Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура Советский патент 1979 года по МПК E21B45/00 

ход которого пЪдкпючен к входу бпока па мяти, выход частотомера низких частот соединен с блоком задержки и с входом блока сравнения, выход которого подключен к блоку памяти, а вход соединен с блоком задержки. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для контроля частоты вращения вала турбобура, Устройство содержит вибропреобрааователь 1: установленный на ведущей бурильной трубе или вертлюге, усилитель 2 две системы параллельно включенных полосовых фильтров 3 и 4 с диапазоном частот соответственно 20- 120 Гц и 12О- 500 Гц (фильтры делят указанные диапазоны низких и высоких частот на 5 1,0 непересекающихся поддиапазонов), блоки 5 и б выбора поддиапазонов низких и высоких частот, избирательные бло ки 7 и 8, частотомеры 9 и 10, блок де ления 11, амплитудный дискриминатор 1 блок задержки 13, блок сравнения 14, функциональный преобразователь 15 для определения числа выступов на забое по частным составляющим продольных колебаний, блок памяти 16, анализатор информации 17 и индикатор 18. Устройство работает следующим образом. . Вибропреобразователь 1 преобразует продольные колебания бурильной колонны в электрический сигнал, который усиливается усилителем 2 и поступает в системы параллельно включенных полосовых фильтров 3 и 4, разделяющих сигнал на низкочастотную и высокочастотную соста ляющие. Низкочастотные сигналы с филь ров 3 параллельно подаются в блок 5 вы бора поддиапазона частот и в избиратель ный блок 7. Аналогично высокочастотные сигналы с фильтров 4 поступают в блоки 6 и 8. В блоке 5 производится сравнение средних амплитуд низкочастотных колебаний в полосе пропускания каждого фильтра и выбор поддиапазона низких частот с максиматшной амплитудой сигнала. В бло ке 6 производится выбор поддиапазона высоких частот с максимальной амплиту дой высокочастотного сигнала. Избирательные блоки 7 и 8 пропускают сигналы только в выбранных часто ных поддиапазонах, отфильтровывая максимальные составляющие сигнала соответственно в области низких и в области высоких частот. Частотомеры 9 и 10 определяют частоты этих составляющих. В блоке деления 11 производится усреднение амплитуд указанных составляющих и находится отношение Кд средней амплитуды низкочастотного сигнала к средней амплитуде высокочастотного сигнала. В дискриминаторе 12 текущая величина Кд сравнивается с заданным пороговым значением отношения амплитуд .При К 5- Кд контроль производится по часААПОР- „ тоте низкочастотных колебаний, а при К д К д - по высокочастотным колебаА А пор ниям. Команда о выбранной частоте, по которой должен производиться контроль, с дискриминатора 12 поступает на анализатор информации 17. Величина К выбирается так, чтобы при контроле по высокочастотному сигналу высшие гармоники низкочастотного сигнала в диапазоне частот 120-500 Гц были по амплитуде заведомо меньше, высокочастотного сигнала. Проведенный гармонический анализ низкочастотных сигналов показывает, что целесообразно принять 2-5. В момент переключения контроля с высокочастотного сигнала на низкочастотный по команде с дискриминатора 12 в преобразователе 15 производится преобразование значений частот низкочастотной и высокочастотной составляющих в число выступов на забое скважины. В этот момент К д К А и достоверную инг f поррf формацию об п несут частоты 1 и Ig. Определение числа выступов на забое производится по формуле: Ш 2 полученной из совместного решения известных соотношений f,- 6od где f и fj -частоты соответственно низкочастотной и высокочастотной состав лязощих продольных колебаний; И - частота вращения вала турбобура; К - число выступов на забое; Кг- эмпирический, коэффициент, зависящий от типа долота и породы; Ig- число зубцов на периферийном венце ведущей шарощки долота; dm- диаметр шарошки; Б - диаметр долота. Найденное по формуле (1) число выступов на забое запоминается в блоке памяти 16. в процессе контроля П по низкочастотному сигнатту мохсет произойти изменение чиспа и высоты выступов на забое, а следовательно изменение час тоты и амплитуды низкочастотных колебаний. В этом случае в некоторый момент времени амплитуда колебаний, соответствующая новому числу выступов на забое, становится максимальной и блок 5 перестраивает бгюк 7 на новый поддиапазон низких частот. В результате частота , по которой производится контроль П, скачкообразно изменяется. Для определения нового числа выступов на забое в блоке задержки 13 производится задержка информации о частоте f на время t , которое выбирается примерно в 20 раз меньше постояиной вре мени турбобура. В блоке сравнения 14 осуществляется сравнение частоты задержанного и текущего сигналов. Пренебрегая изменением величины П за время fc, которое не превышает 5%, по формуле (1 определяют относительное изменение частоты низкочастотного сигнала 1 формуле: { lit-c H . fu где {,, -частота низкочастотного в момент временить, f, - частота низкочастотного сигнала в момент времени -t Сг; К - число выступов на забое в момент времени -Ь) К, - число выступов на забое в мо, t-V сI J. -7мент времени т- т СЛюбому изменению числа выступов на забое соответствует определенное прроПри бурении трехговое значение шарошечными долотами на забое могут образоваться 3, ,6 и 9 выступов. По формуле (4) получают, что при изменении числа выступов на забое:/ с 3 на 1; с 6 на г-0,5 с 3 на 9dj, 3; с 9 на 3d 0,66; с 6 на 9dnop 0,5; с 9 на 6d;op -0,33. Полученные пороговые значения охватывающие все возможные изменения числа выступов на забое, задаются в блоке сравнения 14. В этом блоке производится вычисление по формуле (4) текущих значений и,их сравнение со всеми ранее вычисленными значениями . Когда текущее значение . в блоке сравнения 14 по известному значению .определяется новое число выступов на забое.. сигнала Сигнал об изменении числа вьтсг}пов поступает в блок памяти 16, в котором стирается информацияо старом числе выступов и запоминается новое. В анализаторе информации 17 в соответствии с командой дискриминатора 12 по частоте f, (формула 2) или по частоте П (формула 3) производится вычисление текущего значения И . Для этого в анализатор информации 17 поступают значения f, и f „ с частотомеров 9 и 10, информация о числе выступов на забое с блока памяти 16 и параметры, входящие в формулу (3). Текущее значение h вьгеодится на индикатор 18. Применение описьгеаемого устройства позволяет с большей точностью поддерживать оптимальную частоту вращения вала турбобура, а следовательно, получать более высокие технико-экономические показатели процесса бурения. изобретения Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура, содержащее вибропреобразоватепь, усилитель, подключенный к фильтрам высокой-и низкой частоты, выходы которых соединены с входами частотомеров высоких и низких частот и с входами блока деления, и индикатор, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности контроля путем учета изменения в процессе бурения конфигурации забоя и степени износа вооружения долота, оно снабжено амплитудным дискриминатором, блоком задержки, блоком сравнения, функциональным преобразователем, блоком памяти и анализатором информации, причем выходы частотомеров подключены к функциональному преобразователю и к анализатору информации, другие входы которого соединены с выходами блока памяти и амплитудного дискриминатора, соединенного с блоком деления и функциональным преобразователем, выход которого подключен к входу блока памяти, выход частотомера низких частот соединен с блоком задержки и с входом блока сравнения, выход которого подключен к блоку памяти, а вход соединен с блоком задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство №301431, кл. Е 21 В 15/00, 1971. 2.Технический отчет СПКБ Нефтегазопромавтоматика по договору № 2, Грозный, 1975.