SU727159A3 - Устройство дл измерени характеристик пород в процессе бурени - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерению метологических характеристик пород.

Известно устройство для измерения характеристик пород в процессе, бурения, содержащее датчик вибраций, из- & бирательный фильтр и глубиномер [1].

Недостатком указанного устройства является то, что оно¹ не дает достаточно точной информации’о характеристике пород во время бурения. Ю

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости измерения.

Цель достигается тем, что устройство снабжено амплитудным ограничителем, >&>торый установлен между дат- 15 чиком вибрации и избирательным фильтром, при этом последний связан с глубиномером.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема монтажа акселерометра; на фиг. 3 — схема амплитудного ограничителя; на фиг. 4 — схема избирательного фильтра; на фиг. 5 — схема сбора сигнала в забое шахтного ство- 25 ла; на фиг. 6 — схема установки детектирования; на фиг. 7 — схема фильтров .

Устройство содержит буровую вышку 1, на верхней части 2 буровой вышки находится сборка шкивов, жестко закрепленных на валу 3. Кабель 4 связан с блоком 5 передвижных шкивов. К этому блоку прикрепляется крюк 6, на котором находится головка 7 инжекции. Верхняя часть этой головки неподвижна. Инжекторный ' шланг 8 соединяется с одной стороны с головкой инжекции 7, ас другой стороны — со шламовыми насосами.

Штанга 9 приводится во вращение ротором 10, который сам приводится & движение двигателем. Колонна буровых штанг 11 снабжена в нижней части буровым инструментом 12. Кабель 13 соединяет датчик 14 вибраций с преобразователем 15.

Преобразователь 15 соединен с регистрирующим прибором 16, развертывание ленты регистрации которого управляется двигателем 17, который линией связи 18 соединен с датчиком глубин 19.

Муфта 20 на верхней части имеет внутреннюю нарезку, а на нижней части — наружную нарезку. Лапа 21 опирается на неподвижную часть головки 7 инжекции. На внешней части муфты 20 находится покрытие 22, на котором прикреплен изоляционный блок

23, который жестко связан с муфтой 20. На блоке 23 помещается серия колец 24. На изоляционном блоке 25 помещается серия контактных щеток 26, которые скользят по кольцам 24.

Эти контактные щетки соединяются с серией электрических кабелей 27, Выход этих кабелей наружу происходит через предохранительную установку 28. Механизм подшипника 29, помещенный на муфте 20, и сальник обеспечивают герметичность камеры, расположенной между муфтой 20 и покрытием 22. Один кварцевый акселерометр 30 выдает электрический, сигнал под влиянием ускорения. Другой кварцевый акселерометр 31 помещен на генераторе муфты, диаметрально противоположном генератору, на котором помещается акселерометр 30. Акселерометр 31 соединяемся кабелем 32 с согласователем 33 полного напряжения с двумя выходами: один из них соединен с одним из колец 24, а другой — с другим кОльцом. Связи осуществляются кабелями 34 и 35.

Смещенные на 180° сигналы, выданные акселерометрами, подаются на входы 36 и 37 дифференциального усилителя 38 с коэффициентом усиления около 20, который фактически дает алгебраическую сумму обоих сигналов. Между двумя входами 36„и 37 включается' диод 39. На выходе 40 дифференциального усилителя включают регулируемое сопротивление таким образом, чтобы эТо сопротивление осуществляло отрицательную обратную связь дифференциального усилителя и вернуло коэффициент усиления последнего на значение, близкое к 20.

Между отрицательным входом 36 дифференциального усилителя и выходом 40 расположены ряд емкостей 41, составляющих фильтр.

Между входами 36 и 37 устанавливают также двойную серию диодов 42 и 43. Первая серия 42 смонтирована таким образом, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от входа 37 к выходу 40, вторая серия 43 смонтирована так, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от выхода 40 к входу 36. Число этих диодов определяет пороговое, напряжение этого приспособления. С двумя сериями двух диодов получают порок ограничения порядка 1,2 В, т.е. между базисом 44 и выходом 40 переменное напряжение составляет 11,2 В. Это'позволяет удалять случайные сигналы высокой амплитуды, возникающие по причинам, не имеющим отношения к механическим колебаниям, индуктированным буровым инструментом. Два транзистора 45 и 46 служат согласователями полного дифференциального усилителя 47 с обратной связью с блоком 48 частоты. Фильтрованный сигнал принимается на входе другого дифференциального усилителя 49, в выходной цепи которого в противоположном направлении помещаются два диода 50 и 51. Эти диоды выправляют 5 .полупериоды сигнала механических колебаний,, и выправленные сигналы поступают на оба входа дифференциального усилителя 52. Таким образом, добавляют амплитуды положительных и q отрицательных частей колебательного сигнала, и получают на выходе 53 сигнал с максимальной амплитудой колеба ний.Регистрация проводится в зависимости от глубины, на которой находит ся инструмент, употребляя для управления движением подачи ленты записи. С помощью акселерометров 30 и 31 улавливают ускорения, происходящие из-за продольных колебаний, индуктированных в арматуру бурения рабо20 той инструмента с шарошками. Напряже ния, выдаваемые этими акселерометрами, обрабатываются согласователями полного сопротивления. Напряжение с низким полным сопротивлением пере25 дается системой кольцо-щетка к системе дифференциальный усилитель — ограничитель напряжения. Таким образом, составляющие сигнала, частота которого выше 5 кГц, устраняются, как и амплитуда, превышающие 1,2 В.

Амплитуда фильтрованного сигнала записывается в зависимости от подвигания инструмента во время его работы на забое.

Этот сигнал может употребляться в качестве входной величины в устройстве, позволяющем вырабатывать из этого сигнала регулирующие величины для автоматического управления бурением, воздействуя на тормоз лебедки 40 с тем, чтоб увеличить или уменьшать тяжесть на инструменте, и на входные отверстия для воздуха двигателей с тем, чтобы изменять скорость вращения и/или подачу шламма.

Колонна буровых штанг 54 опирается на серию ударных буровых штанг, в которую входит специальная ударная буровая штанга 55 измерения и передачи с забоя на поверхность.

5Q К штанге 55 присоединяется держатель 56, с инструментом 57, который производит отбойку породы. Приемник 58 с антенной 59, помещенный на некотором расстоянии от забоя, получает информацию, проходящую через ³³ соединение 60, несущее антенну 61.

Акселерометр 62 выдает синусоидальное напряжение, которое селективно усиляют в полосе от 0,2 до 5 Гц. Затем с помощью умножителя 60 частоты умножают полученную таким образом частоту на число, которое, принимает во внимание число разрушающих породу элементов инструмента.

Датчики 63 и 64 ускорения соеди65 йены связями 65 и 66 с дифференциаль5 ным усилителем 67. Выход 68 этого дифференциального усилителя соединен с амплитудным ограничителем 69, выход которого соединен с избирательным фильтром 70, управляемым частотой, полученной умножением скорости j вращения, измеренной акселерометром. Синусоидальное напряжение, выданное этим акселерометром, фильтруется фильтром 71, затем частота умножается умножителем 72 частоты.

Обработка сигналов, выдаваемых ¹⁰ датчиками напряжения, аналогична. Сигнал получается непосредственно вследствие полной мостовой схемы приборов для измерения деформаций, а приборы для измерения компенсации 15 располагаются для измерения желаемых колебаний и устранения влияний паразитных колебаний, температуры и давления.

Фильтрация сигнала,идущего от дат-20 чика после обработки, может проводиться избирательным фильтром, подчиняющимся мгновенной скорости вращения арматуры бурения.

Сигнал измерения скорости враще- 25 ния исходит из акселерометра 62. Он фильтруется неподвижным фильтром. Фильтрованный сигнал воздействует на селектор 73, который коммутирует вход 74 на выходы 75-78, каждый из этих jq выходов соединяется с соответствующим фильтром 79—82.

Центральная частота этих разных фильтров различна. Частоты распределяются таким образом, чтобы верхняя __ предельная частота одного фильтра была заметно равной нижней предельной частоте следующего фильтра.

Частота коммутации согласовывается с частотой фильтров.

Сигналы, выходящие из различных фильтров, собираются единым выходным устройством 83, полученный сигнал кодируется и передается модулятору давления шламма.

Когда участок измерения находится поблизости с инструментом и передается сигнал, представляющий собой амплитуду модуляций давления потока шламма,колебания давления собираются датчиком, помещенным внутри соединения 60.Этот датчик оказывает действие на модуляцию излучателя электронных волн, который помещается в том же соединении. Излучение принимается приемником 58, который после соответствующей обработки выдает электрическую величину, которая или регистрируется или употребляется в качестве регулирующей величины при входе вычислительного устройства, предназначенного для регулировки бурения.

Claims (1)

1. 23/ который жестко св зан с муфтой 20. На блоке 23 помещаетс  сери  колец 24. На изол ционном блоке 25 помещаетс  сери  контактных щеток 26, которые скольз т по кольцам 24. Эти контактные щетки соедин ютс  с серией электрических кабелей 27, Выход этих кабелей наружу происходи через предохранительную установку, 2 Механизм подшипника 29, помещенный на муфте 20, и сальник обеспечив;ают герметичность камеры, расположенной между муфтой 20 и покрытием 22. Один кварцевый акселерометр 30 выдает электрический, сигнал под вли нием ускорени . Другой кварцевый акселерфметр 31 помещен на генераторе ,Iyф диаметрально противоположном генератору , на котором помещаетс  аксел рометр 30, Акселерометр 31 соедин етс , кабелем 32 с согласователем 33 полного напр жени  с двум  выходами: один из них соединен с одним из колец 24, а другой - с другим кдльцом. Св зи осуществл ютс  кабел ми 34 и 35. Смещенные на 180 сигналы, выдан ные акселерометрами, подаютс  на входы 36 и 37 дифференциального уси лител  38 с коэффициентом усилени  около 20, который фактически дает алгебраическую сумму обоих сигналюв Меж,цу двум  входами 36,и 37 включае диод 39, На выходе 40 дифференциаль ного усилител  включают регулируемо сопротивление таким образом, чтобы сопротивление осуществл ло отри дательную обратную св зь дифференци ального усилител  и вернуло коэффициент усилени  последнего на значение , близкое к 20. Между отрицательным входом 36 дифференциального усилител  и выходом 40 расположены р д емкостей 41, составл ющих фильтр. Между входами 36 и 37 устанавливают также .двойную серию диодов 42 и 43, Перва  сери  42 смонтирована таким образом, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от входа 37 к выходу 40, втора  сери  43 смонтирована так, чтобы проводимость была обеспечена в направлеНИИ от выхода 40 к входу 36. Число этих диодов определ ет пороговое, на пр жение этого приспособлени . С двум  сери ми двух диодов получают поро ограничени  пор дка 1,2 В, т. между базисом 44 и выходом 40 переменвре напр жение составл ет ±1,2 В Этопозвол ет удал ть случайные сиг налы высокой амплитуды, возникающие по причинам, не имеюш 1М отношени  механическим колебани м, индуктированным буровым инструментом. Два транзистора 45 и 46 служат согласовател ми полного дифференциальног усилител  47 с обратной св зью с блоком 48 частоты. Фильтрованный сигнал принимаетс  на входе другого дифференциального усилител  49, в выходной цепи которого в противоположном направлении помещаютс  два диода 50 и 51. Эти диоды выправл ют полупериоды сигнала механических колебаний,, и выправленные сигналы поступают на оба входа дифференциального усилител  52, Таким образом, добавл ют амплитуды положительных и отрицательных частей колебательного сигнала, и получают на выходе 53 сигнал с максимальной амплитудой колебаний . Регистраци  проводитс  в зависимости от глубины, на которой находитс  инструмент, употребл   дл  управлени  движением подачи ленты записи. С помощью акселерометров 30 и 31 улавливают ускорени , происход щие из-за продольных колебаний, индуктированных в арматуру бурени  работой инструмента с шарошками. Напр жени , выдаваемые этими акселерометрами , обрабатываютс  согласовател ми полного сопротивлени . Напр жение с низким полным сопротивлением передаетс  системой кольцо-щетка к системе дифференциальный усилитель - ограничитель напр жени . Таким образом , составл ющие сигнала, частота которого выше 5 кГц, устран ютс , как и амплитуды, превышающие 1,2 В. Амплитуда фильтрованного сигнала записываетс  в зависимости от подвигани  инструмента во врем  его работы на забое. Этот сигнал может употребл тьс.  в качестве входной величины в устройстве , позвол ющем вырабатывать из этого сигнала регулирующие величины дл  автоматического управлени  бурением , воздейству  на тормоз лебедки с тем, чтоб увеличить или уменьшать т жесть на инструменте, и на входные отверсти  дл  воздуха двигателей с тем, чтобы .измен ть скорость вр.ащени  и/или подачу шламма. Колонна буровых штанг 54 опираетс  на серию ударных буровых штанг, в которую входит специальна  ударна  бурова  штанга 55 измерени  и передачи с забо  на поверхность. К штанге 55 присоедин етс  держатель 56, с инструментом 57, который производит отбойку породы. Приемник 58 с антенной 59, помещенный на некотором рассто нии от забо , получает информацию, проход щую через соединение 60, несущее антенну 61. Акселерометр 62 выдает синусоидальное напр жение, которое селективно усил ют в полосе от 0,2 до 5 Гц. Затем с помощью умножител  частоты умножают полученную таким образом частоту на число, которое, принимает во внимание число разрушаюtiffix породу элементов инструмента. Датчики 63 и 64 ускорени  соединены св з ми 65 и 66 с дифференциальным усилителем 67, Выход 68 этого дифференциального усилител  соедине с амплитудным ограничителем 69, выход которого соединен с избирател ным фильтром 70, управл емым частотой , полученной умножением скорости вращени , измеренной акселерометром Синусоидальное напр жение, выданное этим акселерометром, фильтруетс  фильтром 71, затем частота умножает умножителем 72 частоты. Обработка сигналов, выдаваемых датчиками напр жени , аналогична. Сигнал получаетс  непосредственно вследствие полной мостовой схемы пр боров дл  измерени  деформаций, а приборы дл  измерени  компенсации располагаютс  дл  измерени  желаемы колебаний и устранени  вли ний пара зитных колебаний, температуры и давлени . Фильтраци  сигнала,идущего от да чика после обработки, может проводитьс  избирательным фильтром, подчин ющимс  мгновенной скорости вращени  арматуры бурени . Сигнал измерени  скоро.сти вращени  исходит из акселерометра 62. Он фильтруетс  неподвижным фильтром. Фильтрованный сигнал воздействует н селектор 73, который коммутирует вх 74 на выходы 75-78, каждый из этих выходов соедин етс  с соответствующим фильтром 79-82. Центральна  частота этих разных фильтров различна. Частоты распреде л ютс  таким обраэом, чтобы верхн   предельна  частота одного фильтра была заметно равной нижней предельной частоте следующего фильтра. Частота коммутации согласовываетс  с частотой фильтров. Сигналы, выход щие из различных фильтров, собираютс  единым выходным устройством 83, полученный сигнал кодируетс  и передаетс  модул тору давлени  ишамма. Когда участок измерени  находитс  поблизости с инструментом и передаетс  сигнал, представл ющий собой амплитуду модул ций давлени  потока шпамма,колебани  давлени  собираютс  датчиком, помещенным внутри соединени  60.Этот датчик оказывает действие на модул цию излучател  электронных волн, который помещаетс  в том же соединении. Излучение принимаетс  приемником 58, который после соответствующей обработки выдает электрическую величину, котора  или регистрируетс  или употребл етс  в качестве регулирующей величины при входе вычислительного устройства, предназначенного дл  регулировки бурени . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  характеристик пород в процессе бурени , содержащее датчик вибраций/ избирательный фильтр и глубиномер, о т|пичающеес   тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости измерени , оно снабжено амплитуд ным.ограничителем, который Установлен между датчиком вибраций и избирательным фильтром, при этом последний св зан с глубиномером. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 301431, кл. Е 21 В 45/00, 21.04,71 (прототип).

   .

   14

   18

   -ллмл4-I

   / (

   Й«г.«

   f --.:. ..

   . ,. ,f

   727159

   и

   .

   IS

   ,8 -f

   63