Пристрій для визначення довжини бурильної колони

Пристрій для визначення довжини бурильної колони, який містить датчик швидкості обертання лебідки, ключ і три індикатори та три регістри зсуву, три елементи НІ, чотири елементи І, елемент АБО, чотири елементи затримки, який відрізняється тим, що пристрій обладнано регістром зсуву, двома елементами І, двома елементами НІ, індикатором, елементом АБО і двома елементами затримки та лічильником переміщення, вихід якого з'єднаний з першими входами шести елементів І, виходи кожного регістра зсуву з єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами кожного індикатора, причому останній вихід третього регістра зсуву через п'ятий елемент затримки з'єднаний з другим входом першого елемента І, вихід котрого підключений до першого входу другого елемента АБО, перший вихід четвертого регістра зсуву через шостий елемент затримки з'єднаний з другим входом другого елемента І і через четвертий елемент НІ - з другим входом другого елемента І, вихід котрого підключений до лічильного входу третього регістра зсуву, при цьому перший вихід датчика швидкості обертання лебідки з'єднаний з входом "Зсув вліво" четвертого регістра зсуву, а другий вихід датчика швидкості обертання лебідки з'єднаний з входом "Зсув вправо" четвертого регістра зсуву Винахід стосується галузі буріння свердловин, а саме визначення довжини бурильних труб під час спуско-підіймальних операцій (СПО) Даний пристрій може використовуватись для контролю за вибоєм свердловини при розбурюванні порід з аномально високим пластовим тиском, для визначення місця встановлення пакера при проведенні пластових випробовувань, для визначення глибини спуску обсадних колон, для підвищення швидкості виконання ловильних робіт Даний винахід може використовуватись також для визначення довжини насосно-компресорних та обсадних труб при виконанні СПО Відомий пристрій для визначення розташування елеватора (а с 16948777 СРСР, кл Е21В44/00), який містить датчик швидкості обертання лебідки, три регістри зсуву, три індикатори, розділювач частоти, три елементи НІ, чотири елементи І, чотири елементи затримки інформації Інформація про число обертів лебідки в тому чи іншому напрямі сприймається датчиком і передається на ЛІЧИЛЬНІ входи регістрів зсуву, котрі управляють роботою індикаторів Кожний регістр фіксує розташування елеватора в певній зоні В середній зоні доброї видимості для збільшення дискретності відліку сигнал на лічильний вхід регі стра подається через розділювач частоти Пристрій забезпечує визначення розташування елеватора Недоліком даного пристрою є те, що він не забезпечує максимальний термін експлуатації регістрів зсуву та індикаторів в зв'язку з нерівномірним їх завантаженням в процесі роботи пристою Пристрій не забезпечує одержання індикації однакової розрядності за інтервалами випромінювань, що ускладнює аналіз процесу переміщення елеватора Пристрій не враховує розташування елементів талевої системи між лебідкою та елеватором, зокрема втрати швидкості переміщення елеватора через проведення оснастки талевої системи Це технічне рішення прийняте за прототип В основу винаходу покладена задача створення такого пристрою для визначення довжини бурильної колони, який забезпечив би максимальний термін експлуатації регістрів зсуву та індикаторів, видавав результати через однакові інтервали вимірювань і враховував втрати швидкості в оснастці талевої системи за рахунок конструктивних змін Ця задача вирішується за рахунок того, що в пристрої для визначення довжини бурильної колони, який містить датчик швидкості обертання лебідки, ключ і три індикатори та три регістри зсуву, О ю (О 46504 три елементи НІ, чотири елементи І, елемент АБО, чотири елементи затримки, регістри зсуву та індикатори опрацьовують однакову КІЛЬКІСТЬ інформації через додатковий регістр зсуву з індикатором, незмінну довжину інтервалів, видаючи результати з однаковою періодичністю Кожний регістр зсуву передбачає обчислення переміщення бурильних труб з врахуванням втрати швидкості каната в елементах талевої системи з виведенням одержаної інформації на індикатор, який дозволить контролювати довжину бурильної колони під час спуско-підйомних операцій Точне визначення довжини бурильної колони має велике пратичне значення при бурінні та експлуатації нафтових і газових родовищ Наприклад, використання винаходу в процесі буріння дозволить підвищити швидкість операцій при проведенні ловильних робіт, забезпечить чіткий контроль за вибоєм свердловини при розбурюванні порід з аномально високим пластовим тиском і точне визначення глибини при спуску обсадних колон, а також сприятиме безпомилковому встановленню пакера на необхідній глибині при проведенні пластових випробовувань Для забезпечення максимального терміну експлуатації регістрів зсуву та індикаторів в зв'язку з нерівномірним їх завантаженням в процесі роботи до складу блока індикації включено додатковий регістр зсуву з індикатором, а результати вимірювань видаються з однаковою періодичністю через незмінну довжину інтервалів На фіг 1 показана загальна блок-схема пристрою СПО, на фіг 2 - функціональна схема пристрою для визначення довжини бурильної колони, на фіг 3 - схема датчика швидкості обертання лебідки, на фіг 4-7 - діаграми роботи елементів пристрою, які характеризують залежність імпульсу від часу До складу блок-схеми пристрою СПО (фиг 1) входять силовий привід 1, коробка передач 2, редуктор 3, лебідка 4, талева система 5, елеватор 6, бурильна труба 7, датчик швидкості обертання лебідки 8, датчик переміщення 9, блок індикації 10, входи блоку індикації 11, 12, 13, вихід блоку індикації 14 До складу функціональної схеми пристрою для визначення довжини бурильної колони (фіг 2) входять регістри зсуву 15 -ь 18, індикатори 19 -ь 22, резистор 23, світловий діод 24, елементи НІ 25 + 29, елементи І ЗО + 35, елементи АБО 36 + 37, елементи затримки 38 -ь 43, ключ 44 Схема датчика швидкості обертання лебідки (фігЗ) включає такі елементи металеву пластину 45, чутливі елементи 46, 47, клеми 48, 49, генератор імпульсів 50, елемент І 51, елемент затримки 52, тригер 53 Датчик швидкості обертання лебідки 8 складає з блоком індикації 10 пристрій для визначення довжини бурильної колони Датчик з'єднаний з блоком індикації двома входами, позначеними ВІДПОВІДНО 11 і 12 Третій вихід датчика швидкості лебідки подає сигнал на лічильник переміщення, де враховується інформація про талеву систему і бурильну колону і у відкоректованому виді надходить на блок індикації 10 Блок індикації має вихід 14 для аварійного вимкнення лебідки Блок індикації містить (фіг 2) чотири регістри зсуву 15-18, чотири індикатори 19-22 на основі струмо-обмежуючого резистора 23 і світлового діоду 24, п'ять елементів НІ 25-29, шість елементів І 30-35, два елементи АБО 36, 37, шість елементів затримки 38-43, а також ключ 44 Частотно-імпульсний датчик швидкості обертання лебідки містить металеву пластину 45 (фіг За), приварену до зовнішньої сторони лебідки 4 Індуктивні чутливі елементи 46 і 47 перемикаються через клеми 48 і 49 в стан " 1 " у момент часу, коли при обертанні лебідки 4 пластина 45 проходить поблизу них Датчик швидкості обертання лебідки також містить генератор 50 одиночних імпульсів (фіг 36), елемент 51 І, елемент 52 затримки і 53 тригер Регістри зсуву 15-18 послідовно, починаючи з першого розряду в режимі "Зсув вправо", переходять в одиничний стан синхронно з переднім фронтом імпульсів на С-вході ("І" на "+" вході, "0" на ""-вході) (фіг 4а) В режимі "Зсув вліво" ("1" на "-"вході, "0" на "+"-вході) Синхронно з переднім фронтом лічильних імпульсів зсувний регістр послідовно переходить в нульовий стан, починаючи з п-го розряду і завершуючи 1-м розрядом Принцип роботи присртою наступний За допомогою силового приводу 1 (фиг 1) через редуктор 2 і коробку передач 3 передається обертання на бурову лебідку 4, завдяки якій відбувається вертикальне переміщення талевого блока 5, елеватора 6 та бурильної колони 7 Контроль за величиною та напрямом переміщення бурильної колони проводиться з допомогою блока 10 індикації, до входів якого підведені виходи частотноімпульсного датчика 8 швидкості обертання лебідки та лічильника переміщення 9 бурильної колони 7 Розглянемо роботу датчика швидкості При обертанні лебідки за годинниковою стрілкою вихідний сигнал чутливого елемента 47 (фіг 4а) випереджає по фазі імпульс з виходу елемента 46 (фіг 46) За допомогою елемента 51 І виділяються імпульси (фіг 4в), тривалість яких відповідає часу співпадання рівнів сигналів " 1 " на клемах 48, 49 Елемент затримки зсуває вхідний сигнал з клеми 48 (фіг 4д) на фіксовану в часі величину (фіг 4г) Оскільки передній фронт вихідного імпульсу елемента 51 відповідає "0" на D-вході (фіг4в,г), тригер 53 перемикається в нульове положення (фіг 4д) Даний режим вважається таким, що відповідає переміщенню бурильних труб 7 вниз При обертанні лебідки 4 в протилежному напрямі імпульси з виходу елемента 47 (фіг 5а) відстають по фазі від імпульсів, які надходять з виходу елемента 46 (фіг 56), здійснюється режим підйому бурильних труб 7 В результаті передній фронт сигналу на виході елемента 51 І (фіг5в) співпадає з " 1 " на D-вході (фіг 5г), що переводить тригер 53 в одиничний стан (фіг 7д) Таким чином визначається напрям переміщення бурильних труб Блок 50 формує імпульси малої тривалості (фіг 6а) синхронно з переднім фронтом сигналу з виходу чутливого елемента 46 Частота цих імпульсів пропорційна швидкості обертання лебідки 4 Бурильна труба 7 переміщується з нижнього 46504 положення у верхнє, а регістри зсуву 15-18 переведені в нульове положення шляхом короткочасного підключення установчого R-входу до джерела сигналу "0" через ключ При цьому на другому виході 12 датчика 8 перебуває сигнал "1", а на першому виході 11 - "0" На вихід 13 надходять імпульси, пропорційні переміщенню бурильної труби 7 На виході першого елемента 25 НІ стан " 1 " , так як 1-й розряд другого регістра 16 формує "0" При таких умовах імпульси з виходу 13 датчика передаються на лічильний С-вхід першого регістра 15, послідовно переводять його в стан " 1 " (фігба-д) Також послідовно СВІТЛОВІ ДІОДИ 24 блока індикатора 19 перемикаються в робоче положення, вказуючи на величину переміщення вверх бурильних труб 7 Після перемикання старшого розряду першого регістра 15 в " 1 " (фіг 6д) на виході першого елемента 38 затримки формується " 1 " , але тільки після завершення імпульса на виході 13 (фіг 6а,є) Таким чином виключається можливість одночасного запису " 1 " в n-му і 1-му розрядах регістрів 15 і 16 і за рахунок цього збільшується точність пристрою Перехід старшого розряду першого регістра 15 в " 1 " свідчить про те, що бурильна труба 7 пройшла зону І4 (фіг 1) При цьому на виході першого елемента 25 НІ сигнал рівний "0", що перешкоджає проходженню імпульсів з виходу ІЗ на лічильний С-вхід першого регістра 15 при спуску бурильної труби, коли на вході "Зсув вліво" є " 1 " Одночасно відкривається перший елемент 32 І та в роботу вступає другий регістр 16, котрий разом з індикатором 20 фіксує розташування бурильної труби 7 в зоні 1з (фігЗ) Імпульс надходить на лічильний С-вхід другого регістра 16 до тих пір, поки його старший розряд не переключиться в " 1 " Перший елемент 32 І закривається, а наступний імпульс з виходу 13 подається через третій елемент ЗО І на лічильний С-вхід третього регістра 17 На індикаторі 21 (фіг 1 і 2) фіксується вхід бурильної труби в зону І2 В момент часу запису " 1 " в старшому розряді четвертого регістра 18 надходить команда на вхід блока 1 (фіг 1), що зумовлює гальмування силового приводу бурової лебідки Подається команда на переміщення бурильних труб 7 вниз ("1" на першому виході 11 датчика 8 і "0" на виході 12, фіг 2) Перший елемент ЗО І закривається, а четвертий регістр 18 послідовно переходить в нульове положення СВІТЛОВІ ДІОДИ індикатора 22 вимикаються Потім відкривається другий елемент 31 І, імпульси з виходу 13 поступають на лічильний С-вхід третього регістра 17 Відбувається обнуления третього регістра 17 Як тільки його перший розряд перемикається в "0", через час затримки закривається другий елемент 31 І і переходить у відкрите положення четвертий елемент 32 І Запис "0" в n-му розряді індикатора 16 (фіг 7а,д) свідчить про входження бурильної труби в зону Ь Проходження цієї зони робочим механізмом супроводжується послідовним виключенням світлового діода індикатора 24 (фіг 7д) Таким чином, пристрій дозволяє здійснювати автоматичний контроль за довжиною бурильної колони під час виконання СПО, що особливо важливо в зонах 1-і, І2 з ускладненим візуальним контролем та визначати довжину бурильної колони при розбурюванні порід з аномально високим пластовим тиском, проведенні пластових випробовувань, при ліквідації аварій та спуску обсадних колон 5 1 ч ч униз ФІГ.1 ' 46504 Фіг.2 46 47 /і I і -о /3 ё ФігЗ оц$ 46504 10 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71