Забойное устройство для измерения осевой нагрузки

 

ЗАБОЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ колонны бурильных труб, содержащее встроенный в колонну бурильных труб упругий элемент, на суженной части которого с наружной стороны расположены датчики измерения деформаций защитный стакан и контейнер с электронным блоком отличающёес я тем, что, с целью повьшения точности измерений путем исключения влияния внутритрубного и затрубного давлений, вызьшающих деформацию растяжения упругого элемента , а также компенсации влияния гидростатического давления, вызывающего деформацию сжатия, устройство снабжено дополнительными защитным стаканом и упругим элементом , вьтолненным в форме цилиндра ступенчатой формы из того же материала , что и основной упругий элемент , при этом дополнительный за-щитньй стакан установлен герметично со стороны внутритрубного давления , а защитные стаканы совместно с суженной частью основного упругого элемента образуют две концентричес-.. кие воздухозаполненные полости, в утолщенной части основного упру гого элемента вьтолнено отверстие, куда до упора вставлен дополнительный упругий элемент, образующая поверхность большего диаметра которого уплотнена, а на образующей поверхности меньшего диаметра расположены дополнительные датчики измерения деформации, причем торец дополнительного упругого элемента меньшего диаметра сообщен с воздухозаполненной полостью, где расположены датчики измерения деформации основного упругого элемента, а торец большего диаметра сообщен с затрубным пространством, при этом отношение площадей большего и меньшего сечений дополнительного упругого элемента равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолщенной и суженной частях.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (l l ) (51)4 Е 21 В 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3708512/22-03 (22) 11 . 03. 84 (46) 30.07.85. Бюл. Р 28 (72) В.И. Лагутин, Ю.М. Гольдштейн, Л.Е. Голиков, В.В. Абаканович, M.Н. Салимон и А.И. Бару .(71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти

Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (53) 622.245(088.8) (56) Грачев Ю.В., Варламов В.П.

Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М, Недра. 1968, с. 110-113.

Авторское свидетельство СССР

В 595482, кл. E 21 В 19/08, 1977. (54) (57) ЗАБОЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ колонны бурильных труб; содержащее встроенный в колонну бурильных труб упругий элемент, на суженной части которого с наружной стороны расположены датчики измерения деформаций защитный стакан и контейнер с электронным блоком, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повьппения точности измерений путем исключения влияния внутритрубного и затрубного давлений, вызывающих деформацию растяжения упругого элемента, а также компенсации влияния гидростатического давления, вызывающего деформацию сжатия, устройство снабжено дополнительными защитным стаканом и упругим элементом, выполненным в форме цилиндра ступенчатой формы из того же материала, что и основной упругий элемент, при этом дополнительный защитный стакан установлен герметично со стороны внутритрубного давления, а защитные стаканы совместно с суженной частью основного упругого элемента образуют две концентричес-. кие воздухозаполненные полости, в утолщенной части основного упругого элемента выполнено отверстие, куда до упора вставлен дополнительный упругий элемент, образующая поверхность большего диаметра которого уплотнена, а на образующей поверхности меньшего диаметра расположены дополнительные датчики измерения деформации, причем торец дополнительного упругого. элемента меньшего диаметра сообщен. с воздухозаполненной полостью, где расположены датчики измерения деформации основного упругого элемента, а торец большего диаметра сообщен с затрубным пространством, при этом отношение площадей большего и меньmего сечений дополнительного упругого элемента равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолщенной и суженной частях.

1 11701

Изобретение относится к буровой технике и касается устройств для измерения осевой нагрузки на долото. ! елью изобретения является повышение точности измерений путем исклю- 5 чзния влияния внутритрубного и затрубного давлений, вызывающих деформацию растяжения упругого элемента, а также компенсации влияния гидростатического давления, вызывающего деформацию 10 сжатия.

ha фиг. 1 изображена конструктивчая схема описываемого устройства, на фиг. 2 — блок-схема электронного блока. 15

Забойное устройство для измерения . осевой нагрузки состоит из упругого элемент"- 1, суженного в средней части, датчиков 2 измерений деформации, расположенных на наружной 30

O боковой поверхности упругого элемента 1 в его суженной части. В качестве датчиков измерения деформаций могут быть использованы тензопреобразаватели. 25

Снаружи и внутри суженной части упругого элемента 1 герметично уста" навлены стаканы 3 и 4, образующие совместно с телом суженной части две концентричные воздухозаполненные ЗО полости А и Б. Жесткость стаканов выбрана такой, чтобы максимально возможный прогиб стенок стаканов от внешнего давления не превышал воздушных зазоров между стаканами и суженной частью упругого элемента. Это позволяет исключить влияние на тела упругого элемента радиально направленных сил, возникающих вследствие воздействия давления на стаканы.

В утолщенной части упругого элемента 1 выполнено отверстие 5, сообщающееся с полостью А, где установлены датчики 2. В отверстии 5 размещен дополнительный упругий элемент 6, выполненный из того же материала, что и основной и имеющий форму ступенчатого цилиндра.Упругий элемент 6 меньшим торцом упирается в днище отверстия 5. На об-50 разующей поверхности меньшего диаметра элемента 6 укреплены датчики 7 измерения деформаций. В качестве датчиков измерения деформаций также могут быть использованы тензопреобразаватели.

Упругий элемент б по образующей поверхности большего диаметра уплот29 2 нен в отверстии 5 и сообщается с затрубным пространством торцом большего диаметра. г

Отношение площадей большего () пэ ф и меньшего () сечений дополнительного упругого элемента 6 должно быть, равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолЛ 2 1 2 щенной †- -Ю:- 1- и сущанной

1 + частях.

Электронный блок, размещенный в конвейере 8 (фиг. 2), состоит из мостовой схемы, образованной резисторами $ 9 и й10 тензопреобразавателей, используемых для измерения деформаций основного упругого элемента 1, и резисторами 11 и R 12 тензопреобразавателей, предназначенных для измерения деформаций дополнительного упругого элемента 6.

Для питания мостовой схемы используется переменное (двуполярное) прямоугольное напряжение, вырабатываемое блоком 13 питания (например, мультивибратор), который через согласующий усилитель 14 подключен к питающей диагонали моста. Измерительная диагональ моста через линейный усилитель 15 подключена к фазочувствительному выпрямителю 16, Фазачувствительный выпрямитель 16 состоит из двух ключей, выполненных, например, на транзисторах. Управляющие входы ключей соединены с блоком 13 питания. Выходы фазочувствительного выпрямителя 16 подключены к входу сумматора 17, представляющего собой дифференциальный операционный усилитель ° Выход усилителя 15 подключен к блоку 18 преобразования, который производит кодирование выходного сигнала усилителя 15 для передачи в линию связи. Блок-схема в зависимости от типа датчиков измерения деформаций и их включения моможет иметь другое конструктивное выполнение, обеспечивающее вычитание из сигнала, соответствующего полной деформации упругorа элемента, той части, которая является следствием выталкивающей .силы.

Устройство работает следующим образом.

Являясь составной частью колонны бурильного инструмента, устройство монтируется непосредственно над забойным двигателем и, следовательно, воспринимает осевую нагрузку, 3 1 170 передаваемую бурильной колонной долоту.

Для создания условий, при которых измеряемые с помощью датчиков 2 деформации упругого элемента характеризовали бы только осевую нагрузку, следует устранить возможность воздействия на него гидравлического давления. С этой целью суженную часть упругого элемента 1 ограждают от зубчатого и внутритрубного давлений жесткими стаканами 3, 4,герметично установленными снаружи и внутри упругого элемента, образуя совместно с ним две концентрические кольцевые воздухозаполненные полости. Стаканы прогибаются под воздействием наружного избыточного давления на величину меньшую, чем радиальные зазоры между стаканами

20 и суженной частью упругого элемента, и таким образом давление внутри труб и в затрубном пространстве не может вызвать его деформацию.

Влияние на деформацию, кроме осевой нагрузки, оказывает также выталкивающая сила, прямо пропорциональная гидростатическому давлению. Но то же самое давление воздействует и на больший торец

30 дополнительного упругого элемента 6, герметично установленного в глухом отверстии 5 утолщенной части упругого элемента 1 до упора меньшим торцом в днище этого отверстия.

Под воздействием этого давления поверхность меньшего сечения дополнительного упругого элемента деформируется, причем так как основной и дополнительный упругие элементы выполнены из одного материала и имеют одинаковое отношение площадей воспринимающих давление, к площадям, способным деформироваться, датчики

7, установленные на дополнительном элементе 6, измеряют те же деформа45 ции под воздействием давления, что

129 4 и датчики 2, установленные на основ-. ном упругом элементе 1, воспринимающем ос евую на груз к у.

Таким образом создается возможность освободить результаты измерений деформации основного упругого элемента от влияния, вносимого давлением. Датчики 2 и 7 деформации, например тензопреобразователи 9, - 10, и (11, к12, соединены по мостовой схеме, питание которой осуществляется переменным (двуполярным) прямоугольным напряжением с блока

13 питания. С измерительной диагонали этого моста снимается переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна истинному значению осевой нагрузки. С выхода моста переменное напряжение усиливается усилителем 15 и подается на фазочувствительный выпрямитель 16. В фазочувствительном выпрямителе 16 с помощью ключей, управляемых противофазным напряжением с блока 13 питания, происходит разделение выходного сигнала усилителя 15 по знаку и преобразуется в два симметричных, разнополярных, постоянных напряжения, поступающих далее на входы сумматора 17, где происходит их алгебраическое суммирование.

Полученный сигнал с усилителя 15 подается на блок 18 преобразования, в котором он преобразуется в форму, удобную для передачи по лилии связи на дневную поверхность.

В предлагаемом устройстве существенно повьппается точность измерения осевой нагрузки путем ограждения упругого элемента с помощью жестких стаканов и воздухозаполненных полостей от влияния внутри-и затрубного давления, а также учета и компенсации того влияния, которое вносит в результаты измерения выталкивающая сила.

I) 70129

1170129

1 (Е И

Р

Составитель И,, Назаркина

Редактор Н, Швыдкая Техред A,Áàáèíåö Корректор Л. Бескид

Заказ 4683/30 Тираж 540 Подпис ное

ВНИИПИ 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