Устройство для контроля частоты вращения вала турбобура

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Б В 45/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ Т ССС ОТКРЫТ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(56) 1. Погарский АШишкин О.П, Оптимизглубокого бурения. У 14Я,Н.Николайчукряковий институт А Чефранов К. А. ция процессовМ., "Недра",ство ССО, 1956А,И,гональнко. М.,свидетел 21 В 45/ ,Г., Сени квазиортТарасе лу ак ровым преобразованалого АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 2, Авторское ь СР У 110494, кл. Е 03. Дядюнов Н н Ортогональные и о ыесигналы. Под ред н . "Связь", 1977.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащее глубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверсти ями, гидравлический канал связи,преобразователь давления, измеритель частоты, выход которого подключен к входу регистрирующего устройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения дальности передачи показаний, оно снабтелем, вычислителем структурнойфункции сигнала, включающим многокаскадный регистр сдвига, синхронизатор, логический элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирователь пос"ледовательности нечетных чисел инакопитель в каждом канале, приэтом первый выход синхронизаторасоединен с синхровходом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого подключенк преобразователю давления, а выходсоединен с входом первого каскадамногокаскадного регистра сдвига,сдвиговые входы каждого каскадакоторого подключены к второму выходусинхронизатора, а выходы каждогокаскада регистра сдвига соединеныс первыми входами элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы последних соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, причемвыходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИсоединены с формирователями последовательности нечетных чисел, входысинхронизатора и выходы через накопители соединены с входами измерителя частоты, а отверстия в статорег бинного датчика размещены поз онуЯ -сигнала, 1086135Изобретение относится к телеконтролю забойных параметров в процессе турбинного бурения нефтяных и газовых скважин.Известен низкочастотный гидротурботахометр, содержащий редуцирующее устройство, клапанное устройство (преобразователь давления), усилитель, фильтр, пересчетное устройство и регристратор или указатель 1 О оборотов 1.1 1.Недостатками данного устройства являются сложность, обусловленная наличием в таходатчике редуктора и гидравлического усилителя для 15 получения гидроимпульсов в низкочастотном диапазоне, и низкая помехоустойчивость при контроле частоты вращения вала турбобура на больших глубинах, когда уровень помех в гид равлическом канале на устье скважины превышает уровень полезного сигнала в заданном диапазоне частот.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для непрерывного 25 контроля оборотов вала турбобура, содержащее датчик числа оборотов, в котором диски пяты турбобура снабжены выступами, периодически перекрыВающими потокц промывочной жидкости 3 О направляемой через проходные отверстия подпятника для создания импульсов давления, частота которых воспринимается на поверхности приемником и узкополосным фильтром21. Недостатками известного устройства является небольшая глубина контроля частоты вращения вала турбобура. Это обусловлено тем, что на забое амплитуда сигнала забойного датчика не может превышать определенной величины (20-40 кГ/см"), так как дальнейшее увеличение перепада давления отрицательно сказывается на работе турбобура. В то же время, 45 для надежного выделения частотно- модулированного сигнала датчика необходимо, чтобы его амплитуда на приеме превышала амплитуду помех в полосе частот передаваемого сиг нала не менее, чем в 2 раза. При укаэанной амплитуде сигналов забойного датчика и коэффициенте затухания сигналов в гидравлическом канале связи 1 дБ/км известное устройство 55 обеспечивает контроль частоты вращения вала турбобура на глубинах до 1-2 км. Цель изобретения - увеличениедальности передачи показаний,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство, содержащееглубинный датчик, состоящий из ротора и статора с отверстиями, гидравлический канал связи, преобразователь давления, измеритель частоты,выход которого подключен к входурегистрирующего устройства, снабженоаналого-цифровым преобразователем,вычислителем структурной функциисигнала, включающим многокаскадныйрегистр сдвига, синхронизатор,логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,Формирователь последовательностинечетных чисел и накопитель в каждомканале, при этом первый выход синхронизатора соединен с синхро-входоманалого-цифрового преобразователя,информационный вход которого подключен к преобразователю давления, авыход соединен с входом первогокаскада многокаскадного регистрасдвига, сдвиговые входы каждогокаскада которого подключены к второму выходу синхронизатора, а выходы каждого каскада регистра сдвигасоединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входыпоследних соединены с выходоманалого-цифрового преобразователя,причем выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ соединены с формирователямипоследовательности нечетных чисел,входы синхронизатора и выходы черезнакопители соединены с входами измерителя частоты, а отверстия встаторе глубинного датчика размещены по закону М-сигнала.На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства, содержащегоглубинный гидравлический таходатчик 1, гидравлический канал связи 2,преобразователь давления 3, аналого-цифровой преобразователь 4, вычислитель структурной функции 5, синхронизатор 6, многокаскадный регистрсдвига 7 (каскады 71-7,), элементыИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8,1-8 формирователипоследовательности нечетных чисел91-9 т, накопители 10 1-10,измерительчастоты впадин структурной Функции 11.На Фиг. 2 изображены элементыстатора и ротора турбобура,который является генераторомгидравлических импульсов в виде086135 10 которая действует на всем протяжениитакта измерения, тактируя сдвиги в15 20 25 30 35 Так как автокорреляционная функция М-сигнала является периодической 3, а структурная функция, являющаяся зеркальным отражением автокорреляционной функции, также периодична, 4 то частота впадин структурной функции на выходе устройства 5 будет соответствовать частоте вращения вала турбобура на забое.Вычислитель структурной функции работает следующим образом.Значения мгновенной амплитуды сигнала пульсаций давления Р(г) после их преобразования преобразователем давления 3 в аналоговую величину У поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4. Процесс вычисления структурной функции происходит за и тактов измерений. В начале каждого такта изменения на первом выходе синхронизатора 6 формируется короткий импульс, по фронту нарастания кото 45 50 55 з 1 м-сигнала, представляющего собой импульсную последовательность сигналов, например типа 1110100, которая имеет двухуровневую автокорреляционную функцию,На фиг. За-Зе представлены соответственно развертками -сигнала на интервале одного оборота вала турбобура (а) структурная функция, 1 соответствующая М -сигналу (б), реализация помехи в гидравлическом канале (в), структурная функция помехи (г), реализация суммы М-сигнала и помехи (д), структурная функция на выходе приемника (е).Устройство работает следующим образом.При вращении турбобура ротор таходатчика 1 перекрывает отверстия в статоре, что приводит к возникновению пульсаций гидравлического давления в виде М -сигнала в канале связи 2.На устье скважины пульсации давления воспринимаются преобразователем давления 3 и преобразуются с помощью аналого-цифрового преобразователя 4 в цифровой унитарньгй код Х;(с), который поступает в вычислитель структурной функции 5, реализующий зависимость рого происходит предустановка всех триггеров (не показаны) последовательности нечетных чисел 91- 9 в единичное состояние, а по фронту спада - запуск преобразователя аналог - код 4.Одновременно с этим на втором выходе синхронизатора 6 вырабатывается последовательность импульсов,многокаскадном регистре 7, а также работу формирователя нечетных чисел (последняя связь на схеме не показа- . на) .В процессе измерения с выхода преобразователя аналог-код 4 сичхронно с тактовыми импульсами на первые входы элементов 9 -9 и первый выход 1первого каскада регистра 7 поступает унитарный код отсчета .мгновенного значения амплитуды сигналапульсаций давления, При этом в каждом канале на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 -Я получается1 ечисло импульсов, равное абсолютнойразности между текущйм и хранимымв 1-ом каскаде регистра сдвига 7значением входного случайного.процесса.По каждому импульсу, поступающему на вход формирователя 9;, в нем происходит счет нечетных чисел и передача их кодов в накопитель 10 где коды нечетных чисел складываются с ранее полученной суммой. Таким образом, в такте измерения предлагаемое устройство обеспечивает одновременное выполнение операций получения абсолютных разностей отсчетов, сдвинутых во времени в каждом канале, суммирование в накопителях 10.1-10 квадратов этих разностей и сдвиг информации в много- каскадном регистре сдвига 7.Формирователь кодов нечетных чисел реализуется на базе суммирующего двоичного счетчика. Причем получение последовательности нечетных чисел обеспечивается предустановкой всех триггеров счетчика в единичное состояние и подключение выхода соответствующего сдвигового регистра к входу второго триггера счетчика.После тактов измерений свыходных зажимов накопителей 10- 10кодыточек структурной функции1086135 10 1 А 21,- 1 п ---чыхА гдес 15 20 25 30 поступают в измеритель частоты впадин 11 структурной функции, который может быть реализован с помощью мультиплексора, цифро-аналогового преобразователя и аналоговой схемы определения минимального значения.В процессе вычисления структурной функции в устройстве 4 происходит цифровая фильтрация по" мех в широком диапазоне частот, при этом обеспечивается выделение полезного сигнала в гидравлическом канале связи на Фоне помех, превышающих уровень полезного сигнала,Кроме того, дальность передачи показаний увеличивается при накоплении точек структурной функции за счет некоррелираванных помех и хороших корреляционных свойств М сигнала.1 Применение вычислителя структурной функции на приеме аналогично корреляционному приемнику обеспечивает . выделение сигнала на фоне помех, превышающих уровень сигнала в 2 М раз,где Н - число накоплений структурной функции, поэтому минимальная амплитуда сигнала в точке приема, необходимая для его выделения на фоне помех, равна: где А и А - амплитуды сигнала и1 ипомехи в точке приема соответственно.Предельная глубина контроля частоты вращения вала турбобура рассчитывается по Формуле (1): коэффициент затухания сигнала,А - амплитуда сигнала на забое,и для предложенного устройсства составит в зависимостиот Х = 1-10:1 401= - 1 п - = 3,7 км.3,алых Ю=1 1 401 / = 1 О = - 1 п= 6,1 км бах Ы: О1 0,1 Таким образом, по сравнению с известными устройствами предлагаемое устройство обеспечивает повышение глубины контроля частоты вращения вала турбобура в 2-3 раза при существенном упрощении забойного датчика.