Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурения

 

Изобретение относится к области бурения. Цель изобретения - повышение точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний. Устройство содержит датчики (Д) 1,2,3 поперечных кo- лебаний бурильной колонны. Оси чувствительности Д 1,2,3 расположены в плоскости поперечного сечения колонны и проходят через ее центр, при этом Д 1,2,3 установлены таким обраи зом, чтобы Ц Г; .У; 0, где 3 п - число Д; г, - ве.пичина чувствительности i-ro Д; V. - единичный вектор направления ориентации оси чувствительности i-ro Д. Воспринятые Д 1,2,3 колебания преобразуются в электрические сигналы и передаются на полосовые усилители 4,5,6, которые усиливают сигналы и выделяют пос 1C (Л п со ел О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1 15607

А1 ()) 4 Е 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и зом, чтобы = г, ) ;

1=3

О, где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3988281/22-03 (22) ) 2 ° ) 2,85 (46) 07, 06, 87, Бюл. N 21 (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения Оренбургнефтьн (72) Б,Е, Афанасьев, В,В. Сунцов, Е.К, Юнин, Е,Ф, Смурыгин и С ° F., Котляров (53) 622,241.7(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 735754, кл. F. 21 В 47/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

11 1052653, кл ° Е 21 В 47/02, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к области бурения ° Цель изобретения — повышение точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний. Устройство содержит датчики (Д) 1,2,3 поперечных колебаний бурильной колонны. Оси чувствительности Д l 2,3 расположены в плоскости поперечного сечения колонны и проходят через ее центр, при этом Д 1,2,3 установлены таким обраи — число Д; г, — величина чувствительности i-го Д; . — единичный вектор направления ориентации оси чувствительности i-ro Д, Воспринятые

Д 1,2,3 колебания преобразуются в электрические сигналы и передаются на полосовые усилители 4,5,6, которые усиливают сигналы и выделяют по1315607 лосу частот, в которой находится составляющая поперечных колебаний, вызванная поляризованной волной, С выходов усилителей 4,5,6 сигналы поступают соответственно на обмотки электромагнитов (3M) 7,8,9. При этом в месте пересечения осей ориентации

ЭМ 7,8,9 установлен чувствительный элемент 10 с демпфирующим элементом

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам кон" троля положения отклонителя в процессе бурения, Целью изобретения является повышение точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний, На чертеже приведена структурная схема устройства °

Устройство для определения положения отклонителя в процессе бурения состоит из идентичных датчиков

1 — 3 поперечных колебаний бурильной колонны, полосовых усилителей 4 — 6, электромагнитов 7 — 9, чувствительного к действию магнитного поля элемента 10 и демпфирующего элемента

11, Датчики 1 — 3 закреплены на ведущей трубе бурильной колонны 12 в плоскости ее поперечного сечения под углом 120" друг к другу и проходят через ее центр, Выход датчика 1 подключен к обмотке электромагнита 7 через полосовой усилитель 4, выход датчика 2 соединен с обмоткой электромагнита 8 через усилитель 5, а выход датчика 3 подключен к обмотке электромагнита 9 через усилитель 6, Чувствительный к действию магнитного поля элемент 10 соединен с демпфирующим элементом 11 и расположен в месте пересечения осей ориентации электромагнитов 7 — 9, Устройство работает следующим образом.

При работе забойного двигателя наличие отклонителя вызывает асимметрию сич, деиствующих на долото (не пока: аны), что приводит к появ11 и здесь создается магнитное поле > направление напряженности которого связано с направлением вектора смещения колонны в силу эквивалентности осуществляемых преобразований, От действия 3М 7,8,9 создается составляющая магнитного поля, в направлении которой устанавливается элемент

10. 1 ил. пению поляризованной составляющей поперечных волн, вызванных колебаниями долота и распространяющихся по бурильной колонне, При этом нап5 равление вектора смещения поляризованной волны совпадает с плоскостью действия отклонителя, Датчики 1 — 3 воспринимают поперечные колебания бурильной колонны и преобразовывают их в электрические сигналы, которые подаются на полосовые усилнтели 4

6, Полосовые усилители 4 — 6 усиливают электрические сигналы и выделяют полосу частот, в которой находится составляющая поперечных колебаний, вызванная поляризованной волной. С выходов усилителей 4 — 6 сигналы поступают соответственно на обмотки электромагнитов 7 — 9. I!pH этом в месте пересечения осей ориентации электромагнитов 7 — 9 создается магнитное поле, направление напряженности которого однозначно свя25 зано с направлением вектора смещения колебаний бурильной колонны в силу эквивалентности осуществляемых преобразований: механические колебанияэлектрический сигнал-магнитное поле °

Векторы смещения, скорости и ускорения колебаний, вызванных поляризованной волной, лежат в одной плоскости, поэтому устройство для определения отклонителя мажет содержать однотипные датчики 1 — 3 смещения, 35 скорости или ускорений.

Направление вектора смещения коле. баний, вызванных Heïîëÿðèçîâàííûìè составляющими поперечных волн, изменяется хаотически, поэтому также хаотически изменяется и направление

)3)5607 г;); = О.

1) г j, =О, -з вектора напряженности магнитного по- I ля, создаваемого электромагнитами

7 — 9 следовательно, и направление сил, действующих на чувствительный к действию магнитного поля элемент

l0 изменяется хаотически. Для предотвращения хаотических движений чувствительного к действию магнитного поля элемента 10 предусмотрен демпфирующий элемент )1, При отсут- 10 ствии поляризованной составляющей колебаний бурильной колонны направление ориентации чувствительного элемента 10 неопределенно. Распространяющаяся по бурильной колонне поляризованная волна вызывает появление составляющей колебаний в плоскости поляризации волны, При этом в магнитном поле в месте пересечения осей действия электромагнитов 7 — 9 20 присутствует составляющая магнитного поля, вектор напряженности или индукция которой ориентированы в зависимости от положения поляризованной волны, распространяющейся по бурильной колонне, а следовательно, от направления действия,отклонителя, Так как направление этой составляющей не изменяется, то чувствительный элемент

10 устанавливается в направлении, 30 которое зависит от направления указанной составляющей магнитного поля, Таким образом, для того, чтобы материализовать направление плоскости поляризации поперечной волны произ- 35 водят следующие преобразования: измерение проекций поляризованной поперечной волны и преобразование каждой из них в электрический сигнал> получение магнитного поля в результате 40 действия каждого электрического сигнала, а затем восстановление суммарного магнитного поля, направление действия которого определяется с помощью чувствительного элемента 10, 45

Датчик и 1 — 3 имеют поп еречную чувствительность, относительная величина которой в зависимости от типа датчика достигает 207, Следовательно,50 на выходах датчиков 1 — 3 появляются дополнительные составляющие от продольных и крутильных колебаний. Так как датчики 1 — 3 идентичны, а направление крутильных и продольных ко- 55 лебаний одинаково относительно оси ори" ентации каждого из датчиков, то величины составлнюи их сигналов от продольных и крутильных колебаний одинаковы у

4 всех датчиков 1 — 3, Кроме того, датчики расположены под углом 120 друг к другу, поэтому векторная сумма составляющих сигналов от продольных и крутильных колебаний равна нулю, В предлагаемом устройстве можно испольэовать любое число различных по чувствительности датчиков, установленных таким образом, чтобы

При этом условии продольные и крутильцые колебания не будут оказывать влияния на точность измерения, I

В качестве чувствительного элемен. та ) 0 используется, например, ферромагнитная стрелка, закрепленная на оси, расположенной в точке пересечения осей ориентации электромагнитов

7 — 9 ° В качестве демпфирующего элемента 11 используется жидкость, например трансформаторное масло в емкости из диамагнитного материала °

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для определения положения откпонителя в процессе бурения, содержащее датчики поперечных колебаний и полосовые усилители, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения за счет устранения влияния продольных и крутильных колебаний, оно снабжено электромагнитами, чувствительным к изменению магнитного поля элементом и демпфирующим элементом, при этом оси чувствительности датчиков поперечных колебаний расположены в плоскости поперечного сечения бурильной колонны и проходят через ее центр, ориентация электромагнитов соответствует ориентации датчиков поперечных колебаний, чувствительный к изменению магнитного поля элемент расположен в точке пересечения осей ориентации электромагнитов и связан с демпфирующим элементом, датчики поперечных колебаний установлены так, чтобы где n — число датчиков поперечных колебаний;

r — величина чувствительности

i-го датчика;

5607

Составитель А. Рыбаков

Редактор Г. (ербер Техред Л.Олийнык Корректор Т, Колб

Заказ 2327/32 Тираж 532 Подписное

ВШ11ПШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 131 единичный вектор направления

1 ориентации оси чувствительности i-го датчика, причем выходы каждого датчика поперечных колебаний подключены к обмотке соответствующего электромагнита через полосовые усилители.