книги / Справочник механика по геологоразведочному бурению
..pdf— суммирующим (интегрирующим), позволяющим суммировать отдельные значения измеряемых величин одного или нескольких параметров.
При замере параметров процесса бурения непосредственно у забоя скважины и в ряде других случаев приходится устанавливать измерительный прибор отдельно от отсчетного устройства, а измерительный импульс на отсчетное устройство передавать по трубопроводам, кабельным линиям- и беспроводным (телеметрическим) каналам связи. В этих случаях приборы, непосредственно воспринимающие значения измеряемых величин, называются первичными, а воспринимающие информацию от первичных приборов — вторичными. Вторич ные приборы снабжаются отсчетными и регистрирующими устройствами.
Точность показаний и чувствительность приборов
Точность показаний прибора характеризуется погрешностями измерения. Абсолютной погрешностью ДА называется разность между показанием прибора
Ап и действительным значением Ад измеряемой величины:
АА= Ал — Ад.
Разность между действительным значением измеряемой величины А д и по казанием поверяемого прибора А п называется поправкой
ÔA = Ад— А п = — ДА.
Поправка àА является погрешностью прибора, взятой с обратным знаком. Величина абсолютной погрешности (в %), отнесенная к диапазону изме
рения прибора Ад< и, называется приведенной погрешностью, т. е.
АА
У= - т ^— 10°%.
^д . и
Шкалы изготовленных приборов градуируются по образцовым приборам в нормальных условиях, т. е. при температуре 20 °С и атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. Определенная в этих условиях погрешность называется основной погрешностью. Однако приборы, как правило, работают в условиях, существенно отличающихся от нормальных, что вызывает дополнительные погрешности прибора, которые* определяют изменение показаний прибора при отклонении условий работы от нормальных. Класс точности прибора характе ризуется приведенными основными погрешностями.
По степени точности измерения приборы делятся на восемь классов: 0,05; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 и 6,0. Класс точности прибора определяет наибольшую допустимую погрешность, выраженную в процентах к предельному значению шкалы прибора. Например, если предельное значение шкалы прибора четвертого класса точности равно 10 тс, то наибольшая допустимая погрешность прибора
будет |
равна |
' |
10 • 4 |
|
. - = ± 0,4 тс = ± 400 кгс. |
|
100 |
Так как эта погрешность может быть в любой точке шкалы, то, следова тельно, точность измеряемой величины больше при положении стрелки прибора ближе к пределу шкалы. Приборы с погрешностью выше 6% называются вне классными.
Под чувствительностью прибора понимают отношение величины линейного или углового перемещения указателя или пера прибора к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение. Чувствительность прибора выражается числом делений шкалы, приходящимся на единицу измеряемой величины, и является величиной, обратной цене деления.
Вприборах со шкалой чувствительность выражается в делениях шкалы
ихарактеризуется формулой
М
где Al — величина перемещения указателя прибора; АА — изменение измеря емой величины, вызвавшей это перемещение.
Через определенные промежутки времени приборы подлежат поверке. Поверка — это сравнение показаний поверяемого прибора с показаниями образцового прибора. Поверка приборов проводится для определения их погреш ности и поправок, которые необходимо вносить в его показания.
Глава 2
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Различают следующие виды давлений:
1)барометрическое (атмосферное давление окружающего воздуха) — пе ременная величина;
2)избыточное (манометрическое), представляющее собой превышение да вления внутри аппарата над атмосферным;
3)абсолютное — действительное давление внутри аппарата.
Под абсолютным давлением подразумевается полное давление, под которым находится газ или жидкость.
Избыточное давление равно разности между абсолютным давлением и ат мосферным.
Основными единицами для измерения давления являются: ньютон на ква дратный метр (н/м2); килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2); мил лиметр водяного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).
Приборы, |
измеряющие |
атмосферное давление, называются |
барометрами, |
|||
а измеряющие |
избыточное |
давление — манометрами. По принципу |
действия |
|||
приборы для измерения давления подразделяются на: |
|
|
опреде |
|||
|
|
— жидкостные — давление |
||||
|
|
ляется по высоте столба жидкости, урав |
||||
|
|
новешивающей |
это |
давление; |
|
опреде |
|
|
— пружинные |
— давление |
|||
|
|
ляется по величине деформации пружины |
||||
|
|
или мембраны; |
|
— давление |
||
|
|
— пружинно-поршневые |
||||
|
|
определяется |
по величине |
перемещения |
||
|
|
поршня, сжимающего пружину. |
|
|||
|
|
|
Манометры |
|
|
|
|
|||
|
Простейшим прибором |
для измерения |
||||||||
|
давления жидкости и газа является мано |
|||||||||
|
метр с одновитковой трубчатой пружи |
|||||||||
|
ной, схема |
которого |
показана |
на |
рис. |
|||||
|
II 1.1. Он состоит |
из |
трубки |
1 |
эллипти |
|||||
|
ческого или овального сечения, закре |
|||||||||
|
пленной |
в |
держателе |
7, |
|
соединяемом |
||||
|
с сосудом, в котором измеряется да |
|||||||||
|
вление. |
действием |
внутреннего |
давления |
||||||
с одновитковой трубчатой пру |
Под |
|||||||||
трубка |
из |
эллиптической |
или |
овальной |
||||||
жиной. |
стремится превратиться |
в |
круглую, |
раз |
||||||
|
ворачиваясь |
на |
величину, |
пропорцио |
||||||
нальную давлению. При снижении давления до атмосферного трубка принимает первоначальную форму. Свободный конец ее, перемещаясь, поворачивает через поводок 2 зубчатый сектор 5, а вместе с ним и стрелку 4. Для устранения влияния зазора в зубчатом зацеплении используется спиральная пружина 5, один конец которой прикреплен к стрелке, а второй неподвижно закреплен в корпусе при-
Цилиндр 1 плотно пригнан к плунжеру 3, по которому он может свободно перемещаться, сжимая пружину 4 . Плунжер закреплен неподвижно в корпусе прибора. Он имеет два канала. По сквозному каналу жидкость по трубе 6 под водится к цилиндру, а другой канал служит для стока через трубку 7 масла, просачивающегося между стенками цилиндра и плунжера. Под действием давления жидкости в гидроцилиндрах вращателя поршень перемещается вправо, сжимая пружину. На поршне закреплена рейка 2, находящаяся в зацеплении с трубкой 5, на которой закреплена стрелка 8. При перемещении поршня с рейкой поворачиваются трубка и сидящая на ней стрелка прибора. Шкала прибора 10 может поворачиваться головкой 9 и устанавливаться в любое положение. При помощи этого прибора определяют вес бурильной колонны и величину нагрузки на цородоразрушающий инстру-
Для того, чтобы прибор по казывал нагрузку на инструмент при бурении с дополнительной нагрузкой, необходимо выпол нить следующее. Определить вес бурильной колонны и поставить колонну на забой. Затем на внут ренней шкале фиксируют вес и поворачивают циферблат до со
впадения этой цифры со стрелкой, находящейся в нулевом положении. После
этого можно начинать бурение |
и прибор будет показывать на внутренней |
|
шкале Непосредственно нагрузку на инструмент. |
||
При бурении |
с разгрузкой |
достаточно приподнять бурильную колонну |
на гидравлических |
цилиндрах и |
нулевое положение циферблата совместить |
с положением переместившегося |
конца стрелки. Прибор при^ бурении будет |
|
показывать нагрузку на инструмент, которую отсчитывают по наружной шкале.
Магнитоупругйй компенсационный измеритель нагрузки МКН-1
Измеритель МКН-1 предназначен для контроля sa весом бурильной колонны и нагрузкой на породоразрушающий инструмент при бурении со свободной подачей инструмента, а также для определения усилия на крюке при спускоподъемных операциях и аварийных работах. Измеритель применяется на буро вых станках, оснащенных талевой системой с неподвижно закрепленным концом каната* МКН-1 состоит из магнитоупругого датчика, воспринимающего усилие натяжения неподвижного конца каната и вторичного прибора, показывающего и регистрирующего вес бурильной колонны, нагрузку на инструмент и усилие на крюке, а также включение сигнализации про достижении измеряемым пара метром Одного из двух предельных значений.
Принцип действия датчика основан на явлении магнитоупругого эффекта, заключающегося в изменении магнитной проницаемости ферромагнитных
материалов под действием механического напряжения. Схема магнятоупругого датчика дифференциально-трансформаторного типа показана на рис. III.5. Датчик состоит из двух цилиндрических магнитопроводов 1 я 2 я двух электро магнитных преобразователей 3 и 4. Магнитопровод 1 является чувствительным элементом, в котором под действием сжимающего усилия Р изменяется магнитная проницаемость, а вместе с преобразователем 3 образуется чувствительная сек ция датчика. Магнитопровод 2 совместно с преобразователем 4 составляют
Р ис. II 1.5. |
П р и н ц и п и |
альная схем а |
м агн ито |
уп р у го го датчика д и ф ф ер ен ци альн о- трапсф ор- м аторного типа.
компенсационную секцию датчика. Каждый преобразователь имеет по две обмотки и W 21 включенных по дифференциально-трансформаторной схеме. Обмотки возбуждения W 1 соединены последовательно и питаются переменным током, а измерительные обмотки W 2 также соединены последовательно, но намотаны в обратную сторону.
Рпс. II 1.6. Магнитоупругий датчик растягивающих усилий.
При отсутствии усилия Р индуктивные сопротивления и напряжения возбуждения преобразователей одинаковы. Напряжения, наводимые на изме рительных обмотках, будут равны между собой, и выходное напряжение датчика равно нулю. Под действием усилия изменится магнитная проницаемость ма териала чувствительного элемента, что повлечет за собой изменение индуктивного сопротивления преобразователя. Напряжения на измерительных обмотках станут неравными, и на выходе датчика появится электрический сигнал, который передается на вторичный прибор.
Датчики выпускают для преобразования в электрическое напряжение как растягивающих, так и сжимающих усилий. По принципу работы оба датчика
идентичны и отличаются только конструкциями механизмов, непосредственно
воспринимающих усилие |
натяжения каната. |
рис. II 1.6. |
Магнитоупругий датчик растягивающих усилий показан на |
||
Он оформлен в виде двух |
серег. Внури корпуса, между опорой, |
связанной |
через палец с большой серьгой, и левым фланцем корпуса расположен чувстви тельный элемент датчика. При действии на серьги растягивающих усилий чувствительный элемент сжимается. Датчик сжимающих усилий показан на рис. II 1.7. Неподвижный конец каната 1 крепится на барабане 2, смонтирован ном на одной и той же раме с датчиком 3. К барабану прикреплен кронштейн 4, конец которого упирается в датчик и сжимает последний при натяжении каната.
Рис. II 1.7. Магнитоупругий датчик сжимающих усилий.
Эта конструкция датчика обеспечивает возможность закреплять неподвижный конец каната с некоторым запасом его, что позволяет перепускать канат та левой системы по мере его износа.
|
|
|
Техническая характеристика МКН-1 |
||||
|
|
|
|
ЗИФ-ЗООМ |
ЗИФ-650А |
ЗИФ-1200А |
|
Пределы |
измерения, |
СБА-500 |
СБА-800 |
ЗИФ-1200МР |
|||
|
|
|
|
||||
тс: |
бурового |
ин |
|
|
|
|
|
вес |
0 - 5 |
|
0—6 |
0 -15 |
|||
струмента |
. . |
ю |
|||||
осевая |
нагрузка |
1 |
0 - 3 |
0 - 3 |
|||
Класс точности изме |
о |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
рения, |
%: |
|
ин |
|
|
|
|
вес бурового |
|
|
|
|
|||
струмента . . |
|
|
|
±2,5 |
|||
осевая |
нагрузка |
|
|
|
±4,0 |
||
Допускаемая |
пере |
|
|
|
|
||
грузка |
датчика, |
% |
|
|
|
100 |
|
Канал связи |
датчика |
|
|
|
|
||
со вторичным при |
|
|
|
|
|||
бором |
|
|
|
|
|
Электри |
|
|
|
|
|
|
|
ческий |
|
БА-2000
0 -20 О 1 СО
|
Техническая |
характеристика МКН-2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ЗИФ-1200А ЗИФ-650А |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗИФ-1200МР |
СБА-800 |
Пределы |
измерения, |
тс: |
|
|
||||
вес |
бурового |
инст |
0 -1 5 |
0 - 6 |
||||
|
румента . . . |
|
||||||
осевая нагрузка . . |
СО 1 |
0 - 3 |
||||||
Класс |
точности |
измере |
о |
|
||||
|
|
|||||||
ния, |
%: |
|
|
инст |
|
|
||
вес |
бурового |
±2,5 |
±2,5 |
|||||
|
румента . . . |
• . |
||||||
осевая нагрузка |
±4,0 |
±4.0 |
||||||
Допускаемая |
перегрузка |
100 |
||||||
датчика, % ................... |
||||||||
Канал |
связи |
датчика со |
Электрический |
|||||
вторичным |
|
прибором |
||||||
Условия |
эксплуатации: |
|
|
|||||
температура |
окру |
|
|
|||||
|
жающего воздуха, |
-30-*-+50 |
||||||
|
5С ................... |
|||||||
влажность |
воздуха, |
До |
95 |
|||||
|
% |
• • |
|
• • • • • |
||||
Номинальное |
|
напряже |
380/220 |
|||||
ние |
питания, |
В . . . |
||||||
Допустимые |
колебания |
|
|
|||||
напряжения |
|
питания, |
—15 4- +30 |
|||||
% |
|
|
|
|
|
|
||
Типовой ряд датчиков давления
В приборах МКН-1, МКН-2 и МИД-1 применяется типовой ряд датчиков давления, работающих на принципе использования магдшгоупругого эффекта. Датчики давления обеспечивают преобразование измеряемого давления в уни фицированный электрический сигнал переменного тока, подаваемый во вторич ный прибор. В зависимости от типа датчика изменяются пределы измерения приборов. Датчики выпускают с пределами преобразования 0—40; 0—60; 0—100 и 0—160 кгс/сма.
Гидравлический индикатор веса ГИВ-6
Гидравлический индикатор веса ГИВ-6 предназначен для измерения и ре гистрации веса бурильной колонны, нагрузки на породоразрушающий инстру мент и усилий, воспринимаемых вышкой или мачтой при ликвидации аварий. Устройство индикатора веса показано на рис. II 1.9. Он представляет собой замкнутую гидравлическую систему, состоящую из трансформатора давления 4, преобразующего усилие натяжения талевого каната в давление рабочей жидко сти, замеряемое манометрами 2 и 3 и регистрируемое на диаграмме самопишу щим манометром 1, а также резервуара для жидкости 22, вентиля 10, трубопро водов высокого давления 5 и 8 с тройниками 7 и соединительными ниппелями 6 и щита 9.
Трансформатор давления 4 состоит из корпуса, в котором имеется полость, заполняемая жидкостью, и с одной стороны закрытая резиновой манжетой. На последнюю через металлический диск передается боковое усилие натяжения каната, изогнутого в месте прохождения через прибор. Под действием этого усилия в гидравлической системе создается давление, воспринимаемое манометра ми. По манометру 3 определяется усилие натяжения каната, а манометр 2 служит для уточнения показаний манометра 3, так как его пружина обладает большей
