Бесконтактный импульсный датчик подачи бурового инструмента Советский патент 1985 года по МПК E21B45/00 E21B19/08 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промьппленности, в частности к устройствам контроля процессов бурения нефтяных и газрвых .скважин. Цель изобретения - упрощение конструкции и повьш1ение точности измерений. Недостатками известных датчиков являются сложность и нетехнологичность установки квантующих устройст ухудшение условий техники безопасности, вызванное наличием разъемных квантующих устройств, прикрепляемых к шкиву кронблока и вращающихся вместе с ним, необходимость примене ния Л квантующих устройств для irt-типов оснастки талевой системы, а также значительная накапливающаяся ошибка измерения глубины скважины, обусловленная погрешностью преобразования угла поворота шкива кронблока, образованного двумя соседними метками квантующего устройства, в квант проходки, регистрируемый устройствами для измерения глубины скважины, т.е. погрешностью преобразования трансцендентного числа в целое. Дискретность преобразования датчика, т.е. цена каждого импульса В случае установки квантующего устройства на одном из шкивов кронблока определяется фоумупоА iKdui+ K) mCukMl гдес}, - соответственно диаметры шкива и талевого 1 :аната - коэффициент оснастки талевой системы , i - номер выбранного шкива, исчисляемый по ходу талевого каната от буровой лебедки tn - число меток квантующего устройства. В установках для определен глубины скважины производится прямой подсчет импульсов, поступивших с датчика, а глубина скважины определяется как Н-ЬоМ, где hp цена , выраженная в какой-либо дольной единице метра, приписываемая одному импульсуi N - число импульсов, поступивших в счетчик глубины скважины. HO выбирают равной 0,01 м. Для уменьшения ошибки преобразования угла поворота шкива кронблока в линейное перемещение бурового, инструмента необходимо, чтобы hg как можно меньше отличалась от выбранного значения h, . Относительная ошибка преобразования записывается в виде Так, например, для буровой установки БУ-75Бр при (;, 0,8 м, 0,028 м, k 8, ho . 0,01 м и установке квантующего устройства на первом шкиве кронблока, т.е. при 1, минимальная ошибка преобразования имеется при г 33. Расчитанная по формуле (1) дискретность преобразования датчика равна ho 9,853176,.10 м В этом случае относительная ошибка равна S - 1,490118,10 что дает накапливающуюся ошибку для скважины глубиной 2500 м в 37,3 м. Использование в качестве чувствительного элемента для регистрации спиц шкива кронблока трансформаторных преобразователей с разомкнутой магнитной цепью неприемлемо, так как минимально допустимое расстояние между спицей шкива кронблока и чувствительным элементом датчика, обусловленное люфтом шкива кронблока и обледенением спиц в зимний период, составляет 10-15 мм, и чувствительность известных преобразователей недостаточна для надежной регистрации спиц, имеющих относительно малую и зависящую от изменений условий окружающей среде 1 магнитную проницаемость, поэтому в качестве чувствительного элемента применены две плоские катушки индуктивности. входящие в задающие контуры высоко частотных LC -генераторов с номинальной частотой 930 кГц. Дискретность преобразования предлагаемого датчика зависит от т па буровой установки и от схемы оснастки талевой системы. Так для буровой установки БУ-75Бр при уста новке датчика около первого шкива кронблока, имеющего шесть спиц, цена одного импульса, рассчитанная по формуле (1) составляет bj« 5,419247,-10 м В предлагаемом датчике импульс, пропорщтональный указанному кванту проходки, умножается на коэффициен оь , численно равный целой части числа, образованного умножением ц ны импульса, выраженной в см, на 10, т.е.

« J

(4)

где W - обозначение целой части, Р - показатель степени.

Из полученной последовательности импульсов путем деления на 10 формируются импульсы с ценой деления 0,01 м, а остаток сохраняется до прихода следующей последовательности, с которой он суммируется.

Таким образом, глубину скважины, выраженную в импульсах, пропорциональных -0,01 м, можно записать, как

K-yii.Ocil

JL.-r о.оГи,

Ю J

л (;-п;-11л1 Р

,0

ю

И; - порядковый номер импульса,

где поступившего в блок масштабирования )

i - обозначение целой части

числа. Относительная ошибка преобразовал

ния для датчика, работающего с блоком масштабирования, записывается в виде

Ьо-ЮР

8М-к„чо

Из формулы (6) видно, что относительная ошибка преобразования тем меньше, чем больше показатель стеЧТО дает накапливаюп уюся ошибку для скважины глубиной 2500 м в 0,11 м. На чертеже представлена функциональная схема бесконтактного импульсного датчика подачи бурового инстру-i мента.

Датчик имеет чувствительный элемент 1, квантователь 2, формирователь 3 импульсов, два триггера 4 и 5, два элемента И 6 и 7, два делителя 8 и 9, элемент ИЛИ 10, панель ; 11 набора масштабного коэффициента,

реверсивный счетчик 12, включенный в режим вычитания, и генератор 13.

Датчик работает следующим образом.

Прохождение спиц шкива кронблока около катушек индуктивности высокочастотных ЬС -генераторов чувствительного элемента 1 вызывает изменение их частоты, которое пре образуется формирователем 3 импульсов в последовательность импульсов и распределяется по двум каналам в зависимости от направления движения бурового инструмента.

Передним фронтом импульса, сформированного формирователем импульсов 3, переводится.в единичное состояние один из триггеров 4 и 5, разрешающих через одну из элементов И 6 или 7 прохождение импульсов

с генератора 13 на один из делителей 8 или 9, выполненных на десятичных счетчиках с коэффициентом деления 10 . 13 пени Р . Показатель степени Р определяется из условий 0 ho () «акс где i - частота тактового генератора блока масштабирования; формирующего последовательность импульсов макс максимальная скорость перемещения бурового инструмента. При частоте тактового генератора ip 2 Гц и показателе степени Р 3 датчик сохраняет работоспособность при скорости перемещения бурового инструмента до 20 м/с, а относительная ошибка преобразования, вычисленная по формуле (6), равна S 4,557828Ю

$

Единичное состояние одного из триггеров 4 или 5 разрешает через элемент ИЛИ 10 подсчет импульсов с генератора 13 реверсивным счетчиком 12. При обнулении реверсивного счетчика 12, импульс с выхода переноса последнего переводит триггеры 4 и 5 в нулевое состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов с генератора 13 через элементы И 6 и 7 на делители 8 и 9,

999136

и устанавливает реверсивный счетчик 12 в состояние, определяемое числом, набранным на панели 11 ввода масштабного коэффициента.

J Делители 8 и 9 работают с сохранением остатка не кратного 10 , который учитывается при делении следующей пачки импульсов. Таким образом на выходах делителей 8 и 9 10 формируется последовательность импульсов с ценой деления в 0,01 м.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ДАТЧИК ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА содержащий последовательно соединен ные чувствительный элемент, квантователь и формирователь импульсов отличающийся тем что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, датчик снабжен двумя триггерами, двумя элементами И, двумя делителями, эле ментом ИЛИ, реверсивным счетчиком, генератором и панелью набора масшта ного коэффициента, причем в качестве квантователя используют спицы шкива кронблока, а чувствительный элемент выполнен в виде двух плоских катушек индуктивности, входящих в задающие контуры высокочастотных LC -генераторов, при этом выходы формирователя импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго элементов И, а также с входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешейия счета реверсивного счетчика, выхбды панели набора масштабного коэффициента соединены с установочными входами реверсивного счетчика , выход переноса которого подключен к входу разрешения установки реверсивного счетчика и.к вторым входам первого и второго триггеров, выход генератора соединен с тактовым входом реверсивного счетчика и к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами соответствующих делителей, выходы делителей являются выходами датчика.