Узел бурового стенда Советский патент 1993 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым стендам, на которых исследуются -технические характеристики гидравлических двигателей и породоразрушающего бурового инструмента в процессе бурения.

Целью изобретения является повышение точности и качества измерения силовых параметров процесса бурения за счет исключения влияния давления промывочной жидкости на осевую нагрузку.

На фиг. 1 изображен узел бурового стенда; на фиг.2 - принципиальная схема включения компенсатора в гидравлическую систему бурового стенда на уровне измерительного упругого элемента; на фиг.З - пример установки компенсатора в корпусе, защищающем упругий элемент.

На фиг.1 изображены нагрузочное устройство 1, вращатель 2, измерительный упругий элемент в корпусе 3, долото 4; на схеме фиг.2 - компенсатор 5 - датчик давления и измерительный упругий элемент 6; на фиг.З - упругий элемент 6 с тензометриче- QKHMH датчиками осевой силы 7 в защитном корпусе 8, где находится соединенный каналом 9 с внутренней полостью упругого элемента датчик давления 10 с размещенными на нем датчиками 11. Внутренний диаметр упругого элемента D2, внешний - DI. внутренний диаметр датчика давления d2, внешний-di.

Различие между двумя схемами на фиг.2 и фиг.З заключается в том, что датчик давления на фиг.2 работает за счет сжатия продольных волокон рабочей цилиндрической части при расширяющем действии внутреннего давления, а на фиг.З - за счет совместного действия сжатия и, с другой стороны, растяжения от действия того же давления на дно датчика. Ниже оба эффекта подробно описываются.

Узел бурового Стенда работает следующим образом.

С/)

С

00

о

00

ч ел

00

При подаче нагрузки на долото и жидкости в гидравлическую систему промывки происходит деформирование упругого элемента, причем осевое деформирование происходит как за счет действия осевой нагрузки, равной заданной нагрузке на-долото, так и за счет действия внутреннего давления, а также за счет растягивающих усилий, возникающих при наличии перепада давления на долоте, при этом соответствующие деформации равны

0

Для определения путем компенсации неискаженного давлением сигнала осевой нагрузки соединяют внутреннюю полость упругого элемента с тензометрическим датчиком давления, электрический сигнал которого используется для компенсации влияния давления на осевую нагрузку,

Деформация стенки датчика давления пропорциональна действующему внутри него давлению, так же как и у упругого элемента

Использование: буровые стенды для исследования технических характеристик гидравлических двигателей и породоразрушающего бурового инструмента в процессе бурения. Сущность: имеется тензометрический датчик давления 5 (10), который расположен на уровне упругого элемента 6. Полости датчика давления 5 (10) и элемента 6 сообщаются между собой. Датчик давления 5 может быть установлен за пределами корпуса 3 и параллельно упругому элементу .6. Датчик давления 10 может быть выполнен с глухой внутренней полостью и установлен в корпусе 3. При измерении параметров исключается влияние давления промывочной жидкости на осевую нагрузку. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Есж 4 Рос

Ея(Ы-02)

2vP -gD2

tf-D2

браст :

4N

яЕ(-й ---о2)

где ЕСЖ - деформация сжатия от действия осевой силы, равной нагрузке на долото Јос,

Ег деформация сжатия вдоль оси упругого элемента от расширяющего действия внутреннего давления р,

Јраст- деформация растяжения, возникающая от растягивающего действия внутреннего давления на колонну при полном или частичном перекрытии промывочных каналов долота, т.е. при возникновении рас; тягйвающей силы противодавления N: N Р S, где S - величина перекрытия сечения.

Максимальное растягивающее усилие противодавления возникает при полностью перекрытом внутреннем сечении буровой колонны

1 N 4 р Л DZ ,

I

Из трех составляющих осевого сигнала, соответствующего суммарной осевой де- формацииеос

бос Јсж+ Cz+ Ерзст

только первый является полезным, отвечающим реальной нагрузке на долото, а сумма остальных двух искажает полезный сигнал:

Бвред Ъ+ераст О 2v)

И

ttf-D2E 55

То есть е - пропорциональна величине

Р.

d

Ez - -75-

15

df - oi

При глухом торце датчика, как .З,

-к этому добавляется еще деформация растя-

жения, также пропорциональная давлению

20

pd

ok

Ьраст - - .9 --о-

jrE() и суммарная деформация равна

ek(1 -2v)

d

Отношение

Ч Р /pk .т2 / п2

L- Јвред/Ј - ---- /----2 1 - т 1 - г

5

5

0

5

где т D2/Di, n d2/di, зависит только от размеров датчиков, а не от р, следовательно, оно остается постоянным при колебаниях действующего внутреннего давления, что позволяет использовать электрический сиг- Q нал AVk, соответствующий деформации

едоя компенсации сигнала АУвредн, соответствующего Јвредн искажению сигнала осевой нагрузки. Величину L можно назвать коэффициентом компенсации. На показания датчика момента внутреннее давление не влияет,

Электрическая компенсация искажающего влияния давления на осевую нагрузку происходит следующим образом:

сигналы с тензомостов момента, нагрузки и давления поступают на усилители постоянного тока (УПТ). Поскольку внутреннее давление не влияет на работу тензомоста момента, выходной сигнал с УПТ момента снимается не искаженным.

Сигнал с тензомоста нагрузки содержит составляющую от давления, Для компенсации он подается на электронное устройство, которое суммирует его с определенным знаком с сигналом от датчика давления в пропорции, задаваемой путем первичной тарировки при одном значении давления. Разно- стный сигнал является электрическим аналогом осевой нагрузки без искажения.

Формула изобретения 1. Узел бурового стенда, содержащий гидравлическую систему, нагрузочный блок, связанный с нагрузочным блоком вращатель, долото, расположённое в нижней части узла, и установленный между вращателем и Долотом корпус с измерительным упругим элементом и тензомостом для измерения осевой силы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и качества измерения силовых параметров процесса бурения за счет исключения влияния давления промывочной жидкости на

осевую нагрузку, он снабжен тензометриче- ским датчиком давления промывочной жидкости, который расположен в гидравлической системе на уровне упругого

элемента; полость которого сообщена с полостью тензометрйческого датчика давления промывной жидкости.

..с