Датчик оборотов забойного двигателя

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для измерения скорости вращения забойного двигателя в процессе бурения. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости. Для этого датчик содержит вибропреобразователь, соединенный через коррелятор с блоком регистрации, второй вибропреобразователь, ось чувствительности которого перпендикулярна оси чувствительности первого вибропреобразователя, второй коррелятор и вычитающее устройство. При этом первый вибропреобразователь соединен с первым входом первого коррелятора и вторым входом второго коррелятора, второй вибропреобразователь - с первым входом второго коррелятора и вторым входом первого коррелятора, выходы обоих корреляторов подключены к вычитающему устройству, а выход вычитающего устройства соединен с блоком регистрации. 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к буровой технике и предназначено для измерения скорости вращения забойного двигателя в процессе бурения.

Известны устройства, предназначенные для контроля частоты вращения вала, основанные на частотном анализе данных вибрации вала объемного двигателя (1. Авт. св. СССР 1055846, Е 21 В 45/00; 2. Авт. св. СССР 1547425, Е 21 В 45/00; 3. Пат. США 6142228, Е 21 В 47/00).

За прототип выбрано авт. св. СССР 1719627, Е 21 В 45/00. Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура содержит вибропреобразователь, коррелятор, блок управления с генератором опорных сигналов и блок регистрации. Вибропреобразователь и генератор опорных сигналов через блок управления соединены с входами коррелятора, результаты корреляционной обработки полезного сигнала заносят в блок регистрации.

Все перечисленные устройства надежны из-за отсутствия механической связи с валом двигателя, но имеют низкую помехоустойчивость даже при достаточно сложных алгоритмах обработки спектра вибраций.

Цель предлагаемого устройства - повышение помехоустойчивости. Датчик оборотов забойного двигателя содержит вибропреобразователь, соединенный через коррелятор с блоком регистрации. Введены второй вибропреобразователь, ось чувствительности которого перпендикулярна оси чувствительности первого вибропреобразователя, второй коррелятор и вычитающее устройство. Первый вибропреобразователь соединен с первым входом первого коррелятора и со вторым входом второго коррелятора. Второй вибропреобразователь соединен с первым входом второго коррелятора и вторым входом первого коррелятора. Выходы обоих корреляторов подключены к вычитающему устройству, соединенному в свою очередь с блоком регистрации.

На чертеже приведена схема устройства.

Два вибропреобразователя 1 и 2 размещены на бурильной колонне вблизи забойного двигателя со сдвигом осей чувствительности относительно друг друга на 90 град (не показано). Первый вибропреобразователь 1 соединен с первым входом первого коррелятора 3 и вторым входом второго коррелятора 4, а второй вибропреобразователь 2 соединен соответственно с первым входом второго коррелятора 4 и вторым входом первого коррелятора 3. Выходы корреляторов 3 и 4 соединены с входами вычитающего устройства 5, выход которого связан с блоком регистрации 6.

Работа забойного двигателя при вращении вала вокруг собственной оси сопровождается вибрациями, возникающими, в частности, из-за несбалансированности двигателя. Частота поперечных вибраций пропорциональна частоте вращения забойного двигателя, причем во взаимоперпендикулярных направлениях их фаза сдвинута на 90 град. Коэффициент пропорциональности при этом зависит от типа забойного двигателя, например, для турбобура он равен 1, а для винтового двигателя - до 10. Кроме того, возникают вибрации, вызванные другими причинами, например работой долота, частотный спектр таких вибраций носит случайный характер. Вибропреобразователи 1 и 2, оси чувствительности которых сдвинуты относительно друг друга на 90 град, формируют сигналы, пропорциональные вибрациям забойного двигателя. При этом часть выходных сигналов вибропреобразователей 1 и 2, вызванная вращающейся составляющей вибраций (полезный сигнал), имеет характер синусоид с равными частотами, пропорциональными частоте оборотов забойного двигателя, а фазы синусоид сдвинуты относительно друг друга на 90 град. Вторая часть выходных сигналов вибропреобразователей 1 и 2 (помехи) имеет случайный частотный спектр и совпадает по фазе.

Корреляторы 3 и 4 вычисляют взаимокорреляционные функции выходных сигналов вибропреобразователей 1 и 2 относительно друг друга. Для сигналов, сдвинутых по фазе на 90 град (полезный сигнал), взаимокорреляционные функции, вычисленные корреляторами 3 и 4, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180 градусов из-за периодичности корреляционных функций, а по частоте пропорциональны частоте вращения турбобура. Для сигналов, находящихся в фазе (помеха), взаимокорреляционные функции равны между собой. Взаимокорреляционные функции полезного сигнала и помехи ввиду их некоррелированности также равны между собой или близки к нулю.

Вычитающее устройство 5, на входы которого поступают сигналы с корреляторов 3 и 4, вычисляет разность взаимокорреляционных функций выходных сигналов вибропреобразователей 1 и 2 относительно друг друга. При этом составляющие сигналов, не зависящие от скорости вращения забойного двигателя и, следовательно, совпадающие по фазе, будут компенсированы, а составляющие сигналов, зависящие от скорости вращения двигателя, - усилены в два раза по амплитуде, следовательно, на выходе вычитающего устройства 5 формируется периодическая корреляционная функция, период которой пропорционален периоду вращения забойного двигателя. Этот сигнал поступает затем в блок регистрации 6 для обработки, регистрации и/или передачи на поверхность земли.

Датчик оборотов забойного двигателя, содержащий вибропреобразователь, соединенный через коррелятор с блоком регистрации, отличающийся тем, что введены второй вибропреобразователь, ось чувствительности которого перпендикулярна оси чувствительности первого вибропреобразователя, второй коррелятор и вычитающее устройство, при этом первый вибропреобразователь соединен с первым входом первого коррелятора и вторым входом второго коррелятора, второй вибропреобразователь - с первым входом второго коррелятора и вторым входом первого коррелятора, выходы обоих корреляторов подключены к вычитающему устройству, а выход вычитающего устройства соединен с блоком регистрации.