Устройство измерения параметра бурения Советский патент 1981 года по МПК E21B44/00 E21B45/00 

(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРА БУРЕНИЯ

Изобретение относится к технике бурения скважин, в частности к устройства измерения параметров бурения. Известны устройства измерения процесса бурения, которые обычно содержат датчик технологического параметра, сгла живающий фильтр и индикатор fll. Например, индикатор давления фирмы Мартин Деккер содержит Т-образный фиттинг, укрепленный на манифольде, в вертикальном патрубке которого смонтирован элемент, имеющий внутри мембрану из упругого материала. Внутренняя по верхность колпака (внешняя полость мем браны) соединяется трубкой с индикатором - манометром через небольшое отве стие. При этом внутренняя полость колпака вместе с отверстием образуют сгл живающий фильтр. Подобную схему имеют и другие измерительные устройства в бурении, причем роль фильтра могут выполнять различные элементы с большой постоянной времени, в том числе электрические инте грирующие звеньл, состоящие из конденсаторов и резисторов. Необходимость введения в систему сглаживающего фильтра возникла вследствие большой дисперсии измерительного сигнала, характерной для всех параметров режима бурения. Это связано с одной стороны со стохастическим характером самого процесса, с другой - действием различных внешних факторов: нестабильностью сил сопротивления в скважине, пульсаций буровых насоеов и др. Как правило, сглаживающий фильтр представлает собой интегрирукнцее звено, в котором происходит простое осреднение параметра с постоянной времени, характерной шш данного звена. Примером применения электрических устройств для измерения параметров бурения является прибор для определения эффективной нагрузки на долото. Прибор содержит датчик осевой нагрузки, сглаживающий фильтр и приемник информации. В данном приборе он выполнен в виде андявЭирукицего блока с индикатором. В каче стве сглаживающего фильтра применен ХШогозввнный фильтр нижних частот. В зависимости от требований к качеству ин4хфмваии предусмотрено ручное пепек- люченве постоянной времени фильтра 23. Недостатком прибора является низкая точность измерения из-за недостаточного качества фильтрации низкочастотных помех Увеличение постоянной фильтра приведет к резкому увеличению запаздывания информа ции, что отрицательно сказывается на качестве процесса управления , бурением. В частности, при поддержании эффективной нагрузки с увеличением постоянной времени фильтра возникает погрешность, вызванная тем, что в данный момент времени нагрузка может оказаться совершенно ино чем показывает выходной прибор. Цель изобретения - повышение точност измерения при действии сглаживающего фильтра. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик параметра, индикатор, резистор и конденсатор, снабжено трансформатором, источником модулированного сигнала и эмиттерным по вторителем, при этом трансформатор имеет соотношение витков обмоток (w-1 ):1 где tn - основание системы счисления, причем одна обмотка с числом витков, кратным m , соединена с источником модулированного сигнала, другая обмотка с числом витков, кратным m -1,.подклю- . чена к выходу эмиттерного повторителя, вход которого соединен через резистор с выходной обмоткой трансформатора, имеющей число витков, кратное 1, а также сюединен с конденсатором, причем величина сопротивления резистора равна входному сопротивлению эмиттерного повторителя, а индикатор подключен ко вторичной обмотке трансформатора. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства измерения параметров бурения; на фиг. 2 - пример схемного решения устрой ства. Датчик измеряемого параметра 1 соединен через модулятор 2 с одной сабмоткой 3 трансформатора 4, имеющей число витков, кратное w , другая обмотка б трансфо1 латора с числом витков, кратным W -:, подключена к выходу эмиттерного повторителя 6, вход которого соединен через конденсатор 7 с общим проводом, и через резистор 8, величина равна входному сситротивяению эмиттерного повторителя, - с обмоткой 9 трансформатора, второй вывод когрррй соединен с общим проводом, к этой же обмотке одключен индикатор 1О. Работа устройства заключается в моелировании зависимости H-t),, (1) где У - осредненное значение измеряемой величины в данный момент времени; V. осредненное значение измеряемой величины за предыдущий цикл; И.- - мгновенное значение измеряемой. величины в данный момент; m- постоянная осреднения. Особенностью осреднения по формуле (1) по сравнению с обычным осреднением - и/-(2) кроме уменьшения дисперсии, является более частое поступление информации. Информация будет поступать по формуле (2) через интервалы времени д t или, при аналоговой реализации осредняющего устройства, с запаздыванием на fli . По формуле (1) информация поступает через интервалы времени - или, при аналоговом варианте, с запаздыванием на эту величину.Таким образом, величина у , определенная по формуле (1), более точно в каждый отдельный момент времени соответствует истинному значению измеряемого параметра. Сигнал датчика в форме постоянного тока поступает на модулятор 2. Далее сигнал в форме прямоугольных импульсов, амплитуда которых несет информацию о (величине х поступает на согласующий даскад-змиттериый повторитель на трак- эисторе V . Эмиттер этого транзистора нагружен на обмотку 3; число витков которой в соответствии с принятым «п 4, кратно 4. На обмотке 9 - с числом витков, кратным 1, амплитуда импульсов уменьшится вчетверо. Для того, чтобы сохранить числовые соотношения нагрузкаэтой обмотки должна быть высокоомной. Поэтому к ней подключен эмиттерный псвторитель на транзисторе Vrj , на базу которого сигнал с амплитудой - поступает через интегрирующую RC цепочку 7 и 8 с задержкой i RC. Задержанный сигнал проходит по второй первичной обмотке 5 с числом витков, кратным 3, и теперь в магнитопроводе трансформатора действует магнитодвижушаяся сила . В результате действия этой МДС во вторичной обмотке будет наведена ЭДС-Е. Эта ЭДС поступит в приемник информации и одновременно на RC цепочку пос