Устройство для измерения средней скорости проходки при бурении скважин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ПРОХОДКИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИЫ; содержащее бесконтактный путевой переключатель и основной диск с секторами, который закреплен на валу ведущего шкива, соединенного с приводом подачи бурового инструмента, о т л и ч a ю щ ё е с я тем, что, с Целью повышения точности измерений за счет исключения ложных срабатываний бесконтактного путевого переключате ш, устройство снабжено дополнительным диском с. секторами, которвлй жестко скреплен с основным, наружный диаметр допол нительного диска равен дигшетру основного диска, ширина секторов дополнительного диска ширины секторов основного диска на величину, равну|р удвоенной допуст||мой амшгату- (Л ;де колебаний колонны бурильнызс труб, a толщина дополнительного диска такова, что не обеспечивает порога срабатывания бесконтактного путевото переключателя.. Р5 СП СП 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОВВМВФМ

PECflVSJNH

OO (и) Мя)Е 21 В 45 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЖТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3456637/22-03 :(22) 23.06.82 . .- л . (46) 07.01.84. Бюл. Ю 1 (".2) Р.A. Багаутинов,. Н.Б. Ситников, И.A. Бедрови В.Т. .Трапезников (71) Свердловский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт им..В.В; Вахрушева (53) 622.254(088.83 (56) 1. Измеритель механической

: скорости бурения. ИСБ. Техническое описание и инструкция по эксплуата- . .ции ИСБ.ОО.ООО. Научно-производст-. венное объединение ."Геотехника".

Специальное конструкторское бюро.

М., 1977 °

2. Автоматизация произиодственных: процессов при разработке роосыПей. .,Сборник. Свердловск, 1975 (прототип); (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ:

СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ПРОХОДКИ ПРИ БУРЕ-.

НИИ СКВАЖИН, содержащее бесконтактный путевой переключатель и основной диск с секторами, который закреплен на валу ведущего шкива, соединенного с приводом подачи бурового инструмента, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений. за счет исключения ложных срабатываний бесконтактного путевого переключателя, устройство снабжено дополнительным диском с.секторами, который жестко скреплен с основным, наружный диаметр дополнительного диска равен диаметру основного диска, ширина секторов дополнительного диска больще нирины секторов основного диска на веЛичину, Е

Ф равную удвоенной допустймой амплитуде колебаний колонны бурильных труб, а толщина дополнительного диска такова, что ие обеспечивает порога С срабатывания бесконтактного путевого переключателя.

Мю

10бББВ7

МУ закону. Использовать такой сигнал в системе автоматического регулирования практически невозможно.

Указанные недостатки устранены в устройствах измерения механической скорости проходки, в которых производят измерения скорости на некотором участке проходки скважины (величиной в пределе 10-50 мм), т.е. датчики измеряют среднюю (в некотором интервале проходки скважины) скорость бурения.

Известно устройство для измерения средней механической скорости бурения, содержащие бесконтактный путевой переключатель типа БВК-24 М, основной диск с секторами, установленный на валу ведущего шкива, и фрикционную пару. Ведущий шкив через фрикционную пару передает вращение основному диску, сектора которого входят в паз бесконтактного путевого переключателя, установленного неподвижно на буровом станке.

Ведущий шкив охвачен тросиком, закрепленным на концах направляющего

50

Изобретение относится к технике бурения геологоразведочных скважин, в частности к измерительной аппаратуре, предназначенной для контроля эффективности протекания процесса разрушения горных пород. 5

Известны устройства для измерения механической скорости бурения, содержащие пары винтовой шток-гайка, гибкий вал, повышающий редуктор и асинхронный двигатель с полым ротором типа АДН-б2 и основанные на преобразовании поступательного движения во вращательное. Преобра. зование производится с помощью пары "винтовой шток-гайка". Вращение гайки через муфту одностороннего действия, гибкий вал и повышающий редуктор передается асинхронному двигателю с полым ротором, выполняющему роль тахогенератора. Сигнал с асинхронного двигателя поступает на вход схемы однополупериодного диодного модулятора, который нагружен на показывающий микроамперметр(1).

Однако использование гибкого вала и муфты сдностороннего действия для передачи вращательного движения тахогенератору создает трудности применения устройства ввиду невысокой надежности этих элементов. Устройство выдает электрический сигнал, пропорциональный текущему значению механической скорости. B условиях резкоизменяющихся горных пород И сильной вибрации колонны бурильных труб величина этого сигнала содер- З5 жит значительную периодическую составляющую переменной частоты и амплитуды, а также составляющую, пропорциональную механической скорости . бурения и изменяющуюся по случайно- 40 штока системы подачи станка. Устройство закреплено на раме станка.

В процессе проходки скважины направляющий шток движется вниз, ведущий шкив поворачивается с угловой скоростью, пропорциональной механической скорости бурения. Одному обороту ведущего шкива соответствует приращение глубины скважины, равное длине окружности ведущего шкива.

Движение шкива через фрикционную муфту передается основному диску, входящему своими секторами в паз бесконтактного путевого переключателя. При попадании сектора в паз на выходе бесконтактного путевого переключателя появляется напряжение, при выходе сектора из паза - напряжение исчезает. Длительность выходного напряжения можно регулировать с помощью фрикционной пары, имеющей переменное передаточное число. Длительность импульса напряжения, снимаемого с выхода бесконтактного путевого переключателя, обратно пропорциональна средней механической скорости проходки

ЬЬ ii2

Ф. = — =

V (4) ср ср где d k — приращение проходки, м

1, — диаметр ведущего шкива, м; и - число лепестков секторного диска

Ч - средняя механическая скорость бурения на углубку скважины Д h м/с, - длительность импульса выходного напряжения, с.

Выходной сигнал бесконтактного путевого переключателя легко преобразуется в числовой код и может быть использован в системах автоматического регулирования процесса проходки геологоразведочных скважин l2).

Однако в известном устройстве появление и исчезновение напряжения связано с положением сектора основного диска относительно бесконтактного путевого переключателя. Устройство работает точно, без ложных срабатываний только при монотонном графике механической скорости проходки, когда отсутствуют колебания колонны бурильных труб. При возникновении вертикальных колебаний бурильных труб мгновенное значение скорссти вращения ведущего шкива может иметь отрицательное значение. В этом случае сек=ор основного диска (при сработавшем бесконтактном путевом переключателе), изменив направление движения, выходит из паза и выходное напряжение исчезает — имеет место ложное срабатывание устройства.

Бурение геологоразведочных скважин в крепких трещиноватых породах обычно сопровождается колебаниями колон10б5587 ны бурильных труб, поэтому точное измерение средйей скорости в этом случае невозможно из-за наличия ложных срабатываний.

Белью изобретения является повышение точности измерений за счет ис- 5 ключения ложных срабатываний бесконтактного путевого переключателя.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для измерения средней скорости проходки при бурении сква- 30 жин, содержащее бесконтактный путевой переклочатель и основной диск с секторами, который. закреплен на валу ведущего шкива, соединенного с приводом подачи бурового инструмента, снабжено дополнительным диском с секторами,. который жестко скреплен с основным, наружный ди аметр дополнительного диска равен диаметру основного диска, ширина секторов дополнительного диска больше ширины секторов основного диска на величину, равную удвоенной допустимой амплитуде колебаний колонны бурильных труб, а толщина доПОлннтельного диска такова, что не обеспечивает порога срабатывания бескон.тактного путевого переключателя.

Наличие вспомогательного секторного диска исключает ложные срабатывания устройства для измерения средней механической скорости про содки, что позволяет использовать его в системах автоматического регулирования процесса бурения глубоких геоло» горазведочных скважин.

На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения средней скорости проходки на Фиг. 2 — разрез A-А на

Фиг. 1; на фиг. 3 - диаграмма выходного. напряжения бесконтактного путе- 40 вого переключателя.

Устройство для измерения средней скорости проходки содержит бесконтактный путевой переключатель 1, .ус- . тановленный с возможностью взаимо- 45 действия с секторами основного дисica 2, который установлен на вал 3 ведущего шкива 4 (не показан). На этот же вал установлен вспомогательный диск 5 с секторами 6. Секторы 50 основного диска 2 жестко соединены с секторами вспомогательного диска 5.

Причем секторы 6 вспомогательного диска 5 выполнены по диаметру одинаковыми с секторами основного диска 2,55 а ширина секторов;вспомогательного диска 3 выполнены большей секторов основного диска,2 на величину, равную допустимой амплитуде колебаний колонны б ильных т б. ур ру

На Фиг. 3 показано выходное на« пряжение 7 бесконтактного путевого переключателя 1 и амплитуда колебаний колонны бурильных труб в точках

Ф и с ° &5

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 3 ведущего шкива 4 начинают одновременно вращаться основной 2 и вспомогательный 5 диски с секторами. В паз бесконтакт ного путевого переключателя 1 входит переденяя кромка сектора вспомогательного диска 5. Напряжение 7 на выходе бесконтактного путевого переключателя 1 равно нулю (фиг. 3a ). Отсутствие напряжения обусловлено тем,. что толщина сектора вспомогательного диска 5 (около 0,3 мм) недоста:очна для срабатывания бесконтактного путевого переключателя 1.

Напряжение 7 на выходе появляется в момент, когда в паз бесконтактного путевого переключателя 1 входит сектор основного диска 2 (фиг.З, Ь ), поскольку общая толщина основного и вспомогательного секторного дисков (около 1,5 мм) достаточна для четкого срабатывания бесконтактного путевого переключателя 1, а кромка сек-. тора вспомогательного диска 5 остается в пазу, то напряжение 7 на вЫходе бесконтактного путевого перЕключателя 1 не исчезает благодаря гистерезисной характеристике бесконтактного путевого переключателя.

При выходе сектора основного диска 2 из пазов бесконтактного путевого переключателя 1 напряжение 7 на его выходе не исчезает (фиг. 3, С ) пока в пазу находится другая кромка сектора вспо..1огательного диска 5. Напряжение 7 на выходе бесконтактного путевого переключателя 1 исчезает в момент выхода зад..ей кромки сектора вспомогательного диска 5 °

Если под действием колебаний колонны бурильных труб задняя кромка сектора вспомогательного диска 5 воз« вращается в паз бесконтактного путе-, вого переключателя 1, то напряжение

7 на его выходе уже не появляется (фиг. 3, 8). таким образом исключаются ложные срабатывания устройства для измерения средней механи ческой .скорости проходки. Ложные срабатывания предлагаемого устройства исключаются благодаря наличию вспомогательного секторного диска 5 и гистереэисной характеристике бесконтактного путевого переключателя.

При сравнении предлагаемого устройства с известным было установлено, что число ложных срабатываний известного устройства составляет от 40 до

50%, т.е. оно практически является, неработоспособным.

Еак видно из выражения (1), среднее значение механической скорости бурения обратно пропорционально времени, за которое происходит приращение проходки clh (ди. - величина по- стоянная).

1065587

Составитель Н. Якимович

Редактор 0. Бугир Техред И.Метелева Корректор A. Тяско

Заказ 11019/36 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал IIIIII, "Патент", г. Ужгород„ ул. Проектная, 4

Таким образом, время бурения и средняя механическая скорость одно значно связаны друг с другом. Поэтому длительность импульса напряжения 7 с помощью функционального преобразователя может быть преобразована в величину средней механической скорости бурения.

Использование предлагаемого устройства позволит полностью устранить ложные срабатывания устройства для

5 измерения средней скорости проходки.