Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к устройствам измерения крутящего момента на роторе буровой установки с асинхронным электропроводом. Цель изобретения - повышение точности. В процессе бурения глубоких скважин долото периодически меняется. После M -й смены долота и опускания инструмента в скважину на ротор установки действует момент холостого хода М<SB POS="POST">хх</SB>, который определяется с помощью блока 6 моделирования механических потерь. На выходе блока 5 умножения образуется сигнал, пропорциональный моменту вращения колонны с долотом. В сумматоре 8 происходит вычитание из этого момента величины момента холостого хода М<SB POS="POST">хх</SB>, вычисляемого в блоке 6 моделирования механических потерь по величинам момента вращения колонны с долотом и глубины бурения, которая определяется с помощью датчика 9. При этом момент холостого хода вычисляется согласно выражению M<SB POS="POST">хх</SB>=M<SB POS="POST">ххM</SB>+(M<SB POS="POST">ххM</SB>-M<SB POS="POST">хх(M+1)</SB>)/ΔL<SB POS="POST">M(M+1)</SB> ΔL<SB POS="POST">(M+1)</SB>, где М<SB POS="POST">ххM</SB>-момент холостого после M-го опускания инструмента в начале бурения

М<SB POS="POST">хх(M+1)</SB> - то же, в конце (M+1) интервала бурения

98ДL<SB POS="POST">M(M+1)</SB>- конечное приращение глубины скважины за (M+1) интервал бурения

ΔL<SB POS="POST">(M+1)</SB>- текущее приращение глубины скважины. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Г, О! г, 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4381100/24-10 (22) 18.02,88 (46) 23,10,89. Был. Н 39 (71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт автоматизированньтх систем управления транспортом газа (72) В.Т.Загоруйко, В.Е,Карпенко, А.К.Кузько, В.H.Ëàñêàâûé, В.Г.Непочатов, Н.П.Фетисенко и А.И.Яценко (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 717573, кл. Г 01 I. 3/10, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 817503, кл, Г 01 М t 5/00, 1979.

ÄÄSUÄÄ 1516808 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА РОТОРЕ БУРОВОЙ УСТАНОВЕИ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к устройствам измерения крутящего момента на роторе буровой установки с асинхронным злектроводом. Цель измерения— повышение точности. В процессе бурения глубоких скважин долото периодически меняется. Лосле m-й смены долота и опускания инструмента в скважину на ротор установки действует момент холостого хода М<» который on1516808

50 ределяется с помощью блока 6 моделирования механических потерь. На выходе блока 5 умножения образуется сигнал, пропорциональный моменту вращения колонны с долотом. В сумматоре Я происходит вычитание из этого момента величины момента холостого хода Г1 „, вычисляемого в блоке 6 моделирования механических потерь по величинам момента вращения колонны с долотом и глубины бурения, которая определяется с помощью датчика 9.При

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к устройствам измерения крутящего момента на 20 роторе буровой установки с асинхронным электроприводом.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже представлена функции- 25 нальная схема устройства для измерения крутящего момента на роторе буровой установки.

Устройство содержит преобразователь 1 тока ротора, подсоединенный к датчику 2 тока ротора приводного асинхронного электродвигателя 3, преобразователь 4 разности прямой и обратной симметричных составляющих напряжения питающей сети, блок 5 умножения, подключенный входами к выходам преобразователей 1 и 4. Выход блока 5 умножения подключен к первому входу блока 6 моделирования механических потерь, выход которого также 40 как и выход блока 5 умножения подключен к второму блоку 7 умножения через сумматор 8. К второму входу блока 6 моделирования механических потерь подключен датчик 9 глубины буре- 45 ния. Второй вход второго блока 7 умножения соединен с датчиком 10 передаточного отношения коробки передачи установки.

Блок 6 моделирования механических потерь содержит два элемента

И 11 и 12, пять запоминающих элементов 13-17, два ключа 18 и 19, шесть сумматоров 20-25, блок 26 деления, блок 27 умножения, триггер 28, два формирователя 29 и 30 импульсов и кнопку 31, подключенную через формирователь 29 импульсов к входу триггера 28, первым входам элементов этом момент холостого хода вычисляется согласно выражению

Г1хх, - Г1хх )

Г1 = Г1 + --- — — — ---- - й1

Х% ХХ t 5L (т+<) у > (rn+ t) где I1„„ — момент холостого после m-го опускания инструмента в начале бурения;

М„„,, — тоже, в конце (m+1) -го интервала бурения; Ь Lm<„ - конечное приращение глубины скважины за (m+1) é интервал бурения; 1 „„ ) — текущее приращение глубины скважины. 1 ил.

И 11 и 12 и входу формирователя 30 импульсов, выход которого подключен к управляющему входу запоминающего элемента 13, информационный вход которого подключен к выходу сумматора 20, а выход — к одному входу блока 26 деления, второй вход которого подключен к входу сумматора 21, входы которого подключены к выходам запоминающих элементов 14 и 15 соответственно и, соответственно через ключи 18 и 19 подсоединены соотвегственно к первому и второму входам сумматора 22, третий вход которого подключен к выходу блока 27 умножения, один вход которого подключен к выходу блока 26 деления, а второй — к выходу сумматора 23, выходы которого подключены соответственно к выходам запоминающих элементов

16 и 17 и входам сумматора 20, а вторые входы сумматоров 24 и 25 соединены между собой и подключены к информационным входам запоминающих элементов 16 и 17, управляющие входы которых подключены к управляющим входам соответственно запоминающих элементов 14 и 15 и выходам элементов

И 11 и 12 соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам триггера

28, к управляющим входам сумматоров

24 и 25 и ключей 18 и 19 соответственно.

При этом выход сумматора 22 блока 6 моделирования механических потерь является его выходом, информационные входы запоминающих элементов

14 и 15 являются первым входом блока 6 моделирования механических потерь, а информационные входы запоминающих элементов 16 и 17 являются втоР, = Р, + P ьР к!

О где Р— мощность, расходуемая на трение колонны со стенками скважины и с буровым раствором, P) — мощность, затрачиваемая на работу долота.

Следовательно, баланс моментов вращения имеет вид

Mpp= М + М, tbsp М„МвР- М„„М

М представляет собой момент вращения до контакта долота с забоем (М =О), т.е. на холостом ходу долота, и в дальнейшем принят равным моменту холостого хода (М„„).

В процессе бурения глубоких скважин долото периодически меняется.После m-й смены долота и опускания инструмента в скважину момент холостого хода обозначен М„х . С начала буре40 ния (m+1)-го интервала скважина углубляется, увеличиваются длина колонны труб в скважине и момент холостого хода, который в конце работы долота в этом интервале становится равным

М„„< „1 . Значение текущего момен45 та М„„ можно выразить следующим образом:

Мхх5 1516 рым входом блока 6 моделирования механических потерь.

Запоминающие элементы 13-15, ключи 18 и 19, сумматоры 21 и 22, блок 26 деления и блок 27 умножения образуют узел 32 расчета момента холостого хола °

Элементы И 11 и 12, запоминающие элементы 16 и 17 и сумматоры 20 23

О

24 и 25 образуют узел 33 расчета текущего приращения глубины скважины.

Устройство работает следующим образом.

Мощность, затрачивая на вращение бурильной колонны, можно выразить следующим образом:

Мх m Мxx<щ )

Nxõ + < з

"" tel (+ ) 50 где 5 L< „1 — конечное приращение глубины скважины за (m+1)-й интервал,"

6 1<„„<1 — текущее приращение глубины скважины, На выходе блока 5 умножения образуется сигнал, пропорциональный моменту вращения колонны с долотом.

808 6

В сумматоре 8 происходит вычитание из этого момента величины момента холостого хода, вычисляемого блоком в моделирование механических потерь.Выходной сигнал в блоке 7 умножается на постоянный коэффициент Т, определяемый передаточным отношением коробки передач, кинематически расположенной между валом двигателя и ротором буровой установки.

Перед началом очередного (m+1)-го интервала бурения бурильщик осуществляет прокручивание колонны с приподнятым долотом в течение нескольких секунд, пока не установится режим холостого хода (т.е. вращение колонны без нагрузки на долото).На информационные входы запоминающих элементов 14 и 15 с блока 5 поступает си "нал момента холостого хода в начале (m+1)-го интервала Мщ. На выходе элемента И 11 и 12 и формирователей

29 и 30 дежурит логический ноль.Триггер 28 находится в состоянии логической единицы на прямом выходе.Бурильщик нажимает и отпуСкает кнопку 31. По опусканию кнопки 31 на коротное время появляется импульс логической единицы на выходе формирователя 29, по спаду этого импульса возникает такой же импульс на выходе формирователя 30. Положительный фронт импульса с формирователя 29 перебрасывает триггер 28 ° На его прямом выходе устанавливается логический ноль, а на инверсном — логическая единица.

На управляющие входы запоминающих элементов 15 и 17 поступают с выхода элемента И 12 запускающие сигналы, и глубина скважины L, записывается и запоминается в элементе 17 ° В запоминающем элементе 16 хранится записанное в предыдущем интервале значение L1, . На выходе сумматора 20 образуется сигнал разности 1.

1щ-0

Ь1.,„,, который подается на запоминающий элемент 13. После срабатывания по спаду импульса на выходе формирователя 30 этот сигнал запоминается в элементе 13.

Ключ 19 и сумматор 25 открыты в течение (m+1)-го интервала. Запуска ì сигналом с элемента И 12 записывается значение момента холостого хола М „х в элемент 15. В запоминающем элементе 14 хранится записанное в предыдущем интервале значение

М„х,,> . Значение 11„„,„ через откры1516808 тый ключ 19 поступает на третий вход сумматора 22. На первый вход его сигнал не поступает, так как ключ 18 закрыт. Сигналы )1„„и И „„(,) подаются на входы сумматора 21. Сигнал абсолютной разности с его выхода подается на численный вход блока 26 делителя на знаменательном входе кото-! рого существуетсигнал hL ),).На вы-1р ходе блока 26 деления образуется сигнал отношения гч,„,„,, /Ы. m „„,), который подается на блок 27 умножения.На второй вход блока 27 умножения подается сигнал, пропорциональный текущему приращению глубины скважины ) 1 с выхода сумматора 23. На один вход этого сумматора поступает сигнал

b.1,= 1, — L ñ открытого сумматора 25 ° На второй вход сумматора

23 сигнал с суматора 24 не поступает, так как он по управлению закрыт в (m+ 1)-м интервале сигналом триггера 28. Таким образом, на выходе сумматора 23 образуется сигнал,пропор- 25 циональный текущему приращению глубины скважины 1 в данном интервале, поступающий на входы этого сумматора с одного из одинаковых вычитающих сумматоров 24 или 25, открытьж поочередно в четные и нечетные интервалы бурения. Управляются эти сумматоры сигналом триггера 28. На входы открытого из этих сумматоров подаются сигналы общей текущей глу35 бины скважины от датчика 9 глубины скважины 1 и конечной глубины 1. в предыдущем интервале, На входе закрытого сумматора соответственно сигналы конечной глубины скважины в 4О предпоследнем интервале 1.„„,. Сигналы конечньгх глубин в последнем и предпоследнем интервалах хранятся поочередно в запоминающих элементах 16 и 17, записываемых по управляющим 45 сигналам элементов И 11 и 12.

На один вход блока 27 умножения подается с выхода блока 26 деления сигнал приращения момента холостого хода на единицу глубины скважины

)1 1н - 1

<1.mt ) а на второй вход — текущее приращение глубины скважины ) 1„,+,), 55

На выходе блока 27 умножения образуется сигнал пропорциональный прогнозируемому абсолютному приращению момента холостого хода в текущем (m+1) ì интервале.

Этот сигнал поступает на один из входов сумматора 22. На одном из остальньж входов его имеется сигнал момента холостого хода вращения всей колонны в начале данного интервала.

На выходе сумматора 22 образуется прогнозируемый сигнал момента холостого хода вращения колонны в данный момент. Этот сигнал поступает на один из входов сумматора 8, где вычитается из общего сигнала момента. На выходе блока 7 умножения образуется сигнал, пропорциональный моменту на долоте, В начале каждого интервала, когда бурильщик отпускает кнопку 31, на входах сумматора 8 имеются два одинаковых (с точностью до погрешности блока 6) сигнала. Сигнал на выходе блока 7 уменьшается и в этот момент близок к нулю. После этого бурильщик создает нагрузку на долото, скважина углубляется, и на выходе блока 7 умножения появляется сигнал,пропорциональный моменту на долоте, формула и э о б р е т е н и я

Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки, содержащее датчик тока ротора приводного асинхронного электродвигателя и преобразователь разности прямой и симметричньж составляющих напряжения питающей сети, подключенные к входам первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен выход блока моделирования механических потерь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышение точности, в него введены второй блок умножения, датчик глубины бурения и датчик передаточного отношения коробки передач установки, подключенный к одному входу второго блока умножения, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а блок моделирования механических потерь содержит два элемента И, четыре запоминающих элемента, два ключа, шесть сумматоров, блок деления, блок умножения, триггер, два формирователя импульсов и кнопку, подключенную через первый формирователь импульсов к входу триггера, первым входам элеГоставитель А.Амаханов

Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо

Редактор Е.Папп

Заказ 6377/40

Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 15 ментов И и к входу второго формирователя импульсов, выход которого подключен к управляющему входу первого запоминающего элемента, информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора, а выход — к одному входу блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, входы которого подключены к выходам второго и третьего запоминающих элементов соответственно и через первый и второй ключи подсоединены соответственно к первому и второму входам третьего сумматора, третий вход которого подключен к выходу блока умножения, один вход которого подключен к выходу блока деления, а второй — к выходу четвертого сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам пятого и шестого сумматоров, лервые входы которых подключены соответственно к выходам четвертого и пятого запоминающих элементов и входам первого

16808 l0 сумматора, а вторые входы пятого и шестого сумматоров соединены между собой и подключены к информационным входам четвертого и пятого запоминающих элементов, управляющие входы которых подключены соответственно к управляющим входам второго и третьего запоминающих элементов и к выходам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам триггера, к управляющим входам пятого и шестого сумматоров и первого и второго ключей соответственно, при этом выход третьего сумматора блока моделирования, механических потерь подключен к второму входу сумматора, к первому

2О входу которого подключены входы второго и третьего запоминающих элементов блока моделирования механических потерь, к первым входам четвертого и пятого запоминающих элементов кото25 рого подключен датчик глубины бурения.