Устройство контроля частоты вращения турбобура Советский патент 1990 года по МПК E21B45/00 

ел

sl

го

Јь СО

Изобретение относится к технологическим исследованиям скважин в процессе бурения и может быть использовано для получения информации, полезной для прогноза состояния бурового оборудования и оптимизации режима бурения.

Целью изобретения является повышение точности определения частоты Вращения вала турбобура.

На чертеже приведена функциональная схема устройства контроля частоты вращения турбобура, Основной рлок - блок выделения фактического интервала осреднения содержит первый триггер 1 выделения первой и последней метки фактического интервала осреднения, второй триггер 2 выделения изданного минимального интервала осреднения, распределитель 3 сигналов, (Содержащий два двухвходовых элемен- ta И, третий триггер 4 блокировки Частоты считывания числа меток, ге- Йератор 5 частоты считывания и секционных импульсов, два элемента И 6 и 7, а также двухразрядные двоич- йо-десятичные счетчики 8 и 9 заданного минимального интервала осреднения. В устройство входят также регистры 10 и 11 фактического интервала бсреднения, дополненный регистр чис- ria меток, содержащий регистры 12-14 Значащей части, регистры 15-18 до- йолнительных младших нулевых разрядов и четвертый триггер 19 окончания вычитания, делители 20-22, а также регистры 23-25 частоты вращения турбобура.

В устройстве выход таходатчика (не показан) соединен с первым и вторым входами распределителя 3 сигналов, а также с первыми входами регистров 12-14 значащей части, первый выход распределителя 3 сигналов подключен к S-входу первого триггера 1, а прямой и инверсный выходы второго триггера 2 соединены с третьим и четвертым входами распределителя 3 сиг- Налов, второй выход которого подключен к R-входам первого 1 и третьего 4 триггеров. Прямой выход первого 1-риггера 1 и первый выход генератора Д соединены соответственно с первым И вторым входами первого элемента И 6, выход которого подключен к вхо- йам счетчиков 8 и 9 заданного минимального интервала осреднения и регистров 10 и 11 фактического интервала осредения Выгоды счетчиков 8

и 9 и регистров 12-14 значащей части соединены c.R-входами соответственно второго 2 и четвертого 19 триггеров, а выходы регистров 10 и 11 фактического интервала осреднения - с первыми входами делителей 20-22. Инверсный выход третьего 4 и прямой выход четвертого 19 триггеров, а

также второй выход генератора 5 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго элемента И 7, выход которого подключен к вторым входам делителей 20-22 и к

5 входам регистров 15-18 дополнительных младших нулевых разрядов, выход которого соединен с вторыми входами регистров 12-14 значащей части. Выходы делителей 20-22 через регистры 23-25

Q частоты вращения турбобура и дешифратор подключены к индикатору (не указан).

Сущность изобретения состоит в том, что автоматически осуществляет7

5 ся усреднение числа оборотов за определенный интервал времени с учетом последнего приходящего тахоимпульса. Полученное усредненное число оборотов турбобура может быть использовано

Q для целей управления, поскольку отражает реальный процесс бурения, а не флуктуации в нем. Интервал усреднения выбирается, исходя из характера

разреза скважины опытным путем. Необходимость усреднения, а не получения

мгновенных отсчетов объясняется тем, что каждый конкретный отсчет может быть в значительной степени случаен, например, при прижатии или отрыве долота от забоя, т.е. каждое отдельное значение числа оборотов может не соответствовать ни плотности пород, проходимых в скважине, ни техническому состоянию долота или турбобура. Выбор интервала осреднения

45 осуществляется, исходя из задаваемой разрешающей способности способа исследования, из строения скважины, из литологических характеристик пород и тогда измеренное усредненное чис50 ло оборотов является реальным отражением режима бурения и технического состояния породоразрушающего инструмента.

Устройство работает следующим об55 разом.

В исходном состоянии все элементы устройства устанавливаются в следующие положения; первый триггер 1, счетччхи 8 и 9, регистры 10 и 11,

0

15-18, 12-14, 23-25 и делители 20-22 устанавливаются в нулевое состояние. Второй 2, третий 4 и четвертый 19 триггера устанавливаются в единичное состояние.

Цикл работы устройства начинается с приходом первой метки в виде положительного перепада напряжения с та- ходатчика. Каждая такая метка явля- ется сигналом о совершении турбогенератором стандартного числа оборотов 20. Цикл должен завершиться по истечении минимального стандартного интервала времени осреднения (100 с) с приходом очер.едной метки, принимаемой за последнюю. Первая метка через распределитель из сигналов поступает на S-вход первого триггера 1, уста

навливая его в единичное состояние, после чего через первый элемент И 6 с первого выхода генератора 5 начинают поступать секундные импульсы на счетчики 8 и 9, заданного минимально

го интервала осреднения, и в регист- ры 10 и 11 фактического интервала осреднения. Через 100 с счетчики 8 и 9, построенные на базе двоично-десятичных счетчиков, выдают импульс отрицательного перепада напряжения, поступающий на R-вход второго триггера 2. При этом второй триггер 2 изменяет свое состояние на нулевое, что, однако не приводит к изменению состояния первого триггера 1, потому что в отсутствие метки на его установочные входы с распределителя 3 сигналов поступают одинаковые положительные потенциалы напряжения, т.е. регистры 10 и 11 продолжают счет секундных импульсов. С приходом очередной (принимаемой за последнюю) метки на R-вход первого триггера 1 поступает отрицательный перепад напряжения, переводящий его в нулевое состояние, при котором вентиль, первый элемент И 6 прекращают поступление секундных импульсов в регистры 10 и 11 фактического интервала осреднения. Одновременно тот же отрицатель ный перепад на R-входе третьего триггера 4 изменяет его состояние на нулевое и частота считывания (например 100 кГц) со второго выхода генератора 5 через второй элемент И 7 посту- пает на вычитающий вход регистров 12-19 числа меток и одновременно на вторые входы делителей 2.0-22. Поступление считывающих импульсов на дели

с

5

0

5 0 с Q 0 ,-

49

тели 20-22 продолжается до тех пор, пока полностью не вычитается содержи мое регистров 15-18 и 12-14. В этом случае четвертый триггер 19 изменяет свое состояние на нулевое и запирает второй элемент И 7. Таким образом, на делители 20-22 поступает число импульсов, равное числу, записанному в значащей части регистров 12-14, умноженному на 10 , где п - число дополнительных младших разрядов (15-18). На первые установочные входы делителей 20--22 подаются коды, соответствующие зафиксированным в регистрах 10 и 11 значениям фактических интервалов осреднения. Деление осуществляется следующим образом. Счетчики делителей 20 и 21 работают в режиме вычитания, поэтому из общего числа вычитающих импульсов N на выход приходит только m импульсов, где m

N -, где К - число, переданное из

К.

регистров 10 и 11 в делители 20-22. В схеме использовано четыре дополнительных младших разряда 15-18 регистров 12-18 числа меток. Два из них использованы для того, чтобы при делении поднять точность до 1%, а два других (вместе со счетчиком 22) - для умножения числа меток на 20, чтобы получить число оборотов. С делителей 20-22 число импульсов, соответствующее числу оборотов в секунду, осредненное за фактический интервал времени, поступает в регистры 23-25 частоты вращения турбобура, откуда подается через дешифратор на регистрацию или в систему управления.

Положительный эффект изобретения состоит в том, что за счет повышения оперативности удается своевременно влиять на режим бурения, а за счет повышения точности более качественно оценивать величину этого влияния. Наряду с измерением других буровых параметров это позволяет автоматизировать режим бурения, что может быть как технический эффект с точки зрения оптимальности бурения, так и экономический эффект, заключающийся в сокращении сроков и стоимости бурения.

Формула изобретения

Устройство контроля частоты вращения турбобура, содержащее таходат- чик и индикатор, отличающе-е с я тем, что, с целью повышения точности определения частоты вращения вала турбобура, устройство снабжено четырьмя триггерами, рас,предели- TeJleM сигналов, генератором, двумя элементами И, счетчиком заданного минимального интервала осреднения, делителем, дешифратором, а также регистрами фактического интервала осреднения, значащей части, дополни- те,г|ьных младших нулевых разрядов и час|тоты вращения , турбобура, при этом таходатчика соединен с первым и вторым входами распределителя сиг- HajjoB и с первым входом регистра значащей части, первый выход распределителя сигналов подключен к S-входу первого триггера, а прямой и инверсный выходы второго триггера соединены с третьим и четвертым входами рас- пр делителя сигналов, второй выход которого подключен к R-входам первого и третьего триггеров, прямой выход первого триггера и первый выход генератора соединены с соответствую10

щими входами первого элемента И, выход которого подключен к входам счетчика заданного минимального интервала осреднения и регистра фактического интервала осреднения, выходы счетчика заданного минимального интервала осреднения и регистра значащей части соединены с R-входами второго и четвертого триггеров соответственно, а выход регистра фактического интервала осреднения - с первым входом делителя, инверсный выход третьего и прямой выход четвертого тригj 5 геров, а также второй выход генератора соединены с соответствующими входами второго элемента И, причем выход второго элемента И подключен к второму входу делителя и к входу

Q регистра дополнительных младших нулевых разрядов, выход которого соединен с вторым входом регистра значащей части, а выход делителя через регистр частоты вращения турбобура и

25 дешифратор подключен к индикатору.

Изобретение относится к технологии исследования скважин в процессе бурения и позволяет повысить точность определения частоты вращения вала турбобура. Порядок работы в устройстве обеспечивают четыре триггера 1,2,4 и 19, распределитель сигналов 3, генератор 5, два элемента И 6 и 7, а также счетчики 8,9 заданного минимального интервала осреднения. Фактический временной интервал осреднения фиксируются регистрами (Р) 10,11. За это время число импульсов с таходатчика фиксируются в Р 12-14 значащей части. Результат деления этих двух сигналов на выходе делителей 20-22 пропорционален частоте вращения турбобура, которая фиксируется Р 23-25 и через дешифратор поступает на индикатор. Для увеличения точности измерения и приведения в соответствие числа оборотов турбобура с числом импульсов таходатчика применяют Р 15-18 дополнительных младших нулевых разрядов. 1 ил.