Устройство для измерения средней скорости проходки при бурении скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к технике бурения геояогоразведочных скважин, в .частности к измерительной аппаратуре, прелназначенной для контроля эффективности протекания процесса раэрушгмия горных пород.

Известны устройства лля измерения механической скорости бурения, содержащие пары винтовой шток-гайка, гибкий вал, повыпиющий редуктор и асинхронный двигатель с полым ротором типа АДН-62 и основанные на преобразовании поступательного движения во вращательное. Преобразование производится с помощью пары винтовой шток-гайка. Вращение гайки через муфту одностороннего действия, гибкий вал и повышающий редуктор передается асинхронному йвигателю с полым ротором, выполня.кхдему роль тахогенератора. Сигнал с асинхронного двигателя поступает на вход схемы однополупериодного диодного модулятора, который нагружен на показывающий-микроамперметрГ

Однако использование гибкого вала и муфты одностороннего действия для передачи вращательного движения тахогенератору создает трудности пpимe eния устройства ввиду невысокой надежности этих элементов. Устройство вьадает электрический сигнал пропорциональный текущему аначению механической скорости. В условиях резкоизменяюЩихся горных пород i сильной вибрации колонны бурильных труб величина этого сигнала содержит значительнуюпериодическую составляющую переменной частоты и амплитуды, а также составляющую, пропорциональную механической скорости бурения и изменяющуюся по случайноW закону. Использовать такой сигна в системе автоматического регулирования практически невозможно.

Указанные недостатки устранены в устройствах измерения механическо скорости проходки, в которых производят измерения скорости на некотором участке проходки скважины (величиной в пределе 10-50 мм), т.е. датчики измеряют среднюю (ё некотором интервале проходки скважины) скорость бурения.

Известно устройство для измерения средней механической скорости бурения, содержащие бесконтактный путевой переключатель типа БВК-24 М основной диск с секторами, установленный на валу ведущего шкива, и фрикционную пару. Ведущий шкив через фрикционную пару передает вращение основному диску, сектора которого входят в паз бесконтактного путевого переключателя, установленного неподвижно на буровом станке. Ведущий шкив охвачен тросиком, закрепленным на концах направляющего

штока системы подачи станка. ScTpottство закреплено на раме станка. В процессе проходки скважины направляющий шток движется вниз, ведущий шкив поворачивается с угловой скоростью, пропорциональной механической скорости бурения. Одному обороту ведущего шкива соответствует приращение глубины скважины, равное длине окружности ведущего шкива. Движение шкива через фрикционную муфту передается основному диску, входящему своими секторами в паз бесконтактного путевого переключателя. При попадании сектора в паз на выходе бесконтактного путевого переключателя появляется напряжение при выходе сектора из паза - напряжение исчезает. Длительность выходного напряжения можно регулировать с помощью фрикционной пары, имеющей переменное передаточное число. Длительность импульса напряжения, снимаемого с выхода бесконтактного путевого переключателя, обратно пропорциональна средней механической скорости проходки

, , аь jiD

(1)

. ъ - .

Л:р

ср

дь II,

приращение проходки, м; диаметр ведущего шкива, м; число лепестков секторного

п диска

средняя Механическая скосррость буренияна углубку скважины /ih, м/с;

t длительность импульса выходного напряжения, с. Выходной сигнал бесконтактного путевого переключателя легко преобразуется в числовой код и может быть использован в системах автоматического регулирования процесса проходки геологоразведочных скважин 2.

Однако в известном устройстве появление и исчезновение напряжения связано с положением сектора основного диска относительно бесконтактного путевого переключателя. Устройство работает точно, без ложных срабатываний только при монотонном графике Механической скорости проходки, когда отсутствуют колебания колонны бурильных труб. При возникновении вертикальных колебаний бурильных труб мгновенное значение скорости вращения ведущего шкива может иметь отрицательное значение. В этом случае сектор основного диска (при сработавшем бесконтактном путевом переключателе) , изменив направление движения, выходит из паза и выходное напряжение исчезает - имеет место срабатывание устройства. Бурение геологоразведочных скважин в крепких трегонноватых породах обычно сопровождается колебаниями колонны бурильных труб, поэтому точное измерение средней скорости в этом случае невозможно из-за наличия лож ных сраба Тываний. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет ис ключения ложных срабатываний бескон тактного путевого переключателя. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения средне проходки при бурении скважин , содержащее бесконтактный путёвой переключатель и основной диск с секторами, который закреплен на валу ведущего шкива, соединенного с приводом подачи бурового инструмента, снабжено дополнительным диском с секторами, который жестко скреплен с основным, наружный диаметр дополнительного диска равен диаметру основного диска, иирина секторов дополнительного диска боль ше ширины секторов основного диска на величину, равную удвоенной допус тимой амплитуде колебаний колонны бурильны с труб, а толщина дополнительного диска такова, что не обеспечивает порога срабатывания бескон тактного путевого переключателя. Наличие вспомогательного секторного диска исключает ложные срабаты вания устройства для измерения сред ней механической скорости про содки, что позволяет использовать его в си стемах автоматического регулирования процесса бурения глубоких геоло горазведочных скважин. На фиг. 1 изображена схема устро ства для измерения средней скорости проходки на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - диаграмма выход ного.напряжения бесконтактного путе вого переключателя. Устройство для измерения средней скорости проходки содержит бесконтактный путевой переключатель 1, ус тановленный с возможностью взаимодействия с секторами основного диска 2, который установлен на вал 3 ведущего шкива 4 (не показан). На этот же вал установлен вспомогатель ный диск 5 с секторами б. Секторы основного диска 2 жестко соединены с секторами вспомогательного диска Причем секторы б вспомогательного диска 5 выполнены по диаметру одина ковыми с секторами основного диска а ширина секторов вспомогательного диска 3 выполнены большей секторов основного диска .2 на величину, равную допустимой амплитуде холебаннй колонны бурильных труб. На фиг. 3 показано выходное напряжение 7 бесконтактного путевого переключателя 1 и амплитуда чолеваний колонны бурильных труб в точках 01 и с .. Устройство работает следующим образом. При вращении вала 3 ведущего шкива 4 начинают одновременно вращаться основной 2 и вспомогательный 5 диски с секторами. В паз бесконтактного путевого переключателя 1 вхолит переденяя кромка сектора вспомогательного диска 5. Напряжение 7 на выходе бесконтактного путевого переключателя 1 равно нулю (фиг. За ). Отсутствие напряжения обусловлено тем, что толщина сектора вспомогательного диска 15 (около 0,3 мм) недостаточна для срабатывания бесконтактного путевого переключателя 1. Напряжение 7 на выходе появляется в момент, когда в паз бесконтактного путевого переключателя 1 входит сектор основного диска 2 (фиг.З, b ), поскольку общая толщина основного и вспомогательного секторного дисков (около 1,5 мм) достаточна для четкого срабатывания бесконтактного путевого переключателя 1, а кромка сектора вспомогательного диска 5 остг.ется в пазу, то напряжение 7 на выходе бесконтактного путевого переключателя 1 не исчезает благодаря гйстерезисной характеристике бесконтактного путевого переключателя. При выходе сектора основного диска 2 из пазов бесконтактного путевого переключателя 1 напряжение 7 на его выходе не исчезает (фиг. 3, С ) пока в пазу находится другая кроика сектора вспомогательного диска 5. Напряжение на выходе бесконтактного путевого переключателя 1 исчезает в момент выхода зад.-ей кромки . сектора вспомогательного диска 5. Если под действием колебаний колонны бурильных труб задняя кромка сектора вспомогательного диска 5 возвращается в паз бесконтактного путевого переключателя 1, то напряжение 7 на его выходе уже не появляется (фиг. 3, (3). Таким образом исклю чаются ложные срабатывания устройства для измерения средней механической скорости проходки. Ложные срабатывания предлагаемого устройства исключаются благодаря наличию вспомогательного секторного диска 5 н гйстерезисной характеристике бесконтактного путевого переключателя. При сравнении предлагаемого устройства с известным было установлено, что число ложных срабатываний известкого устройства составляет От 40 до 50%, т.е. оно практически является . неработоспособным. Как видно из выражения (1), среднее значение люханической скорости бурения обратно пропорционально времени, за которое происходит приргидение проходки 4h ( ль - величина постоянная ).

Таким образом, время бурения и средняя механическая скорость однозначно связаны друг с другом. Поэтому длительность импульса напряжения 7 с помощью функционального пре обраэователя может быть преобразована в величину средней механической скорости бурения.

Использование предлагаемого устройства позволит .полностью устранить ложные срабатывания устройства для измерения средней скорости проходки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ПРОХОДКИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИЫ; содержащее бесконтактный путевой переключатель и основной диск с секторами, который закреплен на валу ведущего шкива, соединенного с приводом подачи бурового инструмента, о т л и ч a ю щ ё е с я тем, что, с Целью повышения точности измерений за счет исключения ложных срабатываний бесконтактного путевого переключате ш, устройство снабжено дополнительным диском с. секторами, которвлй жестко скреплен с основным, наружный диаметр допол нительного диска равен дигшетру основного диска, ширина секторов дополнительного диска ширины секторов основного диска на величину, равну|р удвоенной допуст||мой амшгату- (Л ;де колебаний колонны бурильнызс труб, a толщина дополнительного диска такова, что не обеспечивает порога срабатывания бесконтактного путевото переключателя.. Р5 СП СП 00