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

1

Предполагаемое изобретение относится к области контроля и измерения параметров процесса бурения на буровых установках.

Известно устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее сельсин-датчик, ротор которого связан со шпинделем бурового станка, регистрирующий блок с индикатором, усилитель, подключенный к индикатору через сглаживающий фильтр, исполнительный двигатель, связанный с валом статора сельсина через понижающий редуктор 1.

Известно также устройство для измерения механической скорости бурения, содержащее первичный преобразователь перемещения инструмента, генератор импульсов времени и вторичную аппаратуру обработки информации (2).

К выходу датчика подачи через индикатор направления движения и датчик интер йлов пути с целью обеспечения измерения скорости в широком диапазоне, подключен делитель пути на время, выполненный в виде генератора.

Основными недостатками известных устройств является дискретное измерение скорости и невозможность использования его в условиях морского бурения.

Целью настоя1цего изобретения является обеспечение непрерывного измерения средней механической скорости и повышение точности измерения средней механической скорости при буреш1И на море.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения механической скорости бурения снабжено блоком умножения числа импульсов, четырьмя схемами И,

10 счетчиком подачи, регистром подачи, первичным преобразователем нейтрали, двумя управляемыми делителями частоты первым делителем частоты, генератором импульсов времени, состоящего из генератора опорных 15 частот и второго делителя частоты, регистром времени, счетчиком и регистром скорости, регистром времени и цифроаналоговым преобразователем, при этом выход первичного преобразователя подачи бурового инструмента подключен через последователь20но соединенные блок определения направления движения, блок умножения числа импульсов, первую схему И и счетчик подачи к одному из входов регистра подачи, со второму входу которг го подключен через блок управления, первичный преобразователь ней-« Трали и один из входов регистра времени, второй вход которого подключен через последовательно соединенные счетчик времени, четвертую схему И, второй делитель часготы, генератор опорных частот, первый делитель частоты, третью схему И, второй управляемый делитель частоты, счетчик и регистр скорости и цифроаналоговый преобразов атель к измерительному прибору, причем выход регистра подачи подключен к одному из входов первого управляемого делителя, второй вход которого подключен Через вторую схему И к выходу первого де лителя частоты, а выход подключен к одному из входов триггера, второй вход ко торого подключен ко входу блока управления, а выход подклю-чен ко входу второй схемы И и входу третьей схемы И, а выхОд первой схемы И подключен к блоку управления и входу четвертой схемы И, выход переключателя .диапазонов подключен ко входу блока умножения числа импульсов, а выход регистра времени подключен ко входу второго управляемого делителя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измере 1ия механической скорости бурения содержит первичный преобразователь подачи 1, блок определения направления движения 2, блок умножения числа импульсов 3, первую схему И 4, счетчик подачи 5, регистр подачи 6, перек.аючатель диапазонов 7, первичный преобразователь нейтрали 8, блок управления 9, генератор импульсов времени 10, состоящий из генератора опорных частот И, второго делителя частоты 12, четвертую схему И 13, счетчик времени 14, регистр времени 15, счетчик скорости 16, регистр скорости 7, цифроаналоговый преобразователь 18, измерительный прибор 19, первый делитель частоты 20, делительное устройство 21. состоящее из первого и второго управляемых делителей частоты 22 и 23, второй и третьей схемы И 24 и 25, триггера 26 и источника питания 27.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. Наиболее целесообразным методом измерения механической скорости является ее определение по усредненным значениям по формуле

V/ -АОлт

Т

где ЛП - интервал подачи за время ДТ. Метод непрерывного измерения средней механической скорости бурения внутри и в конце интервала квантования подачи состоит в следующем: процесс измерения производится непрерывно со времени начала измерения скорости и основан на принципе деления суммарной подачи на время, которое отсчитывается с начала цикла измерения

скорости. {Дикл измерения определяется интервалом подачи, устанавливаемым в соответствии с выбранным диапазоном измерения скорости. Изменение результата измерения осуществляется а момент среднего положения платформы полупогружной буровой установки в процессе ее вертикальной качки, вызванной волнением моря. При отсутствии качки, изменение результата осупдествляется автоматически.

С целью уменьшения погрешности измерения скорости, число импульсов подачи, поступающих от первичного преобразователя Г одачи, умножается на постоянную величину, соответствующую выбранному диапазону измерения.

Таким образом, внутри интервала квантования непрерывно измеряется средняя скорость подачи крюка, а на концах интервала - средняя скорость долота с заданной погрешностью при таком способе измерения бурильпхик по стрелке прибора определяет мгновенную реакцию на все движения крюка, а в конце цикла замера - усредненную скорость бурения интервала подачи.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки сброса, устройство устанавливается В исходное состояние. С приходом импульса с первич1 01о преобразователи подачи начинается измерение скорости. При бурении импульс1 1 подачи поступают на вход блока умножения числа имS пульсов. Первичный преобразователь подачи обладает той особенностью, что импульсы подачи формируются на его выходе в момент нахождения платформы полу погружной буровой установки в верхнем положении.

Каждый импульс и преобразователе подачи является носителем информации о пере.мещении бурового инструмента. С выхода блока умножения числа импульсов, где

д число импульсов умпожается на постоянную величину, в зависимости от выбранного диапазона измерения, импульсы через схемы И 4 поступают на вход счетчика подачи 5. Одновременно в счетчик времени 14 поступают импульсы времени с генератора импульсов времени 0. С приходом сигнала с первичного преобразователя нейтрали 8 (либо автоматически) блок управления 9 формирует импульсы записи хода подачи и времени в соответствующие регистры и имa пульсы начала операции деления подачи на время, выполняемую делительным устройством. Делительное устройство 21 построено с использованием принципа развертывающего преобразования.

Принцип заключается в следующем. Ес лн величину Х интегрировать в течение времени Tj, после чего интегрировать другую величину Xs в течении времени тг до равенства абсолютного значения величины на

выходе интегратора величине, полученной после первого интегрирования, то

/fX,dlf /sJX dt|

J W1 I I i 1

Предположим, что Х( и х остаются постоянными в течении времени интегрирования, тогда

,T,

Работает устройство следующим образом.

С приходом импульса начала операции деления. Код из счетчика переписывается в управляемый делитель частоты, триггер 26 устанавливается в единичное состояние и открывает элементы И 24 и И 25. Импульсы с частотой Ft поступают на вход управляемого делителя и через T N|T| -g-триггер вернется в исходное состояние, а элементы И закроются. За это время на выходе схемы И формируется число-импульсный код |,л FI JS4l Fi Ni

ОткударВидно, что при заданном соотношении - величина Nj характеризуется со отношенйем .

В счетчикескорости фиксируется результат деления в цифровой форме, пропорциональный механической скорости. Затем результат преобразуется в аналоговую форму с помоп ью цифроаналогового преобразователя, на выходе которого включено отсчетное устройство (вольтметр постоянного тока).

Для определения диапазона -измерения, в котором необходимо произвести отсчет скорости по шкале измерительного прибора перед бурильщиком, рядом с измерительным прибором, имеются сигнальные лампы, указывающие диапазон измерения.

Выбор диапазона измерения осуществляется автоматически, с помощью переключателя диапазонов скорости, подключенного к выходу цифроаналогового преобразователя. Переключатель представляет собой реверсивную систему выбора диапазона и состоит из двух компараторов напряжения, реверсивного счетчика, дешифратора состояния счетчика и исполнительных реле. Если выполняется условие ,j(Uj, где Ug пороговое напряжение, соответствующее верхнему пределу выходного напряжения, то один из компараторов разрешает вычитание из результата, накопленного в счетчике тактовых импульсов с делителя частоты. Если где Un - пороговое напряжения, соответствующее нижнему пределу выходного напряжения, то компа. ратор разрешает сложение импульсов. Сложение или вычитание будет продолжаться до тех пор, пока не выполнятся неравенства U UebiA Ue, при этом процесс выбора предела измерения заканчивается.

Формула изобретения

Устройство для измерения механической скорости бурения, включающее первичный преобразователь подачи бурового инструмента, блок управления, триггер, переключатель диапазонов блок управления, блок определения направления движения, счетчик времени и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения непрерывного измерения механической скорости и повышения точности измерения средней механической скорости при бурении на море, оно снабжено блоком умножения числа импульсов, четырьмя схемами И, счетчиком подачи, регистром подачи, первичным преобразователем нейтрали, двумя управляемыми делителями частоты, первым делителем частоты, генератором импульсов времени, состоян его из генератора опорных частот и второго делителя частоты, регистром времени, счетчиком и регистром скорости, регистром времени и цифроаналоговым преобразователем, при этом выход первично|-о преобразователя подачи бурового инструмента подключен через последовательно соединенные блок определения

J направления движения, блок умножения числа импульсов, первую схему И и счетчик подачи к одному из входов регистра подачи, ко второму входу которого подключен через блок управления первичный преобразователь нейтрали и один из входов

регистра времени, второй вход которого подключен через последовательно соединенные счетчик времени, четвертую схему И, второй делитель частоты, генератор опорных частот, первый делитель частоты, третью

J схему И, второй управляемый делитель частоты, счетчик и регистр скорости и цифроаналоговый преобразователь к измерительному прибору, приче.м выход регистра подачи подключен к одному из входов первого уг1раЕ ляемого делителя, второй вход которого подключен через вторую схему И к выходу первого делителя частоты, а выход подключен к одному из входов триггера, второй вход которого подключен ко входу блока управления, а выход подключен ко входу второй схемы И и входу третьей схемы И, а выход первой схемы И подключен к блоку управления и входу четвертой схемы -И, выход переключателя диапазонов подключен ко входу блока умножения числа импульсов, а выход регистра времени подO ключей ко входу второго управляемого делителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе $ 1. Авторское свидетельство СССР NO 336411, кл. Е 21 В 45/00. 02.06.69. 2. Авторское свидетельство ( № 362130, кл. Е 21 В 45/00. 05.10.67.