SU362130A1 - „;-.--СОЮЗНАЯАвторы;"^ : ;, - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области контрол  и измерени  параметров процесса бурени  на буровых установках разведочного и эксплуатационного бурени .

Известны устройства дл  измерени  механической скорости бурени , включающие датчик подачи бурового инструмента, датчик времени и вторичную аппаратуру обработки информации .

Предложенное устройство отличаетс  тем, что к выходу датчика подачи через индикатор направлени  движени  и датчик интервалов пути подключен делитель пути на вре.м , выполненный в виде генератора, соединенного со счетчиком импульсов, выходы разр дов которого через фиксатор равенства двух двоич .ных чисел св заны с одноименными выходами разр дов блока пам ти времени, а блок пам ти времени соединен с автоматическим переключателем диапазона измерени , входы двух схем совпадени  которого подключены к датчику времени и декаде, а выходы через схему «ИЛИ св заны со счетчиком времени, на выход которого включен инвертор, соединенный с соответствующими разр дами счетчика времени и триггером, парафазные выходы которого соединены со вторыми входами схем совпадени .

Это обеспечивает измерение скорости в широком диапазоне.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Дву.хэлементный датчик 1 подачи буровото инструмента соединен с индикаторо.м 2 нанравленн  движени  (ИПД) бурового инструмента . ИНД н.меет два выхода: «Вниз и «Вверх, соединенные с соответствующими входами датчика 3 интервалов -пути (ДИП). Выход ДИП соединен с блоком 4 управлени ,

триггером 5 и блоком 6 пам ти. Датчик 7 времени своими выхода.ми подключен к блоку 4, декаде 8 и диодной схеме 5 совпадени . Выход декады 8 св зан с диодной схемой 10 совпадени . Диодные схемы 9 и 10 выполнены на

два входа. Вторые входы диодных схем совпадени  подключены к парафазным выходам триггера 11, а их выходы - к входам диодной схемы «ИЛИ 12, выход которой соединен с двоичны.м триггерным счетчиком времени 13.

Каждый разр д счетчика времени 13 соединен с блоком 14 управл емых электронных ключей , разр дные выходы которого св заны с блоком 6 на.м ти. Блок 6 своими выходами калсдого разр да подключен к схеме 15 фиксации равенства двух двоичных чисел, на которую также поданы выходы разр дов двоичного триггерного счетчика импульсов 16. Вход счетчика импульсов 16 соединен с генераторо .м 17 импульсов. К выходу старшего разр да счетчика времени 13 подключен инвертор

18, выход которого подан на один из разделенных входов триггера 11 и на входы соответствуюихих разр дов счетчика времени 13. Выход схемы 15 фиксации равенства двух двоичных чисел подан на шину сброса счетчика импульсов 16 и на один из разделенных входов триггера 19. Второй разделенный вход триггера 19 соединен с одиим из младших разр дов счетчика импульсов 16. К выходу триггера 19 подключены показывающий прибор 20, записывающий прибор 21 и канал телемеханики или цифрова  вычислительна  машина 22. Выход блока 4 управлени  св зан с шинами сброса декады 8 и счетчика времени 13, а также с одним из разделенных входов триггеров 5 и // и входом блока 14 управл емых электронных ключей. Питание всего устройства осуш,ествл -етс  от блока 23 питани , который через кнопку 24 св зан также со входами установки в исходное состо ние ИНД 2, ДИП 3, и блока 4 управлени .

Принцип действи  предлагаемого устройства заключаетс  в следуюш;ем. Механическую скорость бурени  скважи определ ют равенством

-

где Я - проходка.

В св зи с отсутствием возможности непосредственного измерени  проходки, в практике бурени  ее измер ют по величине подачи бурового инструмента.

Вследствие деформации колонны мгновенные значени  скорости крюка и долота в общем случае неравны. Это не позвол ет в равенстве (1) заменить проходку шодачей и приводит к необходимости онределени  усредненных значений механической скорости но равенству

ДП

1/„г

(2)

Д

где АП 2 П; - интервал иодачи инстру4 1

мента за врем  At; Hi - элементарна  подача инструмента .

Можно показать, что при заданных точности измерени  механической скорости, точности поддержани  осевой нагрузки, длине колонны , ее сечении и модуле упругости материала коло-нны, величина интервала подачи должна удовлетвор ть условию

(3)

2п,-;

56

По равенству (2) определ ют скорость поступательного перемещени  бурового инструмента , однако по конструктивным соображени м проще контролировать угловое перемещение роликов талевой системы, пропорциональное перемещению подъемного крюка. В этом случае задача сводитс  к измерению скорости вращени  ролика кронблока.

В предлагаемом устройстве прин т метод измерени  времени, в течение которого ролик кронблока поворачиваетс  на угол, соответствующий подаче инструмента на величину АП,

определ емую по условию (3). Измерив это врем  и зна  величину АП, согласно равенству (2) определ ют механическую скорость бурени .

Результат вычислени  по равенству (2) воспроизводитс  перед бурильщиком в виде угла поворота стрелки показывающего прибора, может быть записан на диаграммной ленте самописца и передан в линию телемеханики в форме пр моугольных импульсов посто нного

тока, частота следовани  которых пропорциональна механической скорости.

Устройство работает следующим образом. Схема содержит два датчика - пути (подача) 1 и времени 7 (стабилизированный мультивибратор ). При нажатии кнопки 24 сброса устройство устанавливаетс  в исходное состо ние . После отпускани  кнопки начинаетс  измерение скорости по сигналам датчиков 1 н 7. При бурении сигналы-импульсы от датчика

пути через индикатор направлени  движени  бурового инструмента поступают на вход датчика интервалов пути.

Каждый импульс датчика /  вл етс  носителем информации о перемещении бурового

инструмента на определенную величину СпЭти импульсы накапливаютс  в блоке 3. При достил ении заданного числа импульсов, определ емого выбранной величиной интервала подачи АП, блок 3 устанавливаетс  в исходное состо ние и выдает сигнал на блоки 4 н 6 и триггер 5. Блоки б и 5, получив сигнал с блОКа 3, устанавливаютс  в исходные состо ни . Сигналы-импульсы датчика 7 поступают на вход диодной схемы 9 совпадени  и на

вход декады 8. Каждый импульс датчика времени  вл етс  носителем информации об истечении определенного промежутка времени С(. При работе на пределе измерени  О- 50 м/час сигналы датчика 7 через диодную

схему 9 и схему «ИЛИ 72 поступают на вход двоичного триггерного счетчика 13. При работе на пределе измерени  О-5 м/час, сигналы датчика 7 поступают на вход счетчика времени 13 через декаду 8 (триггерна  схема делени  на число 10), диодную схему 10 совпадени  и схему «ИЛИ 12. Импульсы, поступившие на вход счетчика времени 13, накапливаютс  в нем нарастающим итогом в течение времени подачи инструмента на величину интервала подачи АП. Выходы всех разр дов счетчика времени 13 через блок управл емых электронных ключей поданы на входы соответствующих  чеек блока пам ти.

Во врем  бурени  текущего интервала подачи АП все ключи блока 14 закрыты и изменение состо ни   чеек блока 13 не мен ет состо ни   чеек блока 6. После прохождени  заданного интервала подачи АП, блок управлени , получив сигнал с выхода блока 3, выдает команды; на блок 14 - «Ввести в блок 6 информацию, накопленную в счетчике времени на триггер 5 - «Запомнить состо ние триггера на блоки 8, 13 и 11 - «Установитьс  в исходные состо ни . При этом сначала открываютс  электронные ключи блока 14, и сигналы с тех  чеек блока 13, которые находились в состо нии, условно обозначаемом «1, поступают на соответствующие  чейки блока 6, :перевод  их также в состо ние «1, и триггер 5 запоминает состо ние триггера //, а затем сбрасываютс  в исходные состо ни  блоки 8, 13 н 1 Е закрываютс  электронные ключи блока М. Таким образом, информаци , накопленна  за врем  бурени  интервала подачи ДП в блоне 13, переводитс  в блок 6, где хранитс  в виде двоичного кода в течение времени буре и  следующего интервала ДП. После выполнени  команд а, б Hie все операции по накоплению информации о скорости бурени  за щрощедщий интервал подачи ДП заканчиваютс , и в блоках 3 и 13 начинает накапливатьс  информаци  о скорости бурени  за текущий интервал ДП в последовательности , описанной выще. Врем  бурени  прощедщего интервала подачи ДП, хран щеес  в блоке 6 в виде двоичного кода, преобразуетс  в :период следовани  импульсов посто нного нaпp жeJIи  посто нной длительности. Частота следовани  этих импульсов пропорциональна механической скорости бурени . Указанное преобразование производитс  с помощью схемы 15 фиксации равенства двух двоичных чисел, генератора 17 импульсов, счетчика импульсов 16 и триггера 19 с разделенными входами. Выходы одноименных разр дов блока пам ти и счетчика импульсов 16 поданы на соответствующие входы  чеек схемы фиксации равенства двух двоичных чисел. На вход счетчика им:пульсов 16 непрерывно поступают импульсы посто нной частоты /ген. от генератора 17. Схема фиксации равенства двух двоичных чисел содержит дес ть (по числу разр дов блоков 6 и 16)  чеек «Исключительно ИЛИ, схему совпадени  и инвертор. Кажда   чейка «Исключительно ИЛИ имеет два входа а, и bi, на которые поданы соответствующие выходы триггеров одинаковых разр дов блоков 6 и 16. При подаче на входы такой  чейки отрицательного потенциала она выпотн ет логическую операцию Сг а.Ь; + api Выходы всех  чеек «Исключительно ИЛИ через диодную схему совпадени  поданы на вход инвертора. На выходе инвертора по вл етс  сигнал - отрицательное тзапр жение посто нного тока при выполнении услови  т. е. в моменты равенства модулей чисел, хран щихс  в блоке 6 и акопивщегос  в блоке 16 При равенстве чисел, хран щихс  в блоке 6 и накопивщих-с  в блоке 16, блок /5 выдает сигнал на сброс счетчика /6 в нулевое состо ние и перевод триггера 19 в состо ние «1. Счетчик импульсов 16 после установки в нулевое состо ние, вновь заполн етс  импульсами от генератора 17 до наступлени  равенства чисел, накопившихс  в нем и хран щихс  в блоке 6, оп ть сбрасываетс  в нулевое состо ние и т. д. При этом частота следовани  выходных сигналов с блока 15 определ етс  равенством где Л - двоичное число, хран щеес  в блоке 5. Так как врем  бурени  интервала ДП равно M C,.N,(5) а величина ДП сопз1, то, положив ДП /ГГ,е„,(6) где /С-коэффициент пропорциональности, и реща  совместно равенства (2), (5) и (6), получим ГХГtf f /геи . ., f I/ . --.-- Л к CfN С N где «1 ПОСТОЯННЫЙ коэффициент проCt порциональности. Триггер 19 имеет два разделенных входа. На первый его вход поступают сигналы с выхода блока /5 с частотой /вых.. а на второй его вход поступают сигналы с выхода одного из младших разр дов счетчика импульсов 16. Благодар  этому врем  нахождени  триггера 19 в состо нии «1 определ етс  частотой генератора 17 и весовым коэффициентом / разр да счетчика импульсов 16, с выхода которого управл етс  триггер 19, т. е. врем  нахождени  триггера 19 в состо нии «1 определ етс  равенством При /reir. const, также tu const, в этом случае среднее значение силы тока в показывающих приборах 20 и 21, включенных на выход триггера 19, определ етс  равенством ср /вых r; (°) где UK - напр жение на коллекторе закрытого транзистора триггера 19; RU - сопротивление нагрузки триггера 19. Так как tu, U,; и н-величины посто нные, то ср - - : т. е. среднее значение тока нропорционалыю механической скорости бурен1 Я, и шкала приборов может быть проградуирована непосредственно в единицах скорости. Выход триггера 19  вл етс  выходом устройства . На выход триггера 19 подключаютс  показывающий прибор 20, записывающий прибор 21 и лини  телемеханики или вхол цифровой вычислительной машины 22. Возможно одновременное или раздельное нодключение блоков 20, 21 и 22.

При отрыве долота от забо  на выходе индикатора нанравлени  движени  бурового инструмента , условно названном «Вверх, по вл етс  сигнал, накладывающий запрет на работу блока 3. При этом на блоке индикации (на чертеже не показан) зажигаетс  сигнальна  лампа с надписью «Вверх. Чтобы вновь начать измерение скорости лосле нодачи долота на забой и установлени  желаемого значени  осевой нагрузки на долото, необходимо нажать и отпустить кнопку 24.

Далее работа измерител  механической скорости повтор етс .

Питание всего устройства осуществл етс  от блока 23.

Вычисленное значение скорости за прошедщий интервал воспроизводитс  -перед бурильщиком в виде угла поворота стрелки показывающего прибора 20 в течение времени бурени  следующего интервала подачи ЛП.

Дл  ориентации бурильщика о скорости бурени  текущего интервала, блок 3 снабжен индикацией, -позвол ющей подсчитывать в двоичном коде число импульсов, поступивших от датчика пути 1, с начала буреии  текущего интервала. В момент включени  устройства на измерение скорости и цосле накоплени  в блоке 3 числа импульсов, соответствующего установленному интервалу подачи ДП, включаетс  специальное кодирующее реле.

Назначение реле - выдача в линию буровой установки с диспетчерским пунктом (если последние имеютс ) кодированного сигнала.

С помощью специального переключател  можно измен ть величину интервала подачи АП. Автоматическое переключение Пределов измерени  производитс  следующим образом. В момент начала измерени , т. е. иосле отпускани  кнопки 24, блок 4 устанавливает декаду 8, счетчик времени 13 и триггер 11 в исходное состо ние, при котором парафазные выходы триггера 11, подключенные к схемам 9 и 10 совпадени , разрешают работу схеме 9 и запрещают работу схеме 10. Это положение соответствует верхнему пределу измерени  (О-50 м/час). На этом пределе устройство работа-ет до переполнени  счетчика 13; так как емкость счетчика времени 13 ограничена, то при бурении с малой скоростью наступает момент, когда он переполн етс  и сбрасываетс  в нулевое состо ние (при VM 5 м/час). Это приводит к потере информации о времени бурени  заданного интервала ДП. Поэтому в устройстве предусмотрен инвертор 18, вход которого подключен на выход счетчнка времени 13. Выход инвертора 18 подан на один из входов триггера 11 и на входы соответствующих разр дов счетчика времени 13. В момент переполнени  счетчика времени 13 инвертор 18 переводит триггер 11 -в другое устойчивое состо ние, при котором его парафазные выходы запрещают работу схеме 9 и разрешают работу схеме 10.

Этим увеличиваетс  цена импульса времени , вводимого в счетчик времени 13, в дес ть раз, так как теперь сигналы датчика времени поступают на вход счетчика времени 13 через декаду 8, схему 10 и схему «ИЛИ 12. Если обозиачить цену импульса времени на первом диапазоне измерени  (от О до 50 м/час)-С,, а на втором диапазоне (от О до 5 м/час)-С,, то врем  бурени  можно выразить равенством

&f Ct,N,,(11)

или

M Ct,N,(12)

Из равенств (И) и (12) имеем

N, N,-,

(13) t.

Следовательно, дл  исключени  потери информации в момент переполнени  счетчика времени 13 и дл  автоматического перехода на новый предел измерени  скорости необходимо одновременно с увеличением цены имиульса времени ввести в опорожнившийс  счетчик времени -13 число N-2, определ емое равенством (13), где - число Ихмпульсов ценой С/, каждый, хранившеес  в счетчике времени 13 в момент его переполнени . Параллельный вход числа NZ в счетчик времени 13 осуществл етс  инвертором 18.

Дл  определени  предела измерени , по которому необходимо произвести отсчет скорости по шкале прибора 20, на блоке индикации перед бурильщиком имеютс  сигнальные лампы с надпис ми «Умножить на 1 и «Умножить на 0,1, подключенные на выходы триггера 5.

Предмет изобретени 

Устройство дл  измерени  механической скорости бурени , включающее датчик Подачи бурового инструмента, датчик времени и вторичную аппаратуру обработки информации, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  измерени  скорости в широком диапазоне, к выходу датчика подачи через индикатор направлени  И датчик интервалов пути подключен делитель пути на врем , выподненный в виде генератора, соединенного со счетчиком импульсов, выходы разр дов которого через фиксатор равенства двух двоичных чисел св заны с одноименными выходами разр дов блока пам ти времени, а блок пам ти времени соединен с автоматическим переключателем диапазона измерени , входы двух схем совпадени  которого подключены к датчику времени и декаде, а выходы через схему «ИЛИ св заны со счетчиком времени, на выход которого включен инвертор, соединенный с соответствующими разр дами счетчика времени и триггером, парафазные выходы которого соеди; ены со вторыми входами схем совпадени .

ПТГГП

R3j5

Г

И