„;-.--союзнаяавторы;"^ : ;,

„;-.--союзнаяавторы;"^ : ;,

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

362I38

Союз Советских

Социалистически:

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 05.Х.1967 (№ 1!87860, 22-3) с присоединением заявки ¹

Приоритет

М. 1,л, Е 2lb 45/00

G 0lp 3/66

Комитет по делам изооретеиий и открытий зри Совете Министров

СССР

Опубликовано 13.Х!1.1972. Бюллетень ¹ 2 за 1973

Дата опубликования описания 21 11.1973

УДК 622.24.082 (088.8) I

Авторы изобретения

Заявитель

А. Л. Видовский, В. И. Карманов и М. П. 1Иепелев

Краснодарский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ

СКОРОСТИ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к области контроля и измерения параметров процесса бурения на буровых установках разведочного и эксплуатационного бурения.

Известны устройства для измерения механической скорости бурения, включающие датчик подачи бурового инструмента, датчик времени и вторичную аппаратуру 00D200TKH пнф ор м ации.

Предложенное устройство отличается тем, что к выходу датчика подачи через индикатор направления движения и датчик интервалов пути подключен делитель пути на время, выполненный в виде генератора, соединенного со счетчиком импульсов, выходы разрядов которого через фиксатор равенства двух двоичных чисел связаны с одноименными выходами разрядов блока памяти времени, а блок памяти времени соединен с автоматическим переключателем диапазона измерения, входы двух схем совпадения которого подключены к датчику времени и декаде, а выходы через схему «ИЛИ» связаны со счетчиком времени, на выход которого включен инвертор, соединенный с соответствующими разрядами счетчика времени и триггером, парафазные выходы которого соединены со вторыми входами схем совпадения.

Это обеспечивает измерение скорости в широком диапазоне.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Двухэлементный датчик 1 подачи бурового инструмента соединен с индикатором 2 направления движения (ИНД) бурового инструмента. ИНД имеет два выхода: «Вниз» и

«Вверх», соединенные с соответствующими входами датчика 3 интервалов пути (ДИП).

Выход ДИП соединен с блоком 4 управления, 10 триггером б и блоком 6 памяти. Датчик 7 вреIIeHI1 CB0II1III IIbIX0Q;l5 и поди. тючен к б ID 4, декаде 8 и диодной схеме 9 совпадения. Вы.-.од декады 8 связан с диодной схемой 10 совпадения. Диодные схемы 9 и 10 выполнены на

15 два входа. Вторые входы диодных схем совпадения подключены к парафазным выходам триггера 11, а их выходы — к входам диодной схемы «ИЛИ» 12, выход которой соединен с двоичным трпггерным счетчиком времени 13.

20 Каждый разряд счетчика времени 18 соединен с блоком 14 управляемых электронных ключей, разрядные выходы которого связаны с блоком 6 памяти. Блок 6 своими выходами каждого разряда подключен к схеме 15 фик25 сации равенства двух двоичных чисел, на которую также поданы выходы разрядов двоичного триггерного счетчика импульсов 16. Вход счетчика импульсов 16 соединен с генератором 17 импульсов. К выходу старгнего разря30 да счетчика времени 18 подключен инвертор

362130 аН м—

dt лп м — ь

18, выход которого подан на один из разделенных входов триггера 11 и на входы соответствующих разрядов счетчика времени 18.

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 одним из младших разрядов счетчика импульсов 16. К выходу триггера 19 подключены показывающий прибор 20, записывающий прибор 21 и канал телемеханики или цифровая вычислительная машина 22. Выход блока 4 управления связан с шинами сброса декады 8 и счетчика времени

18, а также с одним из,разделенных входов триггеров 5 и 11 и входом блока 14 управляемых электронных ключей. Питание всего устройства осуществляется от блока 28 питания, который через кнопку 24 связан также со входами установки в исходное состояние ИНД 2, ДИП 8, и блока 4 управления.

Принцип действия предлатаемого устройства заключается в следующем. Механическую скорость бурения скважин определяют равенством где Н вЂ” проходка.

В связи с отсутствием возможности непосредственного измерения проходки, в практике бурения ее измеряют по величине подачи бурового инструмента.

Вследствие деформации колонпы мгновенные значения скорости крюка и долота в оощем случае неравны. Это не позволяет в равенстве (1) заменить проходку подачей и приводит к необходимости определения усредненных значений механической скорости по равенству и где ЛП =; П; — интервал подачи инстру1=1 мента за время М;

П; — элементарная подача инструмента.

Можно показать, что при заданных точности измерения механической скорости, точности поддержания осевой нагрузки, длине колонны, ее сечении и модуле упругости материала колонны, величина интервала подачи должна удовлетворять условию

ЛП.= П,.= "Р . (3)

ЕБъ

По равенству (2) определяют скорость поступательного перемещения бурового инструмента, однако по конструктивным соображениям проще контролировать угловое перемещение роликов талевой системы, пропорциональное перемещению подъемного крюка. В этом случае задача сводится к измерению скорости вращения ролика крополока.

В предлагаемом устройстве принят метод измерения времени, в течение которого ролик кронблока поворачивается на угол, соответствующий подаче инструмента на величину ЛП, определяемую по условию (3) . Измерив это время и зная величину ЛП, согласно равенству (2) определяют механическую скорость бурения.

Результат вычисления по равенству (2) воспроизводится перед бурильщиком в виде vrла поворота стрелки показывающего прибора, может быть записан на диаграммной ленте самописца и передан в линию телемеханики в форме прямоугольных импульсов постоянного тока, частота следования 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 устанавливается в исходное состояние. После отпускания кнопки начинается измерение скорости по сигналам датчиков 1 и 7.

При бурении сигналы — импульсы от датчика пути через индикатор направления движения бурового инструмента поступают на вход датчика интервалов пути.

Каждый импульс датчика 1 является носителем информации о перемещении бурового инструмента на определенную величину С.

Эти импульсы накап".èâàþòñÿ в блоке 8.

При достижении заданного числа импульсов, определяемого выбранной величиной интервала подачи ЛП, блок 8 устанавливается в исходное состояние и выдает сигнал на блоки 4 и 6 и триггер 5. Блоки б и 5, получив ситнал с блока 8, устанавливаются в исходные состояния. Сигналы — импульсы датчика 7 поступают на вход диодпой схемы 9 совладения и на вход декады 8. Каждый импульс датчика времени является носителем информации об истечении определенного промежутка времени

С . При работе на пределе измерения 0—

50 л/час сигналы датчика 7 через диодную схему 9 и схему «ИЛИ» 12 поступают на вход двоичного триггерного счетчика 18. При .работе на пределе измерения 0 — 5 а час, сигналы датчика 7 поступают на вход счетчика времени 18 через декаду 8 (триггерная схема деления на число 10), диодную схему 10 совпадения и схему «ИЛИ» 12. Импульсы, поступившие на вход счетчика времени 18, накапливаются в нем нарастающим итогом в течение времени подачи инструмента на величину интервала подачи ЛП. Выходы всех разрядов счетчика времени 18 через блок управляемых электронных ключей поданы на входы соответствующих ячеек блока памяти.

Во время бурения текущего интервала подачи ЛП все ключи блока 14 закрыты и изменение состояния ячеек блока 18 не меняет состояния ячеек блока б. После прохождения заданного интервала подачи ЛП, блок управления, получив сигнал с выхода блока 8, выдает команды: на блок 14 — «Ввести в блок 6

362130 информацию, накопленную в счетчике времени 18»; на триггер 5 — «Запомнить состояние триггера 11»; на блоки 8, 18 и 11 — «Установиться в исходные состоя>ния». При этом сначала открываются электронные ключи блока

14, и сигналы с тех ячеек блока 18, которые находились в состоянии, условно обозначаемом «1», поступают на соответствующие ячейки блока б, переводя их также в состояние

«1», и триггер 5 запоминает состояние триггера 11, а затем сбрасываются в исходные состояния блоки 8, 18 и 11 и закрываются электронные ключи блока 14.

Таким ооразом, информация, накопленная за время буре>ния интервала подачи ЛП в блоке 18, переводится в блок 6, где хранится в виде двоичного кода в течение времени бурения следующего интервала ЛП.

После выполнения команд а, б и в все операции по накоплению информации о скорости бурения за прошедший интервал подачи ЛП заканчиваются, и в блоках 8 и 18 начинает накапливаться информация о скорости бурения за текущий интервал ЛП в последовательности, описанной выше.

Время бурения прошедшего интервала подачи ЛП, хра>няшееся в блоке б в виде двоичного кода, преобразуется в период следования импульсов постоянного напряжения постоянной длительности. Частота следования этих импульсов .пропорциональна механической скорости бурения.

Указанное преобразование производитсяпомощью схемы 15 фиксации равенства двух двоичных чисел, генератора 17 импульсов, счетчика импульсов 16 и триггера 19 с разделенными входами. Выходы одноименных разрядов блока памяти и счетчика импульсов 16 поданы на соответствующие входы ячеек схемы фиксации равенства двух двоичных чисел.

На вход счетчика импульсов 16 непрерывно поступают импульсы постоянной частоты f от генератора 17.

Схема фиксации равенства двух двоичных чисел содержит десять (по числу разрядов блоков 6 и 16) ячеек «Исключительно ИЛИ», схему совпадения и инвертор. Каждая ячейка

«Исключительно ИЛИ» имеет два входа а; и

b,:, на которые поданы соответствующие выходы триггеров одинаковых разрядов блоков 6 и 16. При подаче на входы такой ячейки отрицательного потенциала она выпо няет логическую операцию

С,. = а,.b,. + а,.b,.

Выходы всех ячеек «Исключительно ИЛИ» через диодпую схему совпадения поданы па вход инвертора. На выходе инвертора появляется сигнал — отрицательное напряжени постоянного тока при выполнении условия > = бг т. е. в моменты равенства модулей чисел, хранящихся в блоке б и "àêîïèâøåãîñÿ в îoëoêå

16 При равенстве чисел, хранящихся в блоке б и накопившихся в блоке 16, блок 15 выдает сигнал на сброс счетчика 16 в пулевое состояние и перевод триггера 19 в состояние «1».

Счетчик импульсов 16 .после установки в нулевое состояние, вчовь заполняется импульсами от генератора 17 до наступления равенства чисел, накопившихся в нем и хранящихся в блоке 6, опять сбрасы" àåòñÿ в нулевое состояние и т. д. При этом частота следования выходных сигналов с блока 15 определяется равенством

free (вых — >

М (4) К где a> — — — постоянный коэффициент проС, порциональности.

Триггер 19 имеет два раз.-,еленных входа.

На первый его вход постугают сигналы с выхода блока 15 с частотой f„. а на второй его вход поступают сигналы с выхода одного из младших разрядов счетчика nмпулbcов 16.

Благодаря этому время нахождения триггера

19 в состоянии «1» определяется частотой генератора 17 и весовым коэффициентом j разряда счетчика импульсов 16, с выхода которого управляется триггер 19, т. е. время нахож40 дения триггера 19 в состоянии «1» определяется равенством (8) .> ген

45 При f«„= const, также t„= const. В этом случае среднее значение силы тока в показывающих приборах 20 и 21, включенных на выход триггера 19, определяется равенством (9)

Рн где U„- — напряжение на коллекторе закрытого транзистора триггера 19;

R» — сопротивление нагрузки триггера 19.

Так как t„, U,; и R„— величины постоянные, то

I, =«,f,„,=à, "=а,V„, (10) а, 50 т. е. среднее зн>ачение тока пропорционально механической скорости бурения, и шкала при60 боров может быть проградуирована непосредственно в единицах скорости.

Выход триггера 19 является выходом устройства. На выход триггера 19 подключаются показывающий прибор 20, записывающий при65 оор 21 и линия телемеханики или вхоч цифд где N — двоичное число, хранящееся в блоке 6.

Так как время бурения интервала ЛП равно

di = С,.N, (о) а величина AH=const, то, положив

20 ЛП =. Kf„,„, (6) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, и решая совместно равенства (2), (5) и (6), получим

25 y — в« «в (у ) (T) с,и с

362130

10 или (12) 15 ровой вычислительной машины 22. Возможно одновременное или раздельное подключение блоков 20, 21 и 22.

При отрыве долота от забоя на выходе ипдикатора направления движения бурового инструмента, условно названном «Вверх», появляется сигнал, накладывающий запрет на работу блока 8. При этом на блоке индикации (на чертеже не показан) зажигается сигнальная лампа с надписью «Вверх». Чтобы вновь начать измерение скорости после подачи долота на забой и установления желаемого значения осевой нагрузки на долото, необходимо нажать и отпустить кнопку 24.

Далее работа измерителя механической скорости повторяется.

Питание всего устройства осуществляется от блока 28.

Вычисленное значение скорости за прошедший интервал воспроизводится перед бурильщиком в виде угла поворота стрелки показывающего прибора 20 в течение времени бурения следующего интервала подачи ЛП.

Для ориентации бурильщика о скорости бурения текущего интервала, блок 8 снабжен индикацией, позволяющей подсчитывать в двоичном коде число импульсов, поступивших от датчика пути 1, с начала бурения текущего интервала. В момент включения устройства на измерение скорости и после накопления в блоке 8 числа импульсов, соответствующего установленному интервалу подачи ЛП, включается специальное кодирующее реле.

Назначение реле — выдача в линию буровой установки с диспетчерским пунктом {если последние имеются) кодированного сигнала.

С помощью специального переключателя можно изменять величину интервала подачи

ЛП. Автоматическое переключение пределов измерения производится следующим ооразом.

В момент начала измерения, т. е. после отпускания кнопки 24, блок 4 устанавливает декаду 8, счетчик времени 18 и триггер 11 в исходное состояние, при котором парафазные выходы триггера 11, подключенные к схемам 9 и

10 совпадения, разрешают работу схеме 9 и запрещают работу схеме 10. Это положение соответствует верхнему пределу измерения (Π— 50 м/час). На этом пределе устройство работает до переполнения счетчика 18; так как емкость счетчика времени 18 ограничена, то при бурении с малой скоростью наступает момент, когда он переполняется и сбрасывается в нулевое состояние (при V,„(5 м/час), Это приводит к потере информации о времени бурения заданного интервала ЛП. Поэтому в устройстве предусмотрен инвертор 18, вход которого подключен на выход счетчика времени 18. Выход инвертора 18 подан на один из входов триггера П и на входы соотгетствующих разрядов счетчика времени 18. B момент переполнения счетчика времени 18 инвертор 18 переводит триггер 11 в другое устойчивое состояние, при котором его парафаз20

65 нь!е выходы запрещают работу схеме 9 и разрешают работу схеме 10.

Этим увеличивается цена импу,lbcB времени, вводимого в счетчик времени 18, в десять раз, так как теперь сигналы датчика времени поступают на вход счетчика времени 18 через декаду 8, схему 10 и схему «ИЛИ» 12. Если обозначить цену импульса времени на первом диапазоне измерения (от О до 50 м/час) — С,, а на втором диапазоне (от О до 5 м/час) — С, то время бурения можно выразить раве". ством

И = C,N„ (11) и=с,,м, Из равенств (11) и (12) имеем

Cti

N2=N1 1с

Следовательно, для исключения потери информации в момент переполнения счетчика времени 18 и дчя автоматического перехода на новый предел измерения скорости необходимо одновременно с увеличением цены импульса времени ввести в опорожпившийся счетчик времени 18 число Л 2, определяемое равенством (13), где N> — число импульсов ценой Ci, каждый, х;.анившееся в счетчике времени 18 в момент его переполнения. Параллельный вход числа N2 в счетчик времени

18 осуществ ляется инвертором 18.

Для определения предела измерения, по которому необходимо произвести отсчет скорости по шкале прибора 20, на блоке индикации перед бурильщиком имеются сигнальные лампы с надписями «Умножить на 1» и «Умножить на 0,1», подключенные на выходы триггера 5.

Предмет изобретения

Устройство для измерения механической скорости бурения, включающее датчик подачи бурового инструмента, датчик времени и вторичную аппаратуру ооработки информации, отличающееся тем, что, с целью обеспечения измерения скорости в широком диапазоне, к выходу датчика подачи через индикатор направления движения и датчик интервалов пути подключен делитель пути на время, выполненный в виде генератора, соединенного ro счетчиком импульсов, выходы разрядов которого через фиксатор равенства двух двоичных чисел связаны с одноименными выходами разрядов блока памяти времени, а блок памяти времени соединен с автоматическим переключателем диапазона измерения, входы двух схем совпадения которого подключены к датчикч времени и декаде, а выходы через схему

«ИЛИ» связаны со счетчиком времени, на выход которого включен инвертор, соединенный с соответствующ;ми разрядами счетчика времени и триггером, парафазные выходы которого соеди,ены со вторыми входами схем совпадения.

362130, 8Apx

Редактор Л. Струве

Заказ 316/8 Изд. Мз 1130 Тираж 404 Подписное

ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Назаретова

Техред Л. Богданова

Корректоры: В. Жолудева и Е. Михеева