книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

С повышением температуры увеличивается объем ртути и она протал­ кивается через кольцевое пространство. При понижении температуры сил веса ртути недостаточно для самостоятельного ее возвращения в баллон. Поэтому до встряхивания термометра его показания не уменьшаются. Для защиты термометра от повреждений его помещают r металлическую гильзу. В верхней и нижней частях гильзы имеются проушины, позволяющие соединить 2—3 прибора (для получения средних значений) и одновременно опустить их в скважину на тро­

сике. Перед спуском прибора в скважину производят его охлаждение до температуры, несколько ниже предполагаемой на глубине замера. Максимальные термометры обычно применяют при замерах температуры в глу­ боких скважинах. При этом их часто опу­ скают в одном корпусе с глубинными ма­ нометрами.

В практике гидрогеологических иссле­ дований наиболее часто применяют ртутные термометры марок ТП, ТМ, ТЛ, ТР.

При глубоком роторном бурении нашел широкое применение глубинный термометр ТГИ-1 с многовитковой трубчатой пружи­ ной. По конструкции он сходен с глубин­ ным манометром МГИ-1. Существенное от­ личие состоит лишь в том, что у глубин­ ного термометра ТГИ-1 к многовитковой трубчатой пружине подключен термобаллон с рабочей жидкостью (толуолом), объем и давление которой изменяются пропорцио­ нально изменяющейся температуре.

Большим распространением пользуются электрические термометры сопротивления, опускаемые в скважину на одножильном или трехжильном кабеле.

Датчики этих приборов имеют малые размеры, что позволяет про­ изводить замеры по всему стволу скважины. Вторичные при­ боры могут быть не только показывающими, но и регистрирующими и находятся на поверхности в каротажной станции.

Принципиальная схема электротермометра сопротивления, опу­ скаемого в скважину на одножильном кабеле, показана на рис. 48. Электрическая схема прибора основана на принципе неравновесного моста сопротивления. Три плеча моста смонтированы на панели каротажной станции, частью четвертого плеча (R t) является обмотка чувствительного элемента, находящегося внутри электротермометра, опускаемого в скважину на кабеле. Для быстрого восприятия тем­ пературы окружающей среды чувствительный элемент представлен тонкостенной металлической трубкой небольшого диаметра, в кото­ рой размещено сопротивление из медной проволоки, имеющей высо­ кий температурный коэффициент. Сопротивление проводника чув-

80

отвительного элемента R t с изменением температуры определяется следующим равенством:

где R t — сопротивление при измеряемой температуре; R 0 — сопро­ тивление при начальной температуре; t — измеренная температура, °С; а — температурный коэффициент электрического сопротивления; для меди а = 0,004.

Замер температуры обычно производят при спуске электротер­ мометра, чтобы избежать искажений, могущих возникнуть в резуль­ тате последующего перемешивания раствора. Скорость спуска прибора должна быть согласована со скоростью восприятия термо­ метром температуры окружающей среды.

ВЕСА БУРОВОГО СНАРЯДА И ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Нагрузка на породоразрушающий инструмент в процессе бурения является важнейшим фактором, влияющим на эффективность раз­ рушения пород. Величина осевой нагрузки зависит от физико-меха­ нических свойств буримых пород, типа и размеров породоразруша­ ющего инструмента, прочности колонны бурильных труб.

В связи с тем, что при бурении происходит смена буримых пород, диаметров и типов породоразрушающего инструмента, возникает необходимость непрерывного контроля за весом бурового снаряда и осевой нагрузкой на породоразрушающий инструмент х.

Контроль за весом и осевой нагрузкой может осуществляться пружинными динамометрами и гидравлическими индикаторами, раз­ мещаемыми на неподвижном конце каната талевой системы или вклю­ чаемыми в гидравлическую систему буровых станков. Этой же цели служат и более сложные по конструкции индикаторы веса и нагрузки типа ГИВ и магнитоупругие компенсационные измерители нагрузки типа МКН. В отличие от простейших приборов в их составе имеются датчики, показывающие и регистрирующие приборы. Датчики обычно размещаются на неподвижном конце каната талевой системы 2,1 а показывающий и регистрирующий приборы устанавливаются в ме­ стах, удобных для наблюдения и регистрации. Регистрация показа­ ний приборов производится на круглом бумажном бланке. При рас­ шифровке диаграммы, кроме веса и осевой нагрузки, определяют затраты времени по видам работ, что позволяет объективно составить

2 В МКН-2 датчик может быть также подключен к гидросистеме станка.

§1. ПРУЖИННЫЕ ДИНАМОМЕТРЫ

ИГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ВЕСА И НАГРУЗКИ, РАЗМЕЩАЕМЫЕ НА НЕПОДВИЖНОМ КОНЦЕ КАНАТА

ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

При бурении скважин станками с вращателями роторного типа подачу бурового снаряда на забой ведут путем пропускания каната с барабана лебедки. В этом случае талевая система чаще всего при­ меняется с неподвижным концом каната, в разрыв которого включают пружинный динамометр или гидравлический индикатор веса и на­ грузки.

Пружинный динамометр

Пружинный динамометр (рис. 49, а) состоит из силового звена, отсчетного механизма и корпуса.

Рис. 49. Индикаторы веса и нагрузки:

а — пружинный: 1 —■плата, 2 — угольник, з — тяга, 4 —

лический: 1 — цилиндр, 2 —

н яя кры ш ка, 7 — ниж няя серьга, 4 — манометр

Основной деталью силового звена является упругое тело 9 прямо­ угольного сечения в форме звена цепи с вырезом у одной ветви. Нейтральная ось упругого тела смещена на некоторую_величину относительно оси приложения нагрузки.

82

Измеряемое растягивающее усилие воспринимается серьгами 6 и через пальцы 7 передается упругому телу, которое подвергается внецентровому растяжению. Это приводит к деформации звена и уве­ личению расстояния между нижней платой 1 и угольником 2, нахо­ дящимися на противоположных концах разъема звена. Так как оси сектора 4 и ведомой шестерни 5 находятся на нижней плате, а зубча­ тый сектор 4 связан с угольником 2 посредством тяги 3, то при на­ грузках на динамометр сектор будет поворачивать шестерню со

•стрелкой.

Шкала прибора закреплена на верхней плате отсчетного меха­ низма. Установка стрелки в положение «О» производится перед на­ чалом работы при помощи специального винта.

Технические характеристики пружинных динамометров типа

ДПУ приведены в табл. И .

Т а б л и ц а 11

Гидравлический индикатор веса и нагрузки

Устройство гидравлического индикатора веса и нагрузки, вклю­ чаемого в разрыв неподвижного конца каната талевой системы, понятно из схемы, показанной на рис. 49, б.

При определении веса бурового снаряда пружинным динамо­ метром или гидравлическим индикатором буровой снаряд вначале опускают в скважину до забоя, а затем приподнимают на 15—20 см, после чего подают промывочную жидкость, включают вращение и берут отсчет по прибору.

Цена деления у пружинного прибора выражена в кгс (тс), а у ги­ дравлического в кгс/см2. Поэтому для определения усилия в непо­ движном конце каната при работе гидравлического прибора следует

где р — давление жидкости в цилиндре прибора в кгс/см2; F — пло­ щадь поршня прибора в см2.

Для определения веса бурового снаряда описанными выше при­ борами необходимо усилие натяжения Р неподвижного конца тале­ вого каната умножить на число струн т, несущих талевый блок,

иразделить на к. п. д. талевой системы — ц: для пружинного прибора

Рт

(5,2)

для гидравлического прибора

pFm

(5.3)

Л

Определение веса бурового снаряда должно производиться при его статическом положении. В противном случае показания индика­ тора будут заниженными при подъеме инструмента и завышенным при спуске. При взвешивании бурового снаряда следует также учи­ тывать начальное натяжение неподвижного конца каната от веса блока, крюка и каната.

Полученное значение веса по показаниям прибора вполне при­ годно для решения технологических вопросов, но не является фак­ тическим, так как приборы не учитывают потерю веса буровото снаряда в промывочной жидкости.

Для определения фактического веса @ф бурового снаряда необ­ ходимо к полученному значению веса по показанию прибора при­ бавить потерю веса в промывочной жидкости

(5.4)

где Уж — удельный вес промывочной жидкости в гс/см3; у — удель­ ный вес материала инструмента в гс/см3.

Осевая нагрузка находится как разница между весом бурового снаряда и усилием разгрузки, определяемых по показаниям приборов:

для пружинного прибора

Л

для гидравлического прибора

(р — P i) Frn

(5.6)

кЛ

где С — нагрузка на породоразрушающий инструмент в кгс; Р — показания прибора при взвешивании бурового снаряда; Р г — пока­ зания прибора при разгрузке бурового снаряда; р — давление масла в цилиндре прибора при определении веса бурового снаряда

84

§ 2. ПРУЖИННЫЕ И ПЛУНЖЕРНЫЕ ИНДИКАТОРЫ ВЕСА И НАГРУЗКИ,

ВКЛЮЧАЕМЫЕ В ГИДРОСИСТЕМУ СТАНКА

Наличие гидросистемы у станков колонкового бурения позволяет не только значительно облегчить труд бурильщика и упростить процесс регулирования осевой нагрузки, но и за счет подключения индикаторов к гидросистеме осуществлять постоянный контроль за весом бурового снаряда и осевой нагрузкой.

Параллельно индикатору в гидросистему включают манометр для контроля за давлением масла. В случае выхода из строя инди­ катора контроль за весом и осевой нагрузкой может осуществляться манометром, но процесс измерения в этом случае будет более сложным

именее точным.

Воснову конструкции индикаторов, включаемых в гидросистему станка, положена плунжерная пара или манометрическая сер­ повидная пружина. Эти приборы могут быть следующих разновид­ ностей.

1. С одной плунжерной парой, одной указательной стрелкой

идвумя шкалами.

2.С двумя плунжерными парами, одной указательной стрелкой

иодной шкалой.

3.С одной серповидной манометрической пружиной, двумя стрелками и одной шкалой.

4.С двумя серповидными манометрическими пружинами, двумя

стрелками и одной шкалой.

Последние модели станков серии ЗИФ и СБА снабжаются прибо­ рами первой разновидности.

Индикаторы веса и нагрузки с одной плунжерной парой, одной указательной стрелкой и двумя шкалами

Устройство индикатора показано на рис. 50. В защитном ко­ жухе 14 находится стальной литой корпус 9, на котором смонтиро­ ваны механизмы прибора. На жестко прикрепленный к корпусу плунжер 11 свободно одет цилиндр 10 с зубчатой рейкой 1. Внутри плунжера проходят два канала. По одному из них масло подводится к донной части цилиндра и тем самым вызывает его перемещение. Противодавление на цилиндр создается силовой пружиной 3. Для регулировки натяжения пружины при тарировании прибора имеется регулировочная гайка 6.

Зубчатая рейка цилиндра находится в постоянном зацеплении с маленькой шестерней-трибкой 16, сидящей на одной оси со стрел­ кой 17. Для выбора люфта к оси прикреплена спиральная пру­

жина 13.

Циферблат прибора представляет собой стальной диск с нане­ сенными на нем двумя шкалами. Цифры на наружной шкале

85

расположены с возрастанием против движения часовой стрелки, а на внутренней — по ходу часовой стрелки. Градуировка обоих шкал произведена в кгс. Циферблат можно вращать с помощью головки 19 в обе стороны без ограничений. От самопроизвольного вращения

20 13

Рис. 50. Индикатор веса и нагрузки с одной плун­ жерной парой, одной ука­ зательной стрелкой и двумя шкалами:

ральная; 14 — кож ух, 15 —

1 9 — головка, 2 0 — втулка; 21 — резиновое кольцо; 22 —

циферблат удерживает резиновое кольцо 21, расположенное между головкой и защитным стеклом 23. Индикатором можно:

определять вес бурового снаряда; определять осевую нагрузку при бурении с разгрузкой или

дополнительной нагрузкой.

О п р е д е л е н и е в е с а б у р о в о г о с н а р я д а ( в з в е ­ ш и в а н и е ) . Операция взвешивания бурового снаряда предше­ ствует другим измерениям и с изменением веса должна повто­ ряться. Так как условия взвешивания должны быть максимально

86

Рис. 51. Положение циферблата п стрелки у индикатора веса и на­ грузки с одной плунжерной парой, одной указательной стрелкой и двумя шкалами:

а > б — взвешивание; в — определение на­ грузки при бурении с разгрузкой; г , ё — определение нагрузки при бурении с до­

полнительной нагрузкой

87

приближены к условиям бурения, то его производят при той же скорости вращения шпинделя и том же количестве подаваемой про­ мывочной жидкости, что и при бурении.

После спуска бурового снаряда на забой закрепляют бурильные трубы в зажимном патроне, а пробковый кран прибора гидроупра­ вления станка ставят в положение «шпиндель вверх». Регулируя подачу масла дросселем, приподнимают буровой снаряд над забоем. Затем давление масла снижают, добиваясь положения равновесия, при котором шпиндель и буровой снаряд не будут перемещаться ни вверх, ни вниз.

В таком положении давление масла в гидросистеме станка урав­ новесится с весом бурового снаряда. Стрелка прибора повернется от нулевого положения по направлению часовой стрелки (рис. 51, а). Вращая с помощью головки циферблат совместим нулевые деления шкал с положением стрелки (рис. 51, б). Против индекса «Вес», находящегося на ободке прибора, окажется оцифрованное деление внешней шкалы, соответствующее весу бурового снаряда.

О п р е д е л е н и е о с е в о й н а г р у з к и п р и б у р е - , н и и с р а з г р у з к о й . Если вес бурового снаряда окажется больше необходимой осевой нагрузки, бурение ведется с разгрузкой.

Пробковый кран прибора гидроуправления и циферблат индика­ тора остаются в таком же положении, как при определении веса бурового снаряда.

Вращая маховичок дросселя, снижают давление в гидросистеме до величины, при которой стрелка индикатора совместится с оци­ фрованным делением на наружной шкале, соответствующим требу­ емой осевой нагрузке (рис. 51, в).

О п р е д е л е н и е о с е в о й н а г р у з к и п р и б у р е ­ н и и с д о п о л н и т е л ь н о й н а г р у з к о й . Если вес бу­ рового снаряда меньше необходимой осевой нагрузки, бурение ве­ дется с дополнительной нагрузкой, создаваемой гидросистемой станка.

Для определения значения осевой нагрузки необходимо величину ранее определенного веса бурового снаряда отыскать на внутренней шкале и путем вращения циферблата соответствующее оцифрован­ ное деление поставить против индекса «Вес» (рис. 51, г). Затем проб­ ковый кран прибора гидроуправления станка ставится в положение «Шпиндель вниз» и регулируется давление дросселем до тех пор, пока стрелка прибора не совместится с оцифрованным делением на внутренней шкале, соответствующим величине требуемой осевой нагрузки (рис. 51, д).

§ 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ВЕСА И НАГРУЗКИ ТИПА ГИВ

На разведочном и глубоком эксплуатационном бурении при­ меняют несколько разновидностей индикаторов веса и нагрузки типа ГИВ.

88

1. Модификации индикаторов ГИВ, предназначаемые для изме­ рения и регистрации усилий в неподвижном конце талевого каната на разведочном и эксплуатационном бурении. Для взятия более точ­ ных отсчетов имеется верньерное устройство.

2.Модификации индикаторов ГИВД в отличие от моделей ГИВ позволяют дополнительно измерять и регистрировать давление про­ мывочной жидкости, а некоторые и число оборотов ротора.

3.Индикатор ГИВГ создан для раз­

где р — давление жидкости в мессдозе в кгс/см2; F — опорная по­ верхность мембраны в см2.

Подставив значение R в выражение (5.7), получим

pF = 2Р sin а.

Давление жидкости в мессдозе, измеряемое манометром составит,,

Таким образом, давление жидкости, измеряемое прибором, нахо­ дится в прямой зависимости от натяжения неподвижного конца ка­ ната. Ввиду малого угла а сила R составляет только 10—15% усилия в канате.

Выражением (5.9) не учтены жесткость каната и силы трения, которые при больших диаметрах каната приводят к нелинейной зависимости между р и Р.

8»