Категории: ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника |
ИЗМЕРЕНИЕ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ЗАБОЙ
Осевая нагрузка — это осевое усилие, воспринимаемое долотом при его внедрении в породу. Колонна бурильных труб, на нижнем конце которой закреплено долото, подвешена на крюке, а крюк—на талевом канате, проходящем через ролики талевого блока и кронблока. Один конец каната закреплен неподвижно, а другой навивается на барабан буровой лебедки. В том случае, когда колонна бурильных труб подвешена на крюке, осевая нагрузка на долото равна нулю и бурение не проводится. Если полностью снять нагрузку с крюка, т. е. опустить колонну труб на забой, под действием собственного веса они могут сломаться. В процессе бурения осевая нагрузка создается частью веса колонны бурильных труб. Осевая нагрузка задается технологическим режимом в зависимости от механической прочности пород и типа бурового инструмента. Уменьшение этой нагрузки относительно заданного значения приведет к снижению скорости бурения. Превышение ее может привести к искривлению скважины и поломке бурильных труб или долота. Осевую нагрузку определяют как разницу между силой веса буровой колонны, передаваемой на крюк, когда буровой инструмент приподнят над забоем, и силой веса, передаваемой на крюк во время бурения. Вес колонны бурильных труб определяют с помощью индикатора веса—прибора для измерения натяжения неподвижного конца талевого каната. В зависимости от параметра, в который преобразовывается измеряемое усилие, различают индикаторы гидравлические и электрические. В промышленности используют преимущественно гидравлические индикаторы веса. Вес колонны бурильных труб, висящей на крюке талевой системы, находят произведением усилия в неподвижном конце талевого каната на число струн, несущих талевый блок. При этом учитывается начальное натяжение неподвижного конца от веса талевого блока, крюка и вертлюга. Если умножить усилие в неподвижном конце талевого каната на общее число несущих струн плюс две струны неподвижного и ходового (навиваемого на барабан лебедки) концов талевого каната, получим статическую нагрузку на вышку. Основные узлы гидравлического индикатора веса — трансформатор давления (датчик), предназначенный для преобразования растягивающего усилия в неподвижном конце талевого каната в пропорциональное давление жидкости, и вторичный прибор (манометр). Схема гидравлического Индикатора веса показана на рис. 10.1. Трансформатор давления смонтирован на неподвижном конце талевого каната 4, который изгибается между роликами 1, 2 и 3. На центральный ролик 2 действует горизонтальная составляющая S силы R, растягивающей канат 4: Сила R, через тарелку 5 и мембрану передающаяся жидкости, заполняющей внутреннюю полость корпуса 6, уравновешивается силой где р— давление жидкости, определяемое манометром; F—площадь мембраны. Приравняв эти силы, получим Поскольку угол преломления каната а мал, то без особой погрешности можно допустить, что sin α=tg α. Если обозначить расстояние между крайней и средней опорами через α, а прогиб каната — через b, то tg α=b/a. Тогда По показаниям манометра, включенного в гидравлическую систему трансформатора давления, можно судить о натяжении талевого каната, следовательно, и о весе подвешенной к нему буровой колонны. Чтобы определить нагрузку на крюке Qкр, необходимо усилие, испытываемое при натяжении в неподвижном конце талевого каната, умножить на число несущих струн, которое равно числу роликов талевого блока т, умноженному на 2, т. е. Подставив в (10.6) вместо S его выражение из (10.5), получим В комплект гидравлического индикатора веса входят: трансформатор давления, показывающий прибор основной, показывающий прибор верньерный и регистрирующий прибор. Все перечисленные устройства соединены красномедной трубкой в единую герметичную гидравлическую систему. Внутренняя полость всех приборов заполняется жидкостью с помощью пресс-бачка. В качестве основного показывающего прибора применяют манометр с трубчатой пружиной, шкала которого разделена на 100 равных делений. Устройство верньерного указателя, предназначенного для отсчета дольных значений осевой нагрузки на забой, аналогично устройству основного показывающего прибора, но чувствительность его в 6 раз выше, поэтому шкала верньерного прибора более растянута. В качестве регистрирующего прибора в гидравлическом индикаторе веса применен стандартный самопишущий манометр МСТМ-410, который дает запись изменения давления на круговой диаграмме с нулем в центральной части. Чувствительным элементом прибора является геликоидальная пружина. Диаграммный бланк, имеющий дисковую форму, вращается часовым механизмом, выходная ось которого совершает один оборот в сутки. Бланк разделен концентрическими окружностями на 100 делений и временными отметками—на 24 части, каждая из которых соответствует 1 ч времени. Части, соответствующие этому времени, разделены дугами на четыре деления, каждое из которых соответствует 15 мин. На диаграммном бланке индикатора веса получается запись изменения веса бурильных труб, подвешенных на крюке, во времени, По диаграмме можно прочитать, сколько раз поднимали и спускали инструмент, какой вес был при каждом его подъеме и сколько времени продолжался подъем и спуск инструмента, сколько времени бурили, какова была осевая нагрузка и сколько времени проводили проработку ствола скважины и т. д. Таким образом, диаграмма индикатора веса — объективный документ, отражающий работу буровой бригады. Отечественная промышленность выпускает серийные гидравлические индикаторы веса ГИВ6, предназначенные для измерения усиления натяжения талевых канатов диаметром от 15 до 38 мм. В зависимости от диаметра каната и предела измерения выпускают три модификации: ГИВ6-1, ГИВ6-П, ГИВ6-1П. Соответственно пределу измерения гидравлические индикаторы веса комплектуются различными трансформаторами давления. ГИВ6-1 в комплекте с трансформатором давления ТД-2А предназначен для измерения натяжения неподвижного конца талевого каната диаметром от 15 до 19 мм с пределами измерений: 100— 4000 и 2000— 80000 Н; ГИВ6-П в комплекте с трансформатором ТД-4—для канатов диаметром от 19 до 28 мм с пределами измерения: 500—1200, 500—45000 и 500—18000 Н; ГИВб-Ш—в комплекте с трансформатором ТД-5—для канатов диаметром от 32 до 38 мм с пределами измерений 800—20 000 и 800—25 000 Н. Верхние пределы измерений устанавливают регулировкой угла преломления каната при помощи прокладок под обоймами крайних и среднего роликов. Положение среднего ролика после регулировки фиксируется пломбой. Нижние пределы измерения во всех случаях устанавливаются при положении стрелки основного указывающего прибора на десятом делении. Натяжение каната при этом соответствует усилию от суммарного веса талевого блока, крюка и вертлюга. На заводе трансформаторы давления градуируют с канатом определенного диаметра, о чем делается запись в паспорте с приложением так называемых нагрузочных кривых. Нагрузочная кривая представляет собой графическое изображение изменения показаний прибора в функции изменения натяжения каната. С изменением диаметра каната меняется и нагрузочная кривая, поэтому применять трансформатор давления можно лишь с канатом того диаметра, с которым градуировали трансформатор. Давление в гидравлической системе индикатора при максимальных усилиях во всех случаях равно 1,0 МПа. Угол поворота стрелок при максимальном давлении в трансформаторе для основного указателя равен 270°, для верньерного— 1800°. Основная приведенная погрешность составляет ±2,5% от пределов шкал. Порог чувствительности—не более 0,3% от верхнего предела измерения. Принимают, что вес вертлюга, крюка и талевого блока соответствует 10 делениям показывающего прибора. Шкала индикатора веса неименованная. Значение делений показывающего прибора определяется по таблице или по нагрузочной кривой, приведенной в паспорте прибора. Шкала прибора неравномерна. Значения делений прибора, соответствующие усилию в ньютонах (Н) в талевом канате, приводятся в таблице через каждые 10 делений. Значения промежуточных делений определяют интерполяцией.
Измерение крутящего момента Главная цель контроля крутящего момента—предупреждение больших его значений, которые могут привести к скручиванию и обрыву колонны бурильных труб. Кроме того, измерение крутящего момента в сочетании с измерением осевой нагрузки позволяет судить о состоянии скважин, о характере разбуриваемых пород и о техническом состоянии породоразрушающего инструмента. Исследования показывают, что 75—80% времени опоры шарошек долота работают в условиях постепенного износа, после чего наступает резкое увеличение износа, разрушение и заклинивание опоры. Возникающее при этом значительное увеличение крутящего момента указывает на необходимость прекращения долбления и замены долота. Измерение момента на валу привода позволяет избежать многих осложнений в процессе бурения. Так, во время проводки глубоких, наклонных или искривленных скважин, когда инструмент «зависает», а индикатор веса не «чувствует» нагрузку на забой, для косвенного контроля нагрузки на долото применяют моментомер. Он позволяет своевременно обнаружить начало образования сальника, значительно облегчает проведение ловильных работ, а при аварийном перебуривании ствола избавляет от опасности зарезки в ствол, закрепленный обсадной колонной. Моментомер незаменим для обнаруживания заклинивания опор долота. Во всех случаях этот прибор может работать как индикатор, абсолютные показания которого не интересны. На рис. 10.2 приведена схема датчика типа ДМ, принцип действия которого заключается в использовании явления магнитоупругости вращающегося вала, передающего крутящий момент. Этот датчик конструктивно состоит из рабочего вала / и неподвижно закрепленной в корпусе кольцевой электромагнитной системы, через отверстие которой свободно проходит вращающийся вал. Под действием приложенного крутящего момента в нем возникают механические напряжения, которые приводят к изменению его магнитных характеристик. Кольцевая электромагнитная система совместно с охваченным ею участком рабочего вала образует электромагнитный преобразователь. Электромагнитная система состоит из двух цепей: возбуждения и измерительной. Цепь возбуждения представляет собой кольцевой многополюсный статор 2 с катушками W1, которые включаются последовательно, обеспечивая чередование полюсов. Ток в цепи возбуждения создает в материале вала магнитные потоки, пути которых показаны на рис. 10.2. Измерительная цепь представляет собой совокупность П-образных магнитопроводов 3, расположенных вдоль оси вала между полюсами возбуждения с измерительными катушками W2, включенными последовательно. При отсутствии крутящего момента и полной однородности вала чувствительного элемента суммарный магнитный поток возбуждения Фв направлен под прямым углом к оси измерительной катушки, и поэтому эдс в этих катушках не наводится. Возникающие под действием крутящего момента механические напряжения приводят к такому изменению магнитных характеристик материала вала (чувствительного элемента), при котором магнитный поток направляется под некоторым (непрямым) углом к оси измерительной катушки. При этом появляется составляющая магнитного потока Фц, наводящая в измерительной катушке W2 эдс. Изменение направления скручивания приводит к изменению фазы выходного сигнала на 180°. Индуцированная эдс в измерительной обмотке измеряется соотношением где К.—коэффициент пропорциональности; В—индукция, создаваемая обмоткой возбуждения; Rм — магнитное сопротивление вала на участке между полюсами одного П-образного магнитопровода; С — коэффициент магнитоупругости; Rми. — магнитное сопротивление цепи измерительной обмотки; σmax — максимальное значение напряжения во вращающемся вале (σmах не должно превышать 0,3 МПа). Магнитопроводы датчика выполнены из листовой трансформаторной стали. Магнитная система датчика с обмотками после сборки и проверки заливается эпоксидной смолой, что обеспечивает защиту от механических повреждений и герметизирует от внешней среды. Характеристика датчика E=f(M) достаточно линейна и при диаметре его вала, равном 90 мм и изготовленном из стали марки 38ХМЮА, выражается зависимостью: где Е— напряжение, В; М—момент силы, Н*м. Длина участка вала, являющегося чувствительным элементом, изменяется в пределах 80—100 мм. На этой длине вал должен иметь один и тот же наружный и внутренний диаметры без каких-либо кольцевых расточек и шлицевых пазов. Биение кольцевой магнитной системы датчика относительно вала—чувствительного элемента—не должно превышать 0,1 мм. Датчики ДМ обладают незначительной чувствительностью к осевым усилиям, действующим на вал—чувствительный элемент. К их недостаткам следует отнести зависимость коэффициента преобразования от частоты вращения вала. Схема моментомера для определения измеряемого параметра по натяжению цепи привода ротора показана на рис. 10.3. Изменение усилия цепи 1 привода ротора через ролик 3, закрепленный на рычаге 2, и упругий элемент 4 передается трибосекторному механизму 5, который поворачивает ось ротора малоинерционного сельсина 6 датчика типа БС-3 на угол, пропорциональный измеряемому моменту. Сельсин 6 по трансформаторной схеме подключен к приемному сельсину 7 указателя. Сигнал рассогласования сельсинов через фазосдвигающую R—C цепочку подается на вход усилителя, выход которого подключен к управляющей обмотке реверсивного двигателя РД-09. Двигатель на оси имеет стрелку 8 указателя. Сельсин 7 механически связан с сельсином 9, который по индикаторной схеме подключен к сельсину 10. На оси ротора сельсина 10 закреплен кулачок 11, который управляет пером 12, записывающим изменение момента на диаграммном бланке. Поскольку роторная цепь передает на датчик момента резкие динамические нагрузки с частотой в несколько герц, что может вызвать размазывание записи, быстродействие прибора замедлено применением двигателя РД-09 с передаточным числом i=l/l37. Измеритель момента на роторе ИМР-2 имеет диапазоны измерения крутящего момента 0—30 кН*м, основная приведенная погрешность усилия, действующего на датчик, составляет ±2,5%. Датчик момента монтируется в специальном приспособлении, которое преобразует натяжение движущейся цепи в усилие, действующее на неподвижный датчик.
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-28 lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда... |