SU727841A1 - System of automatic control of borehole drilling modes - Google Patents

System of automatic control of borehole drilling modes Download PDF

Info

Publication number
SU727841A1
SU727841A1 SU741998868A SU1998863A SU727841A1 SU 727841 A1 SU727841 A1 SU 727841A1 SU 741998868 A SU741998868 A SU 741998868A SU 1998863 A SU1998863 A SU 1998863A SU 727841 A1 SU727841 A1 SU 727841A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
signals
bit
drilling
output
frequency
Prior art date
Application number
SU741998868A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Рукавицын
Павел Александрович Гвоздев
Эдуард Павлович Кайданов
Original Assignee
Московский институт радиотехники, электроники и автоматики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский институт радиотехники, электроники и автоматики filed Critical Московский институт радиотехники, электроники и автоматики
Priority to SU741998868A priority Critical patent/SU727841A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU727841A1 publication Critical patent/SU727841A1/en

Links

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

(54) СИСТЕМА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НИИ (например, сейсмоприемники, наход щиес  в верхней части бурильной колонны 4 вблизи усть  -на дневной поверхности), усилители 5 и 6 сигналов, датчики 7 осевой нагрузки на долоте, регул тор 8 подачи бурового инструмента и частоты вращени  долота , блоки 9-12 фильтрации анализатора спектра, датчик 13 частоты вращени  долота , исполнительные механизмы 14 регул тора подачи и частоты вращени , коррел тор 15, детектор 16, блок 17 управлени , временной селектор 18, блок 19 питани , блок 20 коррекции износа Долота, блок 21 делени , преобразователь 22 аналог-код, ана-логовый регистратор 23, функциональный преобразователь 24, блок 25 синхронизации. Система работает следующим образом. Сигналы и, упругого рол , возникающего при работе долота и забойного бурового инструмента в забое буровой скважины 1, после передачи по беспроводному каналу св зи (по колонне бурильных труб, в околоскважинном пространстве и по столбу промывочной жидкости) принимаютс  датчиками 2 и 3 упругих колебаний, преобразующими их в электрические колебани  Uj и Us (два датчика и два приемно-усилитель-ных канала показаны условно, так как число датчиков упругих колебаний может быть iieограниченным и они могут быть расположены в нижней части бурильной колонны на забое, вверху бурильной колонны на устье скважины и в буровом растворе, вокруг усть  скважины на дневной поверхности по заранее выбранной системе, на вертлюге, на «мертвом конце талевого каната и т.д.). В случае установки датчиков в нижней части бурильной колонны могут быть использованы как модул ционные способы передачи сигналов на поверхности при помощи импульсов давлени , возбуждаемых в промывочном растворе, так и акустический - через бурильную колонну с использованием продольных и поперечных волн в качестве несущего сигнала. После предварительного усилени  в блоках 5 и 6 и фильтрации в блоках 9-12 анализатора спектра, где блоки 9 и 10  вл ютс  широкополосными, а блоки 11 и 12 - узкополосными, где осуществл етс  фильтраци  сигналов с выходов датчиков 2,3 и 7 в заданной полосе частот, когда область низких 4acTot характеризует динамический режим бурильной колонны и частоту вращени  долота, а область высокочастотных колебаний, соответствующа  произведению частоты вращени  на число режущих элементов долота, характеризует степень бурймости горных пород и степень износа долота . Отфильтрованные сигналы поступают одновременно на входы .многоканального коррёл тора 15,. где осуществл етс  измергние значений функций автокоррел ции R22(t), R(r) и взаимной коррел ции R22(t:) сигналов, прин тых датчиками 2,3 И 7 на вход блока 16 детектировани ,-в ко-, тором осуществл етс  оценка энергии сигналов в различных полосах частот при помощи узкополосных фильтров Л(Ас1)), где А (О JnAf - полоса фильтрации. Сигналы с выхода коррел тора 15 через временной селектор 18, в котором осуществл етс  регулирование временной задержки т положени  максимум сигналов коррел ции, необходимое дл  разделени  упругих колебаний , возникающих при разбуривании горных пород и упругих колебаний, отраженных от горных пород, наход щихс  ниже забо  буровой скважины, поступают на один из входов блока 21 делени , выполненного в виде сумматора с предварительным взвещиванием , на другой вход которого подаютс  сигналы с выхода блока 16 детектировани . В блоке 21, осуществл ющем суммирование со взвещиванием, происходит операци  делени  максимум сигналов с выхода блока 16 детектирбванил и измерение значений коэффициента jS п буримости горных пород, соответствующих величинам волнового сопротив .;ени  гор-ны.х rsopoj, и измерение волнового сопротивлени  Дк бурильной колонны. д г,. ) . а V Ктлх(ДШц) ОгЩГ -ёГаШГ где Ki и Ка -.коэффициенты пропорциональности; Д cog и Д 0ц верхний и нижний диапазоны фильтрации упруг.х колебаний и колебаний осе-вой нагрузки на долото. Одновременно с блоком 21 делени  СЕ;:зан блок 20 коррекции износа долота, представл ющий со.бой усилитель-формирователь, управл емый сигналами с выходов блоков 16 и 21, где степень износа долота определ етс  по формуле. к - и A(w) Т(ш+1Ц где Кз - коэффициент пропорциональности при соответствующих значени х осевой нагрузки Pj на долото и частоты п вращени  долота, поступающих с выходов датчиков 7 и 3. С выхода блока 21 сигналы значений Дп.к(й)) поступают в функциональный преобразователь 24, преобразующий сигналы значений .к() в соответствующие значени  осевой нагрузки на долото и частоты вращени , необходимые дл  достижени  требуемой максимальной скорости проходки скважины при минимуме износа долота. Функциональный преобразователь 24 выполнен по схеме управл е1у1ого усилител формировател  и служит дл  программного задани  сигналов, пропорциональных оптимальным значени м частотных составл юших .осевой нагрузки на долото, соотвествующим наименьщим значени м . разнести волновых сопротивлений fi (Лш) и /JK(AOJ) и частоты пзм вращени  дл  измеренных значений/ „ (А uj),/;IR (Л ю ) и выполн ет усЛивие приближени  к равенству /9n(Aoj) Дк(Л) в каждый момент измерени , при котором обеспечиваетс  наибольший эффект разрушени  разбуриваемой горной породы.(54) SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF DRILLING MODES OF RESEARCH INSTITUTIONS (for example, seismic receivers located in the upper part of the drill string 4 near the mouth surface), amplifiers 5 and 6 signals, sensors 7 axial load on the bit, regulator 8 of the drill tool and bit rotation frequency, spectrum analyzer filtering blocks 9-12, bit rotation frequency sensor 13, feed control and rotation frequency actuators 14, correlator 15, detector 16, control unit 17, time selector 18, power unit 19, unit 20 orrektsii bit wear, dividing unit 21, converter 22 analog-code ana-DEN recorder 23, the function generator 24, the synchronization unit 25. The system works as follows. Signals and, the elastic role that occurs when the bit and the downhole drilling tool in the bottom of the borehole 1, after transmitting over the wireless communication channel (through the drill pipe string, in the near-wellbore space and through the wash fluid column), are received by sensors 2 and 3 of elastic oscillations, converting them into electrical oscillations Uj and Us (two sensors and two receiving-amplifier channels are shown conditionally, since the number of elastic sensors can be iie limited and they can be located in the lower part of the drill olones at the bottom, at the top of the drill string at the wellhead and in the drilling fluid, around the wellhead at the day surface according to a pre-selected system, at the swivel, at the “dead end” of the rope cable, etc.) If sensors are installed in the lower part of the drill string, both modulation methods of transmitting signals on the surface using pressure pulses excited in the washing solution and acoustic through the drill string using longitudinal and transverse waves can be used as a carrier signal. After preamplification in blocks 5 and 6 and filtering in blocks 9-12 of the spectrum analyzer, where blocks 9 and 10 are broadband, and blocks 11 and 12 are narrowband, where signals from the outputs of sensors 2,3 and 7 are filtered in a given frequency band when the low 4acTot region characterizes the dynamic mode of the drill string and the bit rotation frequency, and the high-frequency oscillation region, which corresponds to the product of the rotation frequency and the number of bit cutting elements, characterizes the degree of rock stormyness and the degree of wear of dol from Filtered signals arrive simultaneously to the inputs of the multi-channel corrector of torus 15 ,. where the measurement of the autocorrelation functions of R22 (t), R (r) and mutual correlation of R22 (t :) of signals received by sensors 2,3 and 7 at the input of the detecting unit 16, in which the torus is carried out energy estimation of signals in different frequency bands using narrow-band filters L (Ac1)), where A (O JnAf is the filtering band. Signals from the output of the correlator 15 through the time selector 18, in which the time delay is controlled; the position of the maximum of the correlation signals required to separate the elastic vibrations arising from the breaking When rocks and elastic vibrations are reflected from rocks below the well bore, they are fed to one of the inputs of dividing unit 21, made in the form of a pre-weighing adder, to another input of which signals are output from detecting unit 16. In block 21, performing summation with the exciton, the operation of dividing the maximum of the signals from the output of the detecting unit 16 and measuring the values of the coefficient jS and p of the drillability of rocks, corresponding to the values of wave resistance; hot-ny.h rsopoj, and measuring the wave resistance Dk drillstring. d g ). and V Ktlh (DShts) of the OGSCHG-yGaShG where Ki and Ka are the coefficients of proportionality; D cog and D 0ts upper and lower filtering ranges of elastic oscillations and oscillations of axial load on the bit. Simultaneously with the CE division block 21: the bit wear correction block 20, representing the amplifier-driver, controlled by signals from the outputs of blocks 16 and 21, where the bit wear degree is determined by the formula. k - and A (w) T (w + 1C where Cs is the proportionality coefficient at the corresponding values of axial load Pj per bit and frequency and rotation of the bit coming from the outputs of sensors 7 and 3. From the output of block 21, the signals of the values of D. from ( i)) are fed to a functional converter 24, which converts the signals of the values of .k () to the corresponding values of axial load on the bit and rotational speed necessary to achieve the required maximum speed of the borehole with minimum bit wear. The functional converter 24 is made according to the control amplifier circuit of the driver and serves to programmatically set signals proportional to the optimal values of the frequency components of the axial load on the bit, corresponding to the smallest values of m. Separate the wave resistances fi (Lm) and / JK (AOJ) and the rotational frequency frequencies for the measured values of f (A uj), /; IR (L o) and performs the approximation of / 9n (Aoj) Dk (L) at each measurement moment at which the greatest effect of destruction of the rock being drilled is ensured.

Сигналы с выхода функционального преобразовател  24 поступают на вход блока 17 управлени , св занного с исполнительными механизмами 14, где сравниваютс  с сигналами с выхода датчика 7 нагрузки и с выхода датчика 13 соответственно пропорциональными измер емым значени м нагрузки на долото и измер емым значени м с выдачей управл юших сигналов.The signals from the output of the functional converter 24 are fed to the input of the control unit 17 connected to the actuators 14, where they are compared with the signals from the output of the load sensor 7 and the output of the sensor 13 respectively proportional to the measured values of the load on the bit and the measured values with the output control signals.

ДР Ризм-РзАА ; An Пн}М-ПзААВыходные сигналы ДрДп с выхода блока 17 управл ют через исполнительные механизмы 14 peгyл topoм 8 подачи бурового инструмента и частоты вращени .DR Rizm-RZAA; An Mon} M-PzAAH The output signals from the output of the block 17 are controlled through the actuators 14 through the tool 8 to the feed tool of the drilling tool and the frequency of rotation.

Нагрузка на долото и частота враш;ени  ограничены безопасными экстремальными значени ми и диапазоном изменени  задаваемых значений.The load on the bit and the frequency of rotation are limited to safe extremes and the range of variation of the set values.

Одновременно система измер ет пространственное положение ствола скважины в процессе бурени  по величинам максимумов (или отношени  максимумов) сигналов взаимной и автокоррел ции и разности моментов вступлени  функций взаимной коррел ции (т удругих колебаний, прин тых датчиками упругих колебаний, установленными на дневной поверхности вокруг усть  скважины по заранее прин той системе наблюдени . Сигналы с выходов блоков 7,13, 20 и 24 поступают на вход многоканального аналогового регистратора 23, где регистрируютс  амплитуды и ведущие частоты упругих колейаний А (Ли)), параметры функций взаимной и автокоррел ции R{T), такие как коэффициент и интервал коррел ции, коэфициент когерентности, параметры Rf, /JK волновых сопротивлений гор ных пород и бурильной колонны степени износа 5 бурового инструмента, нагрузки Р на долото, скорости п вращени  и скорости V проходки в аналоговой форме.At the same time, the system measures the spatial position of the wellbore during drilling by the magnitudes of the maxima (or ratios of maxima) of the mutual and autocorrelation signals and the difference in the moments of the arrival of the mutual correlation functions (tons of elastic oscillations received by elastic sensors installed on the surface of the well) according to a previously received surveillance system. The signals from the outputs of blocks 7,13, 20 and 24 are fed to the input of a multi-channel analog recorder 23, where amplitudes and leading Atoty of elastic fluctuations A (Li)), parameters of functions of mutual and autocorrelation R {T), such as coefficient and correlation interval, coherence coefficient, parameters Rf, / JK wave resistance of rocks and drill string, degree of wear of 5 drilling tools, loads P per chisel, speeds p of rotation and speed V of penetration in analog form.

Лентопрот жный механизм регистратора 23 синхронизирован с процессом разбуривани  скважины, и регистраци  этих параметров производитс  одновременно в виде непрерывных кривых в функции глубины скважины и времени бурени . Прив зка к глубине бур щейс  скважины регистратора 23 осуществл етс  импульсами с датчика глубин, преобразуемыми в двоичный код магнитного регистратора (на чертеже блок магнитного регистратора не показан).The tape drive mechanism of the recorder 23 is synchronized with the well drilling process, and the recording of these parameters is performed simultaneously in the form of continuous curves as a function of the depth of the well and the drilling time. Binding to the depth of the drilling well of the recorder 23 is carried out by pulses from the depth sensor converted into the binary code of the magnetic recorder (in the drawing, the block of the magnetic recorder is not shown).

Аналоговые сигналы с выхода блока 23 поступают на вход аналого-цифрового преобразовател  напр жени  в код преобразовател  22. Получаемые на выходе преобразовател  22 сигналы регистрируемых параметров в параллельном двоичном коде подаютс  на вход магнитного регистратора дл  дальнейшего в случае необходимости уточнени  литологического расчленени  исследуемого разреза скважины и прогнозировани  режимов бурени .The analog signals from the output of block 23 are fed to the input of the analog-digital voltage converter in converter 22 code. The signals of the recorded parameters in the parallel binary code received at the output of converter 22 are fed to the magnetic recorder input for further, if necessary, to clarify the lithological division of the well section and the prediction drilling modes.

Дл  этого в магнитном регистраторе хранитс  программа литологического расчленени  разреза скважины цо данным А, R, /3, Р, V и корректировки режи.мов бурени  скважины на последующие добавлени . С 0 выхода программного устройства результаты литологического расчленени  разреза в процессе бурени  подаютс  на графопостроитель , стро щий литологический разрез разбуриваемых и наход щихс  ниже забо  пластов с одновременным построением прост5 ранственного положени  ствола скважинь. Глубина исследовани  пластов, наход щихс  ниже забо , регулируетс  выбором ведущей частоты фильтров в блоках 9-12.For this purpose, a program of lithological dissection of the well section data A, R, / 3, P, V and the adjustment of well drilling mode for subsequent additions are stored in the magnetic recorder. From the output of the software device, the results of the lithological dissection of the section during drilling are fed to a plotter who builds a lithological section of the drilled and below the haul pits with the simultaneous construction of the spatial position of the wellbore. The depth of the study of the layers below the bottom is governed by the choice of the leading frequency of the filters in blocks 9-12.

0 Вс  измерительно-информационна  часть системы выполн етс  на интегральных микросхемах и устанавливаетс  непосредственно на буровой скважине или возле буровой в специальном стенде или прицепе. Не исключаетс  и возможность дистанционного0 The entire measurement and information part of the system is performed on integrated circuits and is installed directly on the borehole or near the drilling site in a special stand or trailer. The possibility of remote control is not excluded.

SS

управлени .management

Важным преимуществом предлагаемой ситемы  вл етс  отсутствие провод К)й линии св зи дл  передачи информации на дневную поверхность и высокие возможности оптимизации процесса бурени  за счет автоматического поддержани  условий согласовани  частотных составл ющих волновых сопротивлений бурильной колонны и горных пород, наход щихс  ниже забо  буровойAn important advantage of the proposed system is the lack of wire K) of the communication line for transmitting information to the day surface and high possibilities for optimizing the drilling process due to automatic maintenance of matching the frequency components of the wave resistances of the drill string and rocks below the drill hole.

скважины.wells.

Claims (2)

1.Патент США № 337823, 173-6, опублик. 1968.1. US patent number 337823, 173-6, published. 1968. 2., Патент Франции № 2033351, G 01 N 3/00, опублик. 1969.2., Patent of France No. 2033351, G 01 N 3/00, published. 1969. .s..- V:iV-; --v i -.:.s ..- V: iV-; --v i - .:
SU741998868A 1974-02-22 1974-02-22 System of automatic control of borehole drilling modes SU727841A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU741998868A SU727841A1 (en) 1974-02-22 1974-02-22 System of automatic control of borehole drilling modes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU741998868A SU727841A1 (en) 1974-02-22 1974-02-22 System of automatic control of borehole drilling modes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU727841A1 true SU727841A1 (en) 1980-04-15

Family

ID=20576639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU741998868A SU727841A1 (en) 1974-02-22 1974-02-22 System of automatic control of borehole drilling modes

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU727841A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419996C2 (en) System and method of communication along noise communication channels
US4293936A (en) Telemetry system
US6988566B2 (en) Acoustic position measurement system for well bore formation
US3789355A (en) Method of and apparatus for logging while drilling
IL33261A (en) Process and installation for measuring the physical characteristics of rocks during drilling
GB1284149A (en) Process and apparatus for optimizing the penetration speed of a drilling tool driven by a motor whose torque decreases with increased speed
GB1481828A (en) Guidance method of apparatus for horizontal boring
CA2081196A1 (en) Logging while drilling apparatus with multiple depth of resistivity investigation
US10551516B2 (en) Apparatus and methods of evaluating rock properties while drilling using acoustic sensors installed in the drilling fluid circulation system of a drilling rig
SU727841A1 (en) System of automatic control of borehole drilling modes
CA1098202A (en) Telemetry system
US4217659A (en) Acoustic logging for examination of the cement bonding of well casing
CN108533256A (en) A kind of underground and ground multisensor array acquisition system
CN111140225B (en) Underground low-power-consumption sound wave two-phase short-distance communication method and device
SU1099058A1 (en) Apparatus for monitoring the wear of bit
SU866151A1 (en) Method of receiving information via hydraulic communication line
GB1390571A (en) Method and apparatus for controlling the downhole acoustic transmitter of a logging-while-drilling system and method and apparatus for surface-to-downhole communication
SU812914A1 (en) Method of transmitting information along drill string in borehole
SU1129336A1 (en) Apparatus for receiving information from hole bottom through hydraulic communication channel
SU608915A1 (en) Method of determining rock properties while drilling boreholes
SU1222853A1 (en) Method and apparatus for acoustic forecasting of outburst hazard of coal seams
SU424097A1 (en) METHOD OF GEOACOUSTIC EXPLORATION, FOR EXAMPLE, DOMESTIC
SU744406A1 (en) Method of acoustic well investigation during drilling process
SU1035549A1 (en) Method of well seismoprospecting
SU1385114A1 (en) Method of geoacoustic investigation of boreholes in drilling