Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурения Советский патент 1987 года по МПК E21B47/22 

131

лосу частот, в которой находится составляющая поперечных колебаний, вызванная поляризованной волной, С выходов усилителей +,5,6 сигналы поступают соответственно на обмотки электромагнитов (ЭМ) 7,8,9. При этом в месте пересечения осей ориентации ЭМ 7,8,9 установлен чувствительный элемент 10 с демпфирующим элементом

1

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам контроля положения отклонителя в процессе бурения.

Целью изобретения является повышение точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурения состоит из идентичных датчиков 1 - 3 поперечных колебаний бурильной колонны, полосовых усилителей .4-6, электромагнитов 7-9, чувствительного к действию магнитного поля элемента 10 и демпфирующего элемента 11. Датчики 1 - 3 закреплены на ведущей трубе бурильной колонны 12 в плоскости ее поперечного сечения под углом 120 друг к другу и проходят через ее пентр. Выход датчика I подключен к обмотке электромагнита 7 через полосовой усилитель 4, выход датчика 2 соединен с обмоткой электромагнита 8 через усилитель 5, а выход датчика 3 подключен к обмотке электромагнита 9 через усилитель 6. Чувствительный к действию магнитного поля элемент 10 соединен с демпфирующим элементом 11 и расположен в месте пересечения осей ориентации электромагнитов 7-9.

Устройство работает следующим образом.

При работе забойного двигателя наличие отклонителя вызывает асимметрию сил, действующих на долото (не пок.чпанм), что приводит к появ607

11 и здесь создается магнитное поле, направление напряженности которого связано с направлением вектора сме- щения колонны в силу эквивалентности осуществляемых преобразований. От действия ЭМ 7,8,9 создается составляющая магнитного поля, в направлении которой устанавливается элемент 10. 1 ил.

лению поляризованной составляющей поперечных волн, вызванных колебаниями долота и распространяющихся по бурильной колонне. При этом нап- равление вектора смещения поляризованной волны совпадает с плоскостью действия отклонителя. Датчики 1 - 3 воспринимают поперечные колебания бурильной колонны и преобразовывают

их в электрические сигналы, которые подаются на полосовые усилители 4 - 6. Полосовые усилители 4-6 усиливают электрические сигналы и выделяют полосу частот, в которой находится составляющая поперечных колебаний, вызванная поляризованной волной. С выходов усилителей 4-6 сигналы поступают соответственно на обмотки электромагнитов 7-9. При этом в месте пересечения осей ориен5

0

тации электромагнитов 7-9 создается магнитное поле, направление напряженности которого однозначно связано с направлением вектора смещения колебаний бурильной колонны в силу эквивалентности осуществляемых преобразований: механические колебания- электрический сигнал-магнитное поле. Векторы смещения, скорости и ускорения колебаний, вызванных поляризованной волной, лежат в одной плоскости, поэтому устройство для определения отклонителя может содержать однотипные датчики 1 - 3 смещения, 5 скорости или ускорений.

Направление вектора смещения колебаний, вызванных неполяризованными составляющими поперечных волн, изменяется хаотически, поэтому также хаотически изменяется и направление

вектора напряженности магнитного по-1 ля, создаваемого электромагнитами 7-9 слеловательно, и направление сил, действующих на чувствительный к действию магнитного поля элемент с 10, изменяется хаотически. Для предотвращения хаотических движений чувствительного к действию магнитного поля элемента 10 предусмотрен демпфирующий элемент 11, При отсут- W ствии поляризованной составляющей колебаний бурильной колонны направление ориентации чувствительного элемента 10 неопределенно. Распространяющаяся по бурильной колонне по- 15 ляризованная волна вызывает появление составляющей колебаний в плоскости поляризации волны. При этом в магнитном поле в месте пересечения осей действия электромагнитов 7-9 20 присутствует составляющая магнитного поля, вектор напряженности или индукция которой ориентированы в зависимости от положения поляризованной волны, распространяющейся по бурильной колонне, а следовательно, от направления действия .отклонителя. Так как направление этой составляющей не изменяется, то чувствительный элемент 10 устанавливается в направлении, 30 которое зависит от направления указанной составляющей магнитного поля. Таким образом, для того, чтобы материализовать направление плоскости поляризации поперечной волны произ- 35 водят следующие преобразования: измерение проекций поляризованной поперечной волны и преобразование каждой из них в электрический сигнал, получение магнитного поля в результате 40 действия каждого электрического сигнала, а затем восстановление суммарного магнитного поля, направление действия которого определяется с помощью чувствительного элемента 10, 45

Датчики 1 - 3 имеют поперечную чувствительность, относительная величина которой в зависимости от типа

всех датчиков 1-3, Кроме того, да чики расположены под углом I20 дру к другу, поэтому векторная сумма со тавляющих сигналов от продольных и крутильных колебаний равна нулю.

В предлагаемом устройстве можно использовать любое число различных по чувствительности датчиков, установленных таким образом, чтобы

п

r;j; 0.

При ЭТОМ условии продольные и кр тильцые колебания не будут оказыват влияния на точность измерения. I

В качестве чувствительного элеме та 10 используется, например, ферро магнитная стрелка, закрепленная на оси, расположенной в точке пересече ния осей ориентации электромагнитов 7 - 9, В качестве демпфирующего эле мента 11 используется жидкость, например трансформаторное масло в емкости из диамагнитного материала.

Формула изобретени

Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурени содержащее датчики поперечных колебаний и полосовые усилители, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний, оно снаб жено электромагнитами, чувствительным к изменению магнитного поля элементом и демпфирующим элементом, при этом оси чувствительности датчиков поперечных колебаний расположены в плоскости поперечного сечения буриль ной колонны и проходят через ее центр, ориентация электромагнитов со ответствует ориентации датчиков поперечных колебаний, чувствительный к изменению магнитного поля элемент расположен в точке пересечения осей

ориентации электромагнитов и связан датчика достигает 20%. Следовательно,Q с демпфирующим элементом, датчики

на выходах датчиков 1 - 3 появляются дополнительные составляющие от продольных и крутильных колебаний. Так как датчики I - 3 идентичны, а направление крутильных и продольных ко- сг лебаний одинаково относительно оси ори- ентации каждого из датчиков, то величины составляюи их сигналов от продольных и крутильных колебаний одинаковы у

поперечных колебаний установлены так чтобы

Ji

Ь

О,

где п - число датчиков поперечных

колебаний;

rj - величина чувствительности i-ro датчика;

всех датчиков 1-3, Кроме того, дачики расположены под углом I20 дру к другу, поэтому векторная сумма сотавляющих сигналов от продольных и крутильных колебаний равна нулю.

В предлагаемом устройстве можно использовать любое число различных по чувствительности датчиков, установленных таким образом, чтобы

п

r;j; 0.

При ЭТОМ условии продольные и кру тильцые колебания не будут оказывать влияния на точность измерения. I

В качестве чувствительного элемента 10 используется, например, ферромагнитная стрелка, закрепленная на оси, расположенной в точке пересечения осей ориентации электромагнитов 7 - 9, В качестве демпфирующего элемента 11 используется жидкость, например трансформаторное масло в емкости из диамагнитного материала.

Формула изобретения

Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурения содержащее датчики поперечных колебаний и полосовые усилители, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний, оно снабжено электромагнитами, чувствительным к изменению магнитного поля элементом и демпфирующим элементом, при этом оси чувствительности датчиков поперечных колебаний расположены в плоскости поперечного сечения бурильной колонны и проходят через ее центр, ориентация электромагнитов соответствует ориентации датчиков поперечных колебаний, чувствительный к изменению магнитного поля элемент расположен в точке пересечения осей

поперечных колебаний установлены так, чтобы

Ji

Ь

О,

где п - число датчиков поперечных

колебаний;

rj - величина чувствительности i-ro датчика;

513156076

T. - единичный вектор направления причем выходы каждого датчика попе- ориентации оси чувствитель- речных колебаний подключены к обмот- ности i-ro датчика,ке соответствующего электромагнита

через полосовые усилители.

Изобретение относится к области бурения. Цель изобретения - повышение точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний. Устройство содержит датчики (Д) 1,2,3 поперечных кo- лебаний бурильной колонны. Оси чувствительности Д 1,2,3 расположены в плоскости поперечного сечения колонны и проходят через ее центр, при этом Д 1,2,3 установлены таким обраи зом, чтобы Ц Г; .У; 0, где 3 п - число Д; г, - ве.пичина чувствительности i-ro Д; V. - единичный вектор направления ориентации оси чувствительности i-ro Д. Воспринятые Д 1,2,3 колебания преобразуются в электрические сигналы и передаются на полосовые усилители 4,5,6, которые усиливают сигналы и выделяют пос 1C (Л п со ел О5