Преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и)! 002544. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 020681 (21) 3295839/22-03 (51)M Кп з

E 21 В 45/OQ с присоединением заявки ¹â€”

Госуаарстненный комитет

СССР по лелам изобретений и открытий (23) Приоритет— (33) УДК 622. 243..7(088.8) Опубликовано 070383. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070383

Ю.Д. Коловертнов, В.A. Палагушк

В.В. Сафонов и В.И. Шир (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Уфимский нефтяной институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕСА БУРОВОГО ИНСТРУИЕНТА

И ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ HA ДОЛОТО

Изобретение относится к приборам контроля за процессом бурения скважин.

Известны.измерительные устройства, выполненные по мостовой схеме, подключенные к усилителю, в диагональ питания которых в качестве измерительного прибора подключен логометр.

В плечи мостов -включаются датчикисопротивлений и резисторы 1). . Однако на точность их измерения влияет абсолютная величина сопротивления линии связи и сопротивление .рамки логомера при изменении температуры среды. Шкалы приборов неравномерны вследствие нелинейной зависимости между напряжением в измерительной диагонали и изменением сопротивления датчиков, что не позволяет испольэовать их для контроля за процессом бурения скважин, так как .они не обеспечивают требуемой точности.

Наиболее близким по технической сущности .к предлагаемому является преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, подключенные к нему мостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания ко- торых соединены с неподвижными контак-3О тами первого переключателя, а его подвижный контакт соединен с источником питания; регистрирующий логометр, одна из рамок которого включена между второй клеммной источника питания и общей. вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей включен резистор, а вторая рамка регистрирующего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между неподвижными контактами второго пе- реключателя и вершинами измерительных диагоналей .соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы.

Принцип работы заключается в следующем. При изменении сопротивления датчиков под действием усилия, действующего на них, изменяются токи, протекающие через датчики, вследствие чего нарушается равновесие моста.

Напряжение, появившееся на измерительной диагонали, подается на вход усилителя, который изменяет величину тока обратной связи, протеканщего по

1002544 компенсационным резисторам. Изменение тока обратной связи происходит до тех пор, пока мост вновь не уравновешен. Отношение токов, измеряемое логометрами, пропорционально изменению сопротивления датчиков. 5

В данном устройстве вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото включены в плечи последовательно с измеряемыми датчиками в мостовую схему.10

Следовательно, номинальные сопротивления плеч с датчиками веса бурового инструмента и осевой нагрузки включают сопротивления соответствующих рамок логометров, что существенно )5 сказывается на точности измерений, так как при изменении температуры окружающей среды меняются величины сопротивлений рамок логометров. Если в качестве измерительных датчиков используются проволочные тензометры, у которых приращение сопротивлений составляет порядка десятых, в лучшем случае единиц Ом, а изменение сопротивления рамок логометров, выполненных из меди, и включенных последовательно с измеряемыми датчиками, при изменении температуры окружающей среды составляет единицы Ом (так при сопротивлении рамки логометра

R — 100 Ом и при изменении темпег о ратуры на 10 С изменение сопротивления рамки 40 Ом ), то погрешность измерения составляет сотни процентов 2 1.

Недостатками известного преобразо-35 вателя веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото являются низкая точность преобразования, связанная с влиянием преобразования сопротивления рамок логометров, и 40 низкая чувствительность.

Цель изобретения — повышение точности за счет устранения влияния преобразования сопротивления рамок логометров и повышение чувствитель- 45 ности °

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, 50 подключенные к нему мостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания которых соединены с неподвижными контактами первого переключателя, а подвижный контакт последнего соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна иэ рамок которого включена между второй клеммной источника питания и общей вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей включен60 резистор, а вторая рамка регистрирующего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между неподвижными контактами второго переключателя и вершинами измерительных диагоналей соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы, он снабжен включенными в диагонали питания мостовых схем дополнительными резисторами, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото.

На чертеже изображен предлагаемый преобразователь.

Измерительная схема представлена двумя измерительными цепями, коммутируемыми переключателем 1.

Первая цепь образована резисторами 2-5, а также датчиками 6-10 веса бурового инструмента, подсоединенными к прибору трехпроводной линией связи, каждый провод которой имеет сопротивление 11. Данная цепь служит для измерения осевой нагрузки на долото. !

Мостовые цепи подключены к усилителю 12, в цепь обратной связи которого включены рамка 13 логометра.

14 и через переключатель 1 рамки

15 и 16 логометров 17 и 18, а также компенсационные резисторы 5 и 9. В диагональ питания мостовых цепей, кроме источника питания, включена рамка 19 логометра 14, служащего для записи веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, эашунтированного резистором 20, и рамки

21 и 22 соответственно эашунтированных резисторами 23 и 24 логометров

17 и 18, служащих для визуального измерения веса бурового инструмента и осевой,нагрузки на долото.

Принцип работы индикатора. заключается в следующем.

При изменении сопротивления датчиков 6 или 10 под действием усилия, действующего на них (датчики, устанавливаемые под углами рамы кронблока, в смежных относительно диагонали питания плечах получают приращения разных знаков), изменяются токи, протекающие через датчики, вследствие чего нарушается равновесие моста. Напряжение, появившееся на измерительной диагонали, подается на вход усилителя 12, который изменяет величину тока обратной связи „ протекающего по резистору 5 или 9.

Изменение тока обратной связи Д,. происходит до тех пор, пока мост вновь не уравновешен, т.е. пока не выполнится равенство 31- 32 (при равенстве сопротивлений резисторов 2 и 3).

1002544

Уравнение шкалы логометров 17 (18) при этом условии можно выразить формулой:

ymjn к (min дй4(А|10)

j1 7а R5 R9 l R5(R91

-roe dR6(aR10) — соответственно приращение тензорезисторов 6 (10 ).

При этом в формуле учитывается то, что измерительные резисторы, включенные в плечи мостовой цепи последовательно с компенсационными резисторами R 5 (R 9 ), получают по- 15 ложительные приращения,. а измерительные резисторы, включенные в смежные относительно диагонали питания плечи мостов, имеют равные, но отрицательные приращения сопротивлений 20 (для мессдоз с тензосопротивлениями с чистым изгибом ).

Так как из плеча моста устраняется сопротивление рамки логометра (уменьшается выходное сопротивление 25 цепи ), то соответственно повышается чувствительность моста по напряжению.

При спуске инструмента логометр

17 показывает, а логометр 14 регист- gg рирует процесс спуска. инструмента.

Регистрирующий логометр 14 имеет две градуировки: прямую для записи веса инструмента и обращенную для записи осевой нагрузки. Шкалы логометров отградуированы в тоннах. Перед началом бурения, когда долото не касается забоя, переключатель 1 переводится в положение измерения осевой нагрузки и с помощью изменения подстрочного резистора 25 стрелка логометра 18 и перо логометра 14 выводится на нуль шкалы.

После этого часть веса инструмента передается на забой, т.е. создается требуемая осевая нагрузка. B 45 этом случае логометр 18 показывает, а логометр 14 записывает ее. При подъеме инструмента переключатель 1 возвращается в положение измерения веса инструмента. При этом логометр 50

17 показывает, а логометр 14 регистрирует операцию подъема инструмента.

Таким образом, из описанного видно, что поставленная цель — увеличение точности преобразования и повы- 55 шение чувствительности устройства достигается исключением из измерительного плеча рамок логометров и включением в диагонали питания мостовых цепей дополнительных резисторов, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса буровоzo инструмента и осевой нагрузки на долото.

Автокомпенсационная схема для измерения веса инструмента и осевой нагрузки на долото исследуется экспериментально на кафедре автоматизации производственных процессов

Уфимского нефтяного института. Пределы измерения Q „„ = 160 т, P „= 40 т. Номинальные значения тейзосопротивлений составляли

4000 м, их суммарное максимальное изменение составляет соответственно

0,8 и 0,2 Ом. Приведенная погрешность измерений В и Р составляет соответственно 0,4 и 0,5Ъ.

Формула изобретения

Преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, подключенные к нему мостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания которых соединены с неподвижными контактами первого переключателя, а подвижный контакт последнего соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна из рамок которого включена между второй клеммной источника питания и общей вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей вкдючен резистор, а вторая рамка регистрирующего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между неподвижными контактами второго переключателя и вершинами измерительных диагоналей соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влияния преобразования сопротивления рамок логометров и повышения чувствительности, он снабжен включенными в диагонали питания мостовых схем дополнительными резисторами, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Орнатский П.П. Автоматические изме,метельные приборы. Киев, "Техника", 1965, с. 142 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 229378, кл. Е 21 В 45/00, 1968.

1002544

ВНИИПИ Заказ 1486/5 Тирам 601 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Умгород, Ул.Проектная,4