки . Она управляется пошагово с шагом AT блоком 1 1 управления. Задержанный сигнал, с выхода линии 8 задержки поступает на один из входов БИ 19, на второй вход которого через блок 25 усиления и синхронизатор 12 подаются сигналы А и А,. С выхода БИ 9 сигналы ВКФ подаются в БИ 10 измерения максиму.ма ВКФ. Блок 11 включает блок 13 вычитания, на один вход которого подается информационный сигнал АрХ X (Ат), а на другой - задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов АН. Разностй сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 Е 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- "сььИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4! 72603/23-03 (22) 18.12.86 (46) 28.02.89. Бюл. № 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем и

Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения (72) В. Н. Рукавицын, А. М. Мелик-Шахназаров, Л. И. Орлов и В. Ш. Дубинский (53) 622.24 (088.8) (56) Патент США № 3486375, кл. Е 21 В 45/00, !970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1400179, кл. Е 21 В 45/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность контроля пара метров процесса бурения. Для этого устр-во снабжено акустическим преобразователем l, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками изÄÄSUÄÄ 1461882 A 1 мерения (БИ) осевой нагрузки 5 на долото и крутягцего момента 6 роторного стола, управляемой линией 8 задержки, БИ взаимно корреляционной функции (ВКФ) 9 н максимума ВКФ 10, блоками управления

11 и вычитания 13 и БИ автокорреляционной функции A продольных 19 и А поперечных 21 упругих колебаний, максимума 22 автокорреляционной функции продольных

P %

Ячнкс и поперечных Rìçêñ упругих колебаний и коэффициента К корреляции 17. Сигнал с преобразователя 1 поступает на фильтр 7 низких частот, а с его выхода на линию 8 задержки. Она управляется погпагоыо с шагом Лт блоком 11 управления. Задержанный сигнал с выхода линии 8 задержки поступает на один из входов БИ 19, на второй вхо..< которого через блок 25 усиления и cHHxj)oHIIзатор !2 подаются сигналы А и А,. С выхода БИ 9 сигналы ВКФ подаются в БИ 10 измерения максимума ВКФ. Блок 11 включает блок 13 вычитания, на один вход которого подается информационный сигнал А >(>< (А,), а на другой — задержанный синфазный сигнал-помеха от насосов А.. Разност1461882 ный сигнал с выхода блока 13 запоминается в блоке !4 памяти. Одновременно сигналы

А„и А, с выхода блока 14 подаются на входы БИ 18 и 21 и далее в БИ 19 и 22 и в БИ 23 энергетического спектра S.. С выходов БИ 19

Р и 22 сигналы RMàêñ и Rs

Изобретение относится к горному делу, а именно к контролю параметров процесса роторного бурения скважин.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для контроля параметров процесса бурения.

Устройство содержиг акустический преобразователь 1, установленный в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы (или на корпусе насосов), датчик 2 продольных упругих колебаний, установленный в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или квадрате), датчик 3 поперечных упругих колебаний, совмещенный в одной точке измерения с датчиком 2 продольных колебаний, блок 4 измерения механической скорости бурения V, блок 5 измерения осевой нагрузки на долого Р с, блок 6 измерения крутящего момента роторного стола М, фильтр 7 низкой частоты, управляемую линию 8 задержки, блок 9 измерения взаимно корреляционной функции Rl блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции R o, з, блок 1! управления, синхронизатор 12, блок 13 вычитания, блок 14 памяти, блок 15 умножения, первый блок 16 деления, блок 17 измерения коэффициента корреляции К, блок 18 измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний Rp, блок 19 измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний

H,„,„ âòîðîé блок 20 деления, блок 21 измерения автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний R, блок 22 измерення максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний R, блок 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, блок 24 регистрации, блок 25 усиления.

Выход акустического преобразователя 1 через фильтр 7 низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки 8, выход которой подключен к первым нала с блока 15 умножения, на входы которого поступают сигналы с БИ 5 и 6 осевой нагрузки и крутящего момента. Результируюгцая величина т! пропорциональна энергоемкости процесса бурения. С выходов БД 16 и 20 сигналы Му и q поступают на входы

БИ 17. Величина К на его выходе соответствует типу разбуриваемых горных пород и величине их твердости. Регистрация параметров т), М>, К, S. u W осуществляется блоком 24. 1 ил.

2 входам блока 9 измерения взаимно корреляционной функции и блока 13 вычитания.

Выходы датчика 2 продольных и датчика 3 поперечных упругих колебаний через блок 25 усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора 12, второй выход которого подключен к управляющему входу блока 13 вычитания, а первый выход — к второму входу блока 9 измерения взаимно корреляционной функции, выход которого через блок 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом блока 1! управления. Первый выход блока 11 управления подключен к второму входу управляемой линии задержки, второй выхо1— к первому входу блока 14 памяти, а третий выход — к второму входу блока 13 вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока 14 памяти. Первый выход блока 14 памяти подключен к входу блока 18 измерения автокорреляционной функции продо Ib " ных упругих колебаний, первый выход которого соединен с первым входом блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, à ВТорой выход через блок 19 измерения максимума автокорреляционной,функции продольных упругих колебаний соединен с первым входом второго делителя 20 и с четвертым входом блока 24 регистрации. Второй выход блока 4 памяти tIo;jK.tþ÷åí к вхо г, блока 21 измерения автокорреляцион ой

30 функции поперечных упругих колебаний, первый выход которого соединен с вторым входом блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход через блок 22 измерения максимума автокорреляционной

35 функции поперечных упругих колебаний соединен с вторым входом второго делителя 20 и с шестым входом блока 24 регистрации.

Выходы блока 5 измерения осевой нагрузки на долото и блока 6 измерения крутящего момента роторного стола соединены с соответствующими входами блока 15 умножения, выход которого подключен к первому входу делителя 16. Выход блока 4 соединен ; HT01 40 1 82

+op. г).га u,Ç"OIIðk тенгг.г рым входом первого делителя 16, выход:<оторого подключен к первым входам блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции. Выход второго делителя 20 соединен с вторыми входами блока 24 регистрации и блока 17 измерения коэффициента корреляции, выход которого подключен к шестому входу блока 24 регистрации. Выход блока 23 измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний соединен с третьим входом блока 24 регистрации.

Устройство функционирует слелуюшим образом.

Упругие колебания, возникаюшие в результате взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, после передачи по бурильной колонне принимаются при помощи акустических приемных преобразователей продольных 2 и поперечных 3 колебаний, установленных в верхней части бурильной колонны (на вертлюге или ведущей трубе) и совмещенных в одной точке измерения. Одновременно в верхней части нагнетательной линии циркуляционной системы установлен приемный акустический преобразователь 1, например, пьезоэлектрического типа, вмон. тированный в стояк манифольда или установленный на корпусе насосов. Сигнал Л, снимаемый с помощью преобразователя 1, поступает на фильтр 7 низких частот, гле вырезается полоса частот от 0 до 100 Гц, в которой B основном сосредоточен спектр помех от работы насосов. С выхода фильтра 7 низких частот сигнал подается на управляемую линию 8 задержки, которая представляет собой устройство задержки сигнала на времяк от 0 ло т.;- с шагом Лт, гле Лт=1/2 у;"(у; =100 Гц), а т "с=1/2 укк., где у

=0,5 Гц и соответствует нижней частоте помех от работы насос в.

Управляемая линия 8 задержки управляется пошагово с шагом Лт блоком 11 управления. С выхода управляемой линии 8 залержки задержанный сигнал поступает на олин из входов блока 9 измерения взаимно корреляционнои функции ФВК вЂ” RI-„I (т), на второй вход которого гюлаются через блок

25 усиления и синхронизатор 12 сипгалы продольных Л„и попсречньгх А, упругих колебаний. С выхода блока 9 сигналы ФВК подаются в блок !О измерения максимума

ФВК Ri зк: (т)

При задержке iiB управляемой линии 8 задержки. cooTBCTcтвующсй Ri, (т), сигнал-помеха от раооты насосов в состявс информационного сигнала Л,,(Л,) и искомый сигнал-помеха от насосов нахолятся в фале, что фиксируется блоком 11 управления по сигналу от блока 10 измерения максимума взаимно корреляционной функции. В этот момент блок 11 управления включает блок 13 вычитания. IIB олин из вхо loB которого подается сигнал Л, (Л,), а другой — — задержанный синфазный сигнал-помеха От насосов (А ).

)Ð

30 35

4(1

С выхода блока !3 вычитания разнос.г.— ный сигнал запоминается в блоке 14 памяти, который также включается блоком управлеНИЯ 11 В МОМЕНТ МЯКСИМу.кга Ri- Чqìàêñ (T), Таким образом, на выходе блока 14 памяти появляется сигнал разности А (Л.,) и А., совмещенных по фазе. что значительно увеличивает точность и помехоустойчивость выделения полезного забойного сигнала А„и А, на фоне помех, особенно при увеличении глубин буряшихся скважин.

Одновременно сигналы А, и А, с выхода блока 14 памяти подаются на входы блоков 18 и 21 измерения соответственно автокорреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (R, и R,) и далее в блоки 19 и 22 измерения соответственно максимумов автокорреляционных функций продольных и поперечных упругих колебаний (К„° .кс и )с,... -) и в блок 23 измерения энергетического спектра (Sý), С выходов бЛОКОВ 19 V. 22 СИГНЯЛЫ Рр какс И Я кикс ПОступают на входы второго блока 20 деления, осуществляющего операцию деления сигналов R, ..к./R, -.=К, последняя величина пропорциональна удельному моменту на долоте Ìk. Сигналы с выходов блоков 5 и 6 измерения соответственно осевой нагрузки Р .и крутяшего момента Мроторного сто,ла через блок 15 умножения поступают на первый вход первого блока !6 деления, на второй вход которого поступает сигнал с выхода, блока 4 измерения механической с орссти бурения V.ei В первом блоке 16 леления производится операция деления сигналов с выхода блоков 4 и 15 М Р с/% « -=т), последняя величина пропорциональна энергоемкости процесса бурения.

Одновременно сигналы с выходов блоков !6 и ?О деления поступают i{B входы блока 17 измерения коэффициента корреляции К между величинами М и т). Величина К соответствует типу разбуриваемых горных пород и величине их твердости.

С выходов блоков 16, 17, 19, 20. 22, 23 сигналы поступают на вход блока 24 регистрации, гле осуществляется аналоговая и цифровая регистрация Iiapa ieTpoB», М, К, S., 9 в функции времени и глубины скважины.

УсTtkokicTBo лля KoHTpo, iя 11яряметггов г,роцесса бурения, содержащее датчики пролольных и гюперечных упруг.lx колебаний, совмеи(енные в олной точке измереггия и верхней части бурильной колонны, BI I_#_o lk.l которых подключены к соответствуго:ци м вхолам блока усиления, фильтр низких час тот, блок памяти, блок измерения мех»нической скорости бурения, блок умножения, лва б,.юка леления, выхолы которых сосдинены с соотвстствуiollkii и вхолами блока регистрации, и б loki измерения электрическогo спектры пролольных и поперечных упругих колебаний, выхол которого по (клк1

1461882 (:о<"г >«««ан H. !1!илов

Рс на к < о р > 1. В с < с. н > в с к а я Тсхрс» >1. 11< рсс Е<>ррск<<>р 11 М1ск;

:3><к<к< .>Н I!2f> Тираня 514 1!ояписн<к

1111ИИ11И Г<>л:(арств< нного кояитста <и> и«><>l>« <><>< ири ГК11Т (:(:(.Р

I I:3()35, Москва. Ж вЂ” 35, Рау>нская н«6.. н. 4,;>

1!роя<во,«тв(нн»-налит«.иски!< комГ>иннг «f l < l«. и», <., < rK«>f><>.<. у.<. 1 «< ири ки I <) I чен к третьему входу блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, устройство снабжено акустическим преобразователем, установленным в нагнетательной линии циркуляционной системы, блоками измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола, управляемой линией задержки, блоками измерения взаимно корреляционной функции и максимума взаимно корреляционной функции, блоком управления, блоком вычитания, блоками измерения автокорреляционной функции продольных и поперечных упругих колебаний, блоками измерения максимума автокорреляционной функции продольных и поперечных упругих колебаний и блоком измерения коэффициента корреляции, при этом выход акустического преобразователя через фильтр низких частот соединен с первым входом управляемой линии задержки, выход которой подключен к первым входам блока вычитания и блока измерения взаимно корреляционной функции, два выхода блока усиления соединены с соответствующими входами синхронизатора, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения взаимно корреляционной функции, а второй выход — к управляющему входу блока вычитания, выход блока измерения взаимно корреляционной функции через блок измерения максимума взаимно корреляционной функции соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к второму входу управляемой линии задержки, второй выход — к первому входу блока памяти, а третий выход — к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, первый выход блока памяти соединен с входом второго блока измерения автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, первый выход которого подключен к первому входу измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход— к входу блока измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний, второй выход блока памяти соединен с входом блока измерения автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний, первый выход которого подключен к второму входу блока измерения энергетического спектра продольных и поперечных упругих колебаний, а второй выход — к входу блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний, выходы блоков измерения осевой нагрузки на долото и крутящего момента роторного стола соединены с соответствую щи ми входам и блока умножения, 20 выход которого соединен с первым входо первого делителя, выход блока измерения механической скорости бурения подключен к второму входу первого делителя, выход которого соединен с первым входом блока измерения коэффициента корреляции, причем выход блока измерения максимума автокорреляционной функции продольных упругих колебаний соединен с четвертым входом блока регистрации и первым входом второго делителя, выход которого подключен к

3Q второму входу блока измерения коэффициен-, та корреляции, выход которого соединен с пятым входом блока регистрации, а выход блока измерения максимума автокорреляционной функции поперечных упругих колебаний соединен с шестым входом блока регистрации и вторым входом второго делителя.