ГЛУБИННЫЙ ДАТЧИК ОБОРОТОВb:'ib/iHor?;-iA Советский патент 1970 года по МПК E21B45/00 

Глубинный датчик оборотов предназначен для непрерывного контроля оборотов вала турбобура в нроцессе бурения скважин с передачей ниформацип на поверхность по гидравлическому каналу связи в скважине.

Известные в настоящее время глубинные датчики оборотов представляют собой клапанную систему, связанную через промежуточные элементы с контролируемым забойиым механизмом.

Промежуточные элементы известных датчиков выполняются в виде редуктора или другого редуцирующего обороты механизма, воздействующего непосредственно на клапан, прн периодическом закрытии которого создаются тахосигналы, или через гидроусилительное устройство для облегчения условий работы и повышеиия надежности редуцирующего механизма. Однако при работе в скважине в потоке абразивной промывочной жидкости датчики быстро выходят из строя из-за разрушения поверхности клапанного узла, в связи с чем прием сигналов на поверхности становится невозможным; величина сигналов в значительной стеиени зависит от расхода промывочной жидкости через турбобур и от состояния клапана при его засорении щламом, от регулировки и изменення зазора в клапане и других причин.

Все это затрудняет эксплуатацщо гидротурботахометров и не дает возможности длительно, достаточно надежно и точно контролировать и устанавливать при этом наиболее выгодную скорость вращения вала турбобура и соответственно долота в процессе бурения скважины.

Предлагаемый датчик отличается тем. что его исполнительный клапан дополнен одним (или более) клапаном, автоматически стабилизирующим величину сигиалов на исполнительиом клапане при износе или другом изменении его параметров. Для этого в дополнительпом стабилизирующем клапане имеются сквозные отверстия, так что площадь для прохода жидкости через этот клаиан после его закрытия остается неизменной, площади сечеиия указаиных отверстий. Этим ограничивается перепад давления на клапане, передаваемый в камеру гпдроусплителя, а следовательно, и стабилизируется величина г 1дравлнческнх сигиалов, создаваемая суммой перепадов давления на исполнительном и стабилизирующем клапанах. Кроме того, стабилизирующий клапан значительно уменьшает износ исполнительного клаиана нотоком жидкости, так как сигнал создается двумя (или более) клапаиами, в связи с чем скорость потока через кажлый из них резко снижается.

Чтобы величина сигналов не зависела от изменения количества жидкости, ирокачиваемой через турбобур, и, следовательно, через клаиан датчика, между уиравляющим клапаном гидроусилителя и редуцирующим устройством датчика введена иружииа. Она дает возможность управляющему клапану следить за давлеиием в камере гидроусилителя и поддерживать его ночтн ностоянным, что также стабилизирует величину сигналов.

Схема датчика приведена на чертеже.

Вал турбобура 1 связан со входным валиком 2 таходатчика. Через редуцирующее устройство 3 с кулачковым или каким-либо другим механизмом 4 вращеиие входного валика иреобразуется в возвратио-постунательное движение поршня управляющего клапана 5. Через определенное число оборотов вала турбобура нроисходнт иолцый цикл закрытияоткрытия седла 6 управляющего клапана. При открытом управляющем клапане клапаны 7 и 8 также открыты, и иерепады давлепия на них PI и Р-2, как н силы F и F, незначительны.

Когда управляющпй клапан 5 закрыт, в камере 9 создается давление PZ, передаваемое в нее через полый щток 10 с отверстиями //. Это давлеиие достаточио для создания на норщне 12 силы з, которая больще суммы Т7рот1ивоиоложно наиравленных сил F н Fz на клапанах 7 и 5 (образующих общую клапанную систему в потоке жидкости в трубе) и сил трения в данной системе. После этого щток 10 с клаиаиамн 7 и 8 иачипают двигаться в сторону закрытия иоследннх. Соответственно нарастают переиады давления Р и Р-т. и силы f 1, 2 и з.

Однако в отличпе от известиых датчиков в данном датчике иереиад давления PZ и сила FZ (а также сила з) на втором (стабрыизирующем) клапане 5 растут до определенной величины PS max и /2тах так КаК НОрЩеНЬ ВХОДИТ в седло 13 полностью, и перепад давления оиределяется величиной шуитирующих отверстий 14 в седле 13 (или другом элементе кланана) независимо от дальпейщего движения штока 10. Клапан 7 в этом случае закрываF,

ется до тех иор, пока снла

уравповеситея с суммой сил ,.

Еслн давлеине Р на рабочем клапане 7 по какой-либо причине, например при засореини клапана, иовысится, сумма сил fi+fsmax станет больще силы , и клапан 7, автоматически открывщись, останется в этом положении до уравновещивания указанных сил. То же произойдет ирн износе кланапа 7, что имеет рещающее значенне для обеспечения длнтельной надежности его действия. Таким образом, величина сигнала (Яс j-(-J°2) ис будет зависеть от изменения параметров рабочего клапана 7. Наличие двух (или более) последовательно расположеннЕях клапанов 7 и 8 увеличивает срок их службы, так как в этом случае при той же величине сигнала (Р - ) ускорение жидкости в двухклаианиой системе зиачптелыю меньще, чем в системе с одним клапаном.

С целью уменьщенпя зависимости величины сигиала от измепеи гя параметров промызочпой жидкости (ее удельиого веса) или ее расхода между кулачковым мехаиизмом 4 и штоком управляющего клапана 5 вставлепа пружина 15, рассчитаииая таким образом, что

ее сжатие начинается с заданной величины сигнала /с, т. е. при оиределеииом д;1зленни PZ в камере 9. Если давление Ро возрастает из-за увеличения удельного веса или расхода жидкости, возрастает сила, действующая на

клаиаи 5 в стороиу сжатия пружины 15. Последняя, сжимаясь, приоткрывает управляющий клаиаи, чем иерераспределяется падение давленнй в канале щтока 10 и зазоре клапана 5 (сиижая нарастаиие силы F-,,, что также

стабилизирует величину сигиала {дзижепие жидкости показаио иа чертеже стрелками).

Датчик Может быть доиолиеи разгружающими клапанами, что иеобходимо для телекоптроля других параметров бурения, когда

измеряемый параметр иреобразуется также в возвратно-поступательное двнжеппе управляющего клапапа 5. Чтобы указапньп клапан мог перемещаться, пеобходимо снизить усилие 4. В этом случае стабилизироваииую клаианиую систему дополняют разгружающим «лананом, состоящим ,из камеры 16 и поршня 17, иолость 18 штока которого соединена с полостью щтока 10 п такпм образом с зоной действия давлеи.ия PZ иад клапаном. При

этом на поршень 17 .компенспр юп1его клапана действует сила F ,, пропорциональная перепаду давлеиня па клапане 7 (PI-PZ) и площадп порщня /7, которая направлена нротнв сплы FI. При соответствующем исполнении компеиспрующего клапапа силу , необходнмую для закрытия клапанной системы датчика, можио сделать очень малой. Это дает возможность значительно синзить переиад давления PZ, действующий

в камере 9, и соответственно уменьшить силу F, пеобходимую для перемеи епия поршня управляющего клапапа 5.

Предмет изобретения

1. Глубиииый датчик оборотов, иапример, для забойного двпгателя, содержащий редуцирующее устройство и гидроусилитель с исполиптельпым п управляюииш клапанами, отличающийся тем, что, с целью сохранения ностоянства величины сигиала при изменении параметров и колебании расхода и удельного веса иромывочной жндкостн, он снабжен, иапрпмер, одпим дополиительным стабплизирующим клапаном с фиксированными сквозными отверстиями, устаиовлениым на щтоке иснолиительиого клапана, а редуцирующее устройство соединено с унравляющпм клапаном 56

2. Датчик по п. 1, от.ичающийся тем, что, встроен компенсирующий (разгружающий) с целью уменьшения усилия перемещения уп- клапан, соединенный с иснолнительным кларавляющего клапана гидроусилителя, в него паном гидроусилителя.

288433

/ff П § 7 Ю / S

/ У / // У//./

}2 9 S 5 fS 3 2 /

/ .. /,/ / /..у ,. 1