Устройство для измерения структурно-механических свойств буровых растворов Советский патент 1982 года по МПК E21B47/12 E21B21/01 G01N11/16 

ба жидкости над пластинкой при погру кении с запасом. Мгновенное приложение нагрузки может вызвать в рычажйой системе измерительного устройств нежелательные явления,, например автоколебания, которые сказываются на показания прибора.

Цель изобретения - получение постоянной величины деформации при изменении напряжения за счет обеспечения одного и того же угла поворота оси измерительного датчика с помощью электронной следящей системы, а также повышение чувствительности устройства и точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено следящей системой и блоком управления, нагрузочный узел выполнен в виде рамки с обмоткой, размещенной в магнитном поле постоянного магнита а измерительный узел выполнен в виде рамки с обмоткой и магнитопровода с обмоткой, включенной в цепь источника напряжения, причем обмотка рамки измерительного узла подключена ко входу преобразователя, выход которого подсоединен ко входу следящей системы, выход которой связан со входами регистратора и блока управления, соединенного с обмоткой рамки нагрузочного узла.

Отмеченные особенности предлагаемого устрюйства позволяют получать графики следующих зависимостей: напряжение сдвига в зависимости от деформации при постоянной температуре и скорости напряжения бж| () ; величины деформации в зависимости от времени при постоянной температуре и напряжении сдвига У(Ъ) ; величины напряжения сдвига в зависимости от времени при постоянном значении деформации (3 4 (t) .

Обработка этих зависимостей позволяет оценить все основные структурно-механические характеристики буровых растворов.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения структурно-механических свойств буровых растворов.

Устройство включает электромагнитный датчик 1 угла поворота, совмещенный с механическим указателем угла и мкалой, электромагнитное устройство 2 для создания нагрузочного момента , цилиндр 3, погружаемый в исследуемую жидкость, генератор 4 прямоугольных импульсов, электронный усилитЬль 5, блок 6 управления, следящую систему 7, при этом система выполнена на базе измерительного моста, фазочувствительного усилителя и исполнительного двигателя.

Кроме того, устройство содержит самопишущий прибор 8, регистрирующий результаты измерений на диаграммную ленту.

Устройство измерения структурномеханических свойств буровых растворов следующим образом.

Нагрузочное устройство 2 представляет собой рамку с обмоткой (на одной оси с датчиком 1 угла поворота и цилиндром 3), которая перемещается в поле постоянного магнита. При подаче в обмотку рамки заданной величины постоянного тока из блока 6 управления возникает электромагнитное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита, и на оси возникает крутящий момент. Крутящий момент передается на цилиндр 3, погруженный в -исследуемый буровой раствор Создается напряжение сдвига. Таким образом, ток в рамке пропорционален усилию сдвига, а угол поворота рамки пропорционален величине деформации.

На такой же угол повернется рамка с измерительной обмоткой электромагнитного датчика 1 угла поворота, которая перемещается в кольцевой щели магнитопровода. Обмоткой возбуждения питаемой напряжением переменного тока частотой 1000 Гц от генератора 4 прямоугольных импульсов, создается магнитный поток, который наводит в измерительной обмотке рамки ЭДС, амплитуда которой прямопропорциональна углу поворота. Наведенная ЭДС подается на вход электронного усилителя 5, усилительный сигнал поступает на вход самопишущего прибора 8. Таким образом, полезный сигнал снимается визуально (по механическому указателю) и в форме электрического напряжения, поступающего для регистрации на самопишущий прибор 8.

Блок 6 управления, подавая электрический ток в устройство 2 нагружения 1, осуществляет нагружение (создание крутящего момента на цилиндре 3) с заданной оператором скоростью или же скачком, в зависимости от режима измерения.

При снятии характеристики : напряжение сдвигу в зависимости от времени при постоянной величине деформации используется следящая система 7. Так как деформация пропорциональна углу поворота цилиндра 3, то необходимо отслеживать постоянство угла поворота рамки датчика 1, снижая на необходимую величину нагрузочный ток в устройстве 2. С этой целью оператором задается заранее выбранная уставка в измерительный Мост следящей системы 7. Сигнал, пропорциональный углу поворота рамки датчика 1 (величина деформации S),с выхода усилителя 5 подается на другое плачо измерительного моста следящей системы. Сигнал рассогласования посTynaej на фазочувствительный Усилитель следящей системы, который выдает сигнал в блок управления с тем,чтобы свести рассогласование к нул Уменьшение величины нагрузочного тока приводит к сохранению неизменн угла поворота оси цилиндра 3, тем самым выполняется условие постоянст ва величины деформации. Поскольку величина нагрузочного тока пропорциональна усилию сдвига то регистрация самопишущим прибором 8 изменения нагрузочного тока позволяет получить зависимость напряжения от времени при постоянной деформации, т. е. релаксационную характеристику бурового раствора. Использование предлагаемого устройства лабораториями, ответственными За составление регламентов буровых растворов, позволит лучше обос новывать структурно-механические характеристики и химическую обработк растворов g учетом как пусковых характеристик, так и гидродинамического влияния растворов на устойчивость стенок скважин. Правильная химическа обработка буровых растворов приведет к сокращению времени на промывку и проработку скважины до 6-10 %, облегчит условия работ гидравлической системы буровой установки. Годовой экономический эффект на одно устройство при бурении глубоких скважин может составить около 28 тыс Формула изобретения Устройство для измерения структурно-механических свойств буровых растворов, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндра, нагрузоч ный узел, измерительный узел, преобразователь, источник напряжения, регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и обеспечения возможности определения релаксационных характеристик буровых растворов, оно снабжено следящей системой и блоком управления, нагрузО 1ный узел выполнен в виде рамки с обмоткой, размещенной в магнитном поле постоянного магнита, а измерительный узел выполнен в виде рамки с обмоткой -и магнитопровода с обмоткой, включенной в цепь источника напряжения, причем обмотка рамки измерительного узла подключена ко входу преобразователя, выход которого подсоединен ко входу следящей системы, выход которой связан со входами регистратора и блока управления, соединенного с обмоткой рамки нагрузочного узла. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 103697, кл. G 01 N 11/14, 1952. 2,Авторское свидетельство СССР 658440, кл. G 01 N 11/16, 1979 (прототип).