Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик п».»652318 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл. (22) Заявлено 23. 12.76 (21) 2429383/22-03

Е 21 В 45/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный «омитет

СССР по делам изобретений и от«рытнй (53) УДК 622.245 (088. 8) Опубликовано 15.03.79.Бюллетень 4- 10

Дата опубликования описания 18.03.79

А. М. Мелик-Шахназаров и В. П. Бапицкий (72) Авторы изобретения

«

Московский ордена Трудового Красного Знамени йттежцт т нефтехимической и газовой промышпениости:" », им. И. М. Губкина

М (71) Заявитель

° с .. "»« - «» «, ) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ВАЛА ТУРБОБУРА

Изобретение относится к области телеконтропя забойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известны устройства, использующие продольные колебания бурильной колонны как источник информации о частоте врашения вала турбобура (11.

Наибопее близким по технической сущности к описываемому изобретению является устройство дпя контроля частоты вращения вала трубобура как по низкочастотной, так и по высокочастотной составпяющим продопьных копебаний бурипьной колонны, содержащее вибропреобразова тель, усилитель, подключенный к фипьт15 рам высокой и низкой частоты, блок депения и индикатор(2).

В известном устройстве не предусмотрен выбор частотных составпяющих продольных колебаний бурильной копонны с

20 учетом изменяющейся.в процессе бурения конфигурации забоя и с учетом степени износа вооружения шарошечного допота, что значитепьно снижает достоверность и точность опредепения частоты вращенич вала турбобура.

Цепью изобретения явпяется повышение точности контропя путем учета изменения в процессе бурения конфигурации забоя и степени износа вооружения долота.

Uemü достигается тем, что устройство, содержащее вибропреобразоватепь, усипитепь, подключенный к фильтрам высокой и низкой частоты, выходы которых соединены с входами частотомеров высоких и низких частот и с входами бпока деления, и индикатор, снабжено амппитудным дискриминатором, блоком задержки, бпоком сравнения, функционапьным преобразоватепем, блоком- памяти и анализатором информации, причем выходы частотомеров подкпючены к функциональному преобразоватепю и к анапизатору информации, другие входы которого соединены с выходами блока памяти и амплитудного дискриминатора, связанного с бпоком деления и функциональным преобразователем, вы652318 ход которого пЬдкпючен к входу блока памяти, выход частотомера низких частот соединен с бпоком задержки и с входом блока сравнения, выход которого подкпючен к блоку памяти, а вход соединен с бпоком задержки.

На чертеже представпена блок-схема предлагаемого устройства дпя контропя частоты вращения вапа турбобура.

Устройство содержит вибропреобраэователь Х, установленный на ведущей бурильной трубе ипи вертпюге, усипитель 2, две системы параппепьно вкпюченных полосовых фильтров 3 и 4 с диапазоном частот соответственно 20- 120 Гц и

120- 500 Гц (фипьтры делят указанные диапазоны низких и высоких частот на 51,0 непересекающихся поддиапазонов), блоки 5 и 6 выбора поддиапазонов низ29 ких и высоких частот, избиратепьные бпоки 7 и 8, частотомеры 9 и 10, бпок депения 11, амплитудный дискриминатор 12, блок задержки 13, блок сравнения 14, функциональный преобразователь 15 дпя

25 определения числа выступов на забое ло частным составцяющим продольных копебаний, блок памяти 16, анапизатор информации 17 и индикатор 18.

Устройство работает следующим образом.

Вибропреобразоватепь 1 преобразует продольные колебания бурильной копонны в электрический сигнал, который усипивается усипитепем 2 и поступает в системы параппепьно вкпюченных попосовык фильтров 3 и 4, разделяющих сигнал на низкочастотную и высокочастотную составляющие. Низкочастотные сигнапы с фипьтров 3 параппепьно подаются в бпок 5 выбора поддиапазона частот и в избирательный блок 7.

А на логично высок очастотные сигна пы с фильтров 4 поступают в блоки 6 и 8.

В блоке 5 производится сравнение средних амплитуд низкочастотных колебаний в полосе пропускания каждого фильтра и выбор поддиапазона низких частот с максимальной амплитудой сигнала. В блоке 6 производится выбор поддиапазона высоких частот с максимальной амппитудой высокочастотного сигнапа.

Избирательные блоки 7 и 8 пропускают сигналы только в выбранных частотных поддиапазонах, отфипьтровывая максимальные составляющие сигнала соответственно в области низких и в области высоких частот. Частотомеры 9 и 10 определяют частоты этих составпяющих.

В бпоке деления 11 производится усреднение амппитуд указанных составпяющих и находится отношение КА средней амппитуды низкочастотного сигнапа к сред ней амппитуде высокочастотного сигнапа.

В дискриминаторе 12 текущая величина Кд сравнивается с "àäàííûì пороговым значением отношения амппитуд К, . При

К > К онтропь производится йо часА Апод тоте низкочастотных колебаний, а при

К < К вЂ” по высокочастотным копебаА А пор ниям. Команда о выбранной частоте, по которой должен производиться контроль, с дискриминатора 12 поступает на анализатор информации 17.

Вепичина КА выбирается так, чтоА пор бы при контроле по высокочастотному сжгна пу высшие гармоники низкочастотного сигнапа в диапазоне частот 120-500 Гц быпи по амппитуде заведомо меньше высокочастотного сигнапа. Проведенный гармонический анапиз низкочастотных сигнапов показывает, что целесообразно нринять, =2-5. пор

В момент переключения контропя с высокочастотного сигнала на низкочастотный по команде с дискриминатора 12 в преобраэоватепе 15 производится преобразование значений частот низкочастотной и высокочастотной составпяющих в чиспо выступов на забое скважины. Вэтот момент К, = К и достоверную инА пар формацию об л несут частоты 1„и 1

Опредепение чиспа выступов на забое прс» изводится по формуле..

К Z D д ю 2 попученной из совместного решения известных соотнэшений „=к —" (27

Z Ъ

)=K(=, .й, (3)

Ш где 1„и 1 -частоты соответственно низкочастотной и высокочастотной составляющих продольных копебаний;

И вЂ” частота вращения вала турбобура;

К вЂ” число выступов на забое; — эмпирический коэффициент, зависящий от типа долота и породы;

Z. — чиспо зубцов на периферийном венце ведущей шарошки допота;

Й,ц- диаметр шарошки;

Э вЂ” диаметр допота.

Найденное по формуце (1) число выступов на забое запоминается в блоке ца/

652318 мяти 16. B процессе контроля И по низкочастотному сигналу может произойти изменение числа и высоты выступов на забое, а спедовгтепьно изменение частоты и амплитуды низкочастотных колебаний. В этом случае в некоторый момент времени амплитуда копебаний, соответствующая новому чиспу выступов на забое, становится максимальной и бпок 5 перестраивает бпок 7 на новый поддиапа- 0 зон низких частот. В резупьтате частота 11, по которой производится контропь

И > скачкообразно изменяется.

Бпя опредепения нового чиспа выступов на забое в блоке задержки 13 произ- водится задержка информации о частоте „на время Г, которое выбирается примерно в 20 раз меньше постояннойвремени турбобура. В блоке сравнения 14 осуществляется сравнение частоты задер20 жанного и текущего сигналов. Пренебрегая изменением величины И за время Ь, / которое не превышает 5%, по формупе (1) определяют относитепьное изменение час25 тоты низкочастотного сигнапа f< по форму де:

К -К

11ФС 1 + (y )

К где f < -частота низкочастотного сигнала

1 в момент времени ;

Я

„- частота низкочастотного сигЯ - напа в момент времени Ь + Г;

К - число выступов на забое в

35 момент времени 1 . — чиспо выступов на забое в момент времени .Ь + Любому изменению чиспа выступов на забое соответствует опредепенное поро40 говое значение д „ . При бурении трехпор шарошечными долотами на забое могут образоваться 3, 6 и 9 выступов.

По формупе (4) получают, что при изменении чиспа выступов на забое: с 3 на 68„ р =1; с 6 на Зд р =-0,5;

ПОР „ пор с 3 на 98п =3; с 9 на Зиппо =0,66; пог 3 ПОР, с 6 на 9О"и =0,5; с 9 íà 6d ä, =-0,33.

ПОР ПОРг

Подученные пороговые значенйя 8 и пор l охватывающие все возможные измененйя числа выступов на забое, задаются в бпоке сравнения 14. В этом бпоке производится вычиспение по формуле (4) текущих значений 8 и.их сравнение со всеми ранее вычисиенными значениями d„ö пор1

Когда текущее значение Аппо,. в блоке порj сравнения 14 по известному значению д . опредепяется новое чиспо выступов пор1 на забое.

Сигнал об изменении числа в = ступов поступает в блок памяти 16, в котором стирается информация о старом чиспе выступов и запоминаетсяновое. В ангпизаторе информации 17 в соответствии с командой дискриминатора 12 по частоте (формупа 2) ипи по частоте И (фор1 мупа 3) производится вычисление текущего значения И . Дпя этого в анализатор информации 17 поступают значения и с частотомеров 9 и 10, инфор2 мация о числе выступов на забое с блока памяти 16 и параметры, входящие в формупу (3). Текущее значение И выводится на индикатор 18.

Применение описываемого устройства позвопяет с большей точностью поддерживать оптимальную частоту вращения вала турбобура, а спедоватепьно, получать 6опее высокие технико-экономические показатели процесса бурения. Ф о р,м у и а и з о б р е т е н и я

Устройство дпя контроля частоты вращения вада турбобура, содержащее вибропреобразователь, усилитель, подкпюченный к фипьтрам высокой и низкой частоты, выходы которых соединены с входами частотомеров высоких и низких частот и с входами блока деления, и индикатор, о тпичающееся тем,что,сцепью повышения точности контропя путем учета изменения в процессе бурения конфигурации забоя и степени износа вооружения допота, оно снабжено амплитудным дискриминатором, бпоком задержки, блоком сравнения, функциональным. преобразователем, бпоком памяти и анапизатором информации, причем выходы частотомеров подключены к функциональному преобразоватепю и к анапизатору информации, другие входы которого соединены с выходами блока памяти и амплитудного дискриминатора, соединенного с блоком деления и функционапьным преобразоватепем, выход которого подкпючен к входу блока памяти, выход частотомера низких частот соединен с блоком задержки и с входом блока сравнения, выход которого подключен к блоку памяти, а вход соединен с бпоком задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство №301431, кп. F. 21 В 15/00, 1971.

2. Технический отчет СПКБ "Нефтегазопромавтоматика" по договору ¹ 2, Грозный, 1975.

652318

Составитель И. Карбачинская

Редактор Н. Корченко Техред д.. Богдан Корректор р . Муска

Заказ 1012/33 Тираж 656 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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