Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА , содержащее вибропреобразователь, соединенный через усилитель с аналогоцифровым преобразователем, выход которого подключен к блоку памяти, и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности работы устройства, в него введены корреляционный анализатор, генератор сигналов и блок управления, при этом выход блока памяти соединен с входом корреляционного анализатора , выход которого Через индикатор соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, второй выход - с блоком памяти, третий выход - с вторым входом корреляционного анализатора, четвертый выход через генереи Q тор опорных сигналов - с третьим входом сл корреляционного анализатора, выход которого подключен к второму входу блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Ю Е 21 В 45/00 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3471736/22-03 (22) 16.07.82 (46) 23.11.83. Бюл. 14 43 (72) Т, П. Даева, 3. С. Епифанова, Ю. П. Муха, И, М. Струлев и А. В. Ферштер (71) Волгоградский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический mrститут ф (53) 622.225(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 301431, кл. Е 21В 45/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Ии 652318, кл. E 21 В 45/00, 1976 (прототип). (54)(S7) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАШЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержашее вибропреобразователь, соеди внный через усилитель с аналого„„SU„„1055864 A цифровым преобразователем, выход ко- торого подключен к блоку памяти, и блок индикации, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повьпнения точности работы устройства, s него введены корреляционный анализатор, генератор опорных сигналов и блок управления, при этом выход блока памяти соединен с первым входом корреляционного анализато- ра, выход которого через индикатор сое. динен с первым входом блока управления, первый выход. которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, второй выход - с блоком памяти, третий выход — с вторым входом корреляционного анализатора, четвертый выход через генера» тор опорных сигналов - с третьим входом корреляционного анализатора, выход которого подключен к второму входу блока управления, 55864 2

45

4 10

Изобретение относится к тепеконтролю забойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известны устройства, использующие процопьные колебания бурильной колонны в качестве источника информации о частоте вращения вала турбобура, оцно из которых соцержит вибропреобраэователь, усилитель, поцключенный к фильтрам высокой и низкой частоты, частотомеры, блок деления и индикаторы (1

Вибрации, вызванные работой долота в забое скважины, привоцимого во вращение турбобуром, распространяются в вице -упругих механических колебаний бурильных труб к устью скважины. Эти вибрации воспринимаются цатчиком вибраций - вибропреобразователем, установленным на вертпюге. Вибропреобразовател ь выцае т на выхоце электричес к ие колебания, амплитуца, форма и частота которых определяется амппитуцой, формой и частотой механических колебаний верхнего конца колонны бурильных труб, вызванных работой полота в забое. Эти электрические колебания поступают на анализатор амплитуд и частот. По амплитудному и частотному составу вибраций опрецеляются забойные параметры в процессе бурения. Вчастности,,для определения частоты вращения вала турбобура частотомером с выхоца низкочастотного фипьтра измеряется частота низкочастотных колебаний, вызванных взаимоцействием шарошек бурового инструмента с породой и характеризующих скорость вращения вала турбобура, Процесс, который контролируется устройством, опрецеляется соотношением вица X(<) = $ и <„> ), гце А — амппитуда процесса; я - контролируемая частота; Q — сцвиг фаз.

Во время работы цопота в забое про» исходят изменения параметров бурения, обусловленные иэменениемконфигурации забоя и. износом инструмента. Это неизбежно вызывает изменение номинальной величины контролируемого сигнала, приводящее к возникновению погрешности6 .

Кроме того, процесс бурения носиг случайный характер из-аа ряца факторов, в частности, из-оа случайной структуры породы забоя, что вызывает флуктуации час готы и фазы, дающие погрешности со и .

Следовательно, недостатком устройства является низкая точность контроля частоты вращения иэ-за отсутствия учега изменившихся параметров бурения, свя« эанных с изменением конфигурации забоя, с износом, инструмента и со случайным характером вибрационных колебаний бурильной колонны.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля частоты вращения вапа турбобура, содержащее вибропреобраэователь, усилитель, подключенный к фильтрам высокой и низкой частоты, часготомеры, блок целения и инцикатор.

Для повышения точности контроля путем учем изменения в процессе бурения конфигурации забоя и степени износа вооружения цолота, оно снабжено амплитуцным цискриминатором, блоком задержки, блоком сравнения, функциональным преобразователем, что в сочетании прецставпяет аналого-цифровой преобразователь, блохом памяти и анализатором информации (2j .

Устройство учитывает изменение в процессе бурения конфигурации забоя и степени износа инструмента, Однако и в этом устройстве не учтен случайный характер вибрационных колебаний бурильной колонны, обусловленный целым ряцом случайно изменяющихся во време« ни воздействий — взаимоцействия инструмента с породой, изменения состава и давления промывочной жицкости.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства и контроля частоты вращения вала турбобура путем учета случайного характера вибрационных колебаний бурильной колонны.

Поставленная цель цостигается тем, что в устройство цля контроля частоты вращения вала турбобура, содержащее вибропреобразова тель, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразова. тепем, выхоц которого подключен к блоку памяти, и блок инцикации, ввецены корреляционный анализатор, генератор опорных сигналов и блок управления, при этом выхоц блока памяти соединен с первым вхоцом корреляционного анализатора, выхоц которого через индикатор соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соецинен с аналого-цифровым преобразова гелем, второй выход - с блоком памяти, третий выхоцс вторым входом корреляционного анализатора, четвертый выхоц через генератор опорных сигналов — с третьим входом корреляционного анализатора, выход которого подключен к второму входу блока управления. з 105

На фиг. 1 препставлена структурная схема устройства пля опрепеле частоты вращения вала турбобура; на фиг. 2— структурная схема корреляционного анализатора устройства; на фиг. 3 — структурная схема блока управления.

Устройство (фиг. 1) содержит вибропреобразователь 1, установленный на вертлюге и предназначенный цля преобразования механических колебаний бурильной колонны в электрический сигнал, выход которого подключен к вхоцу усилителя 2, преаназначенного цля усиления и формирования анализируемого ,сигнала, Bblxoa которого поцключен к вхопу аналог< цифрового преобразователя 3, прецназначенного для получения цифровой формы анализируемого сигнала и организации временного сцвига между орцинатами исходного процесса, выход которого поцключен к блоку 4 памяти, прецнаэначенному цля запоминания ординат анализируемого процесса, выхоц которого подключен к корреляционному анализатору 5, препназначенному для выпол- >5 нения специализированной обработки исхоцного процесса, оцин выхоц которого поцключен к блоку 6 управления, прецназначенному цля выработки управляющих сигналов блоками 3 — 5 и 7, к которым

30 поцключены выхоцы блока 6. Другой выхоц блока 5 подключен к блоку 8 индикации, прецназначенному пля цешифрации светового изображения.

Генератор 7 опорного сигнала прецназначен цля формирования сигнала опорной частоты, необходимого пля специализированной обрабо KH исхопного сигнала. Выхоц генератора 7 попключен к вхоцу блока 5.

Корреляционный анализатор 5 (фиг. 2) 40 состоит иэ блока 9 вычислений, блока 10 выбора и блока 11 опрецеления частоты вращения вала турбобура. Блок 9 вычисления прецназначен пля вычисления значений взаимокорреляционной функции исходного 45 сигнала с опорным сигналом и соцержит цва регистра пля сомножителей, блок умножения, регистр результата умножения и сумматор цля накопления значений функции. На его вхоцы поцключены выхо- 50 цы блоков 4, 6 и 7, а его вЬ хоцы подключены к генератору 7 и блоку 10 выбора, к пругому входу которого поцключен выхоп генератора 7. Блок 10 выбора прецназначен для выбора максимального 55, значения взаимокорреляционной функции и состоит из ааух регисгров цля опрецеления и запоминания максимального зна5864 4 чения из всех рассчитываемых значений функций, из сумматора, триггера выбора максимума и регистра пля запоминания номера ввода частоты, на котором получился максимум. Спин иэ выходов блока 10 попключен к вхопу генератора 7, а второй его выхоц — к вхопу блока 11 опрецеления частоты вращения вала турбобура, к другому вхопу которого поцключен выхоп генератора 7. Блок ll опрецеления частоты состоит из регистра начальной частоты, с которой начинается расчет взаимокорреляиионной функции, из сумматора, гце опрепеляется путем суммирования сопержимого регистра ввоца и соцержимого регистра начальной частоты истинное значение частоты, на которой получился максимум взаимокорреляционной функции, регистра набора коэффициентов, зависящих от типа пороцоразрушаюшего инструмента и схемы умножения.

Опии из выхоцов блока ll попключен к вхоцу генератора 7, а второй - к входу блока 8.

Блок 6 управления (фиг. 3) состоит из коммутатора 12 импульсов, сопержащего генератор тактовых импульсов, счетчики и пешифраторы, анализатора 13 состояний, на вхоцы которого лопаются сигналы с блоков 5 и 8, выполненного на регистрах и триггерах,.и распрецелителя 14 импульсов, выполненного на логических схемах и управляющего работой блоков 3 — 5 и 7. Все блоки устройства выполнены с помошью набора микрос.хем 155 серии.

Устройство работает следующим образом.

Вибропреобразователь 1 преобразует продольные колебания бурильной колонны в электрический сигнал, который усиливаегся усилителем 2, и после аналого-цифрового преобразования 3 по сигналу с блока 6 управления в корреляционном анализаторе 5 (фиг. 2) расгчитываются значения взаимокорреляционной функции между исхопным процессом, поступающим иэ блока 4 памяти, и опорным сигналом С05 (и), воспроизвопяшим ( полезный сигнал и вырабатываемым генератором 7опорных сигналов по формуле

N-Q

К("ь) = . X4 СОВЫ(«Р), Я-0

raeP=0, 1, 2...

Причем временный сдвиг между opQHHB» тами исхопного пропесса, необходимый

1055864

15

Составитель И. Назаркина

Рецактор О. Юрковецкая Техрец С.Мигунова . Корректор.А. Дзятко:

Заказ 9259/26 Тираж 603

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Поцп ионов

Филиал ППП Патент, r. У>кгоррц, ул. Проектная, 4

Т цля организации вычислений в анализаторе 5, обеспечивается запоминанием в блоке 4 памяти значений исхоцного про цесса с постоянным шагом в некотором циапазоне частот. Максимальные значения взаимокорреляционной функции получаются при совпацении частоты опорного сигнала с частотой полезного сигнала, поцаваемого на прибор в смеси со случайной помехой.

По мере вычисления значений функции цля кажцой частоты опорного сигнала в блоке 10 происхоцит выбор максимального значения этой функции и опрвцление частоты, соответствующей этому максимуму.

Таким образом, иэ вибрационнь.х коле- баний бурильной колонны, имеюших случайный характер, определяется 4 - часто 2о та врашения цолота в. забое. В блоке 11 по ней опрецеляется и частота вращения вала турбобура по формуле и = ° 60(К (об./мин), гце К - коэффициент, зависяший от типа пороцоразрушаюшего инстру- 25 мента. Полученный результат расдаифро-: вывается и инцицируется на световом табло в инцикаторе 8. Анализ исходного сигнала с помощью корреляционной обработки позволяет исключить влияние случай ной частоты и фазы на результаты измере ний, так как случайный сигнал ставится в соответствие наиболее вероятному цетерминированному сигналу, а конечные результаты формируются на основе измерения соответствуюшего детерминируюmего сигнала, Внедрение одного устройства позволит снизить стоимость 1 ч работы буровой установки приблизительно на 10%, что даст экономический эффект 20000„руб, в гоц. Применение прецлагаемого устройства позволит с большей точностью поц держивать оптимальную частоту вращения вала турбобура, что паст возможность получать более высокие технико-экономй» ческие показатели процесса бурения. Это цостигается одновременным учетом изме-., нения характера процесса бурения в зависимости от конфигурации забоя, износа инст; румента и случайнык характеристик забоя.