УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к контрольно-измерительным системам режимов бурения скважин и может быть использована при бурении и эксплуатации скважин и шурфов.
Известна система контроля режима бурения скважин, состоящая из множества датчиков, линий связи, компьютера, программного обеспечения, линий обратной связи и индикаторов режимов (А.с. СССР №1273515 МПК Е21В 44/00, бюлл. №44, 1986 г.)
Недостатком указанной системы является то, что она громоздкая и не измеряет необходимые параметры, такие как 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, многоканальный элемент силовых параметров, многоканальный усилитель, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, процессор, оперативное запоминающее устройство.
Недостатком прототипа является то, что устройство не позволяет получить точную информацию о режимах процесса бурения. Отсутствие данных о частоте вращения долота и реальном 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 устройства для регистрации
силовых параметров бурения и повышение точности получаемой информации. При решении задачи достигается новый технический результат - определение календарного времени и частоты вращения долота гидравлического забойного двигателя, характеризующих как работу двигателя на забое, так и процесс бурения скважины, определение причины износа двигателя и эффективности самого процесса бурения.
Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для регистрации силовых параметров бурения, включающем корпус, блок питания, электронный блок, согласно полезной модели электронный блок снабжен микропроцессором с управляющей программой, к которому подключены блок измерения времени, блок связи, блок памяти и акселерометр, сигналы с которого фиксируются микропроцессором с определенной изначально заданной дискретностью времени.
В предлагаемом устройстве для регистрации силовых параметров бурения в связи с введением блока измерения времени и акселерометра создана новая совокупность признаков с новой взаимосвязью: разработана новая управляющая программа, позволяющая получить по сравнению с прототипом новые выходные данные: частоту вращения долота в режиме реального времени. Получение новых выходных данных позволяет расширить функциональные возможности устройства для регистрации силовых параметров бурения.
Создание предлагаемого устройства 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 блока измерения времени и акселерометра в состав предлагаемого устройства для регистрации силовых параметров бурения получен новый технический результат: регистрация новых параметров - частоты вращения и времени, которые в совокупности с
наибольшей вероятностью позволяют определять влияние режимов на темп износа двигателя и определять оптимальные режимы бурения.
Предложенное устройство для регистрации силовых параметров бурения работает следующим образом.
Блок - схема предложенного устройства для регистрации силовых параметров бурения приведена на фиг.1.
На фиг.2 представлена диаграмма экспериментальных испытаний.
Устройство для регистрации силовых параметров бурения 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 и блоком связи 7 с возможностью вывода информации на компьютер.
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 связи 7 выполнен в виде порта ввода - вывода информации. Акселерометр 4 выполнен в виде акселерометра виброскоростей.
Применение высокотемпературных компонентов и микросхем в устройстве для регистрации силовых параметров бурения позволяет стабильно измерять параметры работы двигателя в широком диапазоне и исключает влияние изменения температуры окружающей среды на погрешности изменений.
Устройство для регистрации силовых параметров бурения устанавливается в контейнер (на чертеже не показано). Контейнер водонепроницаем и рассчитан на работу в жидкой среде высокого давления. Перед установкой устройства для регистрации силовых параметров бурения в контейнер, с помощью компьютера и специального программного
обеспечения программируется идентификационный номер устройства, текущее время и дата.
При опускании двигателя в скважину до определенной заданной глубины устройство 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 амплитуды. 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 устройство для регистрации силовых параметров бурения, выйдя из «спящего» режима, начинает считывать и регистрировать значения параметров с 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 устройство. При обработке полученных значений параметров определяют режимы.
В примере конкретного применения предлагаемое устройство выполнено с небольшими габаритами корпуса (диаметром 20 мм и высотой 60 мм), вместе с блоком питания 2 и установлено в двигатель Д5 195.
Поскольку показания блоков измерения параметров в процессе работы двигателя регистрируются постоянно, то легко определить время, дату, продолжительность работы двигателя в различных режимах (холостом, перегруженном, тормозном или оптимальном).
После получения параметров определяется крутящий момент, частота вращения в конкретный момент времени работы двигателя. По полученным данным строится график рабочего процесса двигателя, определяются режимы, в которых работал двигатель (с недогрузкой, в оптимальном, перегруженном или тормозном) в реальных условиях (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. М.: Недра, 1999. С.192).
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 акселерометра и блока измерения времени в состав устройства для регистрации силовых параметров бурения позволяет расширить функциональные возможности устройства и повысить точность получаемой информации.