Регистратор забойных параметров
Полезная модель относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использована при бурении, эксплуатации скважин, шурфов, а так же в других процессах и механизмах вне бурения, эксплуатируемых в отдаленных местах, имеющих определенный временной ресурс эксплуатации.
В регистраторе забойных параметров, включающем корпус, электронный блок и блок питания, для расширения функциональных возможностей устройства, определения новых параметров - времени, давления в процессе работы двигателя, электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок памяти, акселерометр, блок измерения времени, блок измерения температуры, блок связи, блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.
Таким образом, включение в состав регистратора забойных параметров микропроцессора с управляющей программой, акселерометра, блока памяти, блока измерения времени, блока измерения температуры, блока связи и блока измерения давления позволяет определить параметры работы двигателя, через которые расчетным путем определяется крутящий момент, который оказывает существенное влияние на темп износа двигателя, и технико-экономические показатели бурения скважин.
Полезная модель относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использована при бурении, эксплуатации скважин, шурфов, а так же в других процессах и механизмах вне бурения, эксплуатируемых в отдаленных местах, имеющих определенный временной ресурс эксплуатации.
Известны системы контроля режима бурения скважин, состоящие из множества датчиков, линий связи, компьютера, программного обеспечения, линий обратной связи и индикаторов режимов (см. а.с. СССР №1273515 МПК Е21В 44/00, бюлл. №44, 1986 г., заявка №2005131263/03, МПК Е21В 44/00, 47/022).
Недостатком указанных систем регистраторов является то, что они громоздкие и не измеряют необходимые параметры, такие как забойная температура и частота вращения долота при использовании гидравлических забойных двигателей (ГЗД).
Наиболее близким к предлагаемому устройству является автономный забойный регистратор силовых параметров по патенту №2131973, МПК Е21В 44/00, 45/00, 1999 взятый за прототип.
Автономный забойный регистратор силовых параметров содержит установленный в буровой колонне корпус, включающий электронный блок и блок питания.
Недостатком прототипа является то, что устройство не позволяет получить всю информацию о режимах процесса бурения. Отсутствие данных по температуре, давлению и времени не позволяет проводить анализ качества
эксплуатации двигателя, что часто приводит к неточным рекомендациям по выбору типа двигателя.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей регистратора забойных параметров. При решении задачи достигается новый технический результат - определение таких характеристик, как температура, время, и давление в процессе работы двигателя с возможностью определения показателя, характеризующего работу двигателя на забое - крутящего момента. Крутящий момент наиболее полно характеризует не только работу двигателя, но и сам процесс бурения скважины, определяет причины износа двигателя, позволяет определить эффективность самого процесса бурения.
Решение указанной задачи достигается тем, что в регистраторе забойных параметров, включающем корпус, электронный блок, блок питания, согласно полезной модели электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок измерения времени, блок измерения температуры, блок связи, блок памяти, акселерометр и блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.
В предлагаемом регистраторе забойных параметров (далее - регистраторе) в связи введением новых блоков - блоков измерения времени, температуры, давления создана новая совокупность признаков с новой взаимосвязью: разработана новая управляющая программа, позволяющая получить по сравнению с прототипом новые выходные данные: время, температуру, давление и крутящий момент в режиме реального времени. Получение новых выходных данных позволяет расширить функциональные возможности регистратора.
Создание предлагаемого регистратора позволило впервые, в отличие от прототипа, провести анализ эксплуатации двигателя, определить причины ускоренного износа двигателя, определить оптимальные режимы бурения и обеспечить разработку технологических рекомендаций для
улучшения условий эксплуатации двигателя и повышения показателей бурения скважин. Благодаря введению новых блоков измерения давления, температуры и времени в состав предлагаемого регистратора забойных параметров получен новый технический результат: регистрация новых параметров - давления, температуры, времени, через которые расчетным путем определяется крутящий момент, и которые в совокупности с наибольшей вероятностью позволяют определять влияние режимов на темп износа двигателя и определять оптимальные режимы бурения. Ранее в известных аналогах такой результат не достигался.
Предложенный регистратор забойных параметров (регистратор) работает следующим образом.
Блок - схема предложенного регистратора забойных параметров приведена на Фиг.1.
На Фиг.2 представлена диаграмма экспериментальных испытаний.
Регистратор забойных параметров, включает корпус (условно не показан) с установленным в нем электронным блоком 1 и блоком питания 2. Электронный блок 1 снабжен микропроцессором 3, акселерометром 4, блоком памяти 5, блоком измерения времени 6, блоком измерения температуры 7, блоком связи 8 с возможностью вывода информации на компьютер и блоком измерения давления 9.
Блок памяти 5 выполнен в виде энергонезависимой микросхемы памяти. В блоке памяти 5 вся записанная информация сохраняется даже при полностью разряженном источнике питания.
Алгоритм управляющей программы дает возможность прочитать все сохраненные параметры из блока памяти 5, в любой период не обнуляя ее.
Блок измерения температуры 7 выполнен в виде датчика температуры.
Блок связи 8 выполнен в виде порта ввода-вывода информации.
Акселерометр 4 выполнен в виде акселерометра виброскоростей.
Блок измерения давления 9 представляет собой корпус с размещенными в нем мембранами и соответствующей микросхемы, например, марки AD 7745.
Применение высокотемпературных компонентов и микросхем в устройстве регистратора позволяет стабильно измерять параметры работы двигателя в широком диапазоне и исключает влияние изменения температуры окружающей среды на погрешности измерений.
Регистратор устанавливается в контейнер (на чертеже не показано). Контейнер водонепроницаем и рассчитан на работу в жидкой среде высокого давления. Перед установкой регистратора в контейнер, с помощью компьютера и специального программного обеспечения программируется идентификационный номер регистратора, текущее время и дата.
При опускании двигателя в скважину до определенной заданной глубины регистратор находится в «спящем» режиме, то есть показания с блоков измерения параметров не считываются. Внутри микропроцессора 3 установлен акселерометр 4, который реагирует на продольные и поперечные вибрации с измерением их частоты. В алгоритме работы микропроцессора 3 заложена программа анализа стабильности вибраций, что не позволяет микропроцессору регистрировать параметры в момент транспортировки. При запуске двигателя возникает определенное давление и стабильные вибрации и регистратор, выйдя из «спящего» режима, начинает считывать и регистрировать значения параметров с блока измерения давления 9, блока измерения температуры 7, акселерометра 4 с определенной изначально заданной дискретностью времени согласно установленной программе. Регистрация параметров происходит только при активном состоянии регистратора, то есть при работе двигателя. Сигналы с блоков измерения параметров поступают в микропроцессор, значения параметров обрабатываются и поступают в блок памяти с регистрацией даты реального времени.
После отработки двигателя на скважине его отправляют на техническое обслуживание в стационарные условия, где во время разборки
извлекают регистратор. При обработке полученных значений параметров определяют режимы.
Получив показания изменения давления и температуры во времени и, используя технические характеристики двигателя (Фиг.2), определяют время работы двигателя в различных режимах.
В примере конкретного применения предлагаемый регистратор выполнен с небольшими габаритами корпуса (диаметром 20 мм и высотой 60 мм), вместе с блоком питания 2 и установлен в двигатель Д5 195. При рабочем давлении, превышающем на 15- 20 атм. давления холостого хода, наступает оптимальный рабочий режим работы данного типа двигателя.
При превышении давления больше, чем на 20 атм., наступает режим перегруженности.
При превышении давления больше, чем на 50 атм. двигатель переходит в тормозной (аварийный) режим. Исходя из характеристики двигателя и опыта бурения, такой режим ведет к ускоренному износу двигателя, снижается эффективность процесса бурения.
Поскольку показания блоков измерения параметров в процессе работы двигателя регистрируются постоянно, то легко определить время, дату и продолжительность работы двигателя в различных режимах (холостом, перегруженном, тормозном или оптимальном).
За весь период работы двигателя определили, что 20% времени двигатель работал в недогруженном режиме, 20% - в перегруженном, 5% - в тормозном, а остальное время - в оптимальном режиме.
Впервые предлагаемым регистратором фиксируется параметр, по которому можно с высокой точностью определить длительность различных режимов работы двигателя на скважине.
При анализе полученных параметров (давления, частоты колебания и температуры) определяют крутящий момент, частоту вращения в конкретный момент времени работы двигателя. По полученным данным строится график рабочего процесса двигателя, и определяются режимы, в
которых работал двигатель (с недогрузкой, в оптимальном, перегруженном или тормозном) в реальных условиях (см. стр.192, Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Винтовые забойные двигатели. Москва: Недра, 1999).
Проведя анализ полученных данных с параметрами, по которым регламентируется технологический режим, производится корректировка технологических регламентов, что направлено на оптимизацию режимов, повышение стойкости двигателя и показателей бурения.
Таким образом, включение в состав регистратора забойных параметров акселерометра, блока памяти, блока измерения времени, блока измерения температуры, блока связи, блока измерения давления в совокупности с известными признаками позволяет получать данные, с помощью которых расчетным путем определяют крутящий момент, оказывающий существенное влияние на темп износа двигателя, и технико-экономические показатели бурения скважин.
Регистратор забойных параметров, включающий корпус с установленным в нем электронным блоком и блоком питания, отличающийся тем, что электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок памяти, акселерометр, блок измерения времени, блок измерения температуры, блок связи, блок измерения давления, сигналы с которых фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.
