Преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото Советский патент 1983 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к приборам контроля за процессом бурения скважин. Известны измерительные устройств выполненные по мостовой схеме, подключенные к усилителю, в диагональ питания которых в качестве измерительного прибора подключен логометр В плечи мостов включаются датчики сопротивлений и резисторы tl. Однако на точность их измерения влияет абсолютная величина сопротив ления линии связи и сопротивление .рамки логомера при изменении температуры среды. Шкалы приборов неравномерны вследствие нелинейной зависимости между напряжением в измерительной диагонали и изменением сопр тивления датчиков, что не позволяет использовать их для контроля за процессом бурения скважин, так как .они не обеспечивают требуемой точност Наиболее близким по технической сущности -к предлагаемому является преобразователь веса бурового инстр мента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, подключенные к нему цостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания ко торых соединены с неподвижными конт тами первого переключателя, а его подвижный контакт соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна из рамок которого включена между второй клеммной источника питания и общей, вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей включен резистор, а вторая рамка регистрирукяцего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между Неподвижными контактами второго переключателя и вершинами измерительных диагоналей соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы. Принцип работы заключается в следующем. При изменении сопротивления датчиков под действием усилия, действующего на них, изменяются токи, протекающие через датчики, вследствие -чего нарушается равновесие моста. Напряжение, появившееся на измерйт льной диагонали, подается на вход усилителя, который изменяет величину тока обратной связи, протекающего по компенсационным резисторам. Изменени Toica обратной связи происходит до тех пор, пока мост вновь не уравнове шен. Отноше.ние токов, измеряемое логометрами, пропорционально измене нию сопротивления датчиков. В данном устройстве вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото вклю чены в плечи последовательно с измеряемыми датчиками в мостовую схем Следовательно, номинальные сопротив ления плеч с датчиками веса буровог инструмента и осевой нагрузки включают сопротивления соответствующих рамок логометров, что существенно сказывается на точности измерений, так как при изменении температуры окружающей среды меняются величины сопротивлений рамок логометров. Есл в качестве измерительных датчиков используются проволочные тензометры у которых приращение сопротивлений составляет порядка десятых, в лучше случае единиц Ом, а изменение сопро тивления рамок логометров, выполнен ных из меди, и включенных последова тельно с измеряемыми датчиками, при изменении температуры окружающе среды составляет единицы Ом ( так при сопротивлении рамки логометра Rp - 100 Ом и при изменении температуры на изменение сопротивле ния рамки 40 Ом ), то погрешность измерения составляет сотни процентов 2 . Недостатками известного преобраз вателя веса бурового инструмента и осевой наг-рузки на долото являются низкая точность преобра13ования, свя занная с влиянием преобразования сопротивления рамок логометров, и низкаячувствительность. Цель изобретения - повышение точ ности за счет устранения влияния преобразования сопротивления рамок логометров и повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь веса бурово го инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, подк/поченные к нему мостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания которых соединены с неподвиж ными контактами первого переключателя, а подвижный контакт послед шго соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна из рамок которого включена между второй клеммнЪй источника питания и общей вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей включр резистор, а вторая рамка регистрирую щего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса . бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи усилителя между неподвижными контактами второго переключателя и вершинами измерительных диагоналей соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы, он снабжен включенными в диагонали питания мостовых схем дополнительными резисторами, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото. На чертеже изображен предлагаемый преобразователь. Измерительная схема представлена двумя измерительными цепями, коммутиуемыми переключателем 1. Первая цепь образована резисторами 2-5, а также датчиками 6-10 веса бурового инструмента, подсоединенными к прибору трехпроводной линией связи,, каждый провод которой имеет сопротивление 11. Данная цепь служит для измерения осевой нагрузки на долото. Мостовые цепи подключены к усилителю 12, в цепь обратной связи которого включены рамка 13 логометра. 14и через переключатель 1 рамки 15и 16 логометров 17 и 18, а также компенсационные резисторы 5 и 9. В диагональ питания мостовых цепей, кроме источника питания, включена рамка 19 логометра 14, служащего для записи веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, зашунтированного резистором 20, и рамки 21 и 22 соответственно зашунтированных резисторами 23 и 24 логометров 17 и 18, служащих для визуального измерения веса бурового инструмента и осевой .нагрузки на долото. . Принцип работы индикатора заключается в следукяцем. При изменении сопротивления датчиков 6 или 10 под действием усилия, действующего на них ( датчики, устанавливаемые под углами рамы кронблока, в смежных относительно диагонали питания плечах получают приращения разных знаков) , изменяются токи, протекагацие через датчики, вследствие чего нарушается равновесие моста. Напряжение, появившееся на измерительной диагонали, подается на вход усилителя 12, изменяет величину тока обратной связи tjn, , протекающего по резистору 5 или 9. Изменение тока обратной связи t. происходит до тех пор, пока мост вновь не уравн.овешен, т.е. пока не выполнится равенство 01- Э2 (при равенстве сопротивлений резисторов 2 и 3) .

SpasHeHHe шкалы логометров 17 (18) при этом условии можно выразить формулой:

ДЗ, Rb()

uRbUR-IQ)

mir 2 R5(R9)

31 R5(R9)

де 4Rb(dRlO) соответственно приращение тенэорезисторов б (10).

При этом в формуле учитывается то, что измерительные резисторы, ключенные в плечи мостовой цепи оследовательно с компенсационными езисторами R 5 (R 9), получают поожительные приращения, а измерительные резисторы, включенные в смежные относительно диагонали питания плечи мостов, имеют равные, но отриательные приращения сопротивлений (для мессдоз с тензосопротивлениями с чистым изгибом ).

Так как из плеча моста устраняется сопротивлениерамки логометра уменьшается выходное сопротивление епи ), то соответственно повьпиается увствительность моста по напряжению.

При спуске инструмента логометр 17 показывает, а логометр 14 регистрирует процесс спуска, инструмента. Регистрирующий логометр 14 имеет две градуировки: прямую для записи веса инструмента и обращенную для записи осевой нагрузки. Шкалы логометров отградуированы в тоннах. Перед началом бурения, когда долото не касается забоя, переключатель 1 переводится в положение измерения осевой нагрузки и с помощью изменения подстрочного резистора 25 стрелка логометра 18 и перо логометра 14 выводится на нуль шкалы.

После этого часть веса инструмента передается на забой, т.е. создается требуемая осевая нагрузка. В этом случае логометр 18 показывает, а логометр 14 записывает ее. При подъеме инструмента переключатель 1 возвращается в положение измерения веса инструмента. При этом логометр 17 показывает, а логометр 14 регистрирует операцию подъема инструмента.

Таким образом, из описанного видно, что поставленная цель - увеличение точности преобразования и повышение чувствительности устройства достигается исключением из измерительного плеча рамок логометров и включением в диагонали питания мостовых цепей дополнительных резисторов, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото.

Автокомпенсационная схема для измерения веса инструмента и осевой нагрузки на долото исследуется экспериментально на кафедре автоматизации производственных процессов Уфимского нефтяного института. Пределы измерения госз|х Номинальные значения

0 тензосопротивлений составляли 4000 м, их суммарное максимальное изменение составляет соответственно 0,8 и 0,2 Ом. Приведенная погрешность измерений О, и Р составляет

5 соответственно 0,4 и 0,5%.

Формула изобретения

Преобразователь веса бурового

0 инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий усилитель, подключенные к нему мостовые схемы с датчиками и резисторами, диагонали питания которых соединены с неподвиж5ными контактами первого переключателя, а подвижный контакт последнего соединен с источником питания, регистрирующий логометр, одна из рамок которого включена между второй клеммной источника питания и общей

0 вершиной измерительных диагоналей мостов, причем параллельно ей включен резистор, а вторая рамка регистрирующего логометра включена между выходом усилителя и подвижным контактом

5 второго переключателя, механически связанного с первым, логометр веса бурового инструмента и логометр осевой нагрузки на долото, рамки которых включены в цепь обратной связи

0 усилителя между неподвижными контактами второго переключателя и вершинами измерительных диагоналей соответствующих мостовых схем через компенсационные резисторы, отли5чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влияния преобразования сопротивления рамок логометров и повышения чувствительности, он снабжен включен0ными в диагонали питания мостовых схем дополнительными резисторами, параллельно которым подключены вторые рамки логометров веса бурового инструмента и осевой нагрузки на до5лото.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Срнатский П.П. Автоматические измеряГтельные приборы. Киев, Техника, 1965, с. 142.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 229378, кл. Е 21 В 45/00, 1968.