Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями , гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности передачи показаний, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем , вычислителем структурной . функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор , логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь последовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхровходом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада i которого подключены к второму выходу синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвлга соединены с первыми входами элементов С ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы О 00 синхронизатора и выходы через накопители соединены с входами измерио: теля частоты, а отверстия в статоре глубинного датчика размещены по законуЛ -сигнала. со СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЮЛИК аю а>

3(50 Е 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488807/22-03 (22) 06.09.82 (46) 15 04.84. Бюл. № 14 (72) P Ñ.ßðåìèé÷óê, Я.Н.Николайчук, Е.П.Майдан и С.M.Èùåðÿêîâ (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (53) 622.243(088.8) (56) 1. Погарский А.А., Чефранов К.А., Шишкин О.П. Оптимизация процессов глубокого бурения. M., "Недра", 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 110494, кл. Е 21 В 45/00, 1956.

3. Дядюнов Н.Г., Сенин А.И.

Ортогональные и квазиортогональные сигналы. Под ред. Тарасенко. М., . "Связь", 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями, гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения дальности передачи показаний, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислителем структурной функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор, логический элемент

ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь пос" ледовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхровходом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада которого подключены к второму выходу Q синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвига соединены с первыми входами элементов

ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы синхронизатора и выходы через нако- (,,") пители соединены с входами измери- QQ теля частоты, а отверстия в статоре ф глубинного датчика размещены по . фа законуЯ -сигнала. С Э

1086135

Изобретение относится к телеконт- ! ролю забойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен низкочастотный гидротурботахометр, содержащий редуцирующее устройство, клапанное устройство (преобразователь давления}, усилитель, фильтр, пересчетное устройство и регристратор или указатель 10 оборотов 1.1 g.

Недостатками данного устройства являются сложность, обусловленная наличием в таходатчике редуктора и гидравлического усилителя для 15 получения гидроимпульсов в низкочастотном диапазоне, и низкая помехоустойчивость при контроле частоты вращения вала турбобура на больших глубинах, когда уровень помех в гид- 20 равлическом канале на устье скважины превьппает уровень полезного сигнала в заданном диапазоне частот.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для непрерывного 25 контроля оборотов вала турбобура, содержащее датчик числа оборотов, в котором диски пяты турбобура снабжены выступами, периодически перекрыВающими поток!1 промывочной жидкости 3О направляемой через проходные отверстия подпятника для создания импульсов давления, частота которых воспринимается на поверхности приемником и узкополосным фильтром 21.

Недостатками известного устройства является небольшая глубина контроля частоты вращения вала турбобура. Это обусловлено тем, что на забое амплитуда сигнала забойного датчика не может превьппать определенной величины (20-40 кГ/см ), так как дальнейшее увеличение перепада давления отрицательно сказывается на работе турбобура. В то же время, 45 для надежного выделения частотномодулированного сигнала датчика необходимо, чтобы его амплитуда на приеме превьппала амплитуду помех в полосе частот передаваемого сигнала не менее, чем в 2 раза. При укаэанной амплитуде сигналов забойного датчика и коэффициенте затухания сигналов в гидравлическом канале связи 1 дБ/км известное устройство 55 обеспечивает контроль частоты вращения вала турбобура на глубинах до

1-2 км.

Цель изобретения — увеличение дальности передачи показаний.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями, гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислителем структурной функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор,логический элемент -ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь последовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхро-входом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада которого подключены к второму выходу синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвига соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы синхронизатора и выходы через накопители соединены с входами измерителя частоты, а отверстия в статаре глубинного датчика размещены по закону М-сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, содержащего глубинный гидравлический таходатчик 1, гидравлический канал связи 2, преобразователь давления 3, аналого цифровой преобразователь 4, вычислитель структурной функции 5, синхро-! низатор 6, многокаскадный регистр сдвига 7 (каскады 7 -7,„), элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.!-8,„, формирователи последовательности нечетных чисел

91-9m, накопители 10.1-10„„,измеритель частоты впадин структурной функции 11.

На фиг. 2 изображены элементы статора и ротора турбобура, который является генератором гидравлических импульсов в виде

3 1 м-сигнала, представляющего собой импульсную последовательность сигналов, например типа 1110100, которая имеет двухуровневую автокорреляционную функцию, На фиг. За-Зе представлены соответственно разверткаN -сигнала на интервале одного оборота вала турбобура (a) структурная функция,, соответствующая М -сигналу (б), реализация помехи в гидравлическом канале (в), структурная функция помехи (г), реализация суммы М-сигнала и помехи (д), структурная функция на выходе приемника (е).

Устройство работает следующим образом.

При вращении турбобура ротор таходатчика 1 перекрывает отверстия в статоре, что приводит к возникновению пульсаций гидравлического давления в виде М -сигнала в канале связи 2.

На устье скважины пульсации давления воспринимаются преобразователем давления 3 и преобразуются с помощью аналого-цифрового преобразователя 4 в цифровой унитарньгй код Х (t) который поступает в вычислитель структурной функции 5, реализующий зависимость и

С„„= — X. (Х, (t)- x;(t+Sg2.

i =-1

086135 рого происходит предустановка всех триггеров (не показаны) последовательности нечетных чисел 91- 9„ в единичное состояние, а по фронту спада — запуск преобразователя аналог — код 4.

Одновременно с этим на втором выходе синхронизатора 6 вырабатывается последовательность импульсов, 10 которая действует на всем протяжении такта измерения, тактируя сдвиги в

35 многокаскадном регистре 7, а также работу формирователя нечетных чисел (последняя связь на схеме не показа- . на) .

В процессе измерения с выхода преобразователя аналог-код 4 сичхронно с тактовыми импульсами на первые входы элементов 9 -9 и первый выход

1 первого каскада регистра 7 1 поступает унитарный код отсчета .мгновенного значения амплитуды сигнала пульсаций давления. При этом в каждом канале на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 -Я получается

1 rn число импульсов, равное абсолютной разности между текущйм и хранимым в 1 -ом каскаде регистра сдвига 7 значением входного случайного.процесса.

По каждому импульсу, поступающему на вход формирователя 9;, в нем происходит счет нечетных чисел и передача их кодов в накопитель 10. э где коды нечетных чисел складываются с ранее полученной суммой.

Так как автокорреляционная функция

Ю-сигнала является периодической(5), а структурная функция, являющаяся зеркальным отражением автокорреляционной функции, также периодична, 4 то частота впадин структурной функции на выходе устройства 5 будет соответствовать частоте вращения вала турбобура на забое.

Вычислитель структурной функции работает следующим образом.

Значения мгновенной амплитуды сигнала пульсаций давления P(t) после их преобразования преобразователем давления 3 в аналоговую величину V(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4.

Процесс вычисления структурной функции происходит за и тактов измерений. В начале каждого такта изменения на первом выходе синхронизатора 6 формируется короткий импульс, по фронту нарастания котоТаким образом, в такте измерения предлагаемое устройство обеспечивает одновременное выполнение операций получения абсолютных разностей отсчетов, сдвинутых во времени в каждом канале, суммирование в накопителях 10<-10 квадратов этих разностей и сдвиг информации в многокаскадном регистре сдвига 7.

Формирователь кодов нечетных чисел реализуется на базе суммирующего двоичного счетчика. Причем получение последовательности нечетных чисел обеспечивается предустановкой всех триггеров счетчика в единичное состояние и подключение выхода соответствующего сдвигового регистра к входу второго триггера счетчика.

После тактов измерений с выходных зажимов накопителей 10 - 10 „ коды точек структурной функции

1086135

1 А

l — 1n — ——

1чых 1ь А,, где

20

30 поступают в измеритель частоты впадин 11 структурной функции, который может быть реализован с помощью мультиплексора, цифро-аналогового преобразователя и аналоговой схемы определения минимального значения.

В процессе вычисления структурной функции в устройстве 4 происходит цифровая фильтрация помех в широком диапазоне частот, при этом обеспечивается выделение полезного сигнала в гидравлическом канале связи на фоне помех, превы-. шающих уровень полезного сигнала, Кроме того, дальность передачи показаний увеличивается при накоплении точек структурной функции за счет некоррелираванных помех и хороших корреляционных свойств

/М сигнала.

Применение вычислителя структурной функции на приеме аналогично корреляционному приемнику обеспечивает . выделение сигнала на фоне помех, превышающих уровень сигнала в 2 М раз, ! где N — - число накоплений структурной функции, поэтому минимальная

1 амплитуда сигнала в точке приема, необходимая для его выделения на фоне помех, равна: где А и А — амплитуды сигнала и

1 и помехи в точке приема соответственно.

Предельная глубина контроля частоты вращения вала турбобура рассчитывается по формуле (1): коэффициент затухания сигнала, А — амплитуда сигнала на забое, и для предложенного устрой -ства составит в зависимости от N = 1-10:

1 40

1 = - 1n — = 3,7 (км.), Мс Х (М=

1 40

1 = 1О = — 1n -- = 6,1(км)

tnax !ы= 10

0э1

Таким образом, по сравнению с известными устройствами предлагаемое устройство обеспечивает повышение глубины контроля частоты вращения вала турбобура в 2-3 раза при существенном упрощении забойного датчика.

1086135 рНИИПИ Заказ 2207/31 Тираж 564 Пойписи е

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, Ул.Проех™мЯ,