NO300744B1 - Anordning og fremgangsmåte for boring ved hjelp av vibrasjonsanalyse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for lyd-gjengivelse av mekaniske fenomener som opptrer ved innbyrdes påvirkning mellom et boreverktøy og det fjell som skal bores, omfattende organer for innsamling av et vibrasjonssignal som representerer vibrasjonen av verktøyet ved skjæreflaten ved hjelp av aksellerometerorganer plassert ved et punkt på borestrengen, samt organer for filtrering av signalet innen et frekvensbånd fra 10 til 200 Hz.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte knyttet til slik vibrasjonsanalyse.

Fra FR patent 1 587 350 er det kjent en fremgangsmåte for måling av mekaniske egenskaper i fjell i løpet av boringen og en anordning som muliggjør gjennomføring av denne fremgangsmåte.

En slik fremgangsmåte gjør det mulig å bedømme de litologiske egenskaper i det fjell som angripes av boreverk-tøyer ved hjelp av en aksellerasjonsmåler å fastslå rota-sjonshastigheten på borestrengen og ved hjelp av romde-formasjon å finne de signaler som tilsvarer de vibra-sjonsspenninger som strengen er utsatt for. Ved behandling av disse signaler i analoge kretser oppnås et signal som ved hjelp av denne fremgangsmåte gjør det mulig å bestemme de litologiske egenskaper i det fjell som angripes av verktøyet.

Fra tilleggssøknad 96 617 til FR patent 1 590 327 er det likeledes kjent en fremgangsmåte for måling av de litologiske egenskaper i fjell i løpet av boringen, som består i å utvelge komponentene i et signal som avgis fra en trykkføler som måler trykket i slamsøylen og å utvelge dette signal i et frekvensbånd som er sentrert om en frekvens som er lik rotasjonsproduktet av verktøyet med tall som er karakteristiske for plasseringen av verktøy-ets aktive elementer.

Disse anordninger tillater allikevel ikke å utlede informasjoner som gjelder forløpet av boringen.

Et første formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som etter behandling av et signal gjør det mulig å utlede informasjoner som gjelder fenomener som f.eks. borets kontakt med bunnen eller fastkiling og deretter frigjøring ved adhesjon av boret mot veggen, eller brudd av visse tenner i boret eller endelig at boret ikke har kontakt med bunnen.

Dette formål oppnås ved at den innledningsvis angitte anordning ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at den omfatter organer for forsterkning av det filtrerte signal, idet organene er innrettet til å gjøre signalet hørbart for en operatør for å kunne avlede derfra informasjon vedrørende boreforløpet.

Ifølge en særegenhet ved oppfinnelsen sendes det filtrerte signal til en audioforsterker som er forbundet med en hodetelefon.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen går denne ut på at filtreringsmidlene omfatter like, annenordens, høypassrelaterte, aktive filterseksjoner som selektivt er anordnet i serie med like, annenordens, lavpassrelaterte, aktive filterseksjoner for å utgjøre grenseverdier i frekvensbåndet.

Ifølge en særegenhet ved oppfinnelsen er frekvensbåndet fra 20 til 200 Hz for en motor på bunnen.

Ifølge en annen særegenhet ved oppfinnelsen er frekvensbåndet fra 10 til 100 Hz for en motor på overflaten.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en enkel anordning som er lett transporterbar og anvendbar på et borested.

Dette formål oppnås ved at anordningen omfatter uavheng-ige midler for mating av føleren og behandlingskretsene ved hjelp av batteri.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å foreslå en fremgangsmåte for vibrasjonsanalyse under boring, idet det benyttes et signal som representerer vibrasjonen av et verktøy, hvilken fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: å filtrere det signal som avgis fra et aksellerometer for å fremskaffe et frekvensspektrum som ligger i båndet 10 til 200 Hz,

å avlytte det filtrerte signal for derfra avlede informasjon vedrørende boreforløpet, og

å foreta eventuelle korreksjoner på basis av de informasjoner som er fremskaffet ved foregående trinn.

Dette formål oppnås ved at anvendelsen består i

å filtrere det signal som avgis av en aksellerasjonsmåler for å beholde det spektrum som innbefattes i frekvensbåndet fra 10 til 200 Hz;

å avlytte eller visualisere det filtrerte signal for derav å utlede informasjoner om boringens gang;

å foreta de korreksjoner som er nødvendige på basis av de informasjoner som er oppnådd i det foregående trinn.

Andre egenskaper og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil fremgå klarere ved å lese den beskrivelse som følger med henvisning til de vedføyde tegninger i hvilke: Figur 1 representerer et oversiktsskjema av en anordning montert på et boreapparat. Figur 2 representerer funksjonsskjemaet for den elektron-iske forforsterkningskrets. Figur 3 representerer skjemaet for filtreringskretsen ifølge oppfinnelsen. Figur 4 viser forsiden av apparatet ifølge oppfinnelsen. På figur 1 vises ved 1 et boretårn ved 2 den øvre del av boretårnet som bærer et fast taljesett 3. Dette taljesett 3 er forbundet med en blokk som bærer det bevegelige taljesett 5 ved hjelp av et kabelsett 4. Til denne blokk 5 er det festet en krok 6 som bærer et injeksjonshode 7. Den øvre del av dette injeksjonshode 7 er festet, mens den nedre del er bevegelig i rotasjon ved hjelp av et rullesystem. En fleksibel injeksjonsledning 8 er forbundet, for det første til injeksjonshodet 7 og for det andre til en slampumpe som ikke er vist på tegningen.

Strengen 9 for å rotere boreutstyret er vist i firkantet form og i det følgende kalles den ganske enkelt firkantstrengen. Denne streng 9 roteres av et rotasjonsbord 10 som selv drives av en ikke vist motor.

Henvisningstall 11 representerer skjematisk et borehull som et boreutstyr 12 trenger ned i. Dette boreutstyr 12 er ved sin nedre del utstyrt med et boreverktøy 20.

En måleanordning 13 er anbragt mellom injeksjonshodet og firkantstrengen. I en variant kan denne anordning 13 være festet til injeksjonshodet 7. Denne måleanordning 13 er ved hjelp av en kabel 14 forbundet med apparatet 45 som tillater behandling av elektriske signaler.

Måleanordningen består av en aksellerometrisk føler 140 som omdanner aksellerasjonsvariasjoner i enden av strengen til et analogt elektrisk signal. Dette analoge elektriske signal behandles av behandlingsanordningen 45 på figur 4, og består av en forsterkerkrets, vist på figur 2, en filtreringskrets som er vist på figur 3, på nytt en forforsterkning 47, 470 av det filtrerte signal for deretter å avgå til en klassisk audioforsterker 46 som tillater avlytting av det således oppnådde signal.

Det signal som avgis av føleren 140 sendes til inngangen til en forsterker hvis motstand mot igjen å danne løkke ved avgangen til inngangen kan modifiseres med en roterende kontakt 40 som tillater selektivt å sette en av motstandene 400, 401, 402, 403 som forbindelse mellom forsterkerens 404 utgang og inngang. Utgangen av denne forsterker 404 omfatter en andre forsterker 41 i sin løkkedannelseskrets en variabel motstand 410 som gjør det mulig å gjennomføre en sluttregulering i det indre av det utvalgte forsterkerområde. Utgangssignalet fra forsterkeren 41 sendes for det første til inngangen av filtreringskretsen på figur 3, og for det andre til tavlen 42 på figur 4 ved hjelp av en toppdetektorkrets 420. Videre sendes utgangssignalet fra forsterkeren 41 til en utgang S2 i måleapparatet ved hjelp av en likeretterkrets 43 og en integratorkrets 44. Signalet ankommer til inngangen 30 av et filtersett som består av to celler av lavtgående aktive filtre av andre orden 31a, 31b, fulgt av fire celler av høytgående aktive filtre av andre orden 32a, 32b, 32c, 32d og to celler av lavtgående aktive filtre av andre orden 31c, 31d. Disse filtre kan være forbundet i serie med hverandre eller være helt eller delvis kortsluttet, avhengig av stillingen til de roterende kontakt-knapper 490, 491. Utgangen 33 fra filtreringskretsen sendes til inngangen til en andre forforsterkerkrets 47, 470, 48 av samme type som den som er beskrevet på figur 2. Denne andre forforsterkerkrets sender sitt utgangssig-nal som er tilført fra utgangen av forsterkeren 470 til en audioforsterkerkrets 46 av klassisk konstruksjon som er vel kjent for fagmannen, for å avgi det signal som oppnås ved behandlingen ifølge oppfinnelsen til en lyt-terpost, og utviklingen av boringen kan følges.

Hver lavtgående filtercelle av andre orden er sammensatt på samme måte som cellen 31a og omfatter to motstander 310, 311 forbundet i serie med den negative inngang til en differensialforsterker 313 hvis positive inngang ved hjelp av en motstand 312 føres til jord.

Det felles punkt for to motstander 310, 311 er for det første forbundet via kondensatoren 316 til jord, og for det andre via en motstand 315 til utgangen fra forsterkeren 313. Utgangen fra forsterkeren 313 er likeledes forbundet via en kondensator 314 til den negative inngang til denne forsterker 313.

Hver høytgående filtercelle er sammensatt på samme måte som cellen 32a, og omfatter to kondensatorer 320, 321 montert i serie og forbundet med den negative inngang til en differensialforsterker 323, hvis positive inngang via en motstand 322 er forbundet med jord.

Det felles punkt for de to kondensatorerr 320, 321 er forbundet for det første via en motstand 326 til jord, og for det andre via en kondensator 325 til utgangen til forsterkeren 323.

Utgangen til forsterkeren 323 er likeledes forbundet via en motstand 324 til inngangen til differensialforsterker-en 323.

Filteret som således består av en rekke celler 31a til 31d og 32a til 32d gjør det mulig å filtrere det signal som avgis av forforsterkeren i frekvensbåndet fra 10 til 200 Hz avhengig av de stillinger knappene på de roterende kontakter 490, 491 har.

Når knappen 490 således er i stilling 490d, figur 4, er den tilsvarende kontakt 490D, figur 3 sluttet og forbinder inngangen til cellen 32a med utgangen av cellen 32d, og kortslutter således det høytgående cellesett 32a til 32d.

Når knappen 490 er i stilling 490c, figur 4, er den tilsvarende kontakt 490C sluttet og forbinder inngangen til cellen 32a med utgangen til cellen 32c, og kortslutter således cellene 32a til 32c og holder således det høytgå-ende filter 32d i kretsen. Dette filter 32d har beregnet motstands- og kapasitetselementene for å etablere avbrytelsesfrekvensen på 10 Hz.

Når knappen 490, figur 4 er i stilling 490d, figur 4, er den tilsvarende kontakt 490B, figur 3 sluttet, og forbinder inngangen til cellen 32a med utgangen til cellen 32b og kortslutter således cellene 32a og 32b. Motstands-og kapasitetselementene til cellen 32c er beregnet slik at de to celler 32c, 32d tatt i serie, har en avbrytelsesfrekvens på 20 Hz.

Når knappen 490 er i stilling 490a, figur 4, forbinder den tilsvarende kontakt 490a inngangen til cellen 32a med dens utgang. Cellene 32b til 32d er i serie og cellens 32b mostands- og kapasitetselementer er beregnet for å etablere avbrytelsesfrekvensen for de tre celler i serie på 30 Hz.

Endelig når knappen 490 er i stilling 490e, er ingen kontakt sluttet, og de fire celler 32a til 32d er i serie. Cellens 32a motstands- og kapasitetselementer er beregnet slik at avbrytelsesfrekvensen for de fire celler tatt i serie er 40 Hz.

Ved påvirkning av knappen 491 er det likeledes mulig å utvelge de lavtgående filterceller som innføres i filtreringskretsen. Når knappen 491 er i stilling 491 abc, er cellene 31a og 31b kortsluttet med den sluttede kontakt 491 AB som forbinder inngangen til cellen 31a med utgangen til sellen 31b, og cellen 31c er likeledes kortsluttet med den sluttede kontakt 491C som forbinder inngangen til 31c med dens utgang. Cellens 31d mostands- og kapasitetselementer er beregnet for å etablere en avbrytelsesfrekvens på 200 Hz.

Når knappen 491 er i stilling 491 ab, er cellene 31a og 31b kortsluttet av kontakten 491 AB. Cellens 31c motstands- og kapasitetselementer er beregnet slik at av-brytelsesf rekvensen for den oppstilling som er dannet av de to celler 31c og 31d tatt i serie er 150 Hz.

Når knappen 491 er i stilling 491a, er kontakten 491A sluttet og forbinder inngangen til cellen 31a direkte med dens utgang. Elementene til 31b er beregnet slik at det filter som dannes ved å forbinde de tre celler 31b, c, d i serie har en avbrytelsesfrekvens på 100 Hz.

Når knappen 491 er i stilling 491e, er ingen celle 31a til 31d kortsluttet, og sammenstillingen av disse celler har en avbrytelsesfrekvens på 50 Hz.

Når knappen 491 endelig er i stilling 491a, b, c, d, er kontaktene 491AB og 491 CD sluttet, og sammenstillingen av cellene 31a til 31d er kortsluttet.

Det således filtrerte signalet overføres deretter til en andre forforsterker og til en audioforsterker som tillater avgivelse av et audiosignal til en hodehøyttaler. Lytte- eller visualiseringsanordningen er utstyrt med uavhengig mating med batteri. Det signal som avgis i frekvensbåndet fra 10 til 200 Hz gjør det mulig ved lytt-ing å påvise de uregelmessigheter som kan oppstå under boringen. På overraskende måte er det fastslått at det således filtrerte signalet eliminerer enhver annen støy forårsaket av boring, som f.eks. støy av slammet og be-varer bare den støy som tilsvarer kontakten til boret med brørmhullet. På denne måte kan fagmannen foreta de ade-kvate korrigerende foranstaltninger som funksjonen av de oppnådde observasjonene. Spesielt kan det således bestem-mes når verktøyet møter bunnen, eller bestemme om verk-tøyet har en usymmetri forårsaket av et brudd av en tann, eller om verktøyet har møtt på en hindring under nedfør-ingen uten å ha nådd bunnen av borehullet, eller også en fastkiling og deretter frigjøring ved adhesjon av boret mot veggen.

For en motor som er installert på bunnen av borehullet, er det konstatert at et frekvensbånd på 20 til 200 Hz gir de beste resultatene. For en motor på overflaten fore-trekkes det derimot å arbeide i et frekvensområde på 10 til 100 Hz. Utvalget av frekvensområder foretas ved hjelp av knapper 490, 491, figur 4.

Det er selvklart at oppfinnelsens ånd forblir den samme selv om audioforsterkerkretsen ved utgangen av den andre forforsterker erstattes med en avlesningsanordning med elektroluminisensdiode av stavdiagramtypen eller et av-lesersystem på en monitor med et mikrostyreorgan av en programvare med et stavdiagram.

Andre modifikasjoner som kan utføres av fagmannen utgjør likeledes en del av oppfinnelsens ånd.

Claims (8)

1. Anordning for lyd-gjengivelse av mekaniske fenomener som "opptrer ved innbyrdes påvirkning mellom et boreverktøy og det fjell som skal bores, omfattende organer for innsamling av et vibrasjonssignal som representerer vibrasjonen av verktøyet ved skjæreflaten ved hjelp av aksellerometerorganer plassert ved et punkt på borestrengen, samt organer (45, 31, 32) for filtrering av signalet innen et frekvensbånd fra 10 til 200 Hz, karakterisert ved at anordningen omfatter organer for forsterkning av det filtrerte signal, idet organene er innrettet til å gjøre signalet hørbart for en operatør for å kunne avlede derfra informasjon vedrørende boreforløpet.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at frekvensbåndet for filtreringsmidlene er fra 20 til 200 Hz for en motor ved bunnen av borehullet.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at frekvensbåndet for f iltreringsmidlene er fra 10 til 100 Hz for en motor på overflaten.

4. Anordning ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det filtrerte signal sendes til en audioforsterker (46) som er forbundet med en hodetelefon.

5. Anordning i følge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den omfatter midler for uavhengig mating av føleren og behandlingskretsene (40 til 49) med batteri.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at f iltreringsmidlene omfatter like, annensorden, høypassrelaterte, aktive filterseksjoner som selektivt er anordnet i serie med like, annenordens, lavpassrelaterte, aktive filterseksjoner for å utgjøre grenseverdier i frekvensbåndet.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at høypassfilterseksjon-ene og lavpassfilterseksjonene er anordnet selektivt i serie ved hjelp av respektiv roterende svitsjer (490, henholdsvis 491).

8. Fremgangsmåte for vibrasjonsanalyse under boring, idet det benyttes et signal som representerer vibrasjonen av et verktøy, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å filtrere det signal som avgis fra et aksellerometer for å fremskaffe et frekvensspektrum som ligger i båndet 1 0 til 200 Hz, å avlytte det filtrerte signal for derfra avlede informasjon vedrørende boreforløpet, og å foreta eventuelle korreksjoner på basis av de informasjoner som er fremskaffet ved foregående trinn.