Способ определения работы талевого каната и устройство для его осуществления

Способ определения работы талевого каната и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик ( 868054 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 060879 (2t) 2806689/22-03 с присоединением заявки М— (23) Приоритет хл3

Е 21 В 45/00

Государственный комитет

СС СР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 3009.81, Бюллетень Н9 36 (53) УДК621. 3. 078:

:621.861-83 (088.8) Дата опубликования описания 3009,81 (72) Авторы изобретения

A.A,Ñàèäîâ, Д.Д.Ахмадов, Л.М.Осмоло

-Ю-.МДунае з.1

Грозненский ордена Трудового Красно ени нефтяной институт им. акад. М.Д.Мил ова 1 (7 Ф) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТЫ ТАЛЕВОГО КАНАТА

И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для учета работы талевых канатов как при бурении нефтяных и газовых скважин, так и в других областях техники, где применяются талевые канаты.

Известен расчетный способ подсчета работы, выполненный талевым канатом, который широко применяется как в нашей стране, так и эа рубежом (1).

Этим методом работа определяется по формуле:

W = f. (nÐ + n).q.Ь + 4.и-М Ь) 10 (,у) 3 где п — количество свечей;

q — - вес 1 м бурильных труб, кГу

Ь вЂ” средняя длина свечи, м.;

M — вес подвижной части:талевой системы, кГ. 20 исходными данными для определения работы талевого каната на практике служат суточйые диаграммы индйкатора веса рапорта буровых мастеров. Большая громоздкость и трудоемкость дан- 25 ного способа определения работы, вы- полненной канатом, очевидны. Кроме того, как правило, расчеты ведутся по монограммам и таблицам, подготовленным для одноступенчатой буровой ; 30

2 колонны, определенной оснастки и подвижной части талевой системы. Однако условия глубокого бурения требуют применения составного инструмента, состоящего иэ труб разного диаметра с разной толщиной стенок и тяжелого низа. Поэтому определение работы талевого каната по указанному способу приводит к значительным ошибкам.

Известен способ измерения работы талевого каната, по которому измеряют вес бурового инструмента по величине натяжения неподвижной части талевого каната и одновременно измеряют перемещение талевого каната, а затем осуществляют непрерывное интегрирование произведения величин и веса бурового инструмента н его перемещения (2).

Осуществляется это с помощью механизма, включающего сельснн-датчик и приемник века инструмента, сельсиндатчик и приемник перемещения бурового инструмента, счетно-решающий блок и отсчетный блок, при этом в количестве счетно-решающего блока использован шаровой интегратор, фракцион которого соединен с сельсин-приемником перемещения инструмента через

868054 менее заданного интервала дискретного пути и совершенно не учитывается работа, выполняемая канатом при малых перемещениях разного знака, например, при колебаниях каната в процессе бурения.

Цель изобретения — повышение точности измерения работы талевого каната.

Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собою новый способ измерения работы талевого каната, включающим дополнительное одновременное измерение частоты и амплитуды колебаний каната и определение работы, совершаемой канатом в

5 процессе его колебания.

Данный способ отличается от известного тем, что непрерывно интегри" руют произведения одновременно контролируемых усилий и поступательных перемещений каната, синхронно измеряют амплитуду и частоту колебаний каната, определяют работу совершаемую канатом в процессе его колебаний, а затем суммируют последнюю с работой поступательного перемещения каната.

Устойство, реализующее данный способ, включающее датчик усилия, подключенный через блок Управления по каналу усилия к счетчику импульсов и датчик пути, подключенный через блок

9 управления по кан у пути к блоку управления по каналу усилия, дополнительно снабжено датчиком амплитуды и частоты колебаний каната, делителем частоты, преобразователем амплитуды колебаний каната в напряжение постоянного тока и управляемым генератором, при этом датчик амйлитуды и частоты колебаний каната подключен через последовательно соединенные преобра4Q зователь и управляемый генератор к блоку Управления по каналу усилия и подключен к блоку управления по каналу пути через делитель частоты.

Исследованиями и аналитическими расчетами установлено, что в процессе эксплуатации талевые канаты совершают работу не только связанную с перемещением каната, но и работу, совершаемую при колебаниях каната. Для данной работы составляет не менее

20% от работы поступательного перемещения каната.

На чертеже дана блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство состоит из датчика 1 усилия, датчика 2 пути и датчика 3 амплитуды и частоты колебаний каната.

Выход датчика усилия подключен к блоку 4 логического управления по каналу

4() усилия,,а выход датчика пути — к блоку 5 логического управления по каналу пути. Один выход датчика колебаний каната соединен через делитель 6-частоты с дополнительным входом блока д логического управления по каналу пумуфту одностороннего вращения, а ходовой винт посредством двигателя через усилитель и через механическую передачу соединен с сельсин-приемником датчика веса бурового инструмента.

Необходимость установки специальных датчиков пути н веса и достаточная сложность и металлоемкость такой конструкции затрудняет ее широкое использование в практике. Кроме того, следует подчеркнуть, что данный способ и устройство, его реализующее, не позволяют достаточно точно измерить работу талевого каната и совершенно не учитывают составляющую этой работы за счет колебаний каната.

Известен также способ измерения работы талевого каната, реализованный бесконтактным устройством для измерения и учета работы талевого ка ната (3) . Ю

В данном способе измеряют усилие, воздействующее на канат, и путь, про.ходимый подвижной частью талевой системы. По результатам измерения вычисляется совершенная механическая работа P

%= „М, (2) о где P — текущее значение веса на к крюке;

И - путь, цроходимый канатом.

Однако, с учетом дискретности действия устройства, Реализующего данный способ, совершаемая канатом работа определяется как . Ъ = — 7.Р„аВ, 11 к 2(И-1)„„1 (3) где и — число отрезков пути, пройденное за контролируемый период времени)

m — число рабочих струн талевой системы;

N — номер ролика кронблока, огибаемого данной ветвью каната, (за первый принят неподвижный ролик).

Устройство, реализующее данный способ,, содержит датчик усиления, датчик пути, блок логического управления по каналу пути, блок логического управления по каналу усилия и счетчик импульсов. Через равные интервалы пути датчик пути воздействует на бло управления по каналу пути, который, в свою очередь, действует на блок управления по каналу усилия, в котором производится заполнение очередного сформированного временного интервала импульсами постбяиной частоты.

Однако, несмотря на определенные преимущества перед известными, данный способ измерения работы талевого каната и устройство, его реализующее, обладают низкой точностью, связанной с тем, что учитывается лишь раЗота по перемещению каната на величину не

8680 54

10 (8) а число импульсов, поступающих в логический блок 4, составит

«в„ео с

n a..Ð=f " .= — -Р. Е, (9) о о Ео о"фо

Тогда, йолный отсчет счетчика за период действия амплитуды колебаний каната к (»=у p — < E0 е Р, (10)

4. Ео 4о Ео л d 41 о i w о «Ео

Корректировку масштаба работы .колебаний и поступательного перемещения осуществляют делением частоты колебаний, для.чего коэффициент деления частоты делителя 6 выбирают равным отношению длины дискретного отрезка пути ь Е к пороговому значению амплитуды колебаний каната

Кд= (11) о" о

При бесконечном увеличении числа дискретных отсчетов предел .этого отсчета стремится к величине работы колебательных перемещений каната без учета их знака и изменений усилия за период. Действительно

6i 1.1 4Р.«"ei-=f Р «Ю.iy„gt ч1 и чю -" о

» где W „ — реактивная энергия колебаний с учетом постоянства

Р;

Таким образом, при отсутствии поступательных перемещений каната отсчет N определяет работу за счет колебаний каната, а при малой амплитуде колебаний и больших перемещениях отсчет N определяет работу поступа0 тельного .перемещения каната. Первый отсчет имеет место при отсутствии быстрых перемещений, например, в процессе бурения твердых пород, второй при быстрых перемещениях, например, .при спуско-подъемных операциях. Суммарный отсчет работы талевого каната,,интегрируемый счетчиком. 9, характеризует работу каната как поступательного перемещения каната, так и работу каната, совершаемую в процессе его колебаний, что позволяет строго контролировать моторесурс .талевых канатов.

Примененяе данного способа позволяет определить фактическую работу талевого пласта, что в свою очередь позволяет рационально эксплуатировать канаты, выдавать рекомендации .по оптимальному перепуску каната в

)соответствии с отработанным . ресурМ ° = -Р.

il (4) где - постоянный коэффициент с размерностью времени. 26

При поступательном перемещении каната на. выходе датчика 2 пути появля" ются импульсы, число которых ri„ равно количеству дискретных отрезков пути a c. 25

Данные импульсы через логический блок 5 воздействуют иа логический блок 4, после чего тот выдает серию счетных импульсов с управляемого генератора 8 с частотой fa за время 30

at. . Данные импульсы поступают на

1 счетчик 9 импульсов. Отсчет счетчика

9 эа один импульс датчика пути и;=. о а 1= о t . 9„. (5) . Полный отсчет счетчика за время поступательного перемещения каната

NÀ а„ (6) о L

При бесконечном увеличении числа дискретных отсчетов предел этого от- 40 счета стремится к интегралу произведения одновременно контролируемых усилий и поступательных перемещений каната. Действительно, при подстановке в (6) значений и; из (5) и введе- 4 йии h R под знак суммы получим е (.) е е". " де р„ае, Ъ-" "" о<

Получаемые отсчеты характеризуют работу поступательнога перемещения каната. В процессе бурения талевый канат имеет значительные колебания;.

Синхронно с помощью датчика 3 иэмаряют амплитуду и частоту колебаний каната, по которым вйчислявт дополни- тельную величину работы, совершаеыую талевы4 канатом s процессе его колебаний, и величина данной работы eyieмируется с работой поступательного перемещения каната. Уровень амплиту- Щ ды колебаний каната достигает значительных величин, а когда амплитуда колебаний Фй„ превышает пороговое Эиачение о.вона выходе датчика амплитуды и частотй колебаний каната появляет- Я ти, а второй выход этого же датчика через преобразователь 7 амплитуды колебаний каната в напряжение постоянного тока и управляемый генератор

8 связан с блоком логического управления по .каналу усилия, к которому подключен счетчик 9 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Усилие, воздействующее на канат, непрерывно контролируется датчиком

1 усилия, а поступательное перемещение каната датчиком 2 пути. Выходной сигнал датчика 1 подается на блок 4, где преобразуется во временной интервал А1;, строго пропорциональный величине усилия действующего на канат

Р ° ся дискретный сигнал с частотой f » соответствующей частоте колебаний каната, а на выходе преобразователя 7 напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний каната, которое поступает на вход управляемого генератора 8..

В результате частота генератора 8 будет пропорциональна амплитуде колебаний

8680 54

Формула изобретения

Составитель Г.Данилова

Редактор П.Макаревич ТехредИ.Асталош КорректорМ.Демчик

Заказ 8263/Зб Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 сом,так как преждевременные перепускй ведут к перерасходу каната, а задержки перепуска ведут к тяжелым авариям. Экономическая эффективность от внедрения данного способа достигается эа счет сокращения расхода каната при бурении. Ориентировочный экономический эффект от внедрения одного комплекта устройства составляет

27,3 тыс.р. в --од.

1. Способ определения работы талевого каната, основанный на непрерывном интегрировании произведений уси.лий на поступательные перемещения каната, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно одновременно измеряют амплитуду и частоту колебаний каната и определяют работу, совершаемую канатом в процессе его колебаний.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее датчик усилия, .подключенный через блок управления по каналу усилия к счетчику импульсов и датчик пути, подключенный через блок управления по каналу пути к блоку управления по каналу усилия, о т л и ч а ю щ е е с я, тем, что оно снабжено датчиком амплитудЫ и частоты колебаний каната, делителем частоты, преобразователем и управляемым генератором, при этом датчик амплитуды и частоты колебаний каната подключен через последовательно соединенные преобразователь и управляемый генератор к блоку управления по каналу усилия и подключен к блоку управления по каналу пути через дели-., 15 тель частоты.

Истбчники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Брентли Д.Е. Справочник по ро2О торному бурению. М., Недра, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 243538, кл. Е 21 В 45/00, 1967, 3. Авторское свидетельство СССР

Р 208081, кл. С 05 В 11/26, 1966 (прототип),