Устройство для определения места прихвата бурильного инструмента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПРИХВАТА БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА , содержащее измеритель веса инструмента и измеритель перемещения верха бурильной колонны с цифровым представлением информации, о т i и чающееся тем, что, с целью повышения-точности определения места прихвата, оно снабжено электромагнитом , взаимодействующим с эталонным грузом и связанным с мертвым концом талевого каната, аналогоцифровым преобразователем, четырьмя ключами, четырьмя блоками памяти, блоком управления, задатчиком параметров колонны, вычислительным блоком и индикатором, причем выход измерителя веса инструмента связан с входом аналого-цифрового .преобразователя , выход которого через первый, второй, третий ключи связан с входами соответственно первого, второго и третьего блоков памяти, выходы которых связаны соответственно с первым , вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого связан с входом индикатора, а управляющий вход - с пятым выходом блока управления , первьй, второй,третий и i четвертый выходы которого связаны с управляющими входами соответственно (Л первого, второго, третьего и четвертого ключей, а шестой выход - с управляющим входом электромагнита, выход измерителя перемещения верха бурильной колонны через четвертый ключ связан с входом четвертого блока памяти, выход которого соединен о с четвертым входом вычислительного 00 блока, пятый вход которого соединен го с выходом задатчика параметров колонны . ( О1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3Ш Е 21 В 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3557497/22-03 (22) 17.12.82 (46) 30.04.84. Бюл. к" 16 (72) В.А. Кузнецов и Н.Ф. Богданов (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева (53) 622.24.082(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 791961, кл. E 21 В 45/00, 1980. 2. Справочник инженера по бурению.

Под ред. Минзевича В.И. и Сидорова Н.А.

М., "Недра", 1973, т. II, с. 75-76.

J (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕСТА ПРИХВАТА БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее измеритель веса инструмента и измеритель перемещения верха бурильной колонны с цифровым представлением информации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения .точности определения места прихвата, оно снабжено электромагнитом, взаимодействующим с эталонным грузом и связанным с мертвым концом талевого каната, аналогоцифровым преобразователем, четырьмя ключами, четырьмя блоками памяти, „„Я0„„1089245 A блоком управления, задатчиком параметров колонны, вычислительным бло-ком и индикатором, причем выход измерителя веса. инструмента связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через первый, второй, третий ключи связан с входами соответственно первого, второго и третьего блоков памяти, выхо ы которых связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого связан с входом индикатора, а управляющий вход — с пятым выходом блока управления, первый, второй, третий и

Э-.а четвертый выходы которого связаны с Е управляющими входами соответственно первого, второго, третьего и четвер- M Ф того ключей, а шестой выход — с управляющим входом электромагнита, выход измерителя перемещения верха бурильной колонны через четвертый ключ связан с входом четвертого блока памяти, выход которого соединен с четвертым входом вычислительного блока, пятый вход которого соединен с выходом задатчика параметров колонны.

ЬР

1089245

ЗО

L=1. 05. и g

EF

2 где L — длина свободной части бурильной колонны выше места прихвата, см;

1.05 — коэффициент, учитывающий наличие жестких замкой;

E " модуль Юнга, равный

2, 1 ° 10 кг/см ;

F — площадь поперечного сечения трубы, см .Р1 и Р2 — растягивающее усилие, кГ;

32 .— удлинение колонны, при разности нагрузок (Р2-Р1), см.

Если принять

1.05 = R, EF

-2 1 55 то упрощенная формула будет иметь.

L=КЛ2.

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, в частности к средствам ликвидации прихватов бурового .инструмента.

Известно устройство для определе- 5 ния верхней границы прихвата колонны труб, содержащее источник высокого давления с механизмом управления потоком рабочей жидкости, индукционную катушку с сердечником, немагнитиый 10 корпус, полюсные наконечники, прижимные элементы, выполненные из эластичного магнитомягкого материала, например, магнитопроницаемой резины, силовые цилиндры, сообщающиеся с источ- 15 ником высокого давления, поршни которых установлены с воэможностью взаимодействия с прижимными элементами Г1 l.

Недостатками устройства являются 20 их сложность и необходимость больших затрат времени при размещении аппаратуры на аварийной буровой, тогда как от оперативности работ .по ликвидации прихвата зависит ее 25 эффективность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения места прихвата бурильного инструмента, содержащее измеритель веса бурового инструмента и измеритель вертикальных перемещений верхнего конца бурильной колонны, цифровым представлением информации (2 3.

Место прихвата определяется расчетным путем по формуле

С помощью последовательности тех нологических операций определяют удлинение д2 и растягивающие усилия

Р1 и Р2 . На первом этапе прикладывают к колонне усилие Р, которое должно превышать на пять делений показания индикатора веса, соответствующее весу бурильных труб до при-: хвата, и делают отметку на ведущей трубе против неподвижной плоскости стола ротора.

Далее .повторно натягивают колонну с усилием, на пять делений превышающим первоначальное, и быстро снижают его до первоначального Р1. Разница между первой и второй отметка-. ми объясняется трением в рамках талевого механизма.

На третьем этапе делят расстояние между первыми двумя отметками пополам и принимают среднюю черту верхней отметки для отсчета.

На четвертом этапе прикладывают к колонне бурильных труб усилие

Р, которое по индикатору веса будет на 10-20 делении превышать усилие Р

1 и делают новую отметку на ведущей ,трубе; при этом величина Р должна быть такой, чтобы деформации, вызванные этой силой, находились в зоне упругости материала.

Далее повторно натягивают колонну, с усилием, не более чем на пять делений превышающий усилие Р, затем быстро снижают нагрузку до Р, и делают вторую отметку на ведущей трубе.

На шестом этапе делят расстояние между двумя последними отметками пополам и полученную черту считают нижней отметкой расчета.

Расетояние между верхней и нижней отметками является искомым удлинением йМ.

Недостатки устройства состоят в том, что попытки определить место прихвата натяжением колонны с усилием, меньшее ее собственного веса, и при натяжениях, превышающих предел текучести, приводят к большим ошибK8M °

Устройство дает большую погрешность, так как не учитываются различные факторы, в том числе особенности конструкции и состояние скважины.

Цель изобретения — повышение точности определения места прихвата.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее измеритель веса инструмента и ичмеоитель

1089245 перемещения верха бурильной колонны с цифровым представлением информации, снабжено электромагнитом, взаимодействующим с эталонным грузом н связанным с мертвым концом талевого каната, 5 аналого-цифровьп преобразователем, четырьмя ключами, четырьмя блоками памяти, блоком управления, задатчиком параметров колонны, вычислительным блоком и индикатором, причем выход 10 измерителя веса инструмента связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через первый, второй и третий ключи связан со входами, соответственно, первого, 15 второго и третьего блоков памяти, выходы которых связаны, соответствен1но с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого связан с входом индикатора, 20 а управляющий вход с пятым выходом блока управления, первый, второй, третий и четвертной выходы которого связаны с управляющими входами соответственно первого, второго, третье- 25

ro и четвертого ключей, а шестой выход с управляющим входом электромагнита, выход измерителя перемещения верха бурильной колонны через четвертый ключ связан с входом чет- З0 вертого блока памяти, выход которого соединен с четвертым входом вычислительного блока, пятый вход которого соединен с выходом задатчика параметров колонны. 35

На чертеже изображена функциональ ная схема устройства.

Устройство содержит измеритель 1 веса инструмента, измеритель 2 перемещения верха бурильной колонны с цифровым представлением информации, аналого-цифровой преобразователь 3, электромагнит 4, эталонный груз 5, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 ключи, первый 10, второй 11, q5 третий 12, четвертый 13 блоки памя- ти, вычислительный блок 14, блок 15 управления, задатчик 16 параметров колонны, индикатор 17.

Выход измерителя 1 веса инструмен- 0 та связан с входом аналого-цифрового преобразователя 3, выход которого через первый 6, второй 7, третий 8 ключи связан с входами соответственно первого 10., второго 11 и третьего 12 блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с первым, .вторым, третьим входами вычислительного блока 14, выход которого связан с входом индикатора 17. Измеритель перемещения верха бурильной колонны 2 через ключ 9 соединен с четвертым блоком 13 памяти,. выход которого связан с четвертым входом вычислительного блока 14.

Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 15 управления соединены, соответственно, с управляющими входами первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 9 ключей.

Пятый выход блока 15 управления связан с управляющим входом вычислительного блока 14, а шестой его выход с управляющим входом электромагнита 4.

Устройство работает следующим ,образом.

Расстояние от верхнего конца бурильной колонны до места ее прихвата

Ь вычисляется по формуле

Y3=Y2

L ъ

"0 4Т 2 где Dl — удлинение бурильной колонны под действием растягивающего. усилия Ц2, Š— модуль упругости материала труб;

Р— площадь поперечного сечения бурильной колонны;

K — коэффициент оснастки тале0 вой системы;

Q>> — вес эталонного груза;

Y,Y .,Y — результаты трех измерений

1 2 веса инструмента при натяжении колонны с усилиями, соответственно Я .1 Q Q

Измерение веса инструмейта пройзводятся в следующей последовательности.

Первое взвешивание. Колонна натянута с усилием 0„. Результатом измерения веса инструмента является величина

Y = К (— - - Т)+а где Кп Кд КДц11э

К вЂ” коэффициент преобразования датчика веса;

К вЂ” коэффициент преобразования

АЦП аналого-цифрового преобразователя;

Т вЂ” силы трения в талевой системе;

1089245

У=К (— -Т)+а

2 "Ko

Блок 15 управления сигналом с ,5

t второй выходной шины открывает ключ 7, в результате чего информация о весе бурового инструмента в цифровой форме У2 заносится в блок 11 памяти.

О 40

На третьем этапе измерений упраВляющий сигнал с шестой выходной шины блока 15 управления на управляющий вход электромагнита 4 и включает последний, в результате натяжения непод45 вижной струны талевой системы увеличивается на Я . После чего произвоУТ

- дят третье, заключительное взвешивание

) ъ

З а К

Y К (— - T)+Q

ЭТ о

При этом блох 15 управления вырабатывает на третьей выходной шине сигнал, открывающий ключ 8.

В результате информация о весе инструмента, преобразованная в цифровую форму, заносится в блок 12 памяти. а — аддитивные погрешности измерительного устройства.

Сигнал, пропорциональный У> с выхода измерителя веса бурового инструмента 1, после преобразования в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 3 через открытый посредством сигнала с перв го выхода блока 15 управления ключ 6, поступает в блок 10 памяти, где хранится !

О

I до момента опроса вычислительным блоком 14 блоков памяти.

На период следующего этапа изме-. рений, блоком 15 управления на четвертой выходной шине вырабатывается управляющий сигнал, который открывает ключ 9.

С помощью лебедки натяжение. колонны увеличивают go Q . Величина этого натяжения должна отличаться от на20, чального натяжения „ не более, чем на 20 делений гидравлического индикатора веса (ГИВ), во избежание разрушения колонны бурильных труб.

После фиксации колонны в натяже25 нии Я2 блок 15 управления закрывает ключ 9, а в блоке 13 памяти остается запись о величине Д2.

Второе взвешивание колонны производится при натяжении Q, равное

Обработка результатов трех изме-. рений производится после подачи сигнала управления с пятой выходной шины блока 15 управления на управляющий вход вычислительного блока 14 по следующему алгоритму.

1. Находится разность результатов первого н второго измерений

Y -Y = "(О-Q). о

2. Находится разность между результатами третьего и второго измерений

Уз Yz Кя чэт о сюда уз-уг

Яэт

Согласн закону Гука, удлинение

L колонны равно dl,- =— Щ

EF отсюда

Ь2 EF ь аЯ

3. Находится расстояние до места прихвата

Й1 EF Уд-Т

О ЭТ 2 1

В сравнении с базовым устройством, работа которого основана на опредедении места прихвата бурильной колонны по алгоритму

L = 1.05

E F.

2 1 предлагаемое техническое решение обладает большей точностью, так как при определении места прихвата по алгоритму

ЛХ - КГ УY,-У,, 2

L=1. 05 исключается влияние погрешности измерения веса бурильного инструмента.

Погрешность определения места прихвата по алгоритму базового устройства определяется погрешностью измерения величин Pg, Р1, и 42, так как значения величин Е и F могут быть определены заранее с высокой точностью, 1089245

Составитель В. Булыгин

Редактор Е. Лушникова Техред Т.Дубинчак

Корректор А. Ференц

Заказ 2890/29 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент". r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Погрешность устройства складывается из погрешности измерения,йй и погрешности задания эталонного уси- лия Я . Эталонное усилие создается весом калиброванного груза, который может быть взвешен заранее с высокой точностью. Погрешность измерения dV. в устройстве составляет д"дХ. Погрешность измерителя веса бурильноГо инструмента, погрешность аналого-цифрового преобразователя и влияние сил трения исключается при проведении

8 вычислительных операций, так как измерения проводятся при одном и том же .направлении движения колонны.

Об ая пог ешность устройства

d д +d 8E причем погрешность уртройства не зависит от изменения условий эксплуатации измерительной аппаратуры, например, от температуры окружаюшей среды.

Устройство позволяет повысить точность и оперативность определения места, прихвата.