Устройство для контроля числа оборотов вала турбобура

-0 Бюл, В 1индустриалього комсомол исти 8 8) свидетел Е 21 В 4 идетельс Е 21 В 4 ство СССР /00, 1985 во СССР /12, 1984 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧИСЛАОБОРОТОВ ВАЛА ТУРБОБУРА(57) Изобретение относится к области бурения и предназначено для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения. Цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов валатурбобура. Устройство содержит кор136470 сЖЧ 7 ь 20 пус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закрепленарезонансная камера, выполненная ввиде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей. Устройство имеет подпружиненный стержень 9, втулку (В) 7 и шпиндель с валом .6, На последнем последовательно установлены В 7 и стержень9, взаимодействующий с валом турбобура 5. На В 7 выполнены аксиальныеотверстия 10 для прохода промывочнойжидкости и щель 8 вдоль ее образую 1Изобретение относится к бурению и может быть использовано для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения скважины, в частности для одновременного контро ля двух параметров - осевой нагрузки на долото и числа оборотов вала турбобура.Целью изобретения является расши 10 рение функциональных воэможностеи устройства за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура.1 гНа фиг. 1 изображено устройство продольный разрез; на фиг. 2 - последовательность этапов работы устройства; на фиг. 3 - спектограммы, на которых поглощенныечастоты соответствуют глубинной информации.Устройство содержит вал, корпус 1 переводника, на внутренней поверхности 2 которого закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей, вал турбобура 5, установленный внутри корпуса, вал 6 шпинделя, на котором последовательно установлены втулка 7 с щелью 8 и подпружиненный стержень 9 квадратного сечения,.во втулке 7 выполнены аксиальные отверстия 10 для прохода промывочной жидкости.В прикладной акустике под резонансными звукопоглотителями понимают резонансные системы типа масса-пружина, называемые резонаторами Гельмгольца, где колеблющаяся масса сощей При создании нагрузки на долото В 7 сжимается и закрывает часть площади щели 4. В результате этого на спектрограмме зафиксируется отсутствие частоты, Число оборотов долота контролируется частотой, появляющейся в результате полного открывания щели 4 вертикальной щелью 8 вращающейся В 7. Дальнейшее оттормаживание барабана лебедки приводит к увеличению нагрузки, и В 7 еще больше перекрывает щели 4,8. 1 табл., 3 ил. ответствует массе воздуха в узком отверстии или щели, а пружина - упругому объему воздуха в полости резонатора за пластиной.Резонансная частота резонатора Гельмгольца определяется по формуле где 7 - внутренний объем резонатора;с - скорость звука в среде;Ь - высота звукопоглощающегогорлышка.Иэ приведенной формулы видно, что если изменять площадь сечения горлышка резонатора, то частота поглощения меняется, а если закрывать периодически отверстие, .то в спектре поглощенная частота то появляется, то исчезает.Следовательно, это свойство резонатора Гельмгольца можно использовать для контроля осевой нагрузки на долото и контроля числа оборотов вала тур. бобура.При бурении нефтяных и газовых скважин применяется механическое разрушение горных пород. Энергия от двигателя к породе передается непосредственно через породоразрушающий инструмент - долото. При этом энергия передается не на всю поверхность разрушения одновременно, а периодически шарошечные долота) дискретно и лишь на часть поверхности забоя, концентрированно че 136470720 глощения резонатора от площади щели приведена в таблице. При заданных геометрических размерах (см. таблицу) собственная частота резонатора при полностью открытой щели соответствует ,=1592 Гц, нагрузка на долото Р=О и максимальное число оборотов 600 об/мин для турбобура типа ЗТСШ, На спектрограммах (фиг. Зб,г,д) исчезает частота Г=1592 Гц.40Оттормаживая барабан лебедки, т.е. создавая нагрузку на долото, .пружина сжимается, и втулка закрывает часть площади щели резонатора.В результате этой операции на спектрограмме (фиг. За) фиксируется отсутствие частоты, например г =а =1233 Гц, Это значит, что втулка 7 закрыла частично щель 4 (фиг,2 а)на 8 см (см. таблицу) и нагрузка на долото составляет 8 тс (см. таблицу). Кроме этого, на спектрограмме (фиг. Зб) периодически появляется частота Г, =1592 Гц.Частота появления частоты =1592 Гц характеризует информацию о числе оборотов долота. Она поя тся в результате и вания щели 4 (фиг. 2 б)щелью 8 вращающейся вту вляе олного откры вертикальной лки 7. рез породоразрушающие элементы инструмента (зубья, резцы, штыри).В результате перекатывания шарошек по забою возникают и распространяют 5 ся упругие волны, причем спектр упругих волн полигармонический,Установленный на пути распространения упругих волн резонатор Гельмгольца (гаситель колебаний) поглощает из 10 полигармонического спектра частоту - собственную частоту резонатора.Поглощенная таким образом частота из спектра представляет собой информацию. Распространяясь с забоя скважины звуковая вибрация по колонне доходит до ведущей трубы на поверхности, на которой устанавливается акустический датчик приемник - например пьезокерамический элемент (не показан).Принятый сигнал на устье скважины акустическим приемником усиливается, преобразуется спектроанализа тором в спектрограммы, и через соответствующие полосовые фильтры сигнал поступает на аналоговый или цифровой прибор (не показаны).Расчетная зависимость частоты поДальнейшее оттормаживание барабана лебедки приводит к увеличению нагрузки, сжиманию пружины и еще большему перекрытию щели,В результате второй операции на спектрограмме фиксируется отсутствие следующей частоты, например г =942. Это значит, что втулка 7 закрыла щель 4 (см. фиг. 2 в) на 13 см (см. таблицу), и нагрузка на долото составляет 13 тс (см, таблицу). Кроме этого, на спектрограмме (фиг, Зг) также появляется периодически частота Г =1592 Гц, но частота появления ее уже изменяется. Она соответствует новому числу оборотов долота.Таким образом, смещение частоты на спектрограмме (фиг. За,в,г) характеризует осевую нагрузку на долото, а частота появления частоты Г(фиг. Зб,г,е) пропорциональна числу оборотов долота. Формула изобретенияУстройство для контроля числа оборотов вала турбобура, содержащее корпус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки с щелью вдоль ее образующей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура, оно снабжено подпружиненным стержнем, втулкой и шпинделем с валом, на котором последовательно установлены втулка и подпружиненный стержень с возможностью взаимодействия с валом турбобура, при этом на втулке выполнены ак" сиальные отверстия для прохода промывочной жидкости и щель вдоль ее образующей, 50 61,5 см, Н 50см высота Продолжение таблицы Расчетная форму593/23 Т В Го ного коми 1303 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 делам Москв арстве зобрет Ж,Подписнота СССР ний и открытийРаушская наб., д, 4/5