Устройство для измерения характеристик пород в процессе бурения

Ф О П И С А Н-"И"Р ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советсних Социалистических Респубпик(23) Приоритет 291069(32) Е 21 В 47/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Иностранцы Клод Кишо, Мишель Рейно и Жан Люц франци я)Иностранная фирмаСосьете Насьональ дз Петроль дАкитэн1 франци я)(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОД В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Изобретение относится к измерениюметологических характеристик пород,Известно устройство для измеренияхарактеристик пород в процессе бурения, содержащее датчик вибраций, избирательный фильтр и глубиномер 1),Недостатком указанного устройстваявляется то, что оно не дает достаточно точной информации о характеристике пород во время бурения. ЮЦель изобретения - повышение помехоустойчивости измерения.Цель достигается тем, что устройство снабжено амплитудным ограничителем, МЬторый установлен между датчиком вибрации и избирательным фильтром, при этом последний связан с глубиномером.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - фсхема монтажа акселерометра; нафиг. 3 - схема амплитудного ограничителяя; н а фи г. 4 - схема из бир ател ьного фильтра; иа фиг. 5 - схемасбора сигнала в забое шахтного ствола на фиг. 6 - схема установки детектирования; на фиг. 7 - схема фильтров,Устройство содержит буровую вышку. 1, на верхней части 2 буровой вышки З 0 находится сборка шкиВОВ у жесткО закрепленных на валу 3. Кабель 4 связан с блоком 5 передвижных шкив "в. К этсм 5 блоку прикрепляется крюк 6,. на котором находится головка 7 инжекции. Верхняя часть этой головки неподвижна, Инжекторный шланг 8 сое;:5";няется с одной стороны с головкой инжекции 7, а с другой стороны - со шламовыми насосами,Штанга 9 приводится во вращение ротором 10, который сам приводится в движение двигателем. Колонна буровых штанг 11 снабжена в нужней части буровым инструментом 12. Кабель 13 соединяет датчик 14 вибраций с преобразователем 15.Преобразователь 15 соединен с регистрирующим прибором 16, развертывание ленты регистрации которого управляется двигателем 17, который линией связи 18 соединен с датчиком глубин 19.Муфта 20 .;.а верхней части имеет внутреннюю нарезку, а на нижней части - наружную нарезку. Лапа 21 опирается на неподвижную часть головки 7 инжекции. На внешней части муфты 20 находится покрытие 22, на котором прикреплен изоляционный блок23, который жестко связан с муфтой20. На блоке 23 помещается серияколец 24, На изоляционном блоке .5помещается серия контактных щеток26, которые скользят по кольцам 4.Эти контактные щетки соединяютсяс серией электрических кабелей 27,Выход этих кабелей наружу происходитчерез предохранительную установку 28.Механизм подшипника 29, помещенныйна муфте 20, и сальник обеспечиваютгерметичность камеры, расположенноймежду муфтой 20 и покрытием 22, Одинкварцевый акселерометр ЗО выдаетэлектрический, сигнал под влияниемускорения, Другой кварцевый акселерометр 31 помещен на генераторе муфты,диаметрально противоположном генератору, на котором помещается акселерометр 30. Акселерометр 31 соединяется кабелем 32 с согласователем 33полного напряжения с двумя выходами: один из них соединен с однимиз колец 24, а другой - с другимкольцом, Связи осуществляются кабелями 34 и 35,Смещенные на 180 сигналы, выданные акселерометрами, подаются навходы 36 и 37 дифференциального усилителя 38 с коэффициентом усиленияоколо 20, который фактически даеталгебраическую сумму обоих сигналов.Между двумя входами Зб,и 37 включаетсядиод 39. На выходе 40 дифференциального усилителя включают регулируемоесопротивление таким образом, чтобыэто сопротивление осуществляло отрицательную обратную связь дифференциального усилителя и вернуло коэффициент усиления последнего на значение, близкое к 20.Между отрицательным входом 36дифференциального усилителя и выходом 40 расположены ряд емкостей 41,составляющих Фильтр.Между входами Зб и 37 устанавливают также двойную серию диодов 42и 43, Первая серия 42 смонтированатаким образом, чтобы проводимостьбыла обеспечена в направлении отвхода 37 к выходу 40, вторая серия43 смонтирована так, чтобы проводимость была обеспечена в направлении от выхода 40 к входу 36. Числоэтих диодов определяет пороговое. напряжение этого приспособления. Сдвумя сериями двух диодов получаютпоро ограничения порядка 1,2 В, т.е.между базисом 44 и выходом 40 переменное напряжение составляет +1,2 В.Это позволяет удалять случайные сигналы высокой амплитуды, возникающиепо причинам, не имеющим отношения кмеханическим колебаниям, индуктированным буровым инструментом. Дватранзистора 45 и 46 служат согласователями полного дифференциальногоусилителя 47 с обратной связью сблоком 48 частоты, Фильтрованный 65 сигнал принимается на входе другого дифференциального усилителя 49, в выходной цепи которого в противоположном направлении помещаются два диода 50 и 51. Эти диоды выправляют полупериоды сигнала механических колебаний,. и выправленные сигналы поступают на оба входа дифференциального усилителя 52, Таким образом, добавляют амплитуды положительных и отрицательных частей колебательного сигнала,и получают на выходе 53 сигнал с максимальной амплитудой колебаний.Регистрация проводится в зависимости от глубины, на которой находится инструмент, употребляя для управления движением подачи ленты записи.С помощью акселерометров 30 и 31 улавливают ускорения, происходящие из-за продольных колебаний, индуктированных в арматуру бурения работой инструмента с шарошками. Напряжения, выдаваемые этими акселерометрами, обрабатываются согласователями полного сопротивления, Напряжение с низким полным сопротивлением передается системой кольцо-щетка к системе дифференциальный усилитель - ограничитель напряжения. Таким образом, составляющие сигнала, частота которого выше 5 кГц, устраняются как и амплитуды, превышающие 1,2 В.Амплитуда Фильтрованного сигнала записывается в зависимости от подвигания инструмента во время его работы на забое.Этот сигнал может употребляться в качестве входной величины в устройстве,позволяющем вырабатывать из этого сигнала регулирующие величины для автоматического управления бурением, воздействуя на тормоз лебедки с тем, чтоб увеличить или уменьшать тяжесть на инструменте, и на входные отверстия для воздуха двигателей с тем, чтобы изменять скорость вращения и/или подачу шламма.Колонна буровых штанг 54 опирается на серию ударных буровых штанг, в которую входит специальная ударная буровая штанга 55 измерения и передачи с забоя на поверхность.К штанге 55 присоединяется держатель 56, с инструментом 57, который производит отбойку породы. Приемник 58 с антенной 59, помещенный на некотором расстоянии от забоя, получает информацию, проходящую через соединение 60, несущее антенну 61.Акселерометр 62 выдает синусоидальное напряжение, которое селективно усиляют в полосе от О, 2 до 5 Гц. Затем с помощью умножителя частоты умножают полученную таким образом частоту на число, которое принимает во внимание число разрушающих породу элементов инструмента,Датчики 63 и 64 ускорения соединены связями 65 и 66 с дифференциаль 727159ным усилителем 67. Выход 68 этогодифференциального усилителя соединенс амплитудным ограничителем 69,выход которого соединен с избирательным фильтром 70, управляемым частотой, полученной умножением скоростивращения, измеренной акселерометром.Синусоидальное напряжение, выданноеэтим акселерометром, фильтруетсяфильтром 71, затем частота умножаетсяумножителем 72 частоты,Обработка сигналов, выдаваемыхдатчиками напряжения, аналогична.Сигнал получается непосредственновследствие полной мостовой схемы приборов для измерения деформаций, априборы для измерения компенсациирасполагаются для измерения желаемыхколебаний и устранения влияний паразитных колебаний, температуры идавления.Фильтрация сигнала идущего от дат-Щчика после обработки, может проводиться избирательным фильтром, подчиняющимся мгновенной скорости вращения арматуры бурения.Сигнал измерения скорости враще- ЯЯния исходит из акселерометра 62. Онфильтруется неподвижным фильтром.Фильтрованный сигнал воздействует населектор 73, который коммутирует вход74 на выходы 75-78, каждый из этихвыходов соединяется с соответствующим фильтром 79-82,Центральная частота этих разныхфильтров различна, Частоты распределяются таким образом, чтобы верхняяпредельная частота одного фильтрабыла заметно равной нижней предельной частоте следующего фильтра.Частота коммутации согласовываетсяс частотой фильтров,Сигналы, выходящие из различных фильтров, собираются единым выходным устройством 83, полученный сигнал кодируется и передается модулятору давления шламма.Когда участок измерения находится поблизости с инструментом и передается сигнал, представляющий собой амплитуду модуляций давления потока шпамма,колебания давления собираются датчиком, помещенным внутри соединения 60.Этот датчик оказывает действие на модуляцию излучателя электронных волн, который помещается в том же соединении. Излучение принимается приемником 58, который после соответствующей обработки выдает электрическую величину, которая или регистрируется или употребляется в качестве регулирующей величины при входе вычислительного устройства, предназ" наченного для регулировки бурения.Формула изобретенияУстройство для измерения характеристик пород в процессе бурения,содержащее датчик вибраций, избирательный фильтр и глубиномер, о тличающеес я тем, что, сцелью повышени я помехоустойчивостиизмерения, оно снабжено амплитудным.ограничителем, который установленмежду датчиком вибраций и избирательным фильтром, при этом последнийсвязан с глубиномером,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 301431, клЕ 21 В 45/00 2104.71КИПИ Заказ 708/4 илиа Патент Тираж 626 Подписное Ужгород, ул. Проектная