СИГНАЛИЗАТОР КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА РОТОРЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля параметров процесса бурения нефтяных и газовых скважин с целью предотвращения аварийных ситуаций.
Из предшествующего уровня техники известен сигнализатор крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя (№1500876 МПК G01L 3/10, дата публикации 15.08.1989), по авторскому свидетельству №1290108, отличающийся тем, что, с целью повышения точности срабатывания, в него введены два оптрона и трансформатор напряжения, первичная обмотка которого включена в сеть питания электродвигателя, а вторичная обмотка подключена к лампам накаливания оптронов, фоторезисторы которых включены параллельно лампам накаливания, связанным с подстроечным резистором.
Недостатками устройства являются нестабильность и большой разброс параметров оптронов во времени, что обуславливает широкий диапазон срабатывания регенеративной цепи оптрона при нормальных режимах работы контролируемой установки, а, следовательно, получение ложной информации, ухудшающей процесс управления.
Также известна дифференциальная (вариационная) структура измерителя крутящего момента на валу электродвигателя буровых установок (Быков И.Ю., Заикин С.Ф., Перминов Б.А. // Инженер-нефтяник, 2011. №2. С. 33-36), которая содержит два вариационных канала измерения: канал измерения мощности двигателя привода и канал измерения частоты вращения вала привода. Результаты измерений подаются на блок деления. Результат измерения крутящего момента при этом выразится в следующем виде:
где k - статический коэффициент передачи структуры в целом;
N - мощность двигателя привода;
ω - угловая частота вращения вала привода;
N
dN/dt=V - скорость изменения мощности двигателя привода;
ω
dω/dt=V - скорость изменения угловой частоты вращения вала привода.
N
ω
Недостатком устройства является появление неопределенностей при значениях V=0, либо V=0, что не позволяет использовать предложенную структуру для сигнализации и предотвращения аварийных ситуаций.
В ходе поиска, наиболее близкого технического решения не выявлено.
Предлагаемая полезная модель имеет своей задачей обеспечение возможности создания устройства, способного оперативно определять значения крутящего момента на валу привода буровой установки, характеризующие аварийную ситуацию на скважине.
Поставленная задача достигается за счет того, что структура устройства включает в себя, связанную с колонной бурильных труб, систему привода, датчик мощности двигателя привода, датчик угловой частоты вращения колонны бурильных труб и дифференциальный (вариационный) измеритель крутящего момента, состоящий из формирователей импульсов каналов измерения, схемы логического отрицания, схемы логического умножения.
На фигуре представлена структурная схема сигнализатора крутящего момента, включающего в себя непосредственно, связанный с колонной бурильных труб (1), привод (2), датчик мощности двигателя привода (3), датчик угловой частоты вращения колонны бурильных труб (4), дифференциальную (вариационную) структуру измерения крутящего момента (5), формирователь импульса с логическим отрицанием (6), формирователь импульса угловой частоты (7), формирователь импульса мощности двигателя привода (8), схему логической конъюнкции (9).
Устройство работает следующим образом.
N
ω
N
Бурильная колонна 1 вследствие приложения момента вращения М от привода 2 получает вращательное движение с угловой частотой ω±Δω (где Δω - динамическое приращение угловой частоты вращения при воздействии диссипативных сил). Мощность двигателя привода измеряется датчиком мощности 3 с результатом N±ΔN (где ΔN - приращение мощности при воздействии диссипативных сил). Аналогично измеряется угловая частота датчиком 4 с результатом ω±Δω. Результаты измерения поступают на входы дифференциальной (вариационной) структуры измерения крутящего момента 5, где вследствие дифференцирующих свойств каналов измерения преобразуются к выражению вида , а постоянные составляющие N и ω при операции дифференцирования обращаются в ноль. Аварийная ситуация может определяться отношением V/0 (V=0). Эта ситуация возможна в двух случаях: при Δω=0 и при ω±Δω=0. Так как ситуация при Δω=0 не является аварийной и характеризует вращение колонны с постоянной сигнализации. Для этой цели к датчику угловой частоты вращения 4 подключен формирователь-инвертор 6, который при ω±Δω=0 формирует единичный импульс, подаваемый на формирователь импульса 7. При ситуации V/0 на выходе дифференциальной (вариационной) структуры измерителя крутящего момента появляется бесконечно большой импульс, который поступает на формирователь импульса 8 и на схему логической конъюнкции 9, на второй вход которой поступает импульс с формирователя 7. При наличии единичных импульсов на входах схемы 9 на ее выходе формируется единичный сигнал, оповещающий об аварийной ситуации.