Устройство для контроля износа долота

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения степени износа вооружения шарошечного долота (Д)„ Устройство содержит делители 3 и 6, блок 5 унравления, блок 10 индикации, блоки 1 и 2 определения соответственно угловой скорости Д и частоты пульсаций момента на Д, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, коммутатор 4, блоки памяти 7 и коррекции 8 и ключ, 90 В делителе 3 вычисляется отношение А сигнала угловой скорости Д с блока 1 к сигналу частоты пульсаций момента на Д с блока 2„ Отношение А, соответствующее началу бурения данным Д, при докритической угловой скорости через коммутатор 3 записывается в блок 7 памяти. В делителе 6 вычисляется отношение Д аналогичной величины А„, определяемой в процессе бурения , к величине А. Величина Д равна средней степени износа зубьев шарошечного Д. Коррекция величины Аг, необходимая для предотвращения неверной оценки степени износа вооружения Д вследствие увеличения отношения Аг в мрменты скола и заклинивания, осуществляется блоком 8 коррекции. Степень износа индицируется блоком 10„ Работу устройства синхронизирует блок 5 управления. 4 ил. V с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГУБЛИН (1)5 Е 21 В 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ / СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4683222/03 (22) 26.04.89 (46) 07.04.91. Бюп. Р 13 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им, H. Азизбекова (72) А.Ф. Мурадов и И.Б. Гутман (53) 622.245(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1020571, кл. Е 21 В 45/00, 1982, Авторское свидетельство СССР 9 1160012, кл. Е 21 В 45/ОО, 1983. Ф (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА

ДОЛОТА (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения степени износа вооружения шарошечного долота (Д). Устройство содержит делители 3 и 6, блок 5 управления блок 10 индикации, блоки 1 и 2 определения соответственно угловой скорости Д и частоты пульсаций момен-: та на Д, вызванных перекатыванием ша„„Я0„„1640381 А I

2 рошки с зуба на зуб, коммутатор 4 ° блоки памяти 7 и коррекции 8 и ключ.

9. В делителе 3 вычисляется отношение

А сигнала угловой скорости Д с блока

1 к сигналу частоты пульсаций момента на Д с блока 2. Отношение А, соответствующее началу бурения данным Д, при докритической угловой скорости через коммутатор 3 записывается в блок 7 памяти. В делителе 6 вычисляется отношение А аналогичной величины.А, определяемой в процессе бурения, к величине А<. Величина Ь равна средней степени износа зубьев шарошечного Д. Коррекция величины А, необходимая для предотвращения неверной оценки степени износа вооружения

Д вследствие увеличения отношения А в мОменты скола и заклинивания осуl

t ществляется блоком 8 коррекции. Степень износа индицируется блоком 10. Работу устройства синхронизирует блок 5 управления. 4 ил.

1640381 (4) Ай Б-шй

Rw< (5) Rg.

Q = И R (1) 50 и =и — и

R 30 ш и д (2) Изобретение относится к бурению скважин и может 9ыть использовано в устройствах управления процессом бурения или определения степени изно- 5 са вооружения шарашечного долота„ а также для выявления характера неисправности долота.

Цель изобретения — повышение точности определения степени износа вооружения шарошечного долота.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для контроля износа долота; на фиг. 2 — функциональная схе-, ма блока управления; на фиг. 3 — 15 функциональная схема блока коррекции;; на фиг. 4 — кривые изменения величин на входе и выходе блока коррекции, где а - кривая изменения величины отношения угловой скорости долота к частоте пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб, в процессе бурения; б— кривая изменения поправочного коэффициенга; в — кривая изменения откор- 25 ректированной величины отношения угловой скорости долота к частоте пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб.

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют отношение угловой скорости долота к частоте пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб, в начале бурения данным долотом при докритической угловой скорости долота (А ) и сравнивают это отношение с аналогичным отношением (А ), измеренным в процессе бурения. Величина А /А

1 равна средней степени износа зубьев 40 шарошечного долота, т.е. величине

RM R zt де ц 9 R+Q радиусы риферийного венца нарошки в начале бурения и в процессе бурения соответственно, Это обьясняется следующим 45 образом.

Угловая скорость шарошки связана с угловой скоростью долота соотношением где Я вЂ” угловая скорость долота;

R - радиус долота.

Частота вращения шарошки с учетом 55 соотношения (1) Частота пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, определится как здесь z - число зубьев долота.

Тогда отношение А находится из выражения

>8 2п

А= — = R

z)R) Исходя из выражения (4) Устройство для контроля износа долота содержит блок 1 определения угловой скорости долота и блок 2 определения частоты пульсаций момента на.долоте, вызванных перекатыванием шаро .шек с зуба на зуб, связанные выходами с первым и вторым соответственно входами первого делителя 3. Кроме того, устройство содержит коммутатор

4, связанный первым входом с выходом делителя 3 и вторым входом с вторым выходом блока 5 управления а также второй делитель 6. Выходы коммутатора 4 соединены соответственно первый с первым входом блока 7 памяти, второй с вторым входом блока 8 коррекции, первый и третий входы которого соединены с соответствующими первым и третьим выходами блока 5 управления четвертый выход которого связан с вторым входом блока 7 памяти. Второй делитель б связан первым входом с первым выходом блока 8 коррекции, вторым входом с выходом блока 7 памяти. Сигнальный вход электронного ключа 9 связан с выходом второго делителя 6, а управляющий — с третьим выходом блока 5 управления, Блок 10 индикации и сигнализации связан первым входом с выходом электронного ключа 9, а вторым и третьим входами с одноименными выходами блока 8 коррекции.

Блок 5 управления (фиг. 2) состоит из тактового генератора 11, формирователя 12 импульсов, четырехразрядных двоичных счетчиков-делителей 13 и 15, RS-триггеров 14, 16, 17, дифференциальной цепочки, состоящей из конденсатора 18 и диода 19, ° элемента

ИЛИ 20. Вход формирователя 12 импульсов соединен с выходом тактового генератора 11, один из выходов формиро50

5 16403 вателя 12 является первым выходом блока 5 управления, а другой соединен со счетными входами счетчиков-делителей 13 и 15. Выход счетчика-делителя 13 соединен с S-входом RS-триг5 гера 14, один из выходов счетчикаделителя 15 соединен с S-входом RSтриггера 17, а другой — с S-входом

RS-триггера 16. Прямые выходы тригге- > ров 14 и 16 являются вторым и третьим соответственно выходами блока 5 управления. Выход RS-триггера 17 соединен через дифференциальную цепочку 18-19 с входом элемента ИЛИ 20, выход которого является четвертым выходом блока 5 управления.

Блок 8 коррекции (фиг. 3) состоит из линии 21 задержки, первого делителя 22, коммутатора 23, двух двух- 20 пороговых компараторов 24 и 25, двух электронных ключей 26 и 27, схемы 28 выборки-хранения, умножителя 29 второго делителя 30 и третьего ключа 31.

Вход линии 21 задержки и первые вхо- 25 ды делителей 22 и 30 являются вторым входом блока 8 коррекции. Второй вход делителя 22 соединен с выходом линии

21 задержки, а выход — с первым входом коммутатора 23, входами компараторов 24 и 25 и первым входом умножителя 29, выход которого связан с вторыми входами делителя 30 и коммутатора 23. Выход коммутатора 23 соединен с информационным входом схемы

28 выборки-хранения, управляющий вход которой является первым входом блока

8 коррекции, а выход соединен с вторым входом умножителя 29. Сигнальные входы ключей 26, 27 и 31 соединены 4О соответственно с выходами компараторов 24, 25 и делителя 30, а управляющие входы ключей 26, 27 и 31, а также коммутатора 23 являются третьим входом блока 8 коррекции. Выхо, ы ключей 45

26, 27 и 31 являются первым,.вторым и третьим соответственно выходами блока 8 коррекции..

Устройство работает следующим образом.

В начале бурения данным долотом при докритической угловой скорости запускаются тактовый генератор 11 и формирователь 12 импульсов блока 5 управления Импульсы поступают на первый выход блока 5 управления и .на счетные входы четырехразрядных двоичных счетчиков-делителей 13 и 15. Счетчики начинают отсчет. Так как RS-триг81 геры 14, 16 и 17 переходят в "единичное состояние только при появлении сигнала логическои "1" на их В-входах, то, пока на их прямых выходах сигналы отсутствуют, соответственно отсутствуют сигналы на втором, третьем, четвертом выходах блока 5 управления. Поэтому электронные ключи 9 устройства и ключи 26, 27 и 31 блока

8 коррекции (фиг„ 3) заперты, что предотвращает появление неверной информации на блоке 10 индикации и сигнализации в момент включения устройства.

Первый вход коммутатора 4 при отсутствии сигнала на его входе управления соединен с его первым выходом, и сигнал с выхода делителя 3, равный отношению угловой скорости долота к частоте пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб, (А ) поступает на вход блока 7 памяти. Сигнал для записи информции в блок 7 цамяти формируется в блоке 5 управления RS-триггером 17— дифференциальной цепочкой 18-19— элементом ИЛИ 20 (фиг. 2) при появлении сигнала на первом выходе счетчика-делителя 15. В это время RS-триггер 17 переходит в "единичное" состояние, а дифференцирующая цепочка и элемент ИЛИ 20, выход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а значит и с вторым входом блоР ка 7 памяти, формируют сигнал для записи информации в блок 7 памяти, где она запоминается и передается на второй вход второго делителя б.

После заполнения счетчика-делителя 13 RS-триггер 14 переходит.в "единичное" состояние и тем самым первый вход коммутатора 4 соединяется с его вторым выходом, поэтому сигнал с выхода первого делителя 3 (Л ) поступает на второй вход блока 8 коррекции.

При появлении сигнала на втором (старшем) выходе счетчика-делителя

15 блока 5 управления RS-триггер 16 переходит в "единичное" состояние.

Выход RS-триггера 16 является третьим выходом блока 5 управления, поэтому он открывает электронные ключи

9 устройства и ключи 26, 27, 31 блока

8 коррекции. И следовательно, на первый вход второго делителя 6 устройства через блок 8 коррекции поступает сигнал с выхода первого делителя 3, а на выходе второго делителя 6 устрой1640381 — (6) кс е g величина отношения А до и после скола соответственно„ число зубьев долота, соответствующее % числу изношенных зубьев, т.е. где А иА — я = (1 — oC /100) z . (7)

Выражение (6) получено из выражения (4) .

Иинимальное значение скачкообразного изменения отношения А при заклинивании шарошек аналогично выражению (6) э 5 (8) б-—

А

A) lt 5L

z -zz зубьев одной шарошки. здесь z щ — число ства появляется сигнал, равный отношению А /А, по величине которого судят о степени износа шарошечного долота, индицирующейся H блоке 10 HH дик ации о

Поскольку скол части зубьев шарошки и износ противоположно влияют на величину отношения А /А из-за того, что при износе зубьев шарошек величи- р на отношения А /А„ уменьшается вследствие увеличения. пульсации момента на долоте, вызванных перекатыванием mapoшек с зуба на зуб, а скол части зубьев приводит к уменьшению частоты этих пульсаций, которая, в свою очередь„ приводит к увеличению величины А и, следовательно, отношения Л /А, то это может привести к неверной оценке степени износа долота. Аналогичное щ происходит и при заклинивании шарашек..

Дпя предотвращения этого явления в схеме предусмотрена коррекция величины А< вследствие изменения ее при сколе зубьев шарошки и,(или) заклини-.2 вания. Зта коррекция осуществляется блоком 8 коррекции.

Идентификацию ситуации скола зубьев и заклинивания шарошек осуществляют исходя из следующего. 30

Если предположить„ что износ М % числа зубьев долота ведет к нерациональному его дальнейшему использованию, то максимальная величина скачкообразного изменения отношения величины А при сколе зубьев определится как

Но так как (9)

Я 3 ЩЕ то (10)

В выражениях (9) и (10) m — число шарошек долота.

Максимальная величина отношения А при заклинивании одной шарошки определится из выражения

А4 ш

АЗ макс m — 1

Как видно из выражений (6), (10) и (11), величина скачка отношения А при сколе зубьев и заклинивании шарошки для различньж типов долот различна, Поэтому подъем долота зависит как от типа долота, так и от технологических условий бурения.

Из вышесказанного следует, что скачкообразное изменение отношения

А до величины $ однозначно свиде2 тельствует о сколе зубьев, а в пределах от 5 до G — о заклинивании шарошки. Таким образом, непрерывный контроль за величиной А в процессе бурения данным долотом позволяет точно определять число сколотых зубьев и момент заклинивания шарошек.

Контроль за величиной А, а также ее коррекция, необходимая для предотвращения неверной оценки степени износа вооружения шарошечного долота вследствие увеличения отношения А а моменты скола и заклинивания, осуще» ствляется, как указывалось выше, блоком 8 коррекции.

Блок 8 коррекции работает слецующим образом (фиг. 3).

На второй вход первого делителя

22 подается сигнал с второго входа блока 8 через линию 21 задержки, а на первый вЂ, непосредственно с второго входа блока 8 коррекции. Таким образом, на вход делителя 22 поступают два сигнала . один — синхронный процессу на забое и второй — задержанный.

Первый сигнал отображает состояние долота в момент времени, а второй сигнал - в предшествующий момент вреа мени С вЂ” 6t где Q t — время задержки сигнала, При отсутствии скола зубьев и(или) заклинивания шарошки сигнал на

S5 (12) 9 1640381 выходе первого делителя 22 постоянен и соответствует единице.

В начальный момент при отсутствии сигнала на третьем входе блока 8 коррекции, соединенном с управляющим входом кошгутатора 23, первый вход коммутатора 23 соединен со своим выходом, и при появлении управляющих импульсов на первом входе блока 8, который соединен с управляющим входом схемы 28 выборки-хранения, в схему выборки-хранения записывается сигнал с выхода первого делителя 22, соответствующий единице. На входы умно- )5 жителя 29 поступают два сигнала, соответствукицие единице, поэтому на его выходе и, следовательно, на втором входе второго делителя 30 сигнал также соответствует единице, а на 20 выходе второго делителя сигнал соответствует входному, т.е. А .

После появления сигнала на третьем входе блока 8 коммутатор 23 соединяет свой второй вход с выходом и в схему 25

28 выборки-хранения записывается сигнал с выхода умножителя 29.

При сколе зуба шарошки или заклинивании ее на выходе делителя 22 появляется сигнал, пропорциональный скач- 30 ку величины A < (К ). Эта величина, пройдя через умножитель 29, записывается в схему 28 выборки-хранения и одновременно поступает на второй вход второго делителя 30.В последующий момент сигнал на входе первого делителя

22 снова соответствует единице, а на выходах умножителя 29 и второго делителя 30 соответственно устанавливаются К и Л /К..

В тот момент, когда происходит второй скол зуба шарашки или ее заклинивание, сигнал на выходе первого делителя 22 становится равн*м К, а на выходах умножителя 29 и вто„: ого де- д лителя 30 соответственно — К К и

А /К, К . Аналогично вышеизложенному сигчал, соответствуюший К, пройдя через умножитель 29, записывается в схему 28 выборки-хранения и далее процесс повторяется, как в предыду- щем случае.

Таким образом, в общем случае сигнал на выходе умножителя 29 можно представить в следующем виде: и

Кч э -1 где К, — значение i-го скачка величины

Аналогично выражению (1?) сигнал на выходе второго делителя 30, а значит, и на первом выходе блока 8 коррекции. можно представить в виде: н

А /ПК, „

2 i=1

Принцип коррекц п величины А по2 яснен на фиг, 4.

В момент времени t, когда происходит скол части зубьев долота (кривая а), величина отношения А, скачкообразно увеличивается. Затем снова уменьшается. но уже по более крутому углу наклона, Аналогично происходит в момент времени г., когда происхо1 -5 дит заклинивание шарошки. Сигнал на выходе умножителя 29: изменяется по кривой б., а скорректированная величина отношения А на выходе второго делителя 30 до момента, совпадает с кривой измен:-;ия сигнала на входе блока 8 коррекцп», а далее в моменты скола зубьев или закгп нивания шарашки долота изменяется крутизна его убывания (кривая в) .

Период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения выбирается, исходя из следуюдт соображений.

Если период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения больше, чем время задержки линии 21 задержки, то в этом случае может произойти просчет изменения величины коэффициента коррекции К. записанной в схему выборки-хранения.

Если период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения меньше, чем время задержки линии 21 задержки, то в этом слу"- ае может произойти неоднократное изменение коэффициента коррекции К при единичном сколе или заклинивании.

Неизменение ветчины коэффициента коррекции К так и его неоднократное изменение при единичном сколе зубьев шарошки или ее заклинивании приводят к неверной оценке степени износа шарошечного долот". Поэтому с целью повышения точности оценки степени износа шарошечного долота период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения устанавливается равным времени задержки линии 21 задержки.

Для определения характера неисправности долота в блоке 8 коррекции предусмотрены двухпороговые коылараторы

24 и 25. Наний порог срабатывания

164038 компаратора 24 определяется величиной скачка отношения А, соответствующей

4 скоцу хотя бы одного зуба шарошки, а верхний — величиной о . Поэтдму на

его выходе появляется сигнал при ско5 ле зубьев.

Аналогично вышеизложенному нижний ,порог. срабатывания компаратора 25 определяется значением 6 а верхний — 5, что позволяет по появлению на его зыходе сигнала определить момент заклинивания шарошки долота, которое, как и скол, индицируется в блоке 10 индикации и сигнализации. 15

Использование устройства позволяет судить о износе шарошечного долота для всех способов бурения любых пород.

Формула изобретения

Устройство для контроля износа долота, содержащее два делителя, блок управления и блок индикации, о т л и- .25 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения степени износа вооружения шарошечного долота, оно снабжено блоком определения угловой скорости долота, блоком опре- 30 деления частоты пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием ша1 12 рошки с зуба на зуб, коммутатором, блоком памяти, блоком коррекции и ключом, при этом выходы блоков определе ния угловой скорости долота и определения частоты пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя, выход которого подключен к первому входу коммутатора, выход второго делителя соединен с первым входом ключа, выход которого подключен к первому входу блока индикации, первый выход блока управления соединен с первым входом блока коррекции, первый выход которого подключен к первому входу второго делителя, второй выход блока управления соединен с вторым входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу блока памяти, второй выход соединен с вторым входом блока коррекции, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации, причем третий выход блока управления соединен с вторым входом ключа и третьим входом блока управления, а четвертый выходс вторым входом блока памяти, выход которого подключен,к второму входу второго делителя.

1640381

Составитель В. Шилов

Редактор Т. Юрчикова Техред С.Мигунова Корректор А. Осауленко

Заказ 1260 Тираж 366 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101