- •Глава 2 общие сведения об измерениях и приборах
- •§ 1. Понятие об измерениях
- •§ 2. Физические величины и их единицы
- •§ 3. Погрешность результата измерения и источники ее появления
- •§ 4. Классификация средств измерении
- •§ 5. Погрешности средств измерений и классы точности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 государственная система промышленных приборов и средств автоматизации
- •§ 1. Принципы построения
- •§ 2. Характеристика ветвей гсп
- •§ 3. Преобразователи с унифицированными сигналами
- •Контрольные вопросы
- •Системы дистанционных измерении
- •§ 1. Назначение и классификация методов дистанционной передачи
- •§ 2. Электрические системы и преобразователи с естественными сигналами
- •§ 3. Вторичные приборы электрических и пневматических систем дистанционных измерений
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 измерение давлении и разрежении
- •§ 1. Основные определения и классификация приборов
- •§ 2. Деформационные манометры
- •§ 3. Электрические манометры
- •§ 4. Скважинные манометры
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6 измерение температур
- •§ 1. Температурная шкала
- •§ 2. Термометры манометрические
- •§ 3. Электрические термометры сопротивления
- •§ 4. Измерение средней температуры нефти и нефтепродуктов в резервуарах
- •§ 5. Измерение температуры в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 измерение расхода жидкости, пара и газа
- •§ 1. Определение и классификация методов измерения
- •§ 2. Объемные расходомеры
- •§ 3. Расходомеры переменного перепада давления
- •§ 4. Расходомеры постоянного перепада давления
- •§ 5. Расходомеры переменного уровня
- •§ 6. Тахометрические расходомеры
- •§ 7. Вибрационный массовый расходомер
- •§ 8. Электромагнитные расходомеры
- •§ 9. Измерение расхода в скважине
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8 измерение уровня жидкостей в емкостях и скважинах
- •§ 1. Назначение и классификация приборов
- •§ 2. Поплавковые и буйковые уровнемеры
- •§ 3. Пьезометрические уровнемеры
- •§ 4. Измерение уровня жидкости в скважинах
- •Акустический метод измерения уровня в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 измерение физических свойств веществ и примесей
- •§ 1. Измерение плотности
- •§ 2. Измерение вязкости
- •§ 3. Анализаторы содержания воды в нефти
- •§ 4. Анализаторы содержания солей в нефти
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 контроль процессов бурения скважин
- •§ 1. Параметры контроля процессов бурения скважин
- •§ 2. Автономные измерительные установки. Измерение осевой нагрузки на забой
- •Измерение крутящего момента
- •§ 3. Системы наземного контроля процесса бурения
- •Преобразователи
- •§ 4. Каналы связи дистанционного контроля глубинных параметров бурения
- •§ 5. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с электрическим каналом связи
- •§ 6. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с гидравлическим каналом связи. Индикатор осевой нагрузки
- •Контрольные вопросы
- •Часть вторая системы автоматического регулирования и средства автоматизации
- •Глава 11
- •Основные понятия теории автоматического регулирования
- •§ 1. Система автоматического управления
- •§2. Обратные связи
- •§ 3. Разомкнутые и замкнутые сау
- •§ 4. Принцип действия системы автоматического регулирования
- •§ 5. Классификация систем автоматического регулирования
- •§ 6. Требования, предъявляемые к cap
- •§ 7. Понятие статической характеристики
- •§ 8. Понятие динамических характеристик
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 расчет систем автоматического регулирования
- •§ 1. Типовые динамические звенья
- •§ 2. Способы соединения звеньев
- •§3 Понятия устойчивости системы
- •§ 4. Критерии устойчивости
- •§ 5. Оценка качества процесса автоматического регулирования
- •§ 6. Свойства объектов автоматического регулирования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13 общие сведения об автоматических регуляторах
- •§ 1. Классификация автоматических регуляторов
- •§ 2. Математические модели регуляторов
- •§ 3. Регуляторы прямого действия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 пневматические регуляторы
- •§ 1. Основные особенности пневматических регуляторов
- •§ 2. Унифицированная система элементов промышленной пневмоавтоматики (усэппа)
- •§ 3. Основные регулирующие устройства и вторичные приборы системы старт
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15 исполнительные устройства
- •§ 1. Общая характеристика и классификация
- •Исполнительных устройств
- •§ 2. Регулирующие органы
- •§ 3. Исполнительные механизмы
- •§ 4. Основные характеристики и расчет исполнительных устройств
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16 построение функциональных систем автоматизации технологических процессов
- •§ 1. Состав технической документации по автоматизации технологического процесса
- •§ 2. Условные обозначения средств автоматизации по конструктивному принципу
- •§ 3. Условные обозначения средств автоматизации по функциональному признаку приборов и устройств
- •§ 4. Функциональные схемы автоматизации
- •Глава 17
- •§ 1.Теоретические основы автоматического
- •§ 2. Фрикционные и гидравлические устройства подачи долота
- •§ 3. Электромашинные устройства подачи долота
- •§ 4. Забойные устройства подачи долота
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18 автоматизация добычи и промыслового сбора нефти и нефтяного газа
- •§ 1 Характерные особенности нефтедобывающих предприятии и основные принципы их автоматизации
- •§ 2. Типовая технологическая схема автоматизированного нефтедобывающего предприятия
- •§ 3. Автоматизация нефтяных скважин
- •§ 4. Автоматизированные групповые измерительные установки
- •§ 5. Автоматизированные сепарационные установки
- •§ 6. Автоматизированные блочные дожимные насосные станции
- •Глава 19 автоматизация подготовки и откачки товарной нефти
- •§ 1.Характеристика технологического процесса и задачи автоматизации
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки подготовки нефти
- •§ 3. Автоматическое измерение массы товарной нефти
- •§ 4. Автоматизация нефтеперекачивающих насосных станций
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20 автоматизация объектов поддержания пластовых давлении
- •§ 1. Характеристика системы поддержания пластовых давлений (ппд)
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки для очистки сточных вод и автоматизация водозаборных скважин
- •§ 3. Автоматизированные блочные кустовые насосные станции
- •Контрольные вопросы
- •Глава 21 автоматизация добычи и промысловой подготовки газа
- •§ 1. Характеристика газовых и газоконденсатных промыслов как объектов автоматизации
- •§ 2. Автоматическое управление добычей промысла
- •§ 3. Автоматическое управление процессом низкотемпературной сепарации газа
- •§ 4. Автоматизация абсорбционного процесса осушки газа
- •Контрольные вопросы
- •Глава 22 основные элементы и узлы комплекса технических средств асу тп
- •§ 1. Назначение и общие принципы организации асу тп
- •§ 2. Основные элементы систем телемеханики и вычислительной техники
- •§ 3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •Контрольные вопросы
- •Глава 23 основы вычислительной техники
- •§ 1. Общие сведения об эвм
- •§ 2. Принципы построения и области применения цвм
- •§ 3. Процессоры
- •§ 4. Запоминающие устройства
- •§ 5. Устройства ввода-вывода
- •§ 6. Порядок решения задачи на цвм
- •Контрольные вопросы
- •Глава 24 телемеханизация технологических процессов добычи нефти и газа
- •§ 1. Понятие об агрегатной системе телемеханической техники
- •§ 2. Телемеханизация нефтедобывающих предприятий
- •§ 3. Телемеханизация газодобывающих предприятий
- •§ 4. Микропроцессоры и некоторые перспективы их применения в нефтяной и газовой промышленности
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Оглавление
§ 2. Автономные измерительные установки. 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.
В
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.