Устройство для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

w

И

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления работой поршневых насосов при бурении скважин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет получаемой информации об объеме и расходе подаваемой насосом жидкости. Устройство для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин содержит датчик 1 оборотов, блок 2 памяти, блок 3 синхронизации, элемент ИЛИ 4, счетчик 5 импульсов, первый и второй накапливающие сумматоры 6 и 7, первый и второй блоки 8 и 9 индикации с накоплением информации, блок 10 индикации, соединенные между собой функционально. 2 ил.

s|

00

ч

toil

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в системах автоматического контроля и управления работой поршневых насосов при бурении скважин,

Известен приводной поршневой двухцилиндровый с цилиндрами двойного действия буровой насос, применяющийся для промывки скважины при ее бурении 1.

При эксплуатации- такого насоса выяв- лены следующие недостатки. Отсутствует указатель подачи насоса в зависимости от обьема цилиндров и числа ходов поршня (частоты вращения вала кривошипа). Это, во-первых, ставит оператора в затрудни- тельное положение особенно при бурении трещиноватых и других пород, поглощающих промывочную жидкость, так как трудно оценить процесс промывки скважины и охлаждения по род о разрушающего инстру- мента. В таких случаях нередко возникают аварийные ситуации, связанные с прижо- гом инструмента и выводом из строя буримой скважины.-Во-вторых, отсутствует информация о количестве промывочной жидкости,, перекачиваемой буровым насосом, следовательно, оператор не может прогнозировать время работы насоса между заменами износившихся самоупяотняю- щих резиновых манжет, поршней и цилиндрических втулок. В-трётьих, при эксплуатации известного бурового насоса оператор не имеет возможности оценить эффективность подачи насоса в зависимости от износа указанных выше пар трения, т.е. у оператора отсутствует информация об объемном КПД насоса в процессе его эксплуатации. Отмеченные недостатки создают трудности и неудобства эксплуатации буровых насосов, а следовательно, снижают эффективность процесса бурения скважины в целом.

Известно устройство для контроля (с измерением) частоты вращения вала двигате- ля, выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик оборотов, счетчик им- пульсов с соответствующими связями. Это устройство определяет (и контролирует) частоту вращения вала двигателя в виде числа импульсов, поступающих за заданный ин- тервал времени 2.

Недостатком устройства является то, что его функциональные возможности ограничены и оно без усовершенствования не может быть использовано в качестве уст- ройства для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин, поскольку не исключает указанных выше недостатков.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устрой

ства и повышение достоверности результатов измерения путем введения дополнительных элементов с соответствующими связями.

Цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик оборотов и счетчик импульсов с соответствующими связями, снаб- жено блоком памяти, блоком синхронизации, первым и вторым накапливающими сумматорами, первым и вторым блоками индикации с памятью, блоком индикации, элементом ИЛИ, причем выход датчика оборотов подан на счетный вход счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом первого блока индикации с памятью, а также на вход суммирование первого накапливающего сумматора и первый вход блока синхронизации, второй вход которого подключен к шине пуск, к которой также подключены входы установки нуля первого и второго блоков индикации с памятью, второго накапливающего сумматора и второй вход элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, а выход - с входами установки нуля счетчика импульсов и первого Накапливающего сумматора, первый вход блока синхронизации соединен с входами записи первого и второго блоков индикации с памятью и входом суммирование второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока индикации, информационный вход первого накапливающего сумматора соединен с блоком памяти, а выход- с информационными входами второго накапливающего сумматора и второго блока индикации с памятью.

Датчик оборотов кривошипа насоса, формирующий импульсную последовательность тд, необходим для подачи импульса при совершении поршнями насоса двойного хода на счетный вход счетчика импульсов, а также на вход суммирование первого накапливающего сумматора и вход блока синхронизации. Блок памяти обеспечивает запоминание записанной в него информации о величине подачи насоса за один двойной ход поршней. Блок синхронизации служит для формирования двух импульсных последовательностей f и fgr, сдвинутых относительно друг друга на временную величину, достаточную для срабатывания блоков индикации и накапливающих сумматоров, и запускается первым же импульсом, пришедшим с датчика оборотов после команды пуск. Счетчик импульсов служит для определения числа оборотов п кривошипа насоса в единицу времени. Первый и второй накапливающие сумматоры предназначены

для накапливания информации соответственно о расходе Q промывочной жидкости, подаваемой насосом, и об объеме-W перекачанной насосом жидкости. Первый и второй блоки индикации с памятью и блок индикации служат для отображения числа оборотов п кривошипа насоса в единицу времени, расхода Q и объема W перекачанной насосом жидкости. Элемент ИЛИ необходим для логического суммирования сигнала команды пуск и импульсной последовательности fg, выдаваемой блоком синхронизации.

Соединение перечисленных элементов между собой соответствующим образом необходимо для получения информации о скорости вращения кривошипа насоса п, о расходе Q и об объеме W промывочной жидкости, подаваемой насосом.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что снабжено блоком памяти, блоком синхронизации, первым и вторым накапливающими сумматорами, первым и вторым блоками индикации с памятью, блоком индикации и элементом ИЛИ с соответствующими связя- ми; Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области .позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать заявляемое решение соответствующим критерию существенные of личия.

На фиг. 1 изображена схема устройства на фиг. 2 - эпюры изменения напряжений на его элементах.

Устройство для контроля работы порш-. невого насоса при бурении скважин содержит датчик 1 оборотов кривошипа поршневого насоса, блок 2 памяти, блок 3 синхронизации, элемент ИЛИ 4, счетчик 5 импульсов, накапливающие сумматоры 6 и 7, блоки 8 и 9 индикации с памятью, блок 10 индикации.

Устройство для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин работает следующим образом..

Датчик 1 оборотов кривошипа поршневого насоса, начинающий по команде пуск формировать импульсную последовательность fft, период повторения которой Тн 1/Тд соответствует времени одного оборота кривошипа поршневого насоса, соединен со счетным входом С счетчика 5 импульсов, где накапливается информация о скорости вращения кривошипа насоса п.

а также с входом суммирование первого накапливающего сумматора 6 и блоком 3 синхронизации, выдающим импульсные последовательности f и с периодом повто- 5 рения Т 1/f 1/f , служащие для управления работой счетчика 5 импульсов, накапливающих сумматоров 6 и 7 и блоков 8 и 9 индикации.

Величина подачи Wi бурового двухци-:

0 линдрового с цилиндрами двойного действия поршневого насоса за один оборот кривошипа определяется по формуле

Wi 2(2Fn-F0).s.7o, где п площадь поперечного сечения пор-

5 шня насоса;

FO - площадь поперечного сечения штока;

s-ход поршня;

/о - объемный КПД насоса.

0 Величина подачи Wi хранится в блоке 2

памяти и подается с его выхода в виде, кодо. вой уставки NWI на информационный вход

первого накапливающего сумматора 6, где

происходит накопление в течение периода

5 времени Т информации о расходе Q, подаваемом насосом промывочной жидкости, путем подачи на вход суммирование частотной последовательности тд. Выходы счетчика 5 импульсов и первого накаплива0 ющего сумматора 6 соединены с информационными входами блоков 8 и 9 индикации с памятью, в которые переписываются результаты накопления информации о скорости вращения кривошипа насоса г и

5 расходе Q за время Т, что обеспечивается подачей на их входы записи С частотной последовательности f, выдаваемой блоком 3 синхронизации. Кроме того, выход первого накапливающего сумматора 6 подан на

0 информационный вход второго накапливающего сумматора 7, на вход суммирование которого подается импульсная последовательность f, что обеспечивает накопление в нем информации об объеме W,

5 подаваемом насосом жидкости в процессе его работы. Выход второго накапливающего сумматора 7 подан на информационный вход блока 10 индикации, который отображает накапливающуюся информацию об

0 объеме W.

Включение насосного агрегата производится по команде пуск. При этом устройство подготавливается к работе путем подачи сигнала пуск непосредственно или

5 через элемент ИЛИ на входы установки нуля R блоков 8 и 9 индикации с памятью, счетчика 5 импульсов и накапливающих сумматоров 6 и 7. Далее блок 3 синхронизации по первому импульсу с датчика 1 оборотов начинает выдавать сдвинутые относительно друг друга импульсные последовательности f и f«, при этом импульсная последовательность Глодается на вход записи С блоков 8 и 9 индикации с памятью и вход суммиро- вание второго накапливающего сумматора 7, а сдвинутая импульсная последовательность fr через элемент ИЛИ 4 - на входы установки нуля R счетчика 5 импульсов и первого накапливающего Сумматора 6. При таком соединении элементов устройства в счетчике 5 импульсов происходит подсчет числа импульсов частотной последователь- ности ffl, формируемой датчиком 1 оборотов кривошипа насоса, в течение времени Т

Мп ТдХТ,..

что соответствует скорости вращения кривошипа насоса п. Результат подсчета переписывается в блок 8 индикации с памятью. В первом накапливающем сумматоре б в течение времени Т происходит изменение его состояния на величину Nwi за каждый оборот кривошипа поршневого насоса в соответствии с частотной последовательностью Тд, подаваемой на вход суммирова- ние. При этом на выходе накапливающего сумматора 6 за время Т формируется код

Na-NwiXTftxT, соответствующий расходу

2(2Fn-FQ)x

... ; X S- X- JJbXffl XT,

который переписывается в блок 9 индикации с памятью..

Во втором накапливающем сумматоре 7 в течение времени работы tp насоса проис- ходит изменение с частотой f его кодового состояния в соответствии с выражением

Nw Naxfxtp,

пропорциональным объему промывочной жидкости, подаваемой насосом: Результат отображается блоком 10 индикации.

Таким-образом, в течение времени ра- боты поршневого насоса в блоках 8, 9 и 10 индикации присутствует соответственно, информация о скорости вращения п криво- шипа насоса, расходе Q и объеме W промывочной жидкости, подаваемой поршневым насосом.

В качестве базового объекта принят буровой поршневой насос, входящий в комп- лект бурового агрегата 1БА15В. По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин позволит оператору иметь достоверную ин- формацию о работе насоса, оперативно оценить создавшуюся ситуацию и активно влиять на технологический процесс бурения скважины. Наиболее опасной ситуацией является, такая, при которой из-за недостаточной промывки забоя скважины происходят прижог породоразрушающего инструмента и его спекание с породой. Такая ситуация приводит к ликвидации скважины и инструмента. Если принять среднюю стоимость одного погонного метра при бурении скважины на воду, равную 50 руб., то нетрудно оценить затраты, связанные с ликвидацией скважины, если прижог происходит, например, на глубине 100 м. Они составят 5000 руб. плюс стоимость самого породоразрушающего инструмента. Кроме того, экономический эффект будет от того,«что предлагаемое устройство позволяет контролировать работу поршневого насоса по эффективности его подачи, т.е. периодически проверять объемный КПД насоса и принимать меры по обеспечению его высокого значения. Для этого нужно определить один раз подачу насоса при новцх поршнях, цилиндрах и самоуплотняющих манжетах, например, объемным способом при конкретном числе оборотов кривошипа насоса и записать эту подачу и число оборотов кривошипа насоса в формуляр насоса. Затем по мере эксплуатации насоса, например, перед бурением очередной скважины нужно сделать контрольную проверку подачи насоса при том же числе оборотов кривошипа насоса. Разделив полученную подачу на первоначальную, определяют объемный КПД насоса и решают вопрос о целесообразности эксплуатации насоса без замены поршневой группы или самоуплотняющих манжет.

Формула изобретения .

Устройство для контроля работы поршневого насоса при бурении скважин, содержащее датчик оборотов и счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за.счет получаемой информации об объеме и расходе подаваемой насосом жидкости, в него введены блок памяти, блок синхронизации, первый и второй накапливающие сумматоры, блок индикации, первый и второй блоки индикации с накоплением информации и элемент ИЛИ, причем выход датчика оборотов соединен со счетным входом счетчика импульсов, входом сложения первого накапливающего сумматора и с информационным входом блока синхронизации, управляющий вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, входами сброса второго накапливающего сумматора, первого и второго блоков индикации с накоплением информации и с пусковой шиной устройства, выход

блока памяти соединен с установочным входом первого накапливающего сумматора.: выход которого соединен с информацион- ным входом второго блока индикации с накоплением информации и с установочным входом второго накапливающего сумматора, вход сложения которого соединен с входами записи первого и второго блоков индикации с накоплением информации и с первым выходом блока синхронизации, вто- . Яуе

/

/

/г

рой выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса первого накапливающего сумматора и счетчика импульсов, выход которого соединен с инфор- мационным входом первого блока индикации с накоплением информации, выход второго накапливающего сумматора соединен с информационным входом блока , индикации.

И

IL,