Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Устройства для определения проходки, связанные с одним из шкивов кронблока, наиболее распространены. Это объясняется
сравнительно низкой погрешностью измерения и простотой пре­образования угловых перемещений в электрический сигнал [16].

В работе [2] описано устройство для определения скорости бурения, в котором в качестве датчика подачи используется сель­син, механически связанный с одним из шкивов кронблок;! Сель­син-приемник, дистанционно связанный с сельсином-датчиком, преобразует электрический сигнал в угол поворота вала измери­тельного механизма.

В работе [75] приведена схема индикатора подачи бурового инструмента, в котором дистанционная передача угловых пере­мещений шкива кронблока осуществляется преобразователем ин­дуктивного типа. На рис. 9.7 приведена схема первичного эле­мента этого индикатора. При вертикальных перемещениях ко­лонны бурильных труб вращаются шкивы талевой системы бу­ровой установки. Так как к одному из шкивов кронблока прижат мерный ролик 1, то вследствие поворота шкива кронблока про­изойдет поворот мерного ролика на пропорциональную величи­ну. Мерный ролик / через шестеренчатую передачу 2, назначе­ние которой понижать скорость вращения, приводит во враще­ние профилированную шайбу 3.

Профилированная шайба, вращаясь, сообщает рычагу 4, при­жатому к поверхности этой шайбы, возвратно-поступательное угловое перемещение.

Так как рычаг 4 связан с рамкой 5 индуктивного преобразова­теля угловых перемещений б, то эта рамка также будет совер­шать циклические угловые перемещения из одного крайнего положения в другое.

Коэффициент передачи механизма выбирается таким, чтобы при подаче бурового инструмента на 1 м рамка углового преобра­зователя перемещалась из крайнего левого положения в крайнее

Рис. 9.8. Схема устройства для регистрации проходки, использую­щего датчик подачи сельсинного типа

правое. Рамка 5 углового преобразователя электрически связана с рамкой ферродинамического регистрирующего прибора, шкала которого соответствует 1 м подачи бурового инструмента.

Недостаток устройства заключается в наличии фрикционной передачи, снижающей надежность измерений.

В работе [142] приведена схема измерителя длины колонны бурильных труб, в котором в качестве первичного преобразова­теля используется сельсин, связанный зубчатой передачей с од­ним из шкивов кронблока. Аналогичная конструкция датчика подачи используется в выпускаемых отечественной промышлен­ностью пультах контроля процесса бурения, которыми оснаща­ются буровые установки [2].

Пульты контроля процесса бурения типа ПКБ-2 (разработка ВНИИКАнефтегаз) предназначены для использования на основ­ных буровых установках грузоподъемностью от 75 до 130 т. Дат­чик подачи сельсинного типа устанавливается на раме кронбло­ка или на раме буровой лебедки. При установке датчика подачи на кронблоке (рис. 9.8) к ступице третьего шкива кронблока (по ходу оснастки, считая неподвижный шкив первым) крепится разъемная шестерня 1, которая через шестерню 2 вращает ротор сельсина-датчика 3.

Зубчатая передача выбирается такой, чтобы при каждом пере­мещении бурового инструмента на 1 м ротор сельсина-датчика поворачивался на два оборота.

Рис. 9.9. Схема датчика подачи сельсинного типа, фрнкционно связан­ного со шкивом кронблока

Приемный сельсин 4 самопишущего прибора через замедляю­щий редуктор 5 поворачивает кулачок 6, который отклоняет перо прибора 8 через передаточный механизм 7. Перо отклоняется на всю шкалу при перемещении бурового инструмента на 1 м. За­пись подачи инструмента зигзагообразная, поэтому предел из­мерения прибора неограничен.

Недостатки этого устройства обусловлены наличием механи­ческой связи датчика со шкивом кронблока и нарушением син­хронности сельсинной передачи при высоких скоростях враще­ния или в динамических режимах работы талевой системы.

Несколько измененный вариант рассмотренного выше уст­ройства предложен в КуйбышевНИИНП [16] (рис. 9.9). Сель­син-датчик 1 с насаженным на его вал фрикционным шкивом 2 крепится на коромысле 3, которое с помощью вспомогательного электродвигателя 4 подводит фрикционный шкив с сельсином к шкиву кронблока только на время бурения.

Кроме недостатков, присущих сельсинной связи, в этом устрой­стве появляются новые, обусловленные проскальзыванием шкива кронблока относительно мерного шкива при замасливании или об­леденении и невозможностью измерений скорости и величины пе­ремещения талевого блока при спуско-подъемных операциях.

Свободными от перечисленных выше недостатков являются бесконтактные датчики подачи бурового инструмента импульс­ного типа.

Для преобразования угла поворота мерного шкива кронблока в импульсный сигнал используются фотоэлектрические или ин­дуктивные преобразователи.

Рис. 9.10. Схема фотоэлектрического преобразователя угла поворота шкива кронблока в импульсный сигнал

Рис. 9.11. Схема крепления квантующего устройства ДПТБ к шкиву кронблока:

1 — шкив кронблока, 2 — квантующее устройство,

3 — спица шкива, 4 — скоба

На рис. 9.10 приведена схема фотоэлектрического преобразо­вателя угла поворота шкива кронблока в импульсный сигнал, описанная в работе [16]. Задающее устройство преобразователя выполнено в виде кольцевой гребенки 1, приваренной к шкиву кронблока 2 или отлитой вместе с ним. С внешней стороны коль­цевой гребенки устанавливается источник света 3, ас внутрен­ней — фоточувствительный элемент 4. При движении бурового инструмента гребенка, вращаясь вместе со шкивом, своими вы­ступами 5 периодически перекрывает световой поток, падающий на фоточувствительный элемент.

За один оборот шкива кронблока с выхода фоточувствитель- ного элемента снимается число электрических импульсов, рав­ное числу выступов кольцевой гребенки. Изменением числа вы­ступов гребенки можно устанавливать желаемую дискретность преобразования.

Рис. 9.12. Схема чувствительного элемента и структурная схема электронного блока датчика перемещений талепого блока

Для определения направления движения бурового инструмента используются два фоточувствительных элемента, сдвинутых от­носительно друг друга. Сигналы фоточувствительных элементов обрабатываются специальным логическим устройством, которое распределяет импульсы по двум каналам в зависимости от на­правления вращения шкива кронблока.

Фотопреобразователь перемещений бурового инструмента в импульсный сигнал сохраняет работоспособность при любых скоростях движения талевого блока, что позволяет измерять ве­личину и скорость перемещения бурового инструмента при спус — ко-подъемных операциях. Недостатки рассмотренного преобра­зователя связаны с наличием источника света, снижающего на­дежность устройства, а также с необходимостью в периодиче­ской чистке пазов кольцевой гребенки, загрязнение которой может привести к большим погрешностям измерения.

На кафедре информационно-измерительной техники Куйбы­шевского политехнического института разработан бесконтактный импульсный датчик перемещений талевого блока (ДПТБ) ин­дуктивного типа [16]. ДПТБ преобразует перемещения талевого блока в последовательность электрических импульсов и распре­деляет эти импульсы по двум каналам в зависимости от направ­ления движения.

Датчик состоит из квантующего устройства, чувствительно­го и логического электронного блока формирования импуль­сов. Квантующее устройство представляет собой укрепленные равномерно по периметру одного из шкивов кронблока ферро­магнитные метки, в качестве которых использованы узкие по­лоски из листовой электротехнической стали размером 16×60 мм. Ферромагнитные метки наносят или на немагнитное разъем­ное кольцо, которое крепится к шкиву кронблока с помощью металлических скоб (рис. 9.11), или же приклеивают (напри­мер, с помощью эпоксидных смол) непосредственно к поверх­ности шкива кронблока.

Схема чувствительного элемента и структурная схема элек­тронного блока датчика показаны на рис. 9.12.

В качестве чувствительного элемента используются трансфор­маторные преобразователи 1 с разомкнутой магнитной цепью. На двух П-образных сердечниках имеется три обмотки. Обмотка возбуждения 2 охватывает оба сердечника и питается напряже­нием частотой 10 кГц от специального генератора Г. Напряже­ние с измерительных обмоток 3 и 4 подается на электронный блок формирования импульсов.

Магнитное сопротивление ферромагнитных меток 5, вы­полненных из электротехнической стали, меньше, чем маг­нитное сопротивление шкива кронблока 6, поэтому при про­хождении ферромагнитных меток около чувствительного эле­мента последовательно изменяется сопротивление магнитной цепи трансформаторных преобразователей, что приводит к изменению напряжения измерительных обмоток. Напряже­ние измерительных обмоток усиливается усилителями-огра­ничителями У01 и У02 и формируется в прямоугольные им­пульсы формирователями Ф1 и Ф2, в качестве которых ис­пользованы бесконтактные релейные элементы, имеющие характеристику в виде петли гистерезиса. Релейные элемен­ты исключают появление ложных импульсов при вибрациях шкива кронблока.

Дифференцирующая цепочка Д1 дифференцирует передний фронт, а Д2 — задний фронт импульсов первого канала. Диффе­ренцированные импульсы первого и второго каналов подаются на входы логических элементов И. В зависимости от направле­ния движения ферромагнитных меток, а следовательно, и на­правления движения талевого блока импульсы появляются или на входе логического элемента И1 или на выходе И2.

Электронный блок, заключенный в защитный кожух, крепит­ся на кронблоке буровой установки и соединяется с чувствитель­ным элементом кабелем длиной 1—2 м.

Non-contacting proximity sensor Рис. 9.13. Датчик глубин фирмы ЛГС5Е11У ЦГО

Для питания датчика и передачи измерительной информации вторичным прибором используется пятижильный экранирован­ный кабель.

Воздушный зазор между шкивом кронблока и чувствитель­ным элементом составляет 10 мм. Датчик сохраняет работо­способность при скоростях движения талевого блока до 10 м/с, что позволяет измерять величину и скорость перемещения талевого блока как в процессе бурения, так и при спуско­подъемных операциях.

Adm + 4с т{ 1 + К-i)

Дискретность преобразования ДГТТБ, т. е. «цена» каждого им­пульса, зависит от числа ферромагнитных меток т, нанесенных на шкив кронблока, и определяется формулой

h«- <9-5)

где с/ш, с1к — соответственно диаметры шкива и талевого каната, м;

К — коэффициент оснастки талевой системы;

/ — номер выбранного шкива, исчисляемый по

ходу талевого каната от буровой лебедки.

Проходка определяется суммированием импульсов с ДПТБ в процессе бурения, а механическая скорость — путем счета им­пульсов за эталонный промежуток времени.

На рис. 9.13 показан аналогичный датчик с тремя чувстви­тельными индуктивными элементами «близости», применяемый в ряде зарубежных фирм [188].

Комментарии запрещены.