Устройство для контроля износа долота

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН В 45/О ЕНИ ЕЛЬ ато 4 КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ПЕТ СССОР ПИСАНИЕ И Н АВТОРСКОМУ СВ(71) Азербайджанский институт нефти и химии им, М. Азизбекова(56) Авторское свицетельство СССР В 1020571, кл. Е 21 В 45/ОО, 1982 оАвторское свидетельство СССР У 1160012, кл. Е 21 В 45/ОО, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯДОЛОТА(57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность определения степени износа вооружения шарошечного долота (Д), Устройство содержит делители 3 и 6, блок 5 управления, блок 10 индикации, блоки 1 и 2 определения соответственно угловой скорости Д и частоты пульсаций момен.та на Д, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, коммут рблоки памяти 7 и коррекции 8 и ключ, 9, В делителе 3 вычисляется отношение А сигнала угловой скорости Д с блока 1 к сигналу частоты пульсаций момента на Д с блока 2. Отношение А, соответствующее началу бурения данным Д, при докритической угловой скорости через коммутатор 3 записывается в блок 7 памяти. В делителе 6 вычисляется отношение Ь аналогичной величины;А , определяемой в процессе бурения, к величине А 1, Величина Ь равна средней степени износа зубьев шарошечного Д. Коррекция величины А, необходимая для предотвращения неверной оценки степени износа вооружения Д вследствие увеличения отношения А в моменты скола и заклинивания осуГУ ществляется блоком 8 коррекции. Степень износа индицируется блоком 10. Работу устройства синхронизирует блок 5 управления. 4 ил.(2) Изобретение относится к бурениюскважин и может дыть использованов устройствах управления процессомбурения или определения степени износа вооружения шарашечного долота атакже для выявления характера неисправности долота.Цель изобретения - повышение точности определения степени износа вооружения шарошечного долота,На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства для контроля износа долота; на фиг, 2 - функциональная схе-,ма блока управления; на фиг. 3 - 15функциональная схема блока коррекции;,на фиг. 4 - кривые изменения величинна входе и выходе блока коррекции,где а - кривая изменения величиныотношения угловой скорости долота к 20частоте пульсаций момента на долоте,вызванных перекатыванием шарошек сзуба на зуб, в процессе бурения; б -кривая изменения поправочного коэффициенга; в - кривая изменения откорректированной величины отношения угловой скорости долота к частоте пульсаций момента на долоте, вызванныхперекатыванием шарошек с зуба на зуб.Сущность изобретения заключаетсяв том, что измеряют отношение угловойскорости долота к частоте пульсациймомента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб, в начале бурения данным долотом при докритической угловой скорости долота(А) и сравнивают это отношение саналогичным отношением (А), измеренным в процессе бурения. Величина А/Аравна средней степени износа зубьев 40шарошечного долота, т.е. величинеКц,/К где К, К - радиусы периферийного венца нарошки в началебурения и в процессе бурения соответственно, Это обЪясняется следующим 45образом.Угловая скорость шарошки связанас угловой скоростью долота соотношением где Я - угловая скорость долота; Кр радиус долота,Частота вращения шарошки с учетом 55соотношения (1) Частота пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, определится как и .1 (З)м= 60 2 Р Кш здесь я - число зубьев долота,Тогда отношение А находится из вы- ражения Уя 2 Н А= - = К Гм яК Исходя из выражения (4)Устройство для контроля износа долота содержит блок 1 определения угловой скорости долота и блок 2 определения частоты пульсаций момента на.долоте, вызванных перекатыванием шаро.шек с зуба на зуб, связанные выходамис первым и вторым соответственновходами первого делителя 3. Крометого, устройство содержит коммутатор4, связанный первым входом с выходбмделителя 3 и вторым входом с вторымвыходом блока 5 управления а такжевторой делитель 6. Выходы коммутатора 4 соединены соответственно первыйс первым входом блока 7 памяти, второй с вторым входом блока 8 коррекции,первый и третий входы которого соединены с соответствующими первым итретьим выходами блока 5 управлениячетвертый выход которого связан с вторым входом блока 7 памяти. Второй делитель б связан первым входом с первым выходом блока 8 коррекции, вторымвходом с выходом блока 7 памяти. Сигнальный вход электронного ключа 9связан с выходом второго делителя 6,а управляющий - с третьим выходом блока 5 управления, Блок 10 индикации исигнализации связан первым входом свыходом электронного ключа 9, а вторым и третьим входами с одноименнымивыходами блока 8 коррекции,Блок 5 управления (фиг. 2) состоит из тактового генератора 11, формирователя 12 импульсов, четырехразрядных двоичных счетчиков-делителей 13и 15 КЗ-триггеров 14, 16, 17, дифференциальной цепочки, состоящей из конденсатора 18 и диода 19,элементаИЛИ 20. Вход формирователя 12 импульсов соединен с выходом тактового генератора 11, один из выходов формиро50 5 16403цателя 12 является первым выходом блока 5 управления, а другой соединенсо счетными входами счетчиков-делителей 13 и 15. Выход счетчика-делителя 13 соединен с Б-входом КБ-триг 5гера 14, один из выходов счетчикаделителя 15 соединен с Б-входом КБтриггера 17, а другой - с Б-входомКБ-триггера 16. Прямые выходы триггеров 14 и 16 являются вторым и третьимсоответственно выходами блока 5 управления. Выход КБ-триггера 17 соединен через дифференциальную цепочку 18-19 с входом эл ента ИЛИ 20, 15выход которого является четвертымвыходом блока 5 управления.Блок 8 коррекции (фиг, 3) состоитиз линии 21 задержки, первого делителя 22, коммутатора 23, двух двухпороговых компараторов 24 и 25, двухэлектронных ключей 26 и 27, схемы 28выборки-хранения, умножителя 29 второго делителя 30 и третьего ключа 31,Вход линии 21 задержки и первые входы делителей 22 и 30 являются вторымвходом блока 8 коррекции. Второй входделителя 22 соединен с выходом линии21 задержки, а выход - с первым входом коммутатора 23, входами компараторов 24 и 25 и первым входом умножителя 29, выход которого связан свторыми входами делителя 30 и коммутатора 23. Выход коммутатора 23 соединен с информационным входом схемы3528 выборки-хранения, управляющий входкоторой является первым входом блока8 коррекции, а выход соединен с вторым входом умножителя 29. Сигнальныевходы ключей 26, 27 и 31 соединены 40соответственно с выходами компараторов 24, 25 и делителя 30, а управляющие входы ключей 26, 27 и 31, а такжекоммутатора 23 являются третьим входом блока 8 коррекции. Выходы ключей 4526, 27 и 31 являются первым,.вторыми третьим соответственно выходами блока 8 коррекции.,Устройство работает следующим образом.В начале бурения данным долотомпри докритической угловой скоростизапускаются тактовый генератор 11и формирователь 12 импульсов блока 5управления. Импульсы поступают на 55первый выход блока 5 управления и насчетные входы четырехразрядных двоичных счетчиков-делителей 13 и 15. Счетчики начинают отсчет. Так как КБ-триг 81геры 14, 16 и 17 переходят в "единичное состояние только при появлениисигнала логической "1" на их Б-входах, то, пока на их прямых выходахсигналы отсутствуют, соответственноотсутствуют сигналы на втором, третьем, четвертом вьмодах блока 5 управления. Поэтому электронные ключи 9устройства и ключи 26, 27 и 31 блока8 коррекции (фиг 3) заперты, чтопредотвращает появление неверной информации на блоке 1 О индикации и сигнализации в момент включения устройства,Первый вход коммутатора 4 при отсутствии сигнала на его входе управления соединен с его первым выходом,и сигнал с выхода делителя 3, равныйотношению угловой скорости долота кчастоте пульсаций момента на долоте,вызванных перекатыванием шарошек сзуба на зуб, (А) поступает на входблока 7 памяти. Сигнал для записи информции в блок 7 цамяти формируетсяв блоке 5 управления КБ-триггером 17 -дифференциальной цепочкой 18-19 -элементом ИЛИ 20 (фиг, 2) при появлении сигнала на первом выходе счетчика-делителя 15. В это время КБ-триггер 17 переходит в "единичное" состояние, а дифференцирующая цепочка иэлемент ИЛИ 20, выход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а значит и с вторым входом блока 7 памяти, Формируют сигнал для записи информации в блокпамяти, гдеона запоминается и передается навторой вход второго делителя 6.После заполнения счетчика-делителя 13 КБ-триггер 14 переходит.в "единичное" состояние и тем самым первыйвход коммутатора 4 соединяется с еговторым выходом, поэтому сигнал с выхода первого делителя 3 (Л ) поступает на второй вход блока 8 коррекции,При появлении сигнала на втором(старшем) выходе счетчика-делителя15 блока 5 управления КЯ-триггер 16переходит в "единичное" состояние.Выход КБ-триггера 16 является третьим выходом блока 5 управления, поэтому он открывает электронные ключи9 устройства и ключи 26, 27, 31 блока8 коррекции. И следовательно, на первый вход второго делителя 6 устройства через блок 8 коррекции поступаетсигнал с выхода первого делителя 3,а на выходе второго делителя 6 устрой 1640381 Но так как: (1 - О/100). (У)Выражение (6) полученО из Выражения (4).Иинимальное значение скачкообразного изменения отношения А при заклинивании шарошек аналогично выражению(8) АФ АЯКзубьев одной шарошки,здесь гщ - число ства появляется сигнал, ранньп 1 отношению А/А, по неличине которого судят о степени износа шарошечного долОта, индицирующейся н блОке 10 индикацииоПоскольку скол части зубьев шарошки и износ противоположно влияют на величину отношения А /А из-за того, что при износе зубьев шарошек величи на отношения А/А уменьшается вследствие увеличения. пульсации момента на долоте, вызванных перекатыванием шарошек с зуба на зуб, а скол части зубьев приводит к уменьшению частоты этих пульсаций, которая, н свою очередь приводит к увеличению величины А и, следовательно, отношения А 2/А, то это может привести к неверной оценке степени износа долота. Аналогичное )0 происходит и при заклинивании шарашек.Дпя предотвращения этого явления в схеме предусмотрена коррекция величины А вследствие изменения ее при сколе зубьев шарошки и,(или) заклини-.25 нания. Зта коррекция осуществляется блоком 8 коррекции.Идентификацию ситуации скола зубьев и заклинивания шарошек осуществляют исходя из следующего. 30Если предположить что износ М % числа зубьев долота ведет к нерациональному его дальнейшему использонанию, то максимальная величина скачкообразного изменения отношения величины А при сколе зубьев определится как(10) В выражениях (9) и (10) ш - число шарошек долота.Максимальная величина отношения А при заклинивании одной шарошки определится из выражения Контроль за величиной А, а также ее коррекция, необходимая для предо вращения неверной оценки степени износа вооружения шарошечного долота вследствие увеличения отношения А 2 а моменты скола и заклинивания, осуще ствляется, как указывалось вьппе, блоком 8 коррекции,Блок 8 коррекции работает слецующим образом (фиг. 3).На второй вход первого делителя 22 подается сигнал с второго входа блока 8 через линию 21 задержки, а на первый в , непосредственно с второго входа блока 8 коррекции. Таким образом, на вход делителя 22 поступают два сигнала: один - синхронный процессу на забое и второй - задержанный. Первый сигнал отображает состояние долота в момент времени , а второй сигнал - в предшествующий момент вреамвни С - Ьй, где Ь- время задержки сигнала, При отсутствии скола зубьев и(или) заклинивания шарошки сигнал на АФ шА макс шКак видно из выражений (6), (10) и (11), величина скачка отношения А при сколе зубьев и заклинивании шарошки для различньи типов долот различна, Поэтому подъем долота зависит как от типа долота, так и от технологических условий бурения.Из вьппесказанного следует, что скачкообразное изменение отношения А до величины 3 однозначно свидетельствует о сколе зубьев, а в пределах от 5 до б - о заклинивании шарошки. Таким образом, непрерывный контроль за величиной Ав процессе бурения данным долотом позволяет точно определять число сколотых зубьев и момент заклинивания шарошек.(12) 9 1640381выходе первого делителя 22 постоянени соответствует единице.В начальный момент при отсутствиисигнала на третьем входе блока 8 коррекции, соединенном с управляющим входом комутатсра 23, первый вход коммутатора 23 соединен со своим выходом, и при появлении управляющих импульсов на первом входе блока 8, который соединен с управляющим входомсхемы 28 выборки-хранения, в схемувыборки-хранения записывается сигналс выхода первого делителя 22, соответствующий единице. На входы умножителя 29 поступают два сигнала,соответствукццие единице, поэтому наего выходе и, следовательно, на втором входе второго делителя 30 сигналтакже соответствует единице, а на 20выходе второго делителя сигнал соответствует входному, т.е, А.После появления сигнала на третьемвходе блока 8 коммутатор 23 соединяетсвой второй вход с выходом и в схему 2528 выборки-хранения записьнается сигнал с выхода умножителя 29.При сколе зуба шарошки или заклинивании ее навыходе делителя 22 появляется сигнал, пропорцисняльньй скач- ЗОку величины Л(К). Эта величина,пройдя через умножитель 29, записывается в схему 28 выборки-хранения иодновременно поступает на второй входвторого делителя ЗО,В последующий момент сигнал на входе первого делителя22 снова соответствует единице, а навыходах умножителя 29 и второго делителя 30 соответственно устанавливаются К и Л /К40В тот момент, когда происходит нторой скол зуба шарашки или ее закли"нивание, сигнал на внхсде первого делителя 22 становится равннл К, а навыходах умножителя 29 и втс: ого де- д 5лителя 30 соответственно - К, К иА/К, К . Аналогично вышеизложенномусигнал, ссотнетстнуоний К , пройдячерез умножитель 29, записывается всхему 28 выборки-хранения и далеепроцесс повторяется, как в предьду-щем случае,Таким образом, в общем случае сигнал на выходе умножителя 29 можнопредставить в следующем виде:ОК, Ка " К и =,П К;,/ААналогично выражению (1) сигнална выходе второго делителя 30, азначит, и на первом выходе блока 8коррекции. можно рецставить н видеА /ПК,21= "Принцип ксррекцп величины А по 2яснен на фиг, 4,В момент времени : , когда происходит скол части зубьев долота (кривая а), величина отношения А, скачкообразно увелчинается. Затем сновауменьшается, но уже по более крутомууглу наклона., Лнялсгично происходитн момент времени ;, когда происходит заклининание шаропи. Сигнал навыходе умнсжтела 29: изменяется покривой б., а скорректированная величина отношения А на выходе второголлтеля 30 дс ьсментасовпадаетс кривой измен ния сигнала на входеблока 8 ксррекцп, а далее в моментыскола зубьев или заклининаня шарашки дслста изменяется крутизна егоубывания (кривая н).Период испульсон записи-счггывания схемы 28 выборки-хранения выбирается, исходя из следуюгх соображений,Если период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения больше, чем время задержки линии 21 задержки, то н этом случае может произойти просчет изменения величиь коэффициента коррекции К. записаннойн схему выборки-хранея.Если период ипульсон записи-считывания схемь 28 выборки-хранения меньше, чем время задержки линии 21 задержки, то н этом случае может произойти неоднократное изменение коэффициента коррекции К при единичномсколе или заклинивании,Неизменение нетпчнь коэффициентакоррекции К так и его неоднократноеизменение при единичном сколе зубьевшарошки или ее заклиннанни приводятк неверной оценке степени износа шарошечного долота. Поэтому с цельюповышения точности оценки степени износа шарошечного долота период импульсов записи-считывания схемы 28 выборки-хранения устанавливается равнымвремени задержки линии 21 задержки,Для определения характера неисправности долота н блоке 8 коррекции предусмотрень днухпорогоные коилараторы24 и 25, Нюний порог срабатывания164038 компаратора 24 определяется величиной скачка отношения А, соответствующей скоЛу хотя бы одного зуба шарошки, а верхний - величиной о. Поэтдму на его выходе появляется сигнал при ско 5 ле зубьев.Аналогично вышеизложенному нижний ,порог срабатывания компаратора 25 определяется значением б , а верхний - 5, что позволяет по появлению на его зыходе сигнала определить момент заклинивания шарошки долота, которое, как и скол, индицируется в блоке 10 индикации и сигнализации.Использование устройства позволяет судить о износе шарошечного долота для всех способов бурения любых пород.20Формула изобретения Устройство для контроля износа долота, содержащее два делителя, блок управления и блок индикации, о т л и- .25 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения степени износа вооружения шарошечного долота, оно снабжено блоком определения угловой скорости долота, блоком опре деления частоты пульсаций момента на долоте, вызванных перекатыванием ша 1 12рошки с зуба на зуб, коммутатором,блоком памяти, блоком коррекции и ключом, при этом выходы блоков определения угловой скорости долота и определения частоты пульсаций момента надолоте, вызванных перекатыванием шарошки с зуба на зуб, соединены соответственно с первым и вторым входамипервого делителя, выход которого подключен к первому входу коммутатора,выход второго делителя соединен спервым входом ключа, выход которогоподключен к первому входу блока индикации, первый выход блока управлениясоединен с первым входом блока коррекции, первый выход которого подключенк первому входу второго делителя,второй выход блока управления соединен с вторым входом коммутатора, первый выход которого подключен к первому входу блока памяти, второй выходсоединен с вторым входом блока коррекции, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации, причем третийвыход блока управления соединен свторым входом ключа и третьим входомблока управления, а четвертый выходс вторым входом блока памяти, выходкоторого подключен,к второму входувторого делителя.ректор А. Осауленк Заказ 1260 Тираж 366 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг л. Гагар