Устройство для измерения механической скорости бурения Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

1

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при определении эксплуатационных характеристик бурового породоразрушающего инструмента, а также для определения буримости горных пород.

Механическая скорость бурения является основным показателем, xapaкtepизyюш.им эффективность разрушения горных пород в процессе бурения.

Известно устройство для измерения параметров бурения, состоящее из сельсинадатчика, сельсина-приемника и лентопротяжного механизма. На валу сельсина-приемника закреплен кулачок. Лентопротяжный механизм имеет автономный привод. Вращаясь, сельсин-датчик передает вращение на сельсин-приемник, который, вращая кулачок, периодически (с частотой вращения) отклоняет перо регистратора 1.

Устройство выдает информацию в виде нормированных приращений глубины скважины. Время, за которое произощло приращение, считывается с регистрограммы. Для измерения скорости бурения требуется дополнительная обработка регистрограммы, на которой VCP - средняя скорость бурения.

Д К- нормированное приращение глубины скважины, t - время, за которое углубка достигла нормированной величины.

Недостатком устройства является больщое время усреднения, что не позволяет J выяснить величину и характер изменения мгновенной скорости бурения.

Известно и другое устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее механизм подачи, датчик перемещения механизма подачи, выполненный в виде сельсина, ротор которого связан с механизмом подачи, усилитель, исполнительный двигатель, связанный через понижающий редуктор со статором сельсин-датчика 2. Механическая скорость бурения из15меряется в данном случае непрерывно, причем величина ее пропорциональна разности угловых перемещений ротора и статора сельсина. Чем выще скорость, тем больще угловое рассогласование. Угловое рассогласование возникает за счет инерции электромеханической системы отработки.

Большая инерционность устройства не позволяет измерить величину мгновенной скорости бурения.

Таким образом, существующие устройства измерения механической скорости бурения могут определять только среднее значение механической скорости и не позволяют эффективно испытывать породоразрущающий инструмент, а именно, исследовать характер процесса разрушения за один оборот породоразрущающего инструмента, исключить влияние на механическую скорость затупления (за время наблюдения, резцов, и сократить время испытаний, наблюдений).

При разработке новых типов породоразрушающего инструмента для бурения на высоких частотах вращения появилась необходимость в создании высокоточных и безынерционных систем, обеспечивающих измерение механической скорости бурения в пределах одного оборота или его долей.

Целью изобретения является обеспечение возможности повыщения точности измерения мгновенной механической скорости бурения.

Цель достигается тем, что данное устройство снабжено датчиком тактовых импульсов, генератором пилообразного напряжения, фазоимпульсным модулятором, двухлучевым осциллографом, причем выход датчика тактовых импульсов подключен к входу фазоийпульсного модулятора, первому и синхронизирующему входам двухлучевого электронного осциллографа, к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к компаратору, вход компаратора подключен к выходу датчика перемещения механизма подачи, а выход - ко входу фазоимпульсного модулятора, соединенного со вторым входом двухлучевого электронного осциллографа, а также тем, что устройство содержит кинокамеру скоростной съемки, подключенной к выходу датчика тактовых импульсов, первому и синхронизирующему входам электронного осциллографа.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения механической скорости бурения; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Данное устройство состоит из датчика 1 тактовой частоты, датчика 2 перемещения механизма подачи, генератора 3 пилообразного напряжения, компаратора 4, фазоимпульсного модулятора 5, двухлучевого электронного осциллографа 6 и камеры 7 скоростной киносъемки. Причем выход датчика 1 тактовой частоты подключен к первому входу двухлучевого электронного осциллографа 6 И; к синхронизирующим входам генератора 3 пилообразного напряжения, фазоимпульсного модулятора 5, двухлучевого электронного осциллографа 6 и кинокамеры 7, а выходы датчика 2 перемещения механизма подачи и генератора 3 посредством компаратора 4 подключены к управляющему входу фазоимпульсного модулятора 5, выход которого подключен ко второму входу осциллографа 6.

Устройство работает следующим образом.

При бурении датчик 1 вырабатывает последовательность импульсов с тактовой частотой I.J (фиг. 2) кратной частоте f вращения. Сигнал датчика 1 запускает генератор 3 пилообразного отрицательного напряжения }f. Медленно изменяющееся положительное напряжение 17 датчика 2 складывается на компараторе 4 с сигналом Иг генератора 3. В момент равенства напряжения 17т и и на вход фазоимпульсного модулятора 6 подается открывающий сигнал, переводящий пороговую схему модулятора во второе устойчивое положение до прихода запускающего импульса с генератора 3.

Последовательность тактовых импульсов с датчика 1 одновременно поступает на синхронизирующий и первый входы осциллографа 6, на второй вход которого поступает последовательность импульсов с выхода фазоимпульсного модулятора 5. Частота выходных импульсов модулятора совпадает 0 с частотой тактовых импульсов, а фаза ДГ (фиг. 2) несет информацию о величине углубки коронки. Совместная осциллограмма двух процессов фотографируется с помощью камеры 7 скоростной киносъемки.

Эффективность предлагаемого устройS ства можно оценить, во-первых, относительными потерями времени, затрачиваемого на измерение, то есть отношением у времени tn наблюдения к суммарному времени наблюдения и обработки to результатов. Q Минимальное время наблюдения известными способами составляет примерно 5 мин.

Время наблюдения предлагаемым устройством не превыщает 1 мин.

Принимая время обработки результатов измерения в обоих случаях равным 15 Мин, 5 получим:

в первом случае

- AnlJQja - 9с;о/

| , - ЦЦ

1и+1о

/О,

S-HS

и во втором случае

,2«/o.

Таким образом, потери времени на измерение сокращаются на 18%.

Во-вторых, возможность оценки характера изменения мгновенной скорости бурения позволяет определить оптимальную геометрию резцов породоразрущающего ин.струмента.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее механизм подачи, датчик перемещения механизма подачи, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности повыщения точности измерения мгновенной механической

скорости бурения, оно снабжено датчиком тактовых импульсов, генератором пилообразного напряжения, фазоимпульсным модулятором, двухлучевым электронным осциллографом, причем выход датчика тактовых импульсов подключен к входу фазоимпульсного модулятора, первому и синхронизирующему входам двухлучевого электронного осциллографа, к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к компаратору, вход компаратора подключен к выходу датчика перемещения механизма подачи, а выход - ко входу фазоимпульсного модулятора, соединенного

со вторым входом дпухлучоБО о элскфоиного осциллографа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что око снабжено кинокамерой скоростной съемки, подключенной к выходу датчика тактовых импульсов, первому и синхронизирующему входам осциллографа. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Синельникова А. В. Автоматизация и средства контроля бурения. М., Гостоптехиздат, I960, с. 226-232.

2.Авторское свидетельство СССР № 336411, кл. Е 21 В 45/00,21.04.72.

t Т Г

4Г4Г/.,

гиг.2