Бесконтактный импульсный датчик подачи бурового инструмента

 

БЕСКОНТАКТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ДАТЧИК ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА содержащий последовательно соединен ные чувствительный элемент, квантователь и формирователь импульсов отличающийся тем что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, датчик снабжен двумя триггерами, двумя элементами И, двумя делителями, эле ментом ИЛИ, реверсивным счетчиком, генератором и панелью набора масшта ного коэффициента, причем в качестве квантователя используют спицы шкива кронблока, а чувствительный элемент выполнен в виде двух плоских катушек индуктивности, входящих в задающие контуры высокочастотных LC -генераторов, при этом выходы формирователя импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго элементов И, а также с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешейия счета реверсивного счетчика , выхбды панели набора масштабного коэффициента соединены с установочными входами реверсивного счетчика , выход переноса которого подключен к входу разрешения установки реверсивного счетчика и.к вторым входам первого и второго триггеров, выход генератора соединен с тактовым входом реверсивного счетчика и к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами соответствующих делителей , выходы делителей являются выходами датчика.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU(11) (51) 4 E 21 В 44/00 »

В р„-,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,»!

g ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

:В (21) 3761650/22-03 (22) 27.06.84. (46) 23.12.85. Бюл. Р 47 (71) Тюменское специальное конст рукторско-технологическое бюро с опытным производством (72) В.Б. Банных, В.Г. Горожанкин, А,В. Косин, Э.Е. Лукьянов и А.В. Бары,чев (53) 622.24(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

ll» 775302, кл. Е 21 В 45/00, 1978.

Бражников В.А. и Кузнецов В.А.

Информационные устройства для апре деления эффективности управления процессом бурения. — М.: Недра, 1978, с. 67-72. (54)(57) БЕСКОНТАКТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ

ДАТЧИК ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий последовательно соединенные чувствительный элемент, квантователь и формирователь импульсов, отличающийся тем; что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, датчик снабжен двумя триггерами, двумя элементами И, двумя делителями, элементом ИЛИ, реверсивным счетчиком, генератором и панелью набора масштабйого коэффициента, причем в качестве квантователя используют спицы шкива кронблока„ а чувствительный элемент выполнен в виде двух плоских катушек индуктивности, входящих в задающие контуры высокочастотных

LC -генераторов, при этом выходы формирователя импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго элементов И, а также с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешения счета реверсивного счетчика, выхЬды панели набора масштабного коэффициента соединены с установочными входами реверсивного счетчика, выход переноса которого подключен к входу разрешения установки реверсивного счетчика и,к вторым входам первого и второго триггеров, выход генератора соединен с тактовым входом реверсивного счетчика и к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами соответствующих делителей, выходы делителей являются выходами датчика

1199913 (2) I

8=-h,N>, где "р — "цена", выраженная в какой-либо долькой едиИзобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам контроля процессов бурения нефтяных и газовых ,скважин.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение точности измерений.

Недостатками известных датчиков являются сложность и нетехнологичность установки квантующих устройств, ухудшение условий техники безопасности, вызванное наличием разъемных квантующих устройств, прикрепляемых к шкиву кронблока и вращающихся вместе с .ним, необходимость применения Й квантующих устройств для

111-типов оснастки талевой системы, а также значительная накапливающаяся ошибка измерения глубины скважины, обусловленная погрешностью преобразования угла поворота шкива кронблока, образованногь двумя соседними метками квантующего устройства, в квант проходки, регистрируемый устройствами для измерения глубины скважины, т.е. погрешностью преобразования трансцендентного числа в целое.

Дискретность преобразования датчика, т.е. "цена" каждого импульса в случае установки квантующего устройства на одном из шкивов кронблока определяется формулой

h= ("ш+ О к) о „ (1 где 3„,3„- соответственно диаметры шкива и талевого каната, м, - коэффициент оснастки талевой системы, — номер выбранного шкива, исчисляемый по ходу талевого каната от буровой лебедки. — число меток квантующего устройства.

В установках для определенная глубины скважины производится прямой подсчет импульсов, поступивших с датчика, а глубина скважины определяется как

phd ho

Ь,„ (3) Так, например, для буровой уста20 новки БУ-75Бр при 4м = 0 8 м, Д = 0,028 м, К = 8, hо.= 0,01 м к и установке квантующего устройства на первом шкиве кронблока, т.е.

1 при 4 = 1, минимальная ошибка преобразования имеется при tn = 33.

Расчитанная по формуле (1) дискретность преобразования датчика равна

ho = 9„853176 10 м

В этом случае относительная ошибка равна

8 = — 1,490118 10

35 что дает накапливающуюся ошибку для скважины глубиной 2500 м в 37,3 м.

40 Использование в качестве чувствительного элемента для регистрации спиц шкива кронблока трансформаторных преобразователей с разомкнутой магнитной цепью неприемлемо, так

45 как минимально допустимое расстояние между спицей шкива кронблока и чувствительным элементом датчика, обусловленное люфтом шкива кронблока и обледенением спиц в зимний период, составляет 10-15 мм, и чувствительность известных преобразователей недостаточна для надежной регистрации спиц, имеющих относительно малую и зависящую от изменений

55 условий окружающей среды магнитную проницаемость, поэтому в качестве чувствительного элемента применены две плоские катушки индуктивности, нице метра, приписываемая одному импульсу, N — число импульсов, поступивших в счетчик глубины

5 скважины. выбирают равной 0 01 м. Для уменьшения ошибки преобразования уг ла поворота шкива кронблока в линейное перемещение бурового.инструмента необходимо, чтобы как можно меньше отличалась от выбранного значения h, Относительная ошиб. ( о ка преобразования записывается в виде

1199913 входящие в задающие контуры высокочастотных LC -генераторов с номинальной частотой 930 кГц.

Дискретность преобразования предлагаемого датчика зависит от ти- 5 па буровой. установки и от схемы оснастки талевой системы. Так для буровой установки БУ-75Бр при уста-! нонке датчика около первого шкива. кронблока, имеющего шесть спиц, "цена" одного импульса, рассчитанная по формуле (1) составляет а — с

Р с макс

При частоте тактового генератора

f = 2 Гц и показателе степени P = 3 датчик сохраняет работоспособность при скорости перемещения бурового инструмента до 20 м/с, а относительная ошибка преобразования, вычисленная по формуле (6), равна

S = 4,557828 10

ho = 5,419247 10 м что дает накапливающуюся ошибку для скважины глубиной 2500 м в 0,11 м.

На чертеже представлена функциональная схема бесконтактного импульс« ного датчика подачи бурового инстру-. мента.

Датчик имеет чувствительный элеЗ0 мент 1, квантователь 2, формирователь 3 импульсов, два триггера 4 и 5, два элемента И 6 и 7, два делителя 8 и 9, элемент ИЛИ 10, панель

11 набора масштабного коэффициента, 35 реверсивный счетчик 12, включенный в режим вычитания, и генератор 13.

Датчик работает следующим образом.

Прохождение спиц шкива кронбло40 ка около катушек индуктивности высокочастотных ЬС -генераторов чувствительного элемента 1 вызывает изменение их частоты, которое пре-. образуется формирователем 3 импуль45 сов в последовательность импульсов и распределяется по двум каналам в зависимости от направления движения бурового инструмента.

Передним фронтом импульса, сфор50 мированного формирователем импульсов 3, переводится в единичное состояние один из триггеров 4 и 5, разрешающих через одну из элементов И 6 или 7 прохождение импульсов

55 с генератора 13 на один из делителей 8 или 9, выполненных на десятичных счетчиках с коэффициентом деления 10, .

К-(h, 10 ), (4) Н . ((и;-и )g, ож „-( (5) !

В предлагаемом датчике импульс, пропорциональный указанному кванту проходки, умножается на коэффициент с, численно равный целой части . числа, образованного умножением "цены" импульса, выраженной в см, на

10, т.е. где Г 3 — .обозначение целой части, — показатель степени.

Из полученной последовательности импульсов путем деления на 10. формируются импульсы с ценой деле ния 0,01 м, а остаток сохраняется до прихода следующей последовательности, с которой он суммируется.

Таким образом, глубину скважины, выраженную в импульсах, пропорциональных .0,01 м, можно записать, как где П; — порядковый номер импульса, поступившего в блок масштабирования1 Я - обозначение целой части числа.

Относительная ошибка преобразования для датчика, работающего с блоком масштабирования, записывается в виде

Ph, 0 j

8 =1<0

Из формулы (6) видно, что относительная ошибка преобразования тем меньше, чем больше показатель степени Р . Показатель степени P определяется из условий где 1 — частота тактового генерао тора блока масштабирования, формирующего последователь" ность импульсов

Чщ „ — максимальная скорость пемаКс ремещения бурового инструмента.

Составитель В.Шилов

Техред О,Ващишина

Редактор Н.Бобкова

Корректор А.Тяско

Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7840/36

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Единичное состояние одного из триггеров 4 или 5 разрешает через элемент ИЛИ 10 подсчет импульсов с генератора 13 реверсивным счетчиком 12. При обнулении реверсивного счетчика 12, импульс с выхода переноса последнего переводит триггеры

4 и 5 в нулевое состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов с генератора 13 через элементы И 6 и 7 на делители 8 и 9, 199913 6 и устанавливает реверсивный счетчик

12 в состояние, определяемое числом, набранным на панели 11 ввода масштабного коэффициента.

5 Лелители 8 и 9 работают с охранением остатка не кратного 10 который учитывается при делении следующей пачки импульсов. Таким образом на выходах делителей 8 и 9

10 формируется последовательность импульсов с "ценой" деления в 0,01 м.