Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями , гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности передачи показаний, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем , вычислителем структурной . функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор , логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь последовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхровходом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада i которого подключены к второму выходу синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвлга соединены с первыми входами элементов С ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы О 00 синхронизатора и выходы через накопители соединены с входами измерио: теля частоты, а отверстия в статоре глубинного датчика размещены по законуЛ -сигнала. со СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЮЛИК аю а>

3(50 Е 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488807/22-03 (22) 06.09.82 (46) 15 04.84. Бюл. № 14 (72) P Ñ.ßðåìèé÷óê, Я.Н.Николайчук, Е.П.Майдан и С.M.Èùåðÿêîâ (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (53) 622.243(088.8) (56) 1. Погарский А.А., Чефранов К.А., Шишкин О.П. Оптимизация процессов глубокого бурения. M., "Недра", 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 110494, кл. Е 21 В 45/00, 1956.

3. Дядюнов Н.Г., Сенин А.И.

Ортогональные и квазиортогональные сигналы. Под ред. Тарасенко. М., . "Связь", 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями, гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения дальности передачи показаний, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислителем структурной функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор, логический элемент

ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь пос" ледовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхровходом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада которого подключены к второму выходу Q синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвига соединены с первыми входами элементов

ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы синхронизатора и выходы через нако- (,,") пители соединены с входами измери- QQ теля частоты, а отверстия в статоре ф глубинного датчика размещены по . фа законуЯ -сигнала. С Э

1086135

Изобретение относится к телеконт- ! ролю забойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен низкочастотный гидротурботахометр, содержащий редуцирующее устройство, клапанное устройство (преобразователь давления}, усилитель, фильтр, пересчетное устройство и регристратор или указатель 10 оборотов 1.1 g.

Недостатками данного устройства являются сложность, обусловленная наличием в таходатчике редуктора и гидравлического усилителя для 15 получения гидроимпульсов в низкочастотном диапазоне, и низкая помехоустойчивость при контроле частоты вращения вала турбобура на больших глубинах, когда уровень помех в гид- 20 равлическом канале на устье скважины превьппает уровень полезного сигнала в заданном диапазоне частот.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для непрерывного 25 контроля оборотов вала турбобура, содержащее датчик числа оборотов, в котором диски пяты турбобура снабжены выступами, периодически перекрыВающими поток!1 промывочной жидкости 3О направляемой через проходные отверстия подпятника для создания импульсов давления, частота которых воспринимается на поверхности приемником и узкополосным фильтром 21.

Недостатками известного устройства является небольшая глубина контроля частоты вращения вала турбобура. Это обусловлено тем, что на забое амплитуда сигнала забойного датчика не может превьппать определенной величины (20-40 кГ/см ), так как дальнейшее увеличение перепада давления отрицательно сказывается на работе турбобура. В то же время, 45 для надежного выделения частотномодулированного сигнала датчика необходимо, чтобы его амплитуда на приеме превьппала амплитуду помех в полосе частот передаваемого сигнала не менее, чем в 2 раза. При укаэанной амплитуде сигналов забойного датчика и коэффициенте затухания сигналов в гидравлическом канале связи 1 дБ/км известное устройство 55 обеспечивает контроль частоты вращения вала турбобура на глубинах до

1-2 км.

Цель изобретения — увеличение дальности передачи показаний.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями, гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, снабжено аналого-цифровым преобразователем, вычислителем структурной функции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор,логический элемент -ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь последовательности нечетных чисел и накопитель в каждом канале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхро-входом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к преобразователю давления, а выход соединен с входом первого каскада многокаскадного регистра сдвига, сдвиговые входы каждого каскада которого подключены к второму выходу синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвига соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ соединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входы синхронизатора и выходы через накопители соединены с входами измерителя частоты, а отверстия в статаре глубинного датчика размещены по закону М-сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, содержащего глубинный гидравлический таходатчик 1, гидравлический канал связи 2, преобразователь давления 3, аналого цифровой преобразователь 4, вычислитель структурной функции 5, синхро-! низатор 6, многокаскадный регистр сдвига 7 (каскады 7 -7,„), элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.!-8,„, формирователи последовательности нечетных чисел

91-9m, накопители 10.1-10„„,измеритель частоты впадин структурной функции 11.

На фиг. 2 изображены элементы статора и ротора турбобура, который является генератором гидравлических импульсов в виде

3 1 м-сигнала, представляющего собой импульсную последовательность сигналов, например типа 1110100, которая имеет двухуровневую автокорреляционную функцию, На фиг. За-Зе представлены соответственно разверткаN -сигнала на интервале одного оборота вала турбобура (a) структурная функция,, соответствующая М -сигналу (б), реализация помехи в гидравлическом канале (в), структурная функция помехи (г), реализация суммы М-сигнала и помехи (д), структурная функция на выходе приемника (е).

Устройство работает следующим образом.

При вращении турбобура ротор таходатчика 1 перекрывает отверстия в статоре, что приводит к возникновению пульсаций гидравлического давления в виде М -сигнала в канале связи 2.

На устье скважины пульсации давления воспринимаются преобразователем давления 3 и преобразуются с помощью аналого-цифрового преобразователя 4 в цифровой унитарньгй код Х (t) который поступает в вычислитель структурной функции 5, реализующий зависимость и

С„„= — X. (Х, (t)- x;(t+Sg2.

i =-1

086135 рого происходит предустановка всех триггеров (не показаны) последовательности нечетных чисел 91- 9„ в единичное состояние, а по фронту спада — запуск преобразователя аналог — код 4.

Одновременно с этим на втором выходе синхронизатора 6 вырабатывается последовательность импульсов, 10 которая действует на всем протяжении такта измерения, тактируя сдвиги в

35 многокаскадном регистре 7, а также работу формирователя нечетных чисел (последняя связь на схеме не показа- . на) .

В процессе измерения с выхода преобразователя аналог-код 4 сичхронно с тактовыми импульсами на первые входы элементов 9 -9 и первый выход

1 первого каскада регистра 7 1 поступает унитарный код отсчета .мгновенного значения амплитуды сигнала пульсаций давления. При этом в каждом канале на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 -Я получается

1 rn число импульсов, равное абсолютной разности между текущйм и хранимым в 1 -ом каскаде регистра сдвига 7 значением входного случайного.процесса.

По каждому импульсу, поступающему на вход формирователя 9;, в нем происходит счет нечетных чисел и передача их кодов в накопитель 10. э где коды нечетных чисел складываются с ранее полученной суммой.

Так как автокорреляционная функция

Ю-сигнала является периодической(5), а структурная функция, являющаяся зеркальным отражением автокорреляционной функции, также периодична, 4 то частота впадин структурной функции на выходе устройства 5 будет соответствовать частоте вращения вала турбобура на забое.

Вычислитель структурной функции работает следующим образом.

Значения мгновенной амплитуды сигнала пульсаций давления P(t) после их преобразования преобразователем давления 3 в аналоговую величину V(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4.

Процесс вычисления структурной функции происходит за и тактов измерений. В начале каждого такта изменения на первом выходе синхронизатора 6 формируется короткий импульс, по фронту нарастания котоТаким образом, в такте измерения предлагаемое устройство обеспечивает одновременное выполнение операций получения абсолютных разностей отсчетов, сдвинутых во времени в каждом канале, суммирование в накопителях 10<-10 квадратов этих разностей и сдвиг информации в многокаскадном регистре сдвига 7.

Формирователь кодов нечетных чисел реализуется на базе суммирующего двоичного счетчика. Причем получение последовательности нечетных чисел обеспечивается предустановкой всех триггеров счетчика в единичное состояние и подключение выхода соответствующего сдвигового регистра к входу второго триггера счетчика.

После тактов измерений с выходных зажимов накопителей 10 - 10 „ коды точек структурной функции

1086135

1 А

l — 1n — ——

1чых 1ь А,, где

20

30 поступают в измеритель частоты впадин 11 структурной функции, который может быть реализован с помощью мультиплексора, цифро-аналогового преобразователя и аналоговой схемы определения минимального значения.

В процессе вычисления структурной функции в устройстве 4 происходит цифровая фильтрация помех в широком диапазоне частот, при этом обеспечивается выделение полезного сигнала в гидравлическом канале связи на фоне помех, превы-. шающих уровень полезного сигнала, Кроме того, дальность передачи показаний увеличивается при накоплении точек структурной функции за счет некоррелираванных помех и хороших корреляционных свойств

/М сигнала.

Применение вычислителя структурной функции на приеме аналогично корреляционному приемнику обеспечивает . выделение сигнала на фоне помех, превышающих уровень сигнала в 2 М раз, ! где N — - число накоплений структурной функции, поэтому минимальная

1 амплитуда сигнала в точке приема, необходимая для его выделения на фоне помех, равна: где А и А — амплитуды сигнала и

1 и помехи в точке приема соответственно.

Предельная глубина контроля частоты вращения вала турбобура рассчитывается по формуле (1): коэффициент затухания сигнала, А — амплитуда сигнала на забое, и для предложенного устрой -ства составит в зависимости от N = 1-10:

1 40

1 = - 1n — = 3,7 (км.), Мс Х (М=

1 40

1 = 1О = — 1n -- = 6,1(км)

tnax !ы= 10

0э1

Таким образом, по сравнению с известными устройствами предлагаемое устройство обеспечивает повышение глубины контроля частоты вращения вала турбобура в 2-3 раза при существенном упрощении забойного датчика.

1086135 рНИИПИ Заказ 2207/31 Тираж 564 Пойписи е

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, Ул.Проех™мЯ,