專利名稱：轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型采用應(yīng)變式傳感器和單板機(jī)采集處理數(shù)據(jù)，應(yīng)用于石油、天然氣鉆井工程中對鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤扭矩的監(jiān)測。
在鉆井過程中，正確測量轉(zhuǎn)盤扭矩，對判斷鉆具、鉆頭的井下工作狀況，預(yù)防掉牙輪及卡鉆等鉆井事故，都具有十分重要的意義。
當(dāng)前，國內(nèi)外用于轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測有代表性的儀器可歸納為以下幾種測力器傳感器安裝在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的雙排鏈條上，靠監(jiān)測鏈條張力(松緊程度)來反映轉(zhuǎn)盤扭矩值的大小，測力器所受的鏈條張力通過液壓油傳遞給壓力傳感器，壓力傳感器輸出的直流毫伏信號經(jīng)電纜到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。如美國BAROID公司的CADT綜合錄井儀就采用這種監(jiān)測方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是傳感器比較疲實(shí)，但它只能反映轉(zhuǎn)盤扭矩的相對變化，由于鏈條變形其零點(diǎn)也經(jīng)常漂移。
電磁式傳感器安裝在鉆機(jī)的毛頭軸上，毛頭軸受力發(fā)生扭曲變形，使傳感器監(jiān)測環(huán)形磁路內(nèi)磁通發(fā)生變化，通過差動(dòng)變壓器輸出的電信號給二次表處理，遼河油田鉆井所研制的磁彈式扭矩儀就采用這種方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是測量精度比較高，調(diào)試安裝方便，但它只適用于國產(chǎn)的3200型鉆機(jī)，使應(yīng)用受到限制。
測力器傳感器安裝在轉(zhuǎn)盤二側(cè)的頂絲上，為了減少轉(zhuǎn)盤的摩擦力，還在轉(zhuǎn)盤與大梁之間放入四對滑片，這樣鉆桿的反扭矩與鏈條拉力通過轉(zhuǎn)盤作用在二個(gè)測力器上，測力器所受的力再通過液壓油傳遞給壓力傳感器，輸出的電信號由計(jì)算機(jī)處理，如美國的TOTCO公司的VISULOGGER錄井儀就采用這種監(jiān)測方式。其主要優(yōu)點(diǎn)為安裝比較方便，但由于傳感器采用液壓方式傳遞，受的力也比較大，所以傳感器測量膜盒體積大，只適用于進(jìn)口的7000型鉆機(jī)，由于油路的泄漏，造成零點(diǎn)漂移，會給測量帶來誤差，因而在國內(nèi)很難推廣。
本實(shí)用新型為了克服上述轉(zhuǎn)盤扭鉆監(jiān)測儀的不足之處，采用應(yīng)變式測力傳感器直接通過電阻橋路輸出毫伏信號，測量精度高，不存在零點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，傳感器體積小，可直接安裝在轉(zhuǎn)盤的二個(gè)頂絲上，適用于多種型號的鉆機(jī)。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀主要由測力傳感器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器、單板機(jī)等組成，其測力傳感器通過濾波器與放大器相接，放大器輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器相聯(lián)，放大后的信號經(jīng)單板機(jī)處理，單板機(jī)還通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)器分別與數(shù)字顯示表、井臺指針顯示表，曲線記錄儀，報(bào)警器相聯(lián)。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀的測力傳感器采用電阻應(yīng)變測量橋路式，其激勵(lì)電壓通過屏蔽電纜與橋路二輸入端相接，輸出信號通過屏蔽電纜與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器相接，反饋電壓通過比例放大器輸出作為ADC的基準(zhǔn)電壓。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀的濾波器是由電阻、電容及跟隨器組成的低通濾波電路，其截止頻率為2－4Hz。
本實(shí)用新型采用應(yīng)變式測力傳感器直接通過電阻橋路輸出毫伏信號，測量精度高，不存在零點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，傳感器體積小，可直接裝在轉(zhuǎn)盤的二個(gè)頂絲上，安裝操作極為簡單，并且具有時(shí)鐘顯示、數(shù)字打印、井臺指針顯示表、曲線記錄儀、報(bào)警器等多項(xiàng)功能，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，能及時(shí)提醒司鉆采取措施，防止事故的惡化，用于多種型號的鉆機(jī)效果良好。
本實(shí)用新型
如下圖1為轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀前面板圖圖2為轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀后面板圖
圖3為轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀方框圖圖4為測力傳感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器比例反饋原理圖圖5為濾波器電路圖圖6為放大器電路圖圖7為報(bào)警器電路圖8為測力傳感器結(jié)構(gòu)圖圖9為測力傳感器安裝圖
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀前面板(如圖1)上設(shè)有開關(guān)K1、K2、K3、K4，K1為正常工作開關(guān)，K2為調(diào)限開關(guān)，K3為聲停開關(guān)，K4為轉(zhuǎn)盤扭矩儀電源總開關(guān)；正常指示燈、報(bào)警指示燈、時(shí)鐘顯示器21、鍵盤20、調(diào)限電位器及扭矩?cái)?shù)字顯示表23。
后面板(如圖2)設(shè)有報(bào)警喇叭28、測力傳感器插孔(測1、測2)、井臺顯示表插孔(井顯)、曲線記錄儀插孔(記錄)及電源插座。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀(如圖3)由傳感器6、7采集信號，通過電纜8輸入濾波器14、15，濾波后的信號進(jìn)入放大器16、17，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器18進(jìn)入Z80單板機(jī)19處理，單板機(jī)19由鍵盤20控制并連接時(shí)鐘顯示器21、微型打印機(jī)22，單板機(jī)19處理后的信號還通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)器25分別與扭矩?cái)?shù)字顯示表23，井臺指針顯示表26、曲線記錄儀24、報(bào)警器27連通。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀的一次表(測力傳感器)采用電阻應(yīng)變測量橋路式(如圖4)，二次表提供的激勵(lì)電壓V通過電纜與傳感器的測量橋路二輸入端相接，輸出直流毫伏信號通過濾波放大電路Km，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器18輸出Px到單板機(jī)處理，因?yàn)闇y力傳器測量橋路的輸入阻抗只有幾百歐姆，信號電纜有幾十米，測量橋路二輸入端的電壓隨環(huán)境溫度的變化而變化，給測量帶來誤差，故采用比例反饋式模數(shù)變換技術(shù)，反饋電壓通過比例放大器Kn輸出作為ADC的基準(zhǔn)電壓，ADC的基準(zhǔn)電壓隨之變化，補(bǔ)償了環(huán)境溫度變化帶來的測量誤差。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀濾波器(如圖5)由電阻R1、R2和電容C1、C2和集成運(yùn)放IC1組成跟隨器二階低通濾波電路，其主要是消除各種干擾，(如瞬間沖擊及各種電磁干擾)，設(shè)置濾波器14的截止頻率為2－4Hz。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀信號放大器(如圖6)由集成運(yùn)放IC2、IC3、IC4和電阻R3～R15組成，IC2、IC3構(gòu)成前置一級放大電路并分別串聯(lián)電阻R6、R7連通二級放大電路IC4，輸出V0與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器18連接。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀調(diào)限報(bào)警器電路(如圖7)，數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)器25輸出的模擬扭矩電壓值V02，一路通過K2與數(shù)字電壓表(扭矩表)23相接，另一路與比較器IC5相接，IC5在正常情況下輸出為負(fù)電壓，二極管D1導(dǎo)通，如果超限，IC5輸出為正電壓，二極管D2導(dǎo)通，R18為BG1提供偏置電壓，BG1導(dǎo)通，使時(shí)基電路NE555起振，輸出信號驅(qū)動(dòng)楊聲器18產(chǎn)生聲報(bào)警。調(diào)限電路由R16及調(diào)限電位器W1和開關(guān)K2，數(shù)字電壓表組成，調(diào)限電位器W1可改變扭距報(bào)警上限。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀測力傳感器外型結(jié)構(gòu)如圖8，它由軸頭1、監(jiān)測體2、引線盒3、監(jiān)測體蓋板4組成。
轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀安裝如圖9，測力傳感器6、7分別安裝在方轉(zhuǎn)盤11二側(cè)的頂絲上，同時(shí)通過頂絲給傳感器6、7加一定的預(yù)應(yīng)力(約20KN)，使之能替代頂絲起到固定轉(zhuǎn)盤的作用，另外，方轉(zhuǎn)盤11與大梁13之間放入四對不銹鋼滑片9，以減小由于方轉(zhuǎn)盤11自重產(chǎn)生的摩擦力，輸出信號通過電纜8送二次儀表10處理。
鉆井施工時(shí)，單板機(jī)處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)器與井臺顯示表曲線記錄儀，數(shù)字顯示表(扭矩表)上，通過鍵盤可方便地設(shè)定開機(jī)時(shí)間，打印間段，結(jié)構(gòu)系數(shù)等。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀，主要由測力傳感器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)器、單板機(jī)組成，其特征在于所述的測力傳感器通過濾波器與放大器相接，放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)器相聯(lián)；所述的單板機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)器分別與數(shù)字顯示表、井臺指針顯示表，曲線記錄儀，報(bào)警器相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀，其特征在于測力傳感器采用電阻應(yīng)變測量橋路式，其激勵(lì)電壓通過屏蔽電纜與橋路二輸入端相接，輸出信號通過屏蔽電纜與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)器相接，反饋電壓通過比例放大器輸出作為ADC的基準(zhǔn)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤扭矩監(jiān)測儀，其特征在于濾波器由電阻、電容及跟隨器組成，其截止頻率為2－4Hz。
專利摘要本實(shí)用新型應(yīng)用于石油、天然氣鉆井工程中對鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤扭矩的監(jiān)測，主要由測力傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)器、單板機(jī)等組成，測力傳感器采用電阻應(yīng)變測量橋路式，它通過濾波器與放大器相接，放大器輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)器相聯(lián)，信號經(jīng)單板機(jī)處理，然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)器分別與數(shù)字顯示表、井臺指針顯示表等相聯(lián)。
文檔編號E21B44/00GK2080557SQ9120281
公開日1991年7月10日 申請日期1991年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月27日
發(fā)明者錢振賢 申請人:中原石油勘探局鉆井工藝研究院