Пристрій для встановлення змін жорсткості частин бурильного інструменту

Винахід відноситься до нафтової і газової промисловості, а саме до засобів контролю параметрів буріння нафтових І газових свердловин. Найближчим до пропонованого пристрою по своїй структурі є пристрій для встановлення ефективного навантаження на долото, що містить в собі давач ваги, блок віднімання, три лічильний імпульсів, два блоки задания уставки, мультивібратор, п'ять блоків пам'яті, три блоки порівняння, три формувачі Імпульсів, два елементи часової затримки, Індикатор і елементи логіки. В даному пристрої ефективне навантаження на долото визначається в точці перегину залежності осьового навантаження на долото від часу в процесі його розвантаження шляхом порівняння пристроїв осьового навантаження за фіксовані проміжки часу. Пристрій не може бути використаний для встановлення змін жорсткості частин бурильного Інструменту по точці розриву залежності величини подачі бурильного інструменту від ваги на гаку. В основу винаходу поставлене завдання створити пристрій для встановлення змін жорсткості частин бурильного інструменту, в якому введення нових елементів на нові з'єднання між ними дадуть можливість автоматично локалізувати зміну жорсткості частин бурильного інструменту, визначити значення фактично зміряної ваги на гаку, що відповідає вазі частини бурильного інструменту, коли більш жорстка його частина передасть свою вагу на вибій свердловини, І завдяки цьому підвищити точність вимірювання. Поставлене завдання вирішується тим, що пристрій для встановлення змін жорсткості частин бурильного Інструменту, що містить в собі давач ваги бурильного інструменту, перший тригер, два реверсивні лічильники, два формувач! Імпульса, два елементи 1, два елементи часової затримки, два блоки пам'яті, два блоки порівняння, блок задания уставки і елемент АБО, причому ви хід першого формувача Імпульса через перший елемент часової затримки підключений до входу "Установления "О" першого реверсивного лічильника, вихід першого блока пам'яті з'єднаний з першим входом блока порівняння, другий вхід якого підключений до блока задания уставки, а вихід другого формувача Імпульса через другий елемент часової затримки з'єднаний з входом "Установлення и0" другого реверсивного лічильника, згідно з винаходом, додатково містить давач подачі бурильного Інструменту, тригер з лічильним входом І другий тригер, причому ви хід давача подачі бурильного Інструменту підключений до перших входів першого І друго го реверсивних лічильників, вхід тригера з лічильним входом підключений до давача ваги бурильного Інструменту, а перший вихід цього тригера з'єднаний з входом першого формувача імпульса І другим входом першого реверсивного лічильника, вихід якого підключений до входу першого блока пам'яті, вихід першого формувача імпульса І вхід першого елемента часової затримки з'єднані з першим входом першого елемента і, вихід якого підключений до входу "Запис" першого блока пам'яті, вихід першого блока порівняння з'єднаний з першим входом елемента АБО, другий вихід тригера з лічильним входом підключений до входу др угого формувача імпульса і до другого входу др уго го реверсивного лічильника, вихід якого з'єднаний з входом другого блока пам'яті, перший вхід першого тригера з'єднаний з першим входом другого тригера, ви хід першого тригера з'єднаний з другим входом першого елемента І, вихід першого елемента часової затримки І вхід "Установлення "0" першого реверсивного лічильника підключені до другого входу першого тригера, вихід другого формувача Імпульса і вхід др угого елемента часової затримки з'єднані з першим входом другого елемента і, вихід якого підключений до входу "Запис" другого блока пам'яті, вихід др угого тригера з'єднаний з другим входом другого елемента І, вихід другого блока пам'яті підключений до першого входу другого блока порівняння, другий вхід якого з'єднаний з блоком задання уставки І др угим входом першого блока порівняння, вихід др угого елемента часової затримки І вхід "Установлення "0" другого реверсивного лічильника підключені до другого входу другого тригера, ви хід другого блока порівняння з'єднаний з другим входом елемента АБО, ви хід якого є виходом пристрою. Автоматичне встановлення змін жорсткості частин бурильного інструменту по різкій зміні крутизни залежності переміщення верхнього кінця бурильної колони від ваги на гаку забезпечує більшу точність вимірювання І дає можливість реалізувати способи; тарування давачівваги, визначення кута нахилу свердловини в процесі буріння і регулювання режимів буріння, які базуються на визначенні фактичної ваги частин бурильного Інструменту з різною жорсткістю. Точність визначення крутизни досягється заповненням дискрети давача ваги імпульсами, кількість яких пропорційна величині подачі. Виникнення випадкових похибок виключається завдяки тому, що реверсивні лічильники фіксують тільки ті Імпульси подачі, які заповнюють цілу дискрету давана ваги, незалежно від часу її тривалості. Використання реверсивного лічильника дозволяє здійснити порівняння крутизни в двох сусідніх інтервалах зміни ваги. Два реверсивні лічильники, які завжди працюють в протилежних режимах (додавання, віднімання), забезпечують визначення точки зміни крутизни два рази за цикл роботи пристрою або в інтервалі, що відповідає двом дискретам давача ваги. На фіг. 1 приведена схема пристрою для встановлення змін жорсткості частин бурильного Інструменту, а на фіг. 2 - залежність величини подачі від тиску на долото під час навантаження долота, де: 1 - давач ваги бурильного Інструменту; 2 - давач подачі бурильного Інструменту; 3 - тригер з лічильним входом; 4, 5 - тригер; 6, 7 - реверсивний лічильник; 8, 9 - формувач імпульса; 10, 11 - елемент і; 12, 13 - елемент часової затримки; 14, 15 - блок пам'яті; 16, 17 - блок порівняння; 18 - блок задания уставки; 19 - елемент АБО. Пристрій для встановлення змін жорсткості частин бурильного Інструменту містить в собі давач ваги бурильного інструменту І, давач подачі бурильного Інструменту2, тригер з лічильним входом 3, перший 4 і другий 5 тригери, перший 6 1 другий 7 реверсивні лічильники, перший 8 і другий 9 формувачі Імпульса, перший 10 і другий 13 елементи часової затримки, перший 14 І другий 15 блоки пам'яті, перший 16 І другий 17 блоки порівняння, блок задания уставки 18 І елемент АБО 19. Вихід давача ваги бурильного Інструменту 1 з'єднаний з входом тригера з лічильним входом 3, перший вихід якого підключений до другого входу першого реверсивного лічильника 6 І до входу першого формувача імпульса 8. Вихід давача подачі бурильного інструменту 2 з'єднаний з першими входами першого 6 і другого 7 реверсивних лічильників. Другий вихід тригера з лічильним входом 3 підключений до другого входу др угого реверсивного лічильника 71 до входу другого формувача імпульса 9. Вихід першого формувача Імпульса 8 з'єднаний з входом першого елемента часової затримки 12 І з першим входом першого елемента і 10, другий вхід якого підключений до виходу першого тригера 4. Вихід другого формувача Імпульса 9 з'єднаний з входом другого елемента часової затримки 13 І з першим входом другого елемента І 11, другий вхід якого підключений до виходу другого тригера 5 Перший вхід першого тригера 4 з'єднаний а першим входом другого тригера 5. Вихід першого елемента часової затримки 12 з'єднаний з другим входом першого тригера 4 І з входом "Установлення "0" першого реверсивного лічильника 6, вихід якого підключений до входу першого блока пам'яті 14. Вихід другого елемента часової затримки 13 з'єднаний з другим входом другого тригера 5 І з входом "Установлення "0н другого реверсивного лічильника 7, вихід якого підключений до входу другого блока пам'яті 15. Вихід першого елемента 110 з'єднаний з входом "Запис" першого блока пам'яті 14, вихід якого підключений до першого входу першого блока порівняння 16. Вихід другого елемента і 11 з'єднаний з входом "Запис" другого блока пам'яті 15, вихід якого підключений до першого входу другого блока порівняння 17. Блок задання уставки 18 з'єднаний з другими входами першого 16 і другого 17 блоків порівняння. Вихід першого блока порівняння 16 з'єднаний з першим входом елемента АБО 19. Вихід др угого блока порівняння 17 з'єднаний з другим входом елемента АБО 19, ви хід якого є виходом пристрою. Пристрій працює таким чином. Після спуску бурильного Інструменту у свердловину перед початком буріння навантажують долото, передаючи на нього частину ваги бурильного Інструменту, більшу, ніж вага вибійного двигуна І обважених бурильних труб. При цьому контролюється величина переміщення верхнього кінця бурильної колони давачем подачі 2 І вага на гаку - давачем 1. Принцип встановлення змін жорсткості колони бурильних труб базується на визначенні 1 порівнянні крутизни залежності величини подачі від тиску на долото або ваги на гаку під час навантаження долота (розвантаження гака талевої системи). Для контролю ваги на гаку І контролю переміщення верхнього кінця колони бурильних труб використовуються нагромаджуючі давачі. Тоді приріст подачі де a - дискрета подачі; n - число імпульсів давача подачі. Згідно з законом Гука ΔΠ = kΔΡ = -kΔG k, де k - коефіцієнт пропорційності, що визначається жорсткістю бурильного Інструменту; Δ Ρ І ΔG k - відповідно приріст тиску на долото і ваги на гаку. Для нагромаджуючого давана ваги де β - дискрета ваги; m - число Імпульсів давача ваги. Тоді Якщо Δ Ρ дорівнює одній дискреті ваги (m = 1), то або число Імпульсів давача подачі, які заповнюють одну дискрету давача ваги буде пропорційне жорсткості бурильного інструменту або куту нахилу Π(G k). Отже, точку розриву А (фіг. 2) цієї залежності або місце зміни жорсткості можна визначити, якщо порівняти число імпульсів давача подачі, що вміщуються а дві сусідні дискрети давача ваги. На цьому принципі працює пропонована схема. У вихідному положенні при включенні живлення тригери 4 І 5, які управляють проходженням сигналів через елементи і 10, і 11, сигналом "Вхлючення живлення" встановлюються в стан логічного "0". Імпульси від давача ваги 1 поступають на тригер з лічильним входом 3, вихідні сигнали якого управляють роботою реверсивних лічильників 6 І 7. При наявності в початковому стані логічної "1" на першому виході цього тригера, а на другому - логічного "0й лічильник б здійснює операцію додавання, а лічильник 7 - операцію віднімання Імпульсів подачі від давача 2. Час додавання І віднімання цих імпульсів визначається періодом Імпульсів від давача ваги 1. Перший Імпульс від давача ваги 1 переключить виходи тригера з лічильним входом 3 в протилежні стани. В результаті чого вихідний сигнал з другого його виходу дасть дозвіл на виконання операції додавання лічильником 7 І через формувач Імпульса 9 та елемент часової затримки 13 установить цей лічильник в нуль по входу "Установлення "0" І перекине тригер 5 в стан логічної" 1". Лічильник 6 буде виконувати при цьому операцію віднімання. Наступ-ний Імпульс від давача ваги 1 знову переключить виходи тригера 3 в протилежні попередньому стани і, як наслідок, лічильник 7 буде переключений на операцію віднімання, а вихідний сигнал з першого виходу даного тригера через формувач Імпульса 8 та елемент часової затримки 12 установить лічильник 6 по входу "Установлення "0" в нуль, перекине тригер 4 в стан логічної "1" та дасть дозвіл на виконання цим лічильником операції додавання. Робота реверсивних лічильників 6 та 7 організована так, що за цикл вимірювання, рівний двом періодам Імпульсів давача ваги 1, d кожному з них буде накопичена інформація рівна величині приросту Імпульсів подачі бурильного Інструменту. При черговому переключенні тригера З сигнал логічної "1 з другого його виходу через формувач імпульса 9 І відкритий тригером 5 елемент І 11 сформує команду "Запис" на занесення інформації з лічильника 7 в блок пам'яті 15, яка поступає на блок порівняння 17, де вона порівнюється з числом, заданим блоком задания уставки 18. Після занесення інформації в блок пам'яті 17 через елемент часової затримки 13 формується команда на встановлення лічильника 7 в нульовий стан І далі цикл роботи повторюється. В цьому періоді лічильник 6 здійснює операцію віднімання, по закінченні якого (в момент наступного переключення тригера 3) Інформація, накопичена в ньому, командою "Запис", сформованою через відкритий тригером 4 елемент І 11, заноситься в блок пам'яті 14, яка порівнюється блоком порівняння 17 з заданим числом. Якщо інформація, занесена в блоки пам'яті 14 або 15, виявиться більшою від заданого числа, що свідчить про зміну крутизни, то спрацьовують блоки порівняння 16 або 17, вихідний сигнал яких через елемент АБО 19 формує команду на запам'ятовування ваги на гаку, величина якої відповідає межі зміни жорсткості колони бурильних тр уб. Пропонований пристрій дає можливість визначити зміну жорсткості бурильної колони в кількох точках, якщо вона компонується із труб різного моменту опору згину.