устройство для измерения глубины скважины при бурении

Формула изобретения

Устройство для измерения глубины скважины при бурении, содержащее первичный преобразователь поступательного движения во вращательное, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два индуктивных выключателя положения, вычислительный блок, блок индикации, блок прерывания измерений и блок начальной установки измерений, входы вычислительного блока соединены с выходами первого и второго индикаторных выключателей положения, блока прерывания измерений и блока начальной установки измерений, выход подключен к входу блока индикации, а первичный преобразователь поступательного движения во вращательное выполнен в виде колеса и жестко соединенного с ним диска с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для использования в технологическом оборудовании для бурения скважин, в частности, на буровых станках.

Известны устройства для измерения глубины скважины при бурении, содержащие измерительный и прижимной ролики, редуктор, сельсины и счетчик (Патент США N 3643504, кл. 73-151.5, 1972 г., а.с. N 79821 (СССР), МКИ E 21 B 47/04, 1981 г.). В таких устройствах глубина скважины измеряется по перемещению бурового инструмента, которое преобразуется с помощью измерительного ролика в угол поворота ротора сельсина-датчика.

Недостатками таких устройств являются повышенная сложность и, как следствие, низкая надежность.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения глубины скважины при бурении, содержащее первичный преобразователь поступательного движения во вращательное, диск с зубьями из ферромагнитного материала, трансформаторный преобразователь с фазовым выходом, входной элемент, блок совпадения, блок пересчета, блок реверса и электромагнитные счетчики (А.с. N 968358 (СССР), МКИ E 21 B 44/00, 1982 г.).

В известном устройстве в качестве одного из элементов датчика, т.е. первичного преобразователя поступательного движения во вращательное, служит канатное колесо кронблока. Угловое перемещение колеса пропорционально линейному перемещению талевого каната, а следовательно, подаче бурового инструмента. На канатном колесе кронблока с помощью струбцины укреплено кольцо с рядом секторов из ферромагнитного материала. Преобразование перемещения в электрический сигнал осуществляется с помощью трансформаторного датчика.

Недостатками известного устройства являются повышенная сложность и обусловленная этим низкая надежность.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для измерения глубины скважины при бурении, содержащее первичный преобразователь поступательного движения во вращательное, дополнительно введены два индуктивных выключателя положения, вычислительный блок, блок индикации, блок прерывания измерений и блок начальной установки измерений, входы вычислительного блока соединены с выходами первого и второго индуктивных выключателей положения, блока прерывания измерений и блока начальной установки измерений, выход подключен к входу блока индикации, а преобразователь поступательного движения во вращательное выполнен в виде колеса и жестко соединенного с ним диска с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами, дополнительно введены два индуктивных выключателя положения, вычислительный блок, блок индикации, блок прерывания измерений и блок начальной установки измерений, входы вычислительного блока соединены с выходами первого и второго индуктивных выключателей положения, блока прерывания измерений и блока начальной установки измерений, а выход подключен к входу блока индикации.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые признаки:

- два индуктивных выключателя положения;

- вычислительный блок;

- блок прерывания измерений;

- блок начальной установки измерений;

- преобразователь поступательного движения во вращательное выполнен в виде колеса и жестко соединенного с ним диска с чередующимися металлическими секторами.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации предлагаемого изобретения упрощается конструкция устройства, повышается надежность его работы, улучшаются эргономические характеристики. Это обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве преобразование перемещения бурового инструмента в электрический сигнал осуществляется с помощью бесконтактного устройства, состоящего из диска с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами и двух индуктивных выключателей положения. Обработка информации, поступающей от датчиков, и определение глубины скважины осуществляется с помощью электронного вычислительного блока. Таким образом непосредственно на объекте размещается простейшая конструктивная часть устройства (колесо, и диск, и выключатели положения), благодаря чему обеспечивается высокая надежность. Вычислительный блок, блок индикации, блок прерывания измерений и блок начальной установки измерений размещаются в кабине машиниста. Использование для их реализации микропроцессорных средств позволяет расширить функциональные возможности и эргономические характеристики.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области горного дела и измерительной техники.

Известны блоки счета (например, а.с. N 859616 (СССР), МКИ K 21 B 47/04, 1981 г.), выполняющие в устройствах для измерения глубины скважины функции, аналогичные функциям вычислительного блока в предлагаемом устройстве.

Известны блоки регистрации (А.с. N 771329 (СССР), МКИ E 21 B 47/04, 1980 г. ) в устройствах для измерения глубины скважины в процессе бурения, выполняющие функцию, аналогичные функции блока индикации в заявленном устройстве.

Известны блоки исключения холостых перемещений буровой колонны (А.с. N 771329 (СССР), МКИ E 21 B 47/04, 1980). В предлагаемом устройстве блок прерывания измерений выполняет аналогичные функции.

Индуктивные выключатели положения, блоки начальной установки измерений и первичные преобразователи поступательного движения во вращательное, выполненные в виде колеса и соединенного с ним диска с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами в известных устройствах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому решению соответствие требованию "существующие отличия".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства. На чертеже обозначено: 1 - колесо, 2 - диск с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами (металлические сектора заштрихованы), 3 и 4 - первый и второй индуктивные выключатели положения; 5 - вычислительный блок, 6 - блок прерывания измерений, 7 - блок начальной установки режима измерений, 8 - блок индикации; 9 - трос крепления гирлянды.

В предлагаемом устройстве входы вычислительного блока 5 соединены с выходами первого 3 и второго 4 индуктивных выключателей положения, блока прерывания измерений 6 и блока начальной установки измерений 7, а выход подключен к входу блока индикации 8, колесо 1 прижато к тросу 9 крепления гирлянды.

Устройство для измерения глубины скважины при бурении работает следующим образом. Трос 9 крепления гирлянды движется вместе с буровым ставом и приводит во вращение колесо 1 и жестко соединенный с ним диск 2. Металлические секторы диска 2 попадают в зоны действия индуктивных выключателей положения 3 и 4. В результате происходит замыкание нормально разомкнутых контактов выключателей 3 и 4 и считывание результата с помощью вычислительного блока 5. Использование двух выключателей положения обеспечивает возможность измерения перемещений в прямом и обратном направлениях. При последовательном включении двух индуктивных выключателей положения, например 3 и 4, в вычислительном блоке 5 фиксируется перемещение бурового инструмента в соответствующем направлении на 1 шаг. При включении двух индуктивных выключателей в другой последовательности: 4 и 3, в вычислительном блоке фиксируется перемещение на 1 шаг в противоположном направлении. При включении и последующем выключении любого выключателя 3 или 4, что соответствует поступательному движению в одном направлении и возврату бурового инструмента в пределах одного шага, отсчета перемещения не происходит.

В вычислительном блоке 5 осуществляется алгебраическое суммирование шагов от начальной точки отсчета. Код, соответствующий перемещению, поступает в блок индикации 8, с помощью которого значение глубины скважины отображается для визуального контроля.

Установка начальной точки отсчета осуществляется оператором при заданном положении бурового инструмента, например, опущенном на грунт в начале процесса бурения, с помощью блока начальной установки измерений 7. При этом происходит сброс хранящегося в вычислительном устройстве 5 числа и обнуление индикаторов блока индикации 8.

Блок прерывания измерений 6 формирует сигнал для вычислительного блока 5, запрещающий подсчет шагов и устанавливающий режим хранения последнего зафиксированного числа. Этот режим работы устройства используется при проведении вспомогательных операций, например, наращивании бурильной колонны, замене бурового инструмента и др.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется измерение глубины скважины при бурении простым и надежным способом.

Устройство для измерения глубины скважины при бурении, реализованное в соответствии с предлагаемым техническим решением, успешно прошло промышленные испытания и опытную эксплуатацию на буровом станке МНА-250 в условиях Лебединского горно-обогатительного комбината. В качестве индуктивных выключателей положения использовались устройства типа ИВА (Индуктивные выключатели положения. Каталог. - Самара, РППО "Росбланкиздат", 1995). Вычислительный блок реализован с помощью 8-разрядного RISC-процессора PIC 16C84. Погрешность измерения глубины скважины до 100 м не превышала 0,1 м, т.е. 0,1%.

Следовательно, использование в предлагаемом устройстве для измерения глубины скважины при бурении, содержащем первичный преобразователь поступательного движения во вращательное, дополнительно двух индуктивных выключателей положения, вычислительного блока, блока индикации, блока прерывания измерений и блока начальной установки измерений и выполнение первичного преобразователя поступательного движения во вращательное в виде колеса и жестко соединенного с ним диска с чередующимися металлическими и неметаллическими секторами позволяет упростить устройство и повысить его надежность.

Применение предлагаемого технического решения на буровых станках позволит повысить эффективность буровых работ.