Устройство для измерения характеристик пород в процессе бурения

 

Ф I

О П И C А Н- "И" Р

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсних

Социалистических

Респубпик

I iI 72 7159

К ПАТЕНТУ (63) Дополнительный к патенту (22) Заявлено180270 (21) 1371651/

/1408535/22-03 (23) Приоритет 291069(32) Е 21 В 47/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (ЗЗ) (33) (53) УДК622. 241 (088. 8)

Опубликовано 050480. Б:оллетень Ю 13

Дата опубликования описании 050480 (72) Авторы изобретения

Иност р анц»ы

Клод Кишо, Мишель Рейно и Жан Люц (Франци я) Иностранная фирма Сосьете Насьональ дз Петроль д Акитэн (Франци я) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОРОД В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к измерению метологических характеристик пород.

Известно устройство для измерения характеристик пород в процессе бурения, содержащее датчик вибраций, избирательный фильтр и глубиномер (1)

Недостатком указанного устройства является то, что оно не дает достаточно точной информации о характеристике пород во время бурения. Ю

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости измерения.

Цель достигается тем, что устройство снабжено амплитудным ограничителем, который установлен между дат— чиком вибрации и избирательным фильтром, при этом последний связан с глубиномером.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— схема монтажа акселерометра; на фиг. 3 — схема амплитудного ограничителяя; н а фи г. 4 — схема из бир ател ьного фильтра; иа фиг. 5 — схема сбора сигнала в забое шахтного ство.ла; на фиг. 6 — схема установки детектирования; на фиг. 7 — схема фильтров.

Устройство содержит буровую вышку

- 1, на верхней части 2 буровой вышки на G)2AT сН» беp rc2. MKHBQB жестко

:. à-.IêðåïëeíHû;-: на валу 3. Кабель 4 связан с бло ым 5 передвижных шкив "в. K э=ему блоку прикрепляется крюк 6, Ia котором находится головка 7 инжекци:;. Верхняя часть этой головки неподвижна. Инжекторный шланг 8 со =;;::;няется с одной стороны с головкой инжекции 7, а с другой стороны — со шламовыми насосами.

Шт ан ra 9 приводится во вращение ротором 1 0, который сам приводится в движение двигателем. Колонна буровых штанг 11 снабжена в нижней части буровым инструментом 12. Кабель 13 соед: няет датчик 14 вибраций с преобразователем 15.

Преобразователь 15 соединен с регистрирующим прибором 16, развертывание ленты регистрации которого управляется дви — àòåëåì 17, который линией связи 18 соединен с датчиком глубин 19.

Муфта 20 -:а верхней части имеет внутреннюю нарезку, а на нижней части — наружную нарезку. Лапа 21 опирается на неподвижную часть головки 7 инжекции. Fa внешней части муфты 20 находится покрытие 22, на которомм пр икр еплен изоляционный блок

727159

23, который жестко связан с муфтой

20. На блоке 23 помещается серия колец 24. На изоляционном блоке 25 помещается серия контактных щеток

26, которые скользят по кольцам 24.

Эти контактные щетки соединяются с серией электрических кабелей 27, Выход этих кабелей наружу происходит через предохранительную установку 28.

Механизм подшипника 29, помещенный на муфте 20, и сальник обеспечивают герметичность камеры, расположенной между муфтой 20 и покрытием 22. Один кварцевый акселерометр ЗО выдает электрический, сигнал под влиянием ускорения. Другой кварцевый акселерометр 31 помещен на генераторе муфты, диаметрально противоположном генератору, на котором помещается акселерометр 30. Акселерометр 31 соединяется кабелем 32 с согласователем 33 полного напряжения с двумя выхода- 20 ми: один из них соединен с одним из колец 24, а другой — с другим кольцом. Связи осуществляются кабелями 34 и 35.

Смещенные на 180 сигналы, выданные акселерометрами, подаются на входы 36 и 37 дифференциального усилителя 38 с коэффициентом усиления около 20, который фактически дает алгебраическую сумму обоих сигналов.

Между двумя входами Зб,и 37 включается диод 39. На выходе 40 дифференциального усилителя включают регулируемое сопротивление таким образом, чтобы это сопротивление осуществляло отрицательную обратную связь дифференциального усилителя и вернуло коэффициент усиления последнего на значение, близкое к 20.

Между отрицательным входом 36 дифференциального усилителя и выхо- 40 дом 40 расположены ряд емкостей 41, составляющих фильтр.

Между входами Зб и 37 устанавливают также двойную серию диодов 42 и 43. Первая серия 42 смонтирована таким образом, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от входа 37 к выходу 40, вторая серия

43 смонтирована так, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от выхода 40 к входу 36. Число этих диодов определяет пороговое. напряжение этого приспособления. С двумя сериями двух диодов получают поро ограничения порядка 1,2 В, т.е. между базисом 44 и выходом 40 переменное напряжение составляет + 1,2 В.

Это позволяет удалять случайные сигналы высокой амплитуды, возникающие по причинам, не имеющим отношения к механическим колебаниям, индуктиро- 40 ванным буровым инструментом. Два транзистора 45 и 46 служат согласователями полного дифференциального усилителя 47 с обратной связью с блоком 48 частоты. Фильтрованный 65 сигнал принимается на входе другого дифференциального усилителя 49, в выходной цепи которого в противоположном направлении помещаются два диода 50 и 51. Эти диоды выправляют полупериоды сигнала механических колебаний,. и выправленные сигналы поступают на оба входа дифференциального усилителя 52. Таким образом, добавляют амплитуды положительных и отрицательных частей колебательного сигнала, и получают на выходе 53 сигнал с максимальной амплитудой колебаний.Регистрация проводится в зависимости от глубины, на которой находится инструмент, употребляя для управления движением подачи ленты записи.

С помощью акселерометров 30 и 31 улавливают ускорения, происходящие из-за продольных колебаний, индуктированных в арматуру бурения работой инструмента с шарошками. Напряжения, выдаваемые этими акселерометрами, обрабатываются со гласов ателями полного сопротивлени я. Напряжение с низким полным сопротивлением передается системой кольцо-щетка к системе дифференциальный усилитель— ограничитель напряжения. Таким образом, составляющие сигнала, частота которого выше 5 кГц, устраняются „ как и амплитуды, превышающие 1,2 В.

Амплитуда фильтрованного сигнала записывается в зависимости от подвигания инструмента во время его работы на забое.

Этот сигнал может употребляться в качестве входной величины в устройстве, позволяющем вырабатывать из этого сигнала регулирующие величины для автоматического управления бурением, воздействуя на тормоз лебедки с тем, чтоб увеличить или уменьшать тяжесть на инструменте, и на входные отверстия для воздуха двигателей с тем, чтобы изменять скорость вращения и/или подачу шламма.

Колонна буровых штанг 54 опирается на серию ударных буровых штанг, в которую входит специальная ударная буровая штанга 55 измерения и передачи с забоя на поверхность.

К штанге 55 присоединяется держатель 56, с инструментом 57, который производит отбойку породы. Приемник

58 с антенной 59, помещенный на некотором расстоянии от забоя, получает информацию, проходящую через соединение 60, несущее антенну 61

Акселерометр 62 выдает синусоидальное напряжение, которое селективно усиляют в полосе от 0,2 до

5 Гц. Затем с помощью умножителя частоты умножают полученную таким образом частоту на число, которое принимает во внимание число разрушающих породу элементов инструмента, Датчики 63 и 64 ускорения соединены связями 65 и 66 с дифференциаль727159 ным усилителем 67. Выход 68 этого дифференциального усилителя соединен с амплитудным ограничителем 69, выход которого соединен с избирательным фильтром 70, управляемым частотой, полученной умножением скорости вращения, измеренной акселерометром.

Синусоидальное напряжение, выданное этим акселерометром, фильтруется фильтром 71, затем частота умножается умножителем 72 частоты.

Обработка сигналов, выдаваемых датчиками напряжения, аналогична.

Сигнал получается непосредственно вследствие полной мостовой схемы приборов для измерения деформаций, а приборы для измерения компенсации располагаются для измерения желаемых колебаний и устранения влияний паразитных колебаний, температуры и давления.

Фильтрация сигнала идущего от дат-Щ чика после обработки, может проводиться избирательным фильтром, подчиняющимся мгновенной скорости вращения арматуры бурения.

Сигнал измерения скорости враще- ЯЯ ния исходит из акселерометра 62. Он фильтруется неподвижным фильтром.

Фильтрованный сигнал воздействует на селектор 73, который коммутирует вход

74 на выходы 75-78, каждый из этих выходов соединяется с соответствующим фильтром 79-82.

Центральная частота этих разных фильтров различна. Частоты распределяются таким образом, чтобы верхняя предельная частота одного фильтра была заметно равной нижней предельной частоте следующего фильтра.

Частота коммутации согласовывается с частотой фильтров.

Сигналы, выходящие из различных фильтров, собираются единым выходным устройством 83, полученный сигнал кодир уетс я и передаетс я модул ятору давления шламма.

Когда участок измерения находится поблизости с инструментом и передается сигнал, представляющий собой амплитуду модуляций давления потока шпамма, колебания давления собираются датчиком, помещенным внутри соединения 60.Этот датчик оказывает действие на модуляцию излучателя электронных волн, который помещается в том же соединении. Излучение принимается приемником 58, который после соответствующей обработки выдает электрическую величину, которая или регистрируется или употребляется в качестве регулирующей величины при входе вычислительного устройства, предназначенного для регулировки бурения.

Формула изобретения

Устройство для измерения характеристик пород в процессе бурения, содержащее датчик вибраций, избирательный фильтр и глубиномер, о т(личающеес я тем, что, с целью повышени я помехоустойчивости измерения, оно снабжено амплитуд ным. ограничителем, который установлен между датчиком вибраций и избирательным фильтром, при этом последний связан с глубиномером.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 301431, кл ° Е 21 В 45/00 21 ° 04.71 (прототип) .