Преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото

 

1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕСА БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА И ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО , содержащий датчики и резисторы, соединенные между собой по мостовой схеме и подключенные к усилителю,одна из вершин диагонали питани$Г мостовой схемы соединена с неподвижными контактами первого переключателя, подвижный контакт которого соединен с источником питания, регистрирующий прибор, подключенный одним концом к выходу усилителя, а другим - к подвижному контакту второго переключателя, механически связанного с первым, показывающие приборы веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото ,, одни концы которых подключены к неподвижным контактам второго переключателя , а другие - через компенсационные резисторы к вершине измерительной диагонали, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения и упрощения конструкции, преобразователь снабжен дополнительным переключателем и двумя узлами регулирования направления тока, первый иэ которых выполнен в виде двух параллельных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных переменного подстроечного резистора и диода, а второй в виде двух параллельных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных постоянного резистора и диода, причем диоды каждого узла включены разнополярно, при этом узлы подключены одним концом к вершине измерительной диагонали, причем первый узел через компенсационные резисторы , а второй непосредственно, (Л а другим концом - к датчикам, подвижный контакт третьего переключателя соединен с источником питания, выполненным в виде стабилизированного источника тока, а неподвижные контакты подключены к другой вершине диагонали питания и связаны с соответствующими неподвижными контактами первого переключателя , который механически связан с третьим эо 2. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что, с це00 лью повышения точности и упрощения конструкции, в качестве регистрирующего и показывающих приборов использованы измерители токов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ()! ) 4(з)) E 21 В 45/00 ™ аеаэк

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДМ СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАЧ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3677908/22-03 . (22) 22. 12;83 (46) 07 04.85, Бюл, В 13 (72) Ю.Д.Коловертнов (71) Уфимский нефтяной институт (53) 622.243.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 229378, кл. E 21 В 45/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1002544, кл. Е 21 В 45/00, 1983. (54) (57) 1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕСА БУРОВО° ГО ИНСТРУМЕНТА И ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ДО ЛОТО, содержащий датчики и резисторы, соединенные между собой по мостовой схеме и подключенные к усилителю, одна из вершин диагонали питания мостовой схемы соединена с неподвижными контактами первого переключателя, подвижный контакт которого соединен с источником питания, регистрирующий прибор, подключенный одним концом к выходу усилителя, а другим — к подвижнаму контакту второго переключателя, механически связанного с первым, показывающие приборы веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долог то„, одни концы которых подключены к неподвижным контактам второго переклЫчателя, а другие — через компенсационные резисторы к вершине измерительной диагонали, о т л и ч а ю — шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения конструкции, преобразователь снабжен дополнительным переключателем и двумя узлами регулирования направления тока, первый иэ которых выполнен в виде двух параллельных ветвей, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных переменного подстроечного резистора и диода, а второй— в виде двух параллельных ветвей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных постоянного резистора и диода,.причем диоды каядого узла включены разнополярно, при этом узлы подключены одним концом к вершине измерительной диагонали, причем первый узел через компенсационные резисторы, а второй непосредственно, а другим концом — к датчикам, подвижный контакт третьего переключателя соединен с источником питания, samoaненным в виде стабилизированного источника тока, а неподвижные контакты подключены к другой вершине диагонали питания и связаны с соответствующими неподвижными контактами первого переключателя, который механически связан с третьим2, Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, в качестве регистрирующего и показывающих приборов использованы измерители токов.! 148981

Изобретение относится к устройствам контроля эа процессом бчрения скважин.

Известны устройства для раздельного измерения веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, выполненные по мостовым схемам, подключенные к усилителю, в плечо мостов которых последовательно с датчиками веса и осевой нагрузки и реэис- 1О торами обратной связи включены первые рамки логометров (11 .

Однако такое включение существенно снижает точность измерения, так как при изменении температуры окружающей среды меняются величины сопротивлений рамок логометров. Недостатками этого устройства являются низкая точность преобразования, связанная с влиянием изменения сопротивлений рамок логометра, и низкая чувствительность.

Наиболее близким к предлагаемому

25 по технической сущности является преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий датчики и резисторы, соединенные между собой по мостовым схемам и подключенные к усилителю, диа- о гонали питания мостовых схем соединены с неподвижными контактами первого переключателя, а его подвижный контакт соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна 35 из рамок которого включена между второй клеммой источника питания и общей вершиной измерительной диагонали мостов, причем параллельно ей включен резистор, а вторая рамка ре- 4о гистрирующего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, одни рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между неподвижными контактами второго переключателя и вершиной измерительной 50 диагонали соответствующих мостовых цепей через компенсационные резисторы. В известном устройстве вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на доло- 55 то, эашунтированные дополнительными резисторами, включены в диагонали питания мостовых цепей (2) .

При изменении сопротивлений 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, протекающего по компенсационным резисторам. Изменение тока обратной связи происходит до тех пор, пока мост вновь не будет уравновешен. Отношение токов, измеряемое логометрами, пропорционально изменению сопротивления датчиков.

Недостатком известного преобразователя для раздельного измерения веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото является испольэо" вание двух комплектов датчиков, которые трудно подобрать идентичными.

Выравнивание их базовых сопротивлений производится с помощью добавочных резисторов. Однако это приводит к разному приращению сопротивлений их при одинаковом нагружении датчиков, требует для их подключения шесть проводов линии связи. Применение магнитоэлектрических логометров с гальванически разделенными рамками, у которых градуировка шкал индивидуальна и неравномерна, приводит к трудности расшифровки записи веса инструмента и осевой нагрузки.

Иагнитоэлектрические логометры с гальванически разделенными рамками промышленностью не выпускаются. Переделка серийных логометров представляет трудоемкую и дорогостоящую опе.рацию. Например, стоимость разделения рамок и переградуировка серийных магиитоэлектрических логометров сравнима со стоимостью самих приборов.

Кроме .того, затрудняется преобразование- выходной величины (отношения токов) в величину другого рода (например, в унифицированный пневмосигнал для подачи на показывающий или записывающий монометры) или передача в линию телемеханики, так как передача отношения токов, как известно, много сложнее, чем передача унифицированного сигнала тока или напряжения. Наличие двух градуировок: прямой — для записи веса колонны, и обращенной— .для записи осевой нагрузки приводит также к усложнению расшифровки документа регистрации. В связи с тем, 3 1148 что при измерении либо веса инструмента, либо осевой нагрузки в известной схеме всегда измерительная диагональ шунтируется резисторами, образующими измерительную цепь либо осевой нагруз-> ки, либо веса инструмента, то чувствительность устройства уменьшается примерно в два раза.

Цель изобретения — повышение точ-, ности измерения и упрощение конструк- 1ð ции преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий датчики и резисторы, 15 соединенные между собой по мостовой схеме и подключенные к усилителю, одна иэ вершин диагонали питания мостовой схемы соединена с неподвижными контактами первого переключате- ля, подвижный контакт которого сое-. динен с источником питания, регистрирующий прибор, подключенный одним концом к выходу усилителя, а другимк подвижному контакту второго переключателя, механически связанного с первым, показывающие приборы веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, одни концы которых подключены к неподвижным контактам второго переключателя, а другие — через компенсационные резисторы к вершине измерительной диагонали, снабжен дополнительным переключателем и двумя узлами регулирования направ- 35 ления тока, первый из которых выполнен в виде двух параллельных ветвей, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных переменного подстроечного резистора н диода, а 40 второй — в виде двух параллельных . ветвей, каждая из которых состоит

as последовательно соединенных постоянного резистора и диода, причем диоды каждого узла включены раэнопо- 45 лярно, при.этом узлы подключены одним концом к вершине измерительной диагонали, причем первый узел через компенсационные резисторы, а второй непосредственно, а другим концом — 50 к датчикам, подвижный контакт третьего переключателя соединен е источни" ком питания, выполненным в виде стабилизированного источника тока, а неподвижные контакты подключены к SS другой вершине диагонали питания и . связаны с соответствующими неподвижньвя контактами первого переклвчате981 ля, который механически связан с третьим, Кроме того, в качестве регистрирующего и показывающих приборов использованы измерители токов.

На чертеже приведена измерительная схема предлагаемого преобразователя.

Измерительная схема представлена мостовой цепью, направление тока в которой коммутируется двумя ключами .трехплатного переключателя 1. Мостовая цепь образована постоянными резисторами 2-.9, а также резистивными датчиками 10, подсоединенньяи к прибору трехпроводной линией связи, каждый провод 11 которой имеет сопротивление. Диоды 12-15 и резисторы 6-9 включены в узлы регулирования направления тока. Узлы регулирования направления тока, включенный между верхним проводом 11 линии связи и резистором

4, состоит иэ переменного подстроечного резистора 6, включенного между проводом 11 и минусом диода 12 и иэ переменного подстроечного резистора

7, включенного между проводом 11 и плюсом диода 13. Плюс диода 12 и минус диода 13 подключены к резистору 4.

Назначение указанного узла регулирования направления тока заключается в возможности приведения мостовой це" пи к равновесию при раздельном измерении веса инструмента и осевой нагрузки на долото, причем равновесие моста можно добиться при любом значении веса инструмента с помощью резисторов 6 и 7. Постоянные резисторы

8 и 9, служащие для компенсации сопротивлений резисторов 4 и 5 и номи-.. нальных сопротивлений переменных подстроечных резисторов 6 и 7, а также диоды 14 и 15 входят в состав компен" сационного узла регулирования направления тока, включенного между. нижним проводом 11 линии связи и резисто-. ром 3, Он состоит из постоянного резистора 8, включенного между проводом 11 и ппюсом диода 14 и постоянного резистора 9, включенного мелду проводом 11 и минусом диода 15. Минус диода 14 и плюс диода 15 подключены к резистору 3. Включение узлов регулирования направления тока в мостовую схему позволяет использовать только один комплект датчиков и трехжильный кабель.

1148981

При изменении сопротивления датчиков 10 под действием усилия, действующего на них (датчики, устанавли- р ваемые 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 16, который изменяет величину тока обратной IKQ(P), протекающего по резисторам (4+5) или по резисто35 ру 5. Изменение тока обратной связи

IKQ(P) происходит до тех пор, пока мост вновь будет уравновешен, т,е.

fKoKcL не выполнится равенство I)Q(P)=

Х Ц(Р) (при равенстве сопротивлений резисторов 2 и 3) . уравнение шкалы измерителей и регистратора токов при этом условии можно выразить формулой

4|О М

4 5) ) 5)Р

50 ю

Ь R — приращение сопротивлею ний датчиков 10 под действием усилия, действующего на них; (R +Rg} — расчетное (составное) сопротивление компенсационного резистора где

Мостовая цепь подключена к усилителю 16, в цепь обратной связи которого включены постоянный резистор 17 и регистрирующий прибор 18 веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, а через переключатель 1 для визуального наблкдения измерители веса буровой колонны 19 и осевой нагрузки на долото 20, а также компенсационные резисторы 4 и 5. В диагональ питания мостовой цепи включен стабилизированный источник 21 тока.

С помощью переключателей 1 осуществляют .изменение направления тока пита.ния датчиков 10; направление токов питания мостовой цепи и тока обратной связи при измерении веса инструмента

Ч и осевой нагрузки P показано на схеме стрелками.

Преобразователь работает. следую- 20 щим образом. при измерении веса колонны (erv величина определяется, исходя из максимального веса колонны);

R — расчетное сопротивле-

5 ние компенсационного резистора при измерении осевой нагрузки на долото (его величина определяется, исходя из Msксимальной ocевой нагрузки на долото);

I Q(Ð) — ток, проходящий по верхней ветви моста.

Прн равновесии моста I,Q(P}=I q(e)=

=const. При этом в формуле учитывается то, что измерительные резистивные датчики, включенные в плечи мостовой цепи, последовательно с компенсационными резисторами К и К получают положительные приращейия, а измерительные реэистивные датчики, включенные в смежные относительно диагонали питания плечи мостов, имеют равные, но отрицательные приращения сопротивлений (для мостов с тенэосопротивлениями с чистым изгибом).

Так как измерительная схема ис" ключает шунтирование измерительной диагонали за счет устранения параллельной мостовой цепи, то чувствительность преобразователя повышается приблизительно в два раза, а использование одних и тех же датчиков при раздельном измерении веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото повышает точность измерения и упрощает конструкцию и настройку преобразователя.

При спуске инструмента переключатель 1 устанавливается s положение Q.

При этом измеритель 19 тока показывает (ток IKQ увеличивается при спуске), а регистратор 18 тока регистрирует процесс спуска инструмента. При этом токи I,Q и ЕКЯ протекающие по компенсациойным резйсторам 4 и 5, имеют противоположное направление.

Регистрирующий прибор имеет две прямые градуировки: для записи веса инструмента и для записи осевой нагрузки на долото. Шкалы приборов отградуированы в тоннах.

Перед началом бурения, когда долото не касается забоя, переключатель

1 переводится в положение Р— измерения осевой нагрузки, н с помощью

7 ° 1148981 Я

129

Составитель В,шилов

Редактор Г.Волкова Техред Л.Микеш Корректор М, Самборская

Заказ 1841/21 Тираж 540 Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная . 4 изменения сопротивления подстроечного резистора 7 стрелка указателя 20 осевой нагрузки и неро регистратора

18 выводятся на нуль шкалы. После этого часть веса инструмента передается на забой, т.е. создается требуемая осевая нагрузка.

При этом в связи с изменением направления тока в ветвях мостовой цепи при уменьшении веса на крюке (для создания осевой нагрузки), т.е. при изменении знака приращения сопротивлений датчиков ток обратной связи усилителя IKP не изменяет направление и для выравнивания токов I P u I P 15 и .увеличивается. Направление токов I P и IKP, протекающих по компенсацнонйому резистору 5, в этом случае совпадает. При этом измеритель 19 тока показывает, а регистратор 18 тока запи- 20 сывает значение осевой нагрузки.

При подъеме инструмента переключатель 1 возвращается в положение изме. рения веса инструмента. Измеритель 19. тока показывает, а регистратор тока

18 регистрирует операцию подъема инструмента.

Технико-экономический эффект предлагаемого преобразователя достигается за счет устранения второй мостовой измерительной цепи, шунтирующей измерительную, диагональ, что повышает чувствительность примерно в два pasa, и испбльзования одного комплекта датчиков вместо двух, что повышает точность и значительно упрощает изготовление и настройку силоизмерительных преобразователей, устраняет дополни тельно трехжильный кабель связи, длина разводки которого достигает 120 м, а также за счет замены магнитоэлектрических логометров с гальванически разделенными рамками на измерители тока, что устраняет неравномерность градуировки и трудность расшифровки документа регистрации и позволяет получить унифицированный сигнал.