Устройство измерения параметра бурения

(72) Авторы изобретения ищенко и Э. А. Айзупп Методическая экспедиция по геологокономическимисследованиям Министерства геологии Узбекской-ССР 7) Заявите ЕТРА БУРЕНИ РОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПА Ува Изобретение относится к технике б ренин скважин, в частности к устройст измерения параметров бурения.Известны устройства измерения процесса бурения, которые обычно содержат датчик технологического параметра, сгла живающий фильтр и индикатор 11.Например, индикатор давления фирмы Мартин Деккер содержит Т-образный фяттинг, укрепленный на манифольде,. в вертикальном патрубке которого смонтирован элемент, имеющий внутри мембрану иэ упругого материала. Внутренняя поверхность колпака (внешняя полость мем браны) соединяется трубкой с индикатором - манометром через небольшое отве стие. При этом внутренняя полость,колпака вместе с отверстием образуют сгл живающий фильтр.Подобную схему имеют и другие измерительные устройства в бурении, причем роль фильтра могут выполнять различные элементы с большой постоянной времени, в том числе электрические интегрирующие звенья, состоящие иэ конденсаторов и резисторов.Необходимость введения в системусглаживающего фильтра возникла вследствие большой дисперсии измерительного ф сигнала, характерной для всех параметров режима бурения. Это связано с одной стороны со стохастическим характеромсамого процесса, с другой - действиемразличных внешних факторов: нестабильностью сил сопротивления в скважине,пульсаций буровых насоеов и др. Как правило, сглаживающий фильтр представляетсобой интегрирующее звено, в котором 3происходит простое осреднение параметра с постоянной времени, характерной дляданного авена.Примером применения электрическихустройств для измерения параметров бурения является прибор для определенияэффективной нагрузки на долото. Приборсодержит датчик осевой нагрузки, сглаживающий фильтр и приемник информации. Вданном приборе он выполнен в виде анали3 8 М 1 4 эирующего блока с индикатором. В качестве сглаживающего фильтра применен многоэвенный ЯС фильтр нижних частот. В зависимости от требований к качеству информации предусмотрено ручное перек- . лючение постоянной времени фильтра 21.Недостатком прибора является низкая точность измерения из-за недостаточного качества фильтрации низкочастотных помех, Увеличение постоянной фильтра приведет к резкому увеличению запаздывания информа ции, что отрицательно сказывается на качестве процесса управления бурением. В частности, при поддержании эффективной нагрузки с увеличением постоянной времени фильтре возникает погрешность, вызванная тем, что в данный момент времени нагрузка может оказаться совершенно иной, чем показывает выходной прибор.Цель изобретения - повышение точности измерения при действии сглаживающего фильтра.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик параметре, индикатор, резистор и конденсатор, снабжено трансформаторам, источником Модулированного сигнала и эмиттерным повторителем, при этом трансформатор имеет соотношение витков обмотокк(1 ю):1, где н - основание системы счисленияЗО причем одна обмотка с числом витков, кратным т , соединена с источником модулировенного сигнале, другая обмотка с числом витков, кратным т -1 подклю- . чена к выходу эмиттерного повторителя, вход которого соединен через резистор с выходной обмоткой трансформатора, имеющей число витков, кратное 1, а также соединен с конденсатором, причем величина сопротивления резистора равна входному сопротивлению эмиттерного повторите- фо ля, а индикатор подключен ко вторичной обмотке трансформатора.На фиг, 1 изображена блок-схема уст ройства измерения параметров бурения; на фиг. 2 - пример схемного решения устрой ства.Датчик измеряемого параметра 1 соединен через модулятор 2 с одной обмоткой 3 трансформетора 4, имеющей число витков, кратное м, другая обмотка 5 5 ф трансФорматора с числом витков, кратным е -.1, подключена к выходу эмиттерного повторителя 6, вход которого соединен через конденсатор 7 с общим проводом, и через резистор 8, величина которого Я равна входному сопротивлению эмиттерного повторителя, - с обмоткой 9 трансформатора, второй вывод которой соеди 3нен с общим провоцом, к этой же обмоткеподключен индикатор 10.Работа устройства заключается в моделировании зависимости(1)где М; - осредненное значение измеряемой величины в данный моментвремени;- осредненное значение измеряемойвеличины за предыдущий цикл;Х; - мгновенное значение измеряемой,величины в данный момент;е - постоянная осреднения.Особенностью осреднения по формуле (1)по сравнению с обычным осредиением1 Я ф ф (2)кроме уменьшения дисперсии, являетсяболев частое поступление информации, Информация будет поступать по формуле (2)через интервалы времени Ь 1 или, при аналоговой реализации осредняющего устройства, с запаздыванием на ь . По формуле(1 ) информация поступает через интервалы временииди, при внвлоговом вариМанте, с запаздыванием нв эту величину:Таким образом, величина ч, определенная но формуле (1), более точно вкаждый отдельный момент времени соответствует истинному значению измеряемого параметра,Сигнал датчика в форме постоянноготока поступает нв модудятор 2. Далеесигнал в форме прямоугольных импульсов,амплитуда которых несет информацию овеличине Х, поступает не согласующийкаскад-эмиттерный повторитель на транзисторе М , Эмиттер этого транзисторанагружен на обмотку 3; число витковкоторой в соответствии с принятым и =4,кратно 4. На обмотке 9 - с числом витков, кратным 1, амплитуде импульсовуменьшится вчетверо, Для того, чтобы сохранить числовые соотношения нагрузке.этой обмотки должна быть высокоомной.Поэтому к ней подключен эмиттерный повторитель на транзисторе У , нв базукоторого сигнал с аьаиитудой " " по 4ступает через интегрирующую ЙС цепочку7 и 8 с задержкой=КС. Задержанныйсигнал проходит по второй первичной обмотке 5 с числом витков, кратным Э, итеперь в мегнитопроводе трансформаторадействует магнитодвижущаяся сида Н,В результате действия этой МДС вовторичной обмотке будет наведена ЭДС-Е.Эта ЭДС поступит в приемник информации и одновременно на КС цепочку, посизобретения Ф ормула Устройство измерения параметра бурения, содержащее датчик парметра, индикатор, резистор и конденсатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпцения точности измерения, оно снабжено трансформатором, источником моду 5 8661ле чего операция повторяется. Допустим,произошло ступенчатое увеличение сигнала. МДС начнет экспоненциально нарастатьи через времяувеличится в 6 раз. Навыходе устройства будет в течение всего 5времени осредиенная вели щиа параметра,Необходимо, чтобы ток заряда и токзаряда конденсатора в установившемся режиме были равны, для этото необходимосоотношение й =й,10где й- входное сопротивление эмиттерного повторителя.Эффективность применении предлагаемого устройства выразится в улучшении качества работы сястемы оптимизации бурения - приемника информации вследствиебольшей точности измерения контролируемого параметра,43 блированного сигнала и эмиттерным повторителем, при этом трансформатор имеет соотношение витков обмотокщ:(а);1,где ю - основание системы счисления,причем одна обмотка с числом витков,кратным е, соединена с источником модулированного сигнала, другая обмоткатрансформатора с числом витков, кратным и -1, подключена к выходу эмиттерного повторителя, вход которого соединен через резистор с выходной обмоткой трансформаторов, имекицей число вит- .ков, кратное 1, а также соединен с конденсатором, причем величина сопротивления резистора равна входному сопротивлению эмиттерного повторителя, а индикатор подключен к выходной обмотке трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Контрольно-измерительные приборыи средства автоматизации процессов бурения, М., ВНИИОЭНГ, 1976, с, 8.2. Прибор для определения эффективной нагрузки на долото. Научные трудыКуйбышевНИИ НП, вып. 41, серия Бурение Куйбышев, 1969,