Устройство контроля глубинных параметров бурения

 

Изобретение относится к контролю забойных параметров процесса бурения нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройств контроля глубинных параметров бурения. Устройство содержит глубинную часть, колонку бурильных труб и наземную часть. В глубинную часть входят датчики, входной блок коммутации каналов, генератор тактовых импульсов, генератор метки, широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов и двухтактный усилитель мощности с трансформаторным выходом. В наземную часть входят приемник сигналов, источники положительного и отрицательного напряжений, пороговые блоки с двумя вводами, формирователи импульсов, триггер с двумя раздельными входами, дешифратор метки, выходной блок коммутации каналов, широтно-импульсные демодуляторы каналов. Информация с датчиков подается поочередно в течение такта через входной блок коммутации каналов на широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов и на двухтактный усилитель мощности. На выходе усилителя мощности формируется положительный импульс, совпадающий с передним фронтом выходного импульса широтно-импульсного модулятора, и отрицательный, совпадающий с задним фронтом того же импульса. В наземной части импульсы усиливаются и селектируются приемником. Далее сигналы проходят через пороговые блоки и формирователи импульсов, где фильтруются помехи, и через триггер, на выходе которого формируются импульсы с такой же длительностью, как и на выходе широтно-импульсного модулятора. С помощьюдешифратора метки и выходного коммутатора импульсы распределяются по соответствующим широтно-импульсным демодуляторам

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН, SU„„I S44Ì (5I) 5 E 21 В 47/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4419770/23-03 (22) 03.05,88 (46) 23.02.90. Бюл. N 7 (75) В.ф. Корнеев (53) 550.834.622.241(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 953195, кл. E 21 В 47/06,1982 °

Авторское свидетельство СССР 1193270, кл. Е 21 В 47 00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ГЛУБИННЫХ

ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к контролю забойных параметров процесса бурения нефтяных и газовых скважин. Целью изобретения является расширение экс" плуатационных возможностей устройств контроля глуЬинных параметров бурения.

Устройство содержит глубинную .часть, колонку Ьурильных труб и наземную часть. В глуЬинную часть. входят датчики, входной Ьлок коммутации каналов, генератор тактовых импульсов, генератор метки, широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов и двухтактный усилитель мощности с трансформаторным выходом. В наземную часть входят приемник сигналов, источники положительного и отрицательного напряжений, пороговые блоки с двумя вводами, формирователи импульсов, триггер с двумя раздельными входами, дешифрас . Изобретение относится к системам контроля забойных параметров процесса бурения нефтяных и газовых скважин.

Цель изобретения - расширение экс--плуатационных возможностей устройств

2 тор метки, выходной блок коммутации каналов, широтно-импульсные демодуляторы каналов. Информация с датчиков подается поочередно в течение такта .через входной блок коммутации каналов на широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов.и на двухтактный усилитель мощности. На выходе усилителя мощности формируется полпжительный импульс, совпадающий с передним фронтом выходного импульса широтно-импульсного модулятора, и отрицательный, совпадающий с задним фронтом того же импульса. В наземной части импульсы усиливаются и селектируются приемником . Далее сигналы проходят через пороговые блоки и формирователи импульсов, где фильтруются помехи, и через триггер, на выходе которого формируются импульсы с такой же длительностью, как и на выходе широтно-импульсного модулятора. С помощью дешифратора метки и выходного коммутатора импульсы распределяются по соответствующим широтно-импульсным демодуляторам и далее поступают на регистрирующую, анализирующую, отображающую и т.п. аппаратуру. Устройство позволяет получить информацию .от неограниченного числа датчиков процессе Ьурения. > ил. контроля глуЬинных параметров бурения, На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на

Фиг. 2 - диаграммы напряжений глубин1544961 ной части; на фиг. 3 - диаграммы нап,ряжений наземной части. Устройство содержит глубинную часть

1, колонну 2 бурильных труб и наземную часть 3 ° В глубинную часть 1 входят датчики 4 - 6, входной блок 7 коммутации каналов, генератор 8 тактовых импульсов, генератор 9 метки, широтноимпульсный модулятор 10, формирователь| 0 ll импульсов и двухтактный усилитель

12 мощности с трансформаторным выходом. В наземную часть 3. входят приемник 13 сигналов, источники положительного 14 и отрицательного 15, напряже,ний,пороговые блоки 16 и 17 с двумя входами, формирователи 18 и 19 импуль сов, триггер 20 с двумя раздельными входами, дешифратор 21 метки, выходной блок 22 коммутации каналов, широтно-импульсные демодуляторы 23 ,25, выходы 26 - 28 каналов, входы

i29 - 32 и выходы 33 и 34 входного бло, êà 7 коммутации каналов, входы 35 и

,36, выходы 37 - 40 выходного блока 22 2

,коммутации каналов, выходы 41 и 42 ( формирователя 18 импульсов и выходы

43 и 44 формирователя 19 импульсов.

В качестве датчиков 4 - 6 могут использоваться тензометрические датчи-З0 ки, термопары, импульсные электронные ,датчики и т.д. При помощи предлагаемого устройства могут измеряться такие забойные параметры как осевая нагрузка на долото, крутящий момент на бу,,ровом инструменте, число оборотов бурового инструмента, температура на забое и т.д. Число измеряемых пара,метров не ограничивается. Питание глу бинной части 1 осуществляется при по- 40 мощи гидротурбинки.

Устройство работает следующим образом.

Информация с датчиков 4 - 6 подается поочередно в течение такта через 4 ,входной блок 7 коммутации каналов на широтно-импульсный модулятор 10. Последний вырабатывает импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна амплитуде вхОднОГО сиГналд1

Формирователь 11 импульсов вырабатывает короткие импульсы напряжения одинаковой полярности на переднем и заднем фронтах выходных импульсов широтноимпульсноГО мОдулятОра, Короткие им пульсы с выходов формирователя 11 подаются на двухтактный усилитель 12 мощности, На его выходе формируется положительный импульс напряжения, совпадающий по фазе с передним фронтом выходного импульса широтно-импульсного модулятора, и отрицательный импульс, совпадающий по фазе с задним фронтом того же импульса. Мощность выходных импульсов двухтактного усилителя 12 находится в пределах от единиц до десятка киловатт. Длительность этих импульсов находится в пределах 0 01 - 0,001 от периода, Частота передачи информации до нескольких сот герц.

На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений глубинной части 1: а — на выходе генератора 8 тактовых импульсов; б - на выходе генератора 9 метки; в - д - на входах 29 - 31 соответственно входного блока 7 коммутации каналов. Последние напряжения являются переменными, но частота их много ниже частоты импульсов генератора 8. Диаграммы е - и иллюстрируют напряжение на выходе 34 входного блока 7 в течение времени от, до t, .от tq до от 1 до t ., от t до t соот-, ветственно. Диаграммы к - н иллюстрируют импульсы напряжений на выходе широтно-импульсного модулятора 10 в течение тех же моментов времени. На диаграммах о и и показаны импульсы напряжений на выходах формирователя

ll и на диаграмме р - импульсы на выходе двухтактного усилителя 12 мощности °

Цикл работы глубинной части 1 следующий, C выхода 33 входного коммутатора / при помощи тактового импульса запускается генератор 9 метки, который вырабатывает импульс напряжения, амплитуда и длительность которого являются каллиброванными (больше или меньше всех других импульсов остальных каналов). Импульсы метки подаются на широтно-импульсный модулятор 10 в моменты времени от t, до t . Затем производится поочередная коммутация каналов: первого в моменты времени от 1 до t и последнего - от

С до t . После коммутации последне"

ro канала снова производится запуск генератора 9 метки, и цикл повторяется. Частота коммутации каналов выбирается в 15-20 раз более высокой, чем наивысшая частота сигнала любого из каналов. На фиг. 3 .показаны диаграммы напряжений наземной части а — на входе приемника 13; б - на выходе формироватепя 1 8; в - на выходе

6 го канала снова по выходу 40 проводится в состояние готовности дешифратор

21 метки. Далее цикл повторяется. Распределенная по своим каналам (выходы

37 - 39) информация поступает на широтно-импульсные демодуляторы 23 - 25.

При помощи последних восстанавливаются истинные кривые измеряемых параметров. С выходов 26 - 28 устройства информация подается на регистрирующую, анализирующую, отображающую и т.д. аппаратуру, т.е. на ЭВИ, самописцы, индикаторы и т.д.

1544961 формирователя 19; r - на выходе триг.гера 20; д - ж - на входах широтноимпульсных демодуляторов 23, - 25 соответственно; з и к - на выходах 2б28 соответственно.

Наземная часть 3 работает следующим оЬраэом. Импульсы информации усиливаются и селектируются по частоте приемником 13. Усиление является необязательным, зто зависит от глубины скважины и электропроводности бурового раствора в затрубной части. Амплитуда сигналов, поступающих на вход блоков 1b и 17, должна находиться в пре- 15 делах от 30 мВ и выше. Положительные импульсы информации пропускаются через пороговый блок 16 и формирователь

18, отрицательные -, через пороговый блок 17 и формирователь 19. Источники

14 и 1> опорного напряжения служат для установки величины порога с целью фильтрации помех. Выходы 42 и 44 формирователей 18 и 19 предназначены также для фильтрации помех, обуслов" ленных высокочастотными колебаниями .на заданных фронтах импульсов информации. Если, например, положительный импульс информации имеет колебания Ra заднем фронте, то это может привести 30 к срабатыванию блока 17 и ложному сраЬатыванию формирователя 19. Чтобы этого не произошло, формирователь t:8 выдает сигнал по выходу 42 на формирователь 19, что блокирует появление ложного импульса на выходе 43. Если колебания на задних фронтах импульсов информации отсутствуют, то связи 44 и

42 являются необязательными. При помощи:триггера 20 восстанавливается та- 40 кая же длительность импульсов, которую они имели на выходе широтно-импульсного модулятора 10. С выхода триггера

2fl импульсы информации поступают на выходной коммутатор 22 каналов. 45

После коммутации последнего канала (выход 39) на выходе 40 вырабатывается импульс, приводящий в состояние готовности дешифратор 21 метки. последний работает в течение времени 50 от t до t . При поступлении импульса метки и его дешифрации дешифратор 21 по выходу 35 производит переключение коммутатора 22 на первый канал. После . коммутации импульса информации по пер-55 вому каналу (выход 37) производится внутреннее переключение коммутатора

22 на второй канал и т.д. до последнего канала. После коммутации последнеФормула изобретения

Устройство контроля глубинных параметров бурения, содержащее в составе глубинной части входной блок коммутации каналов и связанные с ним ряд датчиков.и генератор тактовых импульсов, линию для передачи электрических сигналов в виде колонны бурильных труЬ и грунта и связанный с ней в составе наземной части приемник сиг налов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных возможностей, в глубинную часть введены генератор метки, широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов и двухтактовый усилитель мощности, в наземную часть - два пороговых Ьлока, два источника опорных напряжений, два формирователя импульсов, триггер, дешифратор метки, выходной

Ьлок коммутации каналов и фаз широтно-импульсных демодуляторов, причем в глубинной. части вход. генератора метки связан с первым выходом блока коммутации каналов, второй выход которого через последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор, формирователь импульсов и двухтактовый усилитель мощности связан с линией для передачи электрических сигналов, при этом один выход генератора тактовых импульсов связан с управляющим входом блока коммутации каналов, а другой выход - с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход приемника сигналов наземной части соединен с первыми входами пороговых блоков, вторые входы которых соединены с соответствующими источниками опорных напряжений, а выход каждого из них подсоединен через соединенные между собой формирователи импульсов к входам триггера, выход которого соеди1544961

s нен с первыми входами деши ратора мет- . леднего соединен с вторым входом бло ки и блока коммутации каналов, пер- ка коммутации каналов, выходы которовыи выход которого соединен с вторым го соединены с входами соответствуювходом дешифратора метки выход лос- щих широтно-импульсных демодуляторов.

Э 5

2544961

Фиг.2

1544961

Составитель В. Канатников

Техред И,Дидык,Корректор й. Вароши

Редактор Н. Яцола

Заказ 479 Тираж 481 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательскии комбинат Патент, г.ужгород, ул. р

II ч .Гага ина 101