Определение веса бурильной колонны и нагрузки на долото
Натяжение концов талевого каната находится в зависимости от оснастки талей, поэтому одно и то же показание индикатора веса может соответствовать разным действительным весам колонны. В условиях покоя натяжение концов каната Р должно быть равно величине усилия на крюке QKP (вес колонны), де-
ленной на число струн талевого каната п, несущих талевый блок,
P = QKP/n.
Вследствие потерь на трение и жесткости каната натяжение в каждой струне талевого каната во время работы изменяется. Это объясняется тем, что натяжение в неподвижном и ходовом концах каната различно. Так как направление вращения роликов зависит от выполняемой операции (спуск или подъем инструмента), распределение усилий в канатах будет неодинаковым.
Усилия в ходовом конце талевого каната, по данным А. В. Синельникова, определяются следующими зависимостями: в условиях покоя
Р 0 = Qkp/tj;
при спуске
TOC o "1-5" h z ^(1 —Т])п.
при подъеме
р* = — 1QhP
7] 1 — 1]п
(г] = 0,98 — к. п. д. одного вращающегося ролика). Усилия в неподвижном конце талевого каната: в условиях покоя.
S0 — Qkp/1!»
при спуске
S — А, •
— ..п Чм»
при подъеме
|
s2 |
p2vn
%
(t]m = 0,99 — к. п. д. последнего ролика кронблока под неподвижным концом талевого каната).
В табл. 1 приведено соотношение, полученное А. В. Синельниковым, между нагрузкой Q на крюке и усилиями в неподвижном и ходовом концах талевого каната в зависимости от оснастки талевой системы.
При определении веса бурильной колонны и нагрузки на долото при помощи гидравлического индикатора веса цена деления шкалы индикатора находится по паспорту, прилагаемому к каждому прибору. Однако на практике можно определить цену деления шкалы индикатора веса, не пользуясь паспортом
|
Таблица 1 Соотношение между нагрузкой на крюке и усилиями на концах талевого каната
|
прибора. Когда долото находится над забоем скважины, вес бурильной колонны Q будет выражен величиной А, показанной индикатором веса. Так как отсчет по шкале ведется от 10-го деления, цена деления
С — Q/(A — 10).
Приближенно вес бурильной колонны
4
где g — ускорение свободного падения; d и d — наружный и внутренний диаметры труб; L — длина колонны бурильных труб; р — плотность материала труб; рж — плотность бурового раствора; £«1,1—коэффициент, учитывающий вес замков.
Вес бурильной колонны
Q = Lq + — q3,
где L — длина колонны бурильных труб, равная глубине скважины в данный момент, м; I — длина одной свечи, м; q — вес 1 м бурильных труб, кН; q3 — вес замка, кН.
Если в момент бурения показание индикатора веса равно В, то нагрузка на долото
Р={А — В)С.
Рассмотрим метод определения веса бурильной колонны и нагрузки на долото по индикатору веса, пользуясь паспортными данными прибора. Индикатор веса показывает только вес колонны. Нагрузка на долото определяется как разность между
весом колонны в подвешенном состоянии над забоем и весом ее же, когда долото работает на забое. Для определения натяжения неподвижного конца талевого каната пользуются пас* портом. Значение усилий в паспорте дается через 10 делений. Промежуточные показания (между целыми десятками) определяются интерполяцией.
Пример 1. Показания манометра — 45 делений. По данным паспорта 40 делениям шкалы соответствует усилие 62 кН, 50 делениям— 80 кН. Средняя цена одного деления в этом интервале (40—50 делений) составляет (80—62)/10= 1,8 кН.
Нагрузка на крюке QKP, отнесенная к одной струне, при 45 делениях QKР = = 62+1,8-5=71 кН.
Вычитая из полученного значения нагрузку, соответствующую начальному натяжению неподвижного конца талевого каната, равную 5 кН, будем иметь QKP = 71 —5 = 66 кН.
При оснастке 4×5 число струн, несущих талевый блок, равно 8. Тогда нагрузка на крюке P=QKP«=66-8 = 528 кН.
Чтобы перейти от нагрузки на крюке к определению веса бурильной колонны, следует учесть потерю веса в глинистом растворе, пользуясь соответствующим уравнением.
Нагрузка на вышку
^в = С?(я+2), .
где п — число струн, поддерживающих талевый блок; Q — нагрузка на неподвижном конце талевого каната без вычета начального натяжения.
При п = 8
Рв = 71 (8+2) =710 кН.
Нагрузка на долото определяется произведением числа делений разгрузки по манометру на среднюю цену одного деления в данном интервале.
Пример 2. Оснастка 5×6. Число струн, несущих талевый блок, п=10. Показание манометра перед началом бурения — 58 делений, в начале бурения — 52 деления. Величина разгрузки при этом составляет шесть делений (58-52 = 6).
По данным паспорта 50 делениям манометра соответствует нагрузка 80 кН, а 60 делениям — 90 кН. Средняя цена деления в этом интервале составляет (99— 80)/10= 1,9 кН.
Нагрузка на долото при шести делениях по манометру Рд= 1,9-10-6 = = 114 кН.
Если надо определить нагрузку на долото в кН, то необходимо ее пересчитать, т. е. определить величину разгрузки по манометру в делениях.
Пример 3. Оснастка 4×5, п— 8. Нагрузка на долото, которую надо держать бурильщику, не более 100 кН. Показание манометра до начала бурения при вращении инструмента над забоем — 68 делений.
По паспорту 60 делениям манометра соответствует усилие 99 кН, а 70 делениям— 118 кН. Цена одного деления в интервале между 60-м и 70-м делениями составит (118 — 99) /10«2 кН.
Чтобы определить число делений, соответствующее разгрузке 100 кН, требуется 100/(2-8) «6 делений.
Следовательно, чтобы ориентироваться в величине разгрузки по показывающему манометру, бурильщик должен держать по нему 68—6=62 деления.
При пользовании верньер-манометром надо учитывать, что цена деления верньерной шкалы гидравлического индикатора веса равна половине цены деления основной шкалы.
|
19 |
2*
Измерительный преобразователь нагрузки на крюк в электрический сигнал типа ПДТ
В комплексе средств наземного контроля и управления процессом бурения нефтяных скважин (СКУБ), разработанном Ивано-Франковским СКВ СА, для преобразования усилий на крюке в электрический сигнал (рис. 5) используется дифференциально-трансформаторный преобразователь (ПДТ). Усилия на неподвижной ветви талевого каната воздействуют на чувствительный элемент в виде мембраны 7 и вызывают перемещение плунжера 2 трансформатора.
Дифференциально — трансформаторный преобразователь (рис. 6) состоит из генератора, питающего катушку трансформатора, собранного на транзисторе VT1, фазочувствительного выпрямителя — на интегральном прерывателе А1 и усилителя постоянного тока — на микросхеме А2 и транзисторах VT2, VT3.
Генератор, выполненный по однотактной схеме с индуктивно обратной связью через обмотку трансформатора Т, вырабатывает синусоидальный сигнал, отсеченный по амплитуде стабилитронами VD1, VD3. Конденсатор С1 — емкость контура генератора. Резисторы R1— R5 задают режим генераторного каскада по постоянному току.
|
|
Напряжение переменного тока частотой 400 Гц, изменяющееся линейно по амплитуде при перемещении плунжера, снимается со вторичных, встречно включенных обмоток дифтранс- форматора и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем А1. Опорное напряжение поступает на фазочувствительный
Рис. 5. Преобразователь усилий для измерения нагрузки на крюке:
1—кронштейн; 2 — плунжер; 3 — катушка; 4, 5—кронштейны; 6 —
крышка; 7 — мембрана; 8 — корпус; 9 — вднт
|
Рис. 6. Схема дифференциально-трансформаторного преобразователя ПДТ |
выпрямитель (коллектор — база интегрального преобразователя) с обмотки трансформатора Т. Резистор R11 и конденсатор С2 — элементы фильтра фазочувствительного выпрямителя.
Питание операционного усилителя А2 осуществляется с помощью параметрических стабилитронов напряжения, выполненных на элементах R17, VD4, VD5, R19, VD6, VD7. Усилитель постоянного тока охвачен глубокой отрицательной обратной связью через резисторы R20, R21. «Нуль» преобразователя устанавливается переменным резистором R26, подключаемым к цепи обратной связи. Он регулирует величину выходного сигнала преобразователя.
Эмиттерные повторители, собранные на транзисторах VT2 и VT3, включены по схеме с дополнительной симметрией и служат для увеличения мощности и защиты от короткого замыкания по выходу.
Техническая характеристика ПДТ
Диапазон измерения, кН. . . О—1500
0—2000
0—2500
0—3500
Основная приведенная погрешность измерения, % . . . . ±1,5
|
°С Масса, кг Габариты, мм. |
|
—50^—J-50 12 206X134X128 |
В модернизированном варианте СКУБ-М1 в качестве первичного преобразователя усилий используется трубчатый элемент с тензорезисторами, сопротивление которых изменяется при воздействии усилий.
Техническая характеристика указанного преобразователя усилий в электрический сигнал не хуже, чем в преобразователе усилий СКУБ.