Устройство для измерения вертикальных перемещений бурильной колонны

Устройство для измерения вертикальных перемещений бурильной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность измерения вертикальных перемещений бурильной колонны. Для этого устройство снабжено двумя метками, расположенными на ребордах левого и правого дисков барабана буровой лебедки, задатчиком 28 коэффициента деления, коммутатором 29, четырехполюсным трехпозиционным переключателем 25, двумя резисторами 26, 27 и вторым управляемым делителем 34. Сигналы с датчика 1 перемещений талевого блока через переключатель 25 поступают на входы управляемых делителей 34 и 35 и блока 30 деления. Коэффициент деления блока 30 деления определяется задатчиком 28 коэффициента деления и коммутатором 29, который управляется сигналами с переключателя 25. Сигналы с выхода блока 30 подаются на вход реверсивного счетчика 31, осуществляющего подсчет числа витков талевого каната, находящихся на лебедке. Начальное значение числа витков на лебедке задается блоком 32 набора кода. Информация с его выхода поступает на шифратор 33 номера слоя, где производится определение номера рабочего слоя. Делители 34 и 35 управляются кодом номера слоя с шифратора 33 и служат для нормирования импульсов с датчика 1 на квант перемещения при спуске и подъеме бурильной колонны соответственно. 3 з.п. ф-лы, 6 табл. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОаЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (gg)g Е,21 В 45/00, 47/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЯТ

llG ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 . (21) 4391641/23-03 (22) 10.03.88 (46) 15.04.90. Бюл. 0 14 (71) Куйбышевский политехнический .институт им. В.В. Куйбышева, филиал в г Сызрани (72) В.А. Бражников, Н.И. Заварзин, А.Х, Тахимов, И.И. Сергеев и В.В. Титенков (53) 622.24.054 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 648722, кл. Е 21 В 47/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9 1146419, кл. Е 21 В 45/00, 1983. (2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность измерения вертикальных перемещений бурильной колонны. Для этого устр-во снабжено двумя метками, расположенными на ребордах левого и правого дисков барабана буровой лебедки, задатчиком 28 коэффициента деления, коммутатором 29, четырехполюсным трехпознционным переключателем 25, двумя резисторами 26, 27 н вторым управляемым . делителем 34. Сигналы с датчика 1 пе155731 5 ремещений талевого блока через nepe: ключатель 25 поступают на входы управляемых делителей 34 и 35 и блока 30 деления. Коэффициент деления блока 30 деления определяется задатчиком 28 коэффициента деления и коммутатором 29, который управляется сигналами с переключателя 25. Сигналы с выхода блока

30 подаются на вход реверсивного счет-10 чика 31, осуществляющего подсчет числа витков талевого каната, находящихся на лебедке. Начальное значение чисИзобретение относится к бурению глубоких нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам контроля, измерения и управления для технологических процессов углубления и спускоподъемных операций, составляющих основу процесса бурения скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерения вертикальных перемещений бурильной колонны.

На фиг. 1 изображены подъемный вал и барабан буровойлебедки,на фиг.2 — 30 схемы двух характерных случаев навивки талевого каната на барабанлебедки вмомент определения начального числа витков и ; на фиг. 3 — составные части датчика перемещения талевого блока;! на фиг. 4 — схема расположения задающего элемента и кронштейна с чувствительными элементами датчика перемещения талевого блока на подъемном валу лебедки; на фиг. 5 — структурная схе- 40 ма устройства; на фиг. 6 — структурная схема блока деления; на фиг. 7— структурная схема логического блока датчика перемещения талевого блока; на фиг. 8 — диаграммы, поясняющие 45 принцип работы блока деления; на фиг. 9 — диаграммы, поясняющие работу блока деления в момент завершения одного. полного оборота барабана лебедки и начала следующего оборота; на фиг. 10 — диаграммы, поясняющие работу устройства в момент реверса барабана буровой лебедки.

Входящий в состав устройства датчик 1 перемещения талевого блока (ДПТБ, фиг. 5) состоит из кронштейна

2 (фиг. 3) с чувствительными элементами 3 и 4, логического блока 5 и зала витков на лебедке задается блоком

32 набора кода. Информация с его выхода поступает на шифратор 33 номера слоя, где производится определение номера рабочего слоя ° Делители 34 и

35 управляются кодом номера слоя с шифратора 33 и служат для нормирования импульсов с датчика 1 на квант перемещения при спуске и подъеме бурильной колонны соответственно ° 3 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 ил. дающего элемента б, размещенного на подъемном валу 7 буровой лебедки, опирающемся .на левый 8 (фиг. 1) и правый

9 коренные подшипники. На подъемном валу 7 напрессован барабан 10 с левым

11 и правым 12 дисками, к которым крепятся тормозные шкивы 13 и 14, охватываемые тормозными лентами 15 и 16 с тормозными колодками на внутренней . стороне. Конец 17 талевого каната 18, навиваемого на барабан 10, закреплен в правом диске 12 с помощью прижимных планок 19 и болтов 20 (фиг. 1 а,о}.

На ребордах дисков 11 и 12 барабана

10 в месте пересечения их полуплоскостью, ограниченной осью подъемного вала 7 и проходящей через точку перегиба талевого каната 18 при выходе его конца 17 из пункта крепления 19, 20 на цилиндрическую поверхность барабана 10, находятся хорошо различимые для взгляда метки 21 и 22 (фиг. 1и 2), Метки 21 и 22 могут быть выполнены, например, в виде полукруглых шайб, приваренных к поверхности реборд дисков 11 и 12 и окрашенных в контрастный по отношению к фону цвет.

Чувствительные элементы 3 и 4 (фиг. 3) подключаются к логическому блоку 5 с помощью кабеля 23, а выходы

ДПТБ к другим компонентам устройства с помощью кабеля 24. Применяемый в устройстве число-импульсный ДПТБ име-, ет шесть выходных линий. Выходы первый-шестой ДПТБ 1 (фиг. 5) подключены к одноименным входам четырехполюсного трехпозиционного переключателя 25 с механически связанными подвижными контактами, седьмой, девятый, одиннадцатый и двенадцатый входы (неподвижные контакты) которого объединены между

5 15573 собой и подключены к одному Н3 выво— дов первого резистора 26, второй вывод которого соединен с общим проводом устройства, а восьмой и десятый входы (неподвижные контакты) подключе5 ны к одному из выводов второго резистора 27, второй вывод которого соеди«ен с плюсом" источника питания бло;ов устройства (+Нц„ ) ° Первый, второй,10

:ретий и четвертый подвижные контакты .переключателя 25 соединены с одноименными его выходами. Первый, второй и третий выходы задатчика 28 коэффициента деления подключены к одноименным входам коммутатора 29, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами переключателя 25, а выход — с первым входом блока 30 .деления. Первый20 вход реверсивного счетчика 31 витков соединен с первым выходом блока 32 набора кода, второй вход реверсивного счетчика 31 — со вторым выходом блока

32 и вторым входом блока 30, первый 25 и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика 31 витков, а выход последнего соединен со входом шифратора 33 номера слоя.

Первый, второй, третий и четвертый выходы шифратора 33 подключены к одноименным входам первого управляемого делителя 34 и второго управляемого делителя 35, при этом счетный (пятый) вход первого управляемого делителя

34 соединен со вторым выходом переключателя 25 и четвертым входом блока

30 деления, а счетньй (пятьгй) вход второго управляемого делителя 35 — с 40 первым выходом переключателя 25 и третьим входом блока 30 деления.

Задатчик 28 коэффициента деления выполняется традиционным способом в виде наборного поля переключателей. 45

С помощью переключателей на его первом — третьем выход„ах формируются соответствующие двоичные сигналы необходимой разрядности.

Блок 30 деления (фиг. 6) содержит первый 36 и второй 37 реверсивные счетчики, первые выходы которых сое.динены с первыми входами. соответственно первого 38 и второго 39 компараторов; вторые входы последних объедине55 ны между собой со вторыми входами

l первого 36 и второго 37 реверсивных счетчиков и подключены к первому входу блока 30 деления. Четвертый вход

15 6 (вход прямота счета ™+1") первого реверсивного счетчика 36 соединен с четвертым входом (вход обратного счета 1 ) j3Topo1 о реверсивного с етчика 3.7 и подключен к четвертому входу блока 30.

Третий вход (вход обратного счета

"-1")первого реверсивного счетчика 36 соединен с третьим входом (входом прямого счета "+1") второго реверсив.ного счетчика 37 и подключен к третьему входу блока 30. Пер, вые входы (входы разрешения парал лельной загрузки) первого 36 и второ го 37 реверсивных счетчиков соединены соответственно с выходами первого и второго четырехвходовых элементов ИЛИНЕ 40 и 41. Первые входы элементов

ИЛИ-HE 40 и 41 объединены между собой и .подключены к выходу первого элемента

НЕ 42, вход которого является вторым входом блока 30 и через первый вход элемента 43 ИЛИ вЂ” к первым входам (входы R) RS-триггеров 44 и 45, вторые входы которых (входы S) соединены с выходами соответственно. первого и второго элементов И 46 и 47; вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 40 и 41 объеди. нены между собой и подключены через второй вход элемента 43 ИЛИ к первым

Ф входам (R) RS-триггеров 44 и 45 и к выходу третьего элемента И 48, первый вход которого соединен с выходом (выход "(") второго компаратора 39, а второй — с первым выходом (выход Q) второго RS-триггера 45 и с первым входом четвертого элемента И 49, и к первому входу третьего двухвходового элемента ИЛИ-HE 50, выход последнего является первым выходом блока 30; третьи входы элементов ИЛИ-НЕ 40 и 41 объединены между собой и подключены к выходу пятого элемента И 51, первый вход которого соединен с выходом (выход "(") первого компаратора 38, а второй — с первым выходом (выход g) первого RS-триггера 44 и с первым входом шестого элемента И 52 и к первому.. входу четвертого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ 53, выход последнего является вторым выходом блока 30, четвертый вход элемента ИЛИ-НЕ 40 подключен к выходу первого элемента 54 задержки и ко второму входу шестого элемента И

52, выход которого соединен. со вторым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ 50, ветвертый вход. элемента ИЛИ-НЕ 41 подключен к выходу второго элемента

54 задержки и ко второму входу четвертого элемента И 49, выход которого

1557315 соединен со вторым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ 53, второй выход (выход переноса " )") первого реверсивного счетчика 36 подключен ко входу второго элемента HE 56, выход которо; ro соединен со входом первого эле.мента 54 задержки и с пер-. вым .входом первого элемента И 46, второй вход, которого. подключен ко второму выходу (выход g) второго RS-триг1О гера 45; второй выход (выход переноса

",, ") второго реверсивного счетчика

37 подключен ко входу третьего элемента НЕ 57, выход которого соединен со входом второго элемента 55 задержки

15 и с первым входом второго элемента

И 47, второй вход которого подключен ко второму выходу (выход Я) первого

RS-триггера 44.

Основой блока 32 набора кода служит, так же как и для задатчика 28, наборное поле переключателей (тумблеров), с помощью которых задается двоичный код начального числа витков на барабане лебедки. После завершения набора кода нужного числа последний записывается в регистры хранения.

Шифратор 33 номера слоя включает (фиг.5) первый, второй, третий и четвертый сумматоры 58-61, первые входы которых подключены ко входу шифратора 33, а вторые входы подключены соответственно к первому 62,. второму 63, третьему 64 и четвертому 65 блоку уставок; выходы первого 58, второго 59, и третьего 60 и четвертого 61 сумматоров являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами шифратора 33.

Первыи 34 и второй 35 управляемые 40 делители аналогичны по устройству; так, делитель 34 состоит из счетчика

66 и дешифратора 67, причем первый, второй, третий и четвертый входы управляемого делителя 34 являются одноименными входами дешифратора 67, пятый вход дешифратора 67 подключен к выходу счетчика 66, первый вход которого является пятым счетным входом делителя 34, а второй вход соединен с 50 выходом дешифратора 67 и является вы1 ходом управляемого делителя 34.

Задающий элемент 6 ДПТБ выполнен разъемным и состоящим из двух половин (фиг. 3 и 4), которые соединяются между собой при установке на барабанном валу 7 лебедки с помощью пары направляющих штифтов и пары болтов 68. Стягивание половин б осуществляется болтами 68 до обеспечения посадки на вал

7 задающего элемента б с натягом. По его окружности выфрезеровано равномерно N зубьев. Зубья при вращении буро-, вой лебедки проходят сквозь щели чувствительных элементов 3 и 4 (фиг. 4), которые предназначены для преобразования местонахождения зубьев задающего элемента б, движущихся относительно их, в дискретный (бинарный) электрический сигнал. В качестве чувствительных элементов в ДПТБ 1 используются бесконтактные преобразователи положения индуктивные щелевые типа ПИЩ-6-1.

Преобразователь ПИЦ-6-1 функционально состоит из блокинг-генератора, детектора, триггера и выходного ключа на транзисторе. При введении в щель между катушками базовой и коллекторной обмоток транзистора блокинг-генератора зуба элемента .6 происходит срыв генерации. При этом выходной ключ срабатывает и обеспечивает посылку токового сигнала по кабелю 23 в логический блок 5. Элементы 3 и 4 расположены в кронштейне 2 таким образом, что выход- ные сигналы с них при врацении задающего элемента б имеют фазовый сдвиг на «/2. Это позволяет наряду с опреде-, лением величины перемещения талевого блока буровой установки определять и направление этого перемещения. Кронштейн 2 устанавливается на специальных уголках 69 и 70 (фиг. 4), крепящихся к несущим вертикальным балкам

71 и 72 буровой лебедки. Кронштейн 2 имеет возможность перемещения относительно задающего элемента 6 по направляющим болтам 73, 74 и за счет болтов

75, стягивающих уголки 69 и 70, в трех направлениях. Кронштейн 2 фиксируется болтами 73-75 в положение, при котором зубья задающего элемента б свободно входят в цель чувствительных элементов 3 и 4.

Логический блок 5 ДПТБ (фиг. 7) включает первый 76, второй 77, третий

78 и четвертый 79 триггеры типа D, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 80,выполненное на микросхеме

ПЛИ типа К155РЕЗ, синхрогенератор 81, первый — двенадцатый элементы НЕ 8293, первый — одиннадцатый резисторы

94-104 и конденсатор 105 электролити° Ф

:ческий. При этом первые, входы всех

D-триггеров 76-79 и ПЗУ 80 (синхровходы С) объединены между собой,под1557315 ключены к выходу синхрогенератора 81 и одному из выводов пятого резистора

98, последний является нагрузкой для выходного каскада генератора 81 и под5 ключен вторым выводом, как и все другие резисторы логического блока 5, к +Пап. Входы установки (S) и очистки (R) D-триггеров 76-79 объединены и подключены через третий резистор 96 1р и четвертый резистор 97 (номинал 1,03,0 кОм) к +Du<. Второй вход (вход Р) первого D-триггера 76 является первым входом логического блока 5 и соединен с выходом чувствительного элемента 3; 15 второй вход .(вход D) второго D-триггера 77 является вторым входом логического блока 5 и соединен с выходом чувствительного элемента 4; резисторы

95 и 96 являются нагрузочными для 20 выходных транзисторов соответственно чувствительных элементов 3 и 4. Выходы четырех D-триггеров 76-79 (выходы

Q) подключены соответственно ко второму входу (вход D) третьего D-триггера 25

78 и первому входу (вход А1) ПЗУ 80; ко второму входу (вход D) четвертого

D-триггера 79 и третьему входу (вход

АЗ) ПЗУ, 80; ко второму входу (вход

А2) ПЗУ 80; к ветвертоглу входу (вход 30

А4) ПЗУ 80, Резисторы 99-104 являются нагрузочными для выходных каскадов

ПЗУ 80 и подключены поэтому к выходам

:ПЗУ ()1-Q6. Выходы ПЗУ 80 подключены:

Q1 — через повторитель на пятом и шестом элементах НЕ 86, 87 — к четвертому выходу (х 4с); Q2 - через повтори-.., тель на одиннадцатом идв енадцатом элементах НЕ 92, 93 к первому выходу (х 4п); Q3 — через повторитель на 40 третьем и четвертом элементах НЕ 84, 85 к пятому выходу (х 2с); Q4 — через повторитель на девятом и десятом элементах НЕ 90, 91 ко второму выходу (х 2п); -Q5 — через повторитель на пер.45 вом и втором элементах НЕ 82, 83 к шестому выходу (x Ic); Я6 — через повторитель на седьмом и восьмом элементах НЕ 88, 89 к третьему выходу (х In) логического блока 5. Повторители на инверторах 82-93 служат для улучшения формы выходных импульсов..

Таблица программирования ПЗУ 80 указана в табл. 1. .55

Такое программирование ПЗУ 80 позволяет для неизменного числа зубцов задающего элемента 6 иметь ДПТБ с раз личной разрешающей способностью, для чего выходные сигналы ТТЛ-уровня сйй маются с трех пар выходов.

Устройство работает следующим образом.

Логический блок 5 ДПТБ 1 (фиг.7) предназначен для распознавания направления вращения барабанного вала 7 лебедки и вариации цены выходных импульсов ДПТБ 1. В двухфазных числоимпульсных датчиках за период перемещения одного зубца задающего элемента можно получить до четырех импульсов на выходе — по каждому фронту перехода каждого чувствительного элемента, что позволяет фиксировать перемещение в 1/4 зубцового периода. Вынодные импульсы с чувствительных элементов

3 и 4 (фиг. 7) поступают соответственно на первый и второй входы логического блока 5 и далее — на вторые входы (D-входы) первого и второго D-триггеров 76 и 77 соответственно. В указанных триггерах хранится информация о текущем состоянии чувствительных элементов. Сигнал с прямого выхода (выход Q) первого D-триггера 76 подается на второй вход (вход Р) третьего Ртриггера 78 и первый информационный вход (вход А1) ПЗУ 80; сигнал с выхода второго D-триггера 77 подается на второй вход (Р) четвертого Р-триггера 79 и третий информационный вход (вход АЗ)

ПЗУ 80. В D-триггерах 78 и 79 хранится информация о предшествуюшем состоянии чувствительного элемента. Сигналы с прямых выходов (Q),третьего и четвертого D-триггеров 78 и 79 поступают соответственно на второй (А2) и четвертый (А4) информационные входы ПЗУ 80.

ПЗУ 80 анализирует состояние D-триггеров 76-79 и при комбинациях, соответствующих вращению задающего элемента 6 в направлении, при котором обеспечивается навивка талевого каната 18 на барабан 10 и подъем талевого блока, формируются импульсы активного (низкого) уровня на втором (Q2),четвертом (Q4) и шестом (06) выходах ПЗУ

80 и первом (х 4п), втором (х 2п) и третьем (х In) выходах логического блока 5, соответственно, а при комбинациях, соответствующих вращению задающего элемента 6 в направлении, при котором обеспечивается свивание талевого каната 18 с барабана 10 и спуск талевого блока, формируются импульсы активного уровня на первом (Q1), третьем (ЯЗ) и пятом (Q5) выходах ПЗУ 80!

1557315

NAua.i = Ni = 4 Н3 и„,„., =и,=гя;

Ндел.ъ И 5 (2) (3) (4) 50 (1) и четвертом (х 4с), пятом (х 2с) и шестом (х Ic) выходах логического блока 5. Выходы первый - шестой логического блока 5 являются соответствующи5 ми выходами ДПТБ 1. Синхронизация работы элементов логического блока 5 осуществляется импульсами тактового генератора 81, собранного на четырех элементах 2И-НЕ и емкости по традици- 10 онной схеме (фиг. 7).

Программирование ПЗУ 80 в соответствии с приведенной таблицей позволяет для неизменного числа зубцов N задающего элемента б иметь ДПТБ 1 с раз 15 личной разрешающей способностью, для чего выходные импульсы ДПТБ ТТЛуровня снимаются с трех пар выходов логического блока 5; третьего (х In) и шестого (х Ic) . — одному зубцу сооТ 20 ветствует один импульс; второго (х 2п) и пятого (х 2с) — одному зубцу соответствуют два импульса; первого (х 4п) и четвертого (х 4с) - одному зубцу соответствуют четыре импульса. 25

Появлению выходного импульса с третьего и шестого, выходов (x In u x Ic) соответствует угловое перемещение подъемного вала 7 буровой пебедки .на угол 360 /Н; со второго и пятого 30

:: выходов (х2п и х2с) — 360 /(2 Щ с первого и четвертого выходов (х4п и х4с) — 360 /(4 ° Ùâ направлении "Подьем" или "Спуск" соответственно. Следовательно„ за один оборот лебедки в направлении "Подъем" с выходов

ДПТБ 1 третьего (xIn), второго (х2п) и первого (х4п) поступят, соответственно, Н 2 N и 4 Н импульсов, а за, один оборот лебедки на "Спуск" такое же количество импульсов поступит с выходов соответственно шестого (xIc) пятого (х2с) и четвертого (х4с). Шаг квантования ДПТБ 1, приведенный к перемещению талевого блока (цена выходного импульса ДПТБ), определяется выражением

Г 2 +,3

Ь.= — ° (d + d +

oil K N ). к

° e м д (i-1)), имп где Ne — количество импульсов с выходов ДПТБ 1 за один оборот лебедки;

1 = 1,2,3; я, - 4 ы; н = г и; н = й. 55

Например, для случая N = 30 для буровой лебедки У2-5-5 (для третьего слоя навивки, i = 3, табл. 2).

В зависимости от выполняемых на . буровой установке технологических операций (бурение, спуско-подъемные операции, проработки ствола скважины и т.д.) предъявляются различные требования к величине необходимого шага квантования Ьо;!! ДПТБ 1. В рассматриваемом устройстве выбор одного из трех возможных значений шага квантования (табл. 2) осуществляется с помощью четырехполюсного трехпозиционного переключателя 25; для цели вариации

Ьд,! задействованы его первый и второй полюса (фиг. 5). На первый — шестой входы переключателя 25 поступают выходные сигналы с одноименных выходов ДПТБ 1. В первой позиции переклю чателя 25 (нижняя позиция по схеме) первый и второй его выходы подключены к выходам соответственно первому (х4п) и четвертому (х4с) ДПТБ; во второй позиции (средняя позиция) — ко второму (х2п) и пятому (х2с); в третьей позиции (верхняя позиция) — к третьему (х1п) и шестому (х1с).. Таким образом, с первого выхода переключателя

25 следуют импульсы ДПТБ 1 соответствующей цены hg,e при выполнении подьподъема талевого блока, а со второго выхода — при выполнении спуска талевого блока. Указанные счетные импульсы с первого и второго выходов переключателя 25 (соответствующих выходов

ДПТБ 1) поступают на счетные пятые входы соответственно второго 35 и первого 34 управляемых делителей и на третий и четвертый соответственно входы блока 30 деления.

Блок 30 деления имеет три фиксированных коэффициента деления Npр„

= N р (фиг. 11), где 1 = 1,.2,3 — номер позиции переключателя 25;

Необходимая величина коэффициента деления Н,! „q задается для блока 30 автоматически в зависимости от позиции переключателя 25; в формировании N ® участвуют первый 36 и второй 37 реверсивные счетчики (фиг. 6), коммутатор

29, задатчик 28 коэффициента деления и переключатель 25 (фиг. 5). Первый

36 и второй 37 реверсивные счетчики используются в качестве делителей; делители на реверсивных счетчиках 36 и

1557315

37 аналогичны по структуре; их второй выход (выход переноса " > ") через цепочку элемент НЕ 56, 57 — элемент задержки 54, 55 — ИЛИ-НЕ 40, 41 соединен с первым входом (вход разрешения параллельной загрузки S) также счетчика. При таком соединении коэффициент деления равен: (5)

14лел. g (2 1) Р л где и — разрядность двоичного реверсивного счетчика;

Р— десятичный эквивалент двоич- 15

0 ного кода на первом входе (вход В) счетчика.

Учитывая, что Р<7, О и Вдел g )0, нз (5) и (2)-(4) получаем условие для выбора необходимой, разрядности ревер- 2р сивных счетчиков 36 и 37;

2" ъ (21дел.Ю )вакс+ 1 = И ел.4 + 1

=*4N41 (6) (7) и -р logq{4

Р * (2 - 1) — Иле 5 =* 255 -Млел. В. (8) например для случая И 30; Р1 . 50

135; Pq 195; Р> 225. Двоичные сигналы Р поступают на вторые входы реверсивных счетчиков 36 и 37 (входы

D), а также на вторые входы компараторов 38 и 39 (фиг. 6) с первого вхо- да блока 30 деления, а на последний— с выхода коммутатора 29 (фиг. 5), на первый (х2), второй (xi) и третий (хО) входы которого подаются двоичные сиг-

Исходя из требований необходимой величины шага квантования ДПТБ 1 h ; нз (1) определяют Б, затем по условию . (7) находят требуемую разрядность реверсивных счетчиков 36 и 37. Так как .реверсивные счетчики 36 и 37 набираются из стандартных четырехразрядных 35 микросхем, то в качестве и принимают наименьшее число, удовлетворяющее (7) и кратное четырем. Пример, например, что и 8, т.е. каждый счетчик состав.лен из двух указанных микросхем, т.е. 40

2" = 2 -- 256. Тогда для получения необходимых коэффициентов деления (2)+(4) на вторые входы D параллельной загрузки данных реверсивных счетчиков

36 и 37 должны подаваться двоичные 45 сигналы следующей величины:. налы Р P и Р> соответственно с первого, второго и третьего выходов задатчика 28 коэффициента деления. В эадатчике 28 двоичные числа P» P и

Р набираются с помощью соответствующих переключателей (тумблеров) один раз перед началом эксплуатации устройства. Выбор необходимого Р осуцествляется коммутатором 29 автоматически в соответствии с величинами сиг- налов на его адресных четвертом (А1) и пятом (АО) входах, которые подаются соответственно с четвертого и третьего выходов переключателей 25. С помощью первого резистора 26 номиналом

510 Ом на седьмом, девятом, одиннадцатом и двенадцатом входах переключателя 25 устанавливаются сигналы низкого уровня — "0", напротив, с помощью второго резистора 27 номиналом

1,0-3,0 кОм на восьмом и десятом входах переключателя 25 установлена "1", Справедлива таблица 3 переключений.

Таким образом, выбирая с помощью переключателя 25 необходимую пару выходов ДПТБ 1 (х4, х2 или xI) одновременно обеспечивают подачу на первый вход блока 30 деления сигнала Р необходимой величины и тем самым задают, режим работы делителей на реверсивных счетчиках 36 и 37 {фиг. 6).

В любом режиме работы устройства заданные в соответствии с (2)-(4) коэффициенты деления И4елю обеспечивают получение на первом или втором выходах блока 30 деления.(в зависимости от направления вращения буровой лебедки) одного импульса- на полный оборот вала 7. Если производится подъем бурильной колонны, то сигнал со второго выхода блока 30 деления, соответствующий одному импульсу на оборот, проходит на четвертый вход (суммирующий +1) реверсивного счетчика 31 витков (фиг. 5), а при спуске — с первого выхода на третий вход (вычитаняций -1) счетчика 31. Реверсивный счетчик 31 витков производит подсчет витков талевого каната {8, находящихся в данный момент на барабане 10 лебедки, путем прибавления или вычитания импульсов с блока 30 деления к уставке, записанной с блока 32 набора кода s реверсивный счетчик 31 по первому входу (вход D). Уставка с блока 32 набора кода n q записывается один раз до начала работы устройства и.пред1557315

; 16 ставляет собой общее число витков. каната 18, находящихся на барабане 10 лебедки в начальный момент времени.

Так, например, перед началом выполнения технологической операции подъема бурильной колонны из скважины оператор-бурильщик опускает талевый блок в нижнее положение с тем, чтобы на барабане 10 лебедки остались намотан- 10 ными либо только витки первого слоя (i 1) каната, либо полный первый слой плюс еще несколько витков второго слоя (i = 2). Этот способ имеет предпочтение перед другими в том, что 15 при нем наиболее просто осуществляется подсчет n«„ nn KoM (H . 1).

Перед подсчетом п„ „бурильщик должен зафиксировать с помощью ленточного тормоза барабан 10 в положении, когда метки 21 и 22, находящиеся на ребордах дисков 11 и 12, занимают такое положение, при котором Ь4 = 0 (фиг. 26), т.е. когда метки 21 и 22 хорошо видимы бурильщику с его рабоче-25

ro места, находятся над верхним срезом переднего кожуха буровой лебедки и полуплоскость, проходящая через них и ось подъемного вала 7, является го- . ризонтальной. Подсчет п н„„ бурильщик осуществляет визуально, подойдя к переднему кожуху барабана лебедки; определяемая таким образом величина и „ ч- лишена ошибки измерения.

Рекомендуется осуществлять определение и запись в блок 32 набора кода величины пно„ по указанному алгоритму перед началом выполнения каждого .— подъема или спуска бурильной колонны.

После завершения набора двоичного 40 кода числа и о„ на поле переключателей блока 32 оператор-бурильщик нажимает входящую в его состав кнопку

"Запись", при этом на втором выходе блока 32 набора кода вырабатывается 45 короткий импульс "0", который посту-пает на вторые входы блока 30 деления и реверсивного счетчика 31. По переднему фронту импульса "0", пришедшего на второй вход (вход разрешения параллельной загрузки S) реверсивного счетчика 31 витков, в последнем по .первому входу (вход D) записывается число и „дц, в первый момент после записи п«ч присутствует и на выходе реверсивного счетчика 31, затем по мере вращения барабана 10 буровой лебедки — на выходе реверсивного счетчика 31 витков всегда присутствует число и „ ч — текущее число витков талевого каната 18 на барабане буровой лебедки.

Импульс "0", поступивший на второй вход блока 30 деления (фиг. 6), инвертируется первым элементом 42 НЕ; с выхода последнего импульс "1" проходит на первые входы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ 40 и 41 и через элемент 43 ИЛИ на входы R первого и нторого

RS-триггеров 44 и 45,последнее вызывает их очистку, т.е. на первых выходах (Q) устанавливаются сигналы. "0", а на вторых выходах (Q) — сигналы "1". Импульсы "0", поступающие с выходов первого и второго элементов ИЛИ-HE 40 и 41 на первые входы (входы разрешения параллельной загрузки S) первого

36 и второго 37 реверсивных счетчиков, вызывают запись по вторым входам (инф. входы D) в реверсивных счетчиках 36 и

37 числа Р, сигналы Р ек = Р спервых . выходов (инф. выходы Q) первого и второго реверсивных счетчиков 36 и 37 подаются соответственно на первый вход ! (вход D) нерваго.компаратора 38 и на ( первый вход (вход D) второго компаратора 39, на вторых входах которых (входы Я) сигнал Р установлен посстоянно. Компараторы 38 и 39 проверяют выполнение условия

Ртеи РС (9) при выполнении которого на выходе (() компараторов возникает сигнал "1".

Примем для дальнейших рассуждений, что путем перевода переключателя 25 в первую (нижнюю) позицию осуществлен выбор цены импульса ДПТБ 1 h щ

Я

1,00 10 м/имп (имеется в виду, что N = 30 и Ко = 10); при этом автоматически задается с помощью Р = 135 коэффициент деления блока 30 N peg.<

=й = 4 N 4 30 = 120. На третий и четвертый входы блока 30 деления, соответственно первого и четвертого выходов ДПТБ 1 поступают счетные импульсы "0" при повороте подъемного вала 7 буровой лебедки на угол 360 о/

/(4 N) = 360 /(4 30) = 3 в направлении "Спуск" или "Подъем" соответственно; итак, квант углового перемещеЬуц = 3 = 7 /60 рад.

Рассмотрим работу блока 30 деления при различных режимах работы ле-. бедки: на "Подъем", на "Спуск", при реверсе.

1! 7

1557315

Если после ввода п„ бурильщик включает лебедку на подъем, то ДПТБ 1 на третий вход блока 30 деления (фиг. 5 и 6), а значит — на третие входы (-1) первого 36 и (+1) второго

37 реверсивного счетчиков начинают поступать счетные импульсы. С приходом первого импульса "0" (лебедка,повернулась на угол Ц>! = g = 3 О = /60 10, в направлении "Подъем" ) на третий . . вход прямого счета "+t" второго реверсивного счетчика 37 (фиг. 8,4) по

его заднему фронту значение сигнала на его первом выходе (инф. выход Q) реверсивного счетчика увеличивается на единицу и стает равным Ртр„= Р +1 =

135+1 = 136 (фиг. 86),:при повороте лебедки на угол !М = 2 Д,„= 2i3 = 6" на третий вход "+1" реверсивного счет-20 чика 37 приходит второй счетный импульс "0", что сопровождается изменением сигнала на его первом выходе на

P „, = 137 и т.д. (фиг. 80,6). При повороте подъемного вала 10 лебедки в 25 направлении "Подъем" на полный оборот, т.е. на угол ЯI = 120 69гл = 360 на третий вход. "+1" реверсивного счетчика 37 приходит 120-ый счетный импульс, перед этим на первом выходе 30 счетчика присутствовал сигнал Ртек =

= 225. В момент перехода уровня сигнала на входе "+1" реверсивного счетчика 37 по переднему фронту 120-ro счетного импульса с высокого к низко»

35 му (фиг . 8а и 9а) на втором выходе (>z) счетчика 37 устанавливается низ«

icoe напряжение "0" (фиг. 8 Ь и 9Ы, этот сигнал инэертируется третьим элементом 57 НЕ (фиг. 6; 82; 9 2), а еди-40 ничный сигнал с выхода последнего подается на вход второго элемента 55 задержки и первый вход второго элемента

47 И, на втором входе которого уже присутствовала "1 со второго выхода 45 (выход Q) первого RS-триггера 44; в результате на выходе второго элемента

47 И появляется "1", которая подается на второй вход (вход установки S) второго RS-триггера 45, вследствие чего. он устанавливается (фиг. 8е и 9e),единичный сигнал с его первого выхода (выход Q) подается на второй вход третьего элемента 48 И и на первый вход четвертого элемента 49 И, а нулевой сигнал со второго выхода (выход (P поступает на второй вход первого элемента 46 И и блокирует прохождение сигналов через последний на все время выполнения подъема талевого блока

Спустя выдержку времени Dgg на выходе второго элемента задержки 55 устанавливается "1" (her.8д н9д), которая ., подается на второй .вход четвертого элеэлемента 49 И (фиг. 6) и четвертый .вход второго элемента 41 ИЛИ-НЕ; затем импульс "1" с выхода четвертого элемента 49 И поступает на второй вход четвертого элемента 53 ИЛИ-НЕ, а с выхода последнего (фиг. 6; 8ж; 94 импульс "0" поступает на второй выход блока 30 деления, свидетельствуя о повороте барабана буровой лебедки на один оборот в направлении "Подъем", По окончании 120-го счетного импульса, т.е. в момент перехода сигнала на входе "+1" реверсивного счетчика 37 с низкого уровня на высокий (фиг. 6, 8 и 9), на некоторое время (несколько наносекунд) обнуляется первый выход (выход Я) счетчика 37,,сигнал на его втором выходе (> ) возвращается в единичное состояние, выход третьего эле- мента 57 НЕ обнуляется и т.д. Наряду с этими процессами с выхода второго элемента 4 1 ИЛИ-НЕ на первый вход (вход разрешения параллельной загрузки S) реверсивного счетчика 37 поступает импульс "0", что вызывает запись в последнем вновь величины Р = 135 (фиг (фиг. Sо и 9S); это состояние продлевается до прихода следующего 121-го счетного импульса на вход "+1" счетчика 37. По заднему фронту 121-ro счетного импульса на первом выходе реверсивного счетчика 37 устанавливается сигнал Р,= 136 и т,д. В ходе подъема талевого блока со второго выхода блока 30 деления поступают счетные импульсы при повороте лебедки на каждый оборот, Блок 30 деления функционирует аналогично описанному и в том случае, когда после ввода п„ ч бурильщик начинает спуск талевого блока. При этом счетные импульсы с выхода ДПТБ 1 поступают на четвертый вход блока 30 (фиг. 5 и б), а значит — на четвертый вход (-t) второго реверсивного счетчика 37 и четвертый вход (+1) первого реверсивного счетчика 36. Собственно функцию деления выполняет при этом счетчик 36, активно задействованы также второй элемент 56 НЕ, первый элемент 46 И, первый RS-триггер 44, пер» вый элемент 54 задержки, пятый и шестой элементы 51 и 52 И, третий эле19

1557315 мент 50 ИЛИ-НЕ и первый элемент 40

ИЛИ-НЕ (фиг. 6). Работа блока 3 деления при спуске талевого блока также .) иллюстрируется графиками фиг. 8 и 9.

В ходе спуска талевого блока при повороте лебедки на каждый оборот с первого выхода блока 30 деления поступают счетные импульсы нулевого активного уровня. 10

При подъеме талевого блока собственно функцию деления выполняет второй реверсивный счетчик 37, а при спуске — первый реверсивный счетчик

36. В процессе подъема и спуска прохождение сигналов с выходов соответственно первого реверсивного счетчика

36 и второго реверсивного счетчика

37 на входы третьего и четвертого элементов 50 и 53 ИЛИ-HF, а следовательно на выходы блока 30 запрещено (заблокировано). Функцию блокирования . выполняют сигналы с выходов RS-тригге-. ров 44 и 45. Так, например, в ходе подъема талевого блока единичный сиг- 25 нал с первого выхода второго RS-триггера 45 .разрешает прохождение сигналов через третий и-четверть|й элементы 48 и 49 И со счетчика 37, а нулевой сигнал с выхода первого RS-триггера 30

44 блокирует прохождение сигналов со счетчика 36 через пятый и шестой 51 и 52 элементы И. Ситуация не изменится, пока выполняется подъем, так как в этом случае постоянно первый RSтриггер 44 "очищен", а второй КБ-триг" гер 45 "установлен".

Рассмотрим работу блока 30 деления при изменении направления вращения подъемного вала 7 буровой лебедки, т.е. при реверсе. Предположим,что выполнялся подъем талевого блока (фиг. 10), причем после начала вращения лебедки было выполнено 8 полных оборотов барабана ледебки, а при на- 45 вивке девятого витка произошел реверс подъемного вала. Как и ранее, предположим, что реверс произошел в момент времени, которому соответствует сум марное угловое перемещение вала лебедки с начала отсчета 14 1, причем

16 Р 14 (с. 18 В (фиг. 10); Пусть(Ч =

16 - . Тогда с начала отсчета на

27

6О второй выход блока 30 деления поступило восемь счетных импульсов "0" (со1 вершено восемь полн