Устройство для контроля процесса бурения

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить точность измерения забойных параметров путем вычитания помех из информационного сигнала при максимальном взаимном фазовом соответствии. Устройство снабжено блоком 13 выделения мощности, блоком 14 анализа спектра, управляемой линией задержки (УЛЗ) 8, дискретно-аналоговым фильтром (ДАФ) 9 и управляющим каналом 1. Последний содержит последовательно соединенные датчик 5 хода насоса и преобразователь (П) 6. Информационный сигнал подается на входы ДАФ 9 и УЛЗ 8, которые управляются П 6. Из информационного сигнала в ДАФ 9 отфильтровывается сигнал помехи от буровых насосов. При этом УЛЗ 8 компенсирует фазовые сдвиги, возникающие в ДАФ 9, между информационным сигналом и помехой. Сигналы с выходов УЛЗ 8 и ДАФ 9 подаются на блок 10 вычитания, где из информационного сигнала вычитается сигнал помехи. Настройка ДАФ 9 на частоту, кратную ходам насоса, осуществляется сигналом, подаваемым из управляющего канала 1 с П 6 в форме частоты, пропорциональной ходам насоса. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51) 4 E 21 В 45 00 7/00

ВСЕСОЮЗЧАЯ

ПАТЕЧТ143 1ь1. .:(1

Е, iE iirlO. 1..;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322006/23-03 (22) 26.10,87 (46) 07.07.89. Бил. 1(25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) В. И. Дубинский, М. Г. Лугуманов и В. Н. Рукавицын (53) 622.24(088.8) (56) Рукавицын В. Н., Ситников А. Т.

Акустическая информационно-измерительная система контроля забойных параметров. — Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности. 1980, У 3, с. 3-5.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1030544, кл. Е 21 В 47/00, 1981.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕС-

СА БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и позволяет повысить точность измерения забойных параметров путем вычитания помех ° из информационного сигнала при максимальном взаимном фазовом соответствии. Устройство снабжено блоком 13 выделения мощности, блоком 14 анализа спектра, управляемой линией задержки (УЛЗ) 8, дискретно-аналоговым фильтром (ДАФ) 9 и управляющим каналом 1, Последний содержит последовательно соединенные датчик 5 хода насоса и преобразователь (П) 6. îð1492032 мационный сигнал подается на входы

ДАФ 9 и УЛЗ 8, которые управляются

П 6. Иэ информационного сигнала в

ДАФ 9 отфильтровывается сигнал помехи от буровых насосов. При этом УЛЗ 8 компенсирует фаэовые сдвиги, возникающие в ДАФ 9, между информационным сигналом и помехой. Сигначы с выходов

Изобретение относится к телеконтролю забойных параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем фильтрации помех иэ информационного сигнала с последующим вычитанием их из сигнала с учетом фазовых сдвигов между ними.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устроиство содержит два канала измерительный 1 и управляющий 2. Из мерительный канал используется для регистрации и передачи к обрабатывающему устройству информационного сигнала и состоит из датчика 3 вибрации и оптоволоконной линии 4 связи. Управляющий 2 канал включает в себя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6.

Кроме этого, устройство содержит 35

AHJIbTp 7 низких частот, управляемую линию 8 задержки, дискретно-аналоговый фильтр 9, блок 10 вычитания, усилитель 11, блок 12 выделения частоты, блок 13 выделения мощности, блок J 4 40 анализа спектра. Функциональные узлы соединены следующим образом: датчик 3 вибрации подключен к входу оптоволо конной линии 4 связи, выход которой через фильтр 7 низких частот соединен 45 с вход ми управляемой линии 8 задержки и дискретно-аналогового фильтра 9, выходы последних подключены к соответ ствующим входам блока 10 вычитания, а управляемые входы — к управляющему каналу, включающему последовательно подключенные датчик 5 хода насоса и преобразразователь 6. Выход блока 10 вычитания через усилитель 11 соединен с входами блока 12 выделения частоты, 55 блока 13 выделения мощности и блока

14 анализа спектра.

Устройство работает следующим образом, УЛЗ 8 и ДАФ 9 подаются на блок IO вычитания, где из информационного сигнала вычитается сигнал помехи.

Настройка ДАФ 9 на частоту кратную ходам насоса, осуществляется сигналом, подаваемым из управляющего ка. нала I с П 6 в форме частоты, пропорциональной ходам насоса. I ил.

Электрический сигнал с выхода датчика 3 вибрации, установленного на буровой колонне, поступает на вход оптоволоконной линии 4 связи, где электрический сигнал преобразуется оптический, передается по световоду в форме инфракрасного излучения, а на другом конце линии оптический сигнал обратно трансформируется в электрический. Электрический сигнал с выхода измерительного канала поступает на вход фильтра 7 низких частот, где отфильтровывается от высокочастотных шумов с частотой выше 5 кГц и подает- ся на входы управляемой линии 8 задержки и — дискретно-аналогового фильтра 9 °

Дискретно-аналоговый фильтр 9 представляет собой перестраиваемый полосовой фильтр, частота фильтрации которого устанавливается внешней управляющей частотой, которая на 1-2 порядка выше фильтруемой. Добротность фильтра составляет 15-20. Внешняя управляющая частота подается с управляющего канала, который включает в себя датчик 5 ходов насоса и преобразователь 6. Снимаемый с датчика 5 электрический сигнал в форме постоянного напряжения с уровнем, пропорциональньм ходам насоса за единицу времени, поступает на преобразователь

6. Преобразователь 6 представляет собой преобразователь напряжения в частоту, т.е. на выходе преобразователя частота сигнала пропорциональна ходам насоса за единицу времени. Коэффициент преобразования преобразова теля 6 выбран таким, при котором частота сигнала на выходе соответствует управляющей частоте дискретно-аналогового фильтра 9, настроенного на частоту фильтрации, равной основной гармонике частот, вы ванных работой буровых насосов.!

49203

С выхода дискретно-аналогового фильтра 9 отфильтрованный сигнал tlo мех подается на второй вход блока 10 вычитания. Так как на выходе дискретно-анало гового фильтра 9, имеющего линейную фаэовую характеристику, сигнал сдвигается относительно входного на время ь, обратно пропорциональное частоте, то для компенсации этой вре- tp менной задержки информационный сигнал подается на первый вход блока 10 вычитания через управляемую линию 8 задержки. Управляемая линия 8 задержки представляет собой регистр сдвига, 15 каждая ступень которого осуг ествляет задержку входного сигнала на время между очередными управляющими импульсами. При этом число ступеней регистра выбирается равным такому значе- 2р нию, при котором обеспечивается равенство временных задержек на управляемой линии 8 задержки и на дискретно-аналоговом фильтре 9 при одинаковой управляющей частоте. 25

После блока 10 вычитания информационный сигнал, очищенный от помех, поступает на вход усилителя 11, а с выхода усилителя — на входы блока

12 выделения частоты, блока 13 выде- 30 ления мощности и блока 14 анализа

6 ра виброакустического c>tt нала с одновременной аналоговой регистрацией.

Анализ спек тра с у че стае нно дополня— ет забойную информацию и позволяет расчленить породу по иэико-механическим свойствам, прогнозировать подход к коллектору, а также точнее оценить состояние опор и вооружения долота.

Данное устройство позволяет иэбавиться в сигнале от частотных составляющих, кратных ходам поршней бурових насосов, которь1е при низких уров. нях забойных сигналов могут восприниматься в известных устройствах как частотные составляющие, кратные оборотам вала турбобура, так как оба частотньм диапазона перекрываются.

Высокая точность измерений способствует выбору более благоприятных режимов бурения и значительному повышению механической скорости бурения и проходки на долото, Использование точных значений виброакустических параметров позволяет своевременно опреде лить моменты смены долота и тем самым уменьшить число спуско-подъемных операций и исключить аварийные ситуации, вызванные полным износом долота. спектра.

Блок 12 выделения частоты представляет собой цифровой электронносчетный частотомер, который выделяет из информационного виброакустического сигнала преобладающую частоту колебаний (основную гармонику), которая пропорциональна оборотам турбобура. В этом блоке имеется масштабирующий узел, который преобразует преобладающую частоту в частоту оборотов вала турбобура и регистрирует ее в аналоговом виде.

Блок 13 выделения мощности предназначен дпя измерения мощности Ко лебаний в определенной полосе частот.

Этот параметр дает ценные сведения о свойствах бурящихся горных пород, о состоянии породоразрушающего инструмента и позволяет зафиксировать моменты эаклинок шарошек долота.

Блок 14 анализа спектра циклически, через определенные интервал проходки или времени, производит оперативный последовательный анализ спект1 формула изобретения

Устройство дпя контроля процесса:

35 бурения содержащее датчик вибраций, s выход которого через оптоволоконную линию связи соединен с входом фильтра низких частот, блок вычитания, выход которого подключен к входу усилите40 ля и блок выделения частоты, о тличающееся тем,что,сцелью повьппения точности, устройство снабжено управляемой линией задержки, дискретно-аналоговым фильтром, блока45 ми выделения мощности и анализа спектра, а также управляющим каналом, включающим последовательно соединенные датчик ходов насоса и преобразователь, при этом выход фильтра низких

5О частот соединен с информационными входами, а выход преобразователя — с управляющими входами управляемой линии задержки и дискретно-аналогового фильтра, выходы которых подключены

55 к соответствующим входам блока вычитания, а выход усилителя соединен с входами блоков выделения частоты, I выделения мощности и анализа спектра.