SU1170129A1 - Hole-bottom apparatus for measuring axial load - Google Patents

Hole-bottom apparatus for measuring axial load Download PDF

Info

Publication number
SU1170129A1
SU1170129A1 SU843708512A SU3708512A SU1170129A1 SU 1170129 A1 SU1170129 A1 SU 1170129A1 SU 843708512 A SU843708512 A SU 843708512A SU 3708512 A SU3708512 A SU 3708512A SU 1170129 A1 SU1170129 A1 SU 1170129A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
elastic element
additional
main
deformation
measuring
Prior art date
Application number
SU843708512A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Лагутин
Юрий Моисеевич Гольдштейн
Леонид Егорович Голиков
Вадим Вячеславович Абаканович
Михаил Никифорович Салимон
Александр Ильич Бару
Original Assignee
Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" filed Critical Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал"
Priority to SU843708512A priority Critical patent/SU1170129A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1170129A1 publication Critical patent/SU1170129A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

ЗАБОЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ колонны бурильных труб, содержащее встроенный в колонну бурильных труб упругий элемент, на суженной части которого с наружной стороны расположены датчики измерени  деформаций защитный стакан и контейнер с электронным блоком отличающёес   тем, что, с целью повьшени  точности измерений путем исключени  вли ни  внутритрубного и затрубного давлений, вызьшающих деформацию раст жени  упругого элемента , а также компенсации вли ни  гидростатического давлени , вызывающего деформацию сжати , устройство снабжено дополнительными защитным стаканом и упругим элементом , вьтолненным в форме цилиндра ступенчатой формы из того же материала , что и основной упругий элемент , при этом дополнительный за-щитньй стакан установлен герметично со стороны внутритрубного давлени , а защитные стаканы совместно с суженной частью основного упругого элемента образуют две концентричес-.. кие воздухозаполненные полости, в утолщенной части основного упру гого элемента вьтолнено отверстие, куда до упора вставлен дополнительный упругий элемент, образующа  поверхность большего диаметра которого уплотнена, а на образующей поверхности меньшего диаметра расположены дополнительные датчики измерени  деформации, причем торец дополнительного упругого элемента меньшего диаметра сообщен с воздухозаполненной полостью, где расположены датчики измерени  деформации основного упругого элемента, а торец большего диаметра сообщен с затрубным пространством, при этом отношение площадей большего и меньшего сечений дополнительного упругого элемента равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолщенной и суженной част х.BORING DEVICE FOR MEASURING AXIAL LOADING A drill pipe string containing an elastic element embedded in the drill pipe string, on the tapered part of which there is a protective cup on the outside of the strain measurement sensors and an electronic container with an electronic unit that in order to improve measurement accuracy by eliminating influence neither the internal and annular pressures causing deformation of the tensile elastic element, as well as compensation of the effect of hydrostatic pressure causing deformation the device is provided with an additional protective cup and an elastic element, cylindrical in the form of a stepped form of the same material as the main elastic element, while the additional protective cup is installed tightly on the side of in-line pressure, and protective glasses together with the narrowed part of the main an elastic element is formed by two concentric air-filled cavities; in the thickened part of the main elastic element there is a hole, into which an additional control is inserted as far as it goes The giy element forming the surface of a larger diameter is sealed, and on the forming surface of a smaller diameter there are additional sensors for measuring the deformation, the end of an additional elastic element of a smaller diameter communicating with the air-filled cavity where the sensors measuring the deformation of the main elastic element are located, and the end of a larger diameter is connected with the annular space, while the ratio of the areas of larger and smaller sections of the additional elastic element is equal to the ratio of the area spares of sections of the main elastic element in the thickened and narrowed parts.

Description

Изобретение относитс  к бзфовой технике и касаетс  устройств дл  измерени  осевой нагрузки на долото, Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений путем исклю чэни  вли ни  внутритрубного и затру ного давлений, вызывающих деформацию раст жени  упрух-ого злементад а такж ко «генсации вли ни  гидростатическог давл:ени 9 вызывающего деформацию сжати . На фиг. 1 изображена конструктивна  схема описываемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема электронного блоха. , Забойное устройство дл  измерени  осевой нагрузки состоит из упругого элемента 1, суженного в средней части, датчиков 2 измерений деформации , расположенных на наружной боковой поверхности упругого элемента 1 в его суженной части. В качестве датчиков измерени  деформаций могут быть использованы тензопреобразователи . Снаружи и внутри сз;ткенной части упругого элемента 1 герметично установлены стаканы 3 и 4, образующие совместно с телом суженной части две концентричные воздз озаполненные полости А и Б, Жесткость стаканов выбрана такой, чтобы максимально воз можньш прогиб стенок стаканов от внешнего давлени  не превышал воздушных зазоров между стаканами и суженной частью упругого элемента. Это позвол ет исключить вли ние на тело упругого элемента радиально направ™ ленных сил, возникающих вследствие воздействи  давлени  на стаканы. В утолщенной части з ругого элемента 1 вьтолнено отверстие 5j сооб щающеес  с полостью А, где установле ны датчики 2. В отверстии 5 размещен дополнительный упругий элемент 6, вьшолненный из того же материалаj что и основной и имеющий форму ступенчатого цилиндра. Упругий элемент 6 меньшим торцом упираетс  в днище отверсти  5, На об разующей поверхности меньшего диамет ра элемента 6 укреплены датчики 7 измерени  деформаций. В качестве дат чиков измерени  деформаций также могут быть использованы тензопреобразователи„ Упругий элемент 6 по образующей поверхности большего диаметра уплотнен в отверстии 5 и сообщаетс  с затрубным пространством торцом большего диаметра. Д-,,7 Отнощение площадей большего ( ) /TlB s„4 и меньшего ( сечении дополнительного упругого элемента 6 должно быть равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолщенной и суженной 44 част х. Электронный блок, размещенный в конвейере 8 (фиг, 2), состоит из мостовой схемы, образованной резисторами R9 и R10 тензопреобразователей , используемых дл  измерени  деформаций основного упругого элемента 1, и резисторами R11 и R 12 тензопреобразователей, предназначенных дл  измерени  деформаций дополнительного упругого элемента 6. Дл  питани  мостовой схемы используетс  переменное (двупол рное) пр моугольное напр жение,, вырабатываемое блоком 13 питани  (например, мультивибратор), который через согласующий усилитель 14 подключен к питающей диагонали моста. Измерительна  диагональ моста через линейный усилитель 15 подключена к фазочувствительному выпр 1 1ителю 16. Фазочувствительный выпр митель 16 состоит из двух ключей, вьтолненных, например, на транзисторах. Управл ющке входы ключей соединены с блоком 13 питани . Выходы фазочувствительного выпр мител  16 подключены к входу сумматора 17, представл ющего собой дифференциальный операционный усилитель. Выход усилител  15 подключен к блоку 18 преобразовани , который производит кодирование выходного сигнала усилител  15 дл  передачи в линию св зи. Блок-схема в зависимости от типа датчиков измерени  деформаций и их включени  моможет иметь другое конструктивное вьшолнение, обеспечивающее вычитание из сигнала, соответствующего полной деформации упругого элемента , той части, котора   вл етс  следствием выталкивающей .силы. Устройство работает следующим образом. Я1вл  сь составной частью колонны бурильного инструмента, устройство монтируетс  непосредственно над забойным двигателем и, следовательно , воспринимает осевую нагрузку. переданаebfyro бурильной колонной до лоту. Дл  создани  условий, при которых измер емые с помощью датчиков деформации упругого элемента харак теризовали бы только осевую нагруз ку, следует устранить возможность воздействи  на него гидравлическог давлени . С этой целью суженную часть упругого элемента 1 ограждаю от зубчатого и внутритрубного давлений жесткими стаканами 3, 4,герметично установленными снаружи и внутри упругого элемента, образу  совместно с ним две концентрические кольцевые воздухозаполненные полости . Стаканы прогибаютс  под воздействием наружного избыточного дав лени  на величину меньшую, чем радиашьные зазоры между стаканами и суженной частью упругого элемента , и таким образом давление внутри труб и в затрубном пространстве не может вызвать его деформацию. Вли ние на деформацию, кроме осевой нагрузки, оказывает также выталкивающа  сила, пр мо пропорциональна  гидростатическому давлению . Но то же самое давление воздействует и на больший Торец дополнительного упругого элемента 6 герметично установленного в глухом отверстии 5 утолщенной части упругого элемента 1 до упора меньпим торцом в днище этого отверсти . Под воздействием этого давлени  поверхность меньшего сечени  дополнительного упругого элемента деформируетс , причем так как основной и дополнительный упругие элементы выполнены из одного материала и имеют одинаковое отношение площадей воспринимающих давление, к площад м способным деформироватьс , датчики 7, установленные на дополнительном элементе 6, измер ют те же деформации под воздействием давлени , что 294 и датчики 2, установленные на основ-ном упругом элементе 1, воспринимающем осевую нагрузку. Таким образом создаетс  возможность освободить результаты измерений деформации основного упругого элемента от вли ни , вносимого давлением . Датчики 2 и 7 деформации, например тензопреобразователи )J9, RIO , и R11, R12, соединены по мостовой схеме, питание которой осуществл етс  переменным (двупол рным) пр5ГМоугольным напр жением с блока 13 питани . С измерительной диагонали этого моста снимаетс  переменное напр жение, амплитуда которогб пропорциональна истинному значению осевой нагрузки. С выхода моста переменное напр жение усиливаетс  усилителем 15 и подаетс  на фазочувствительный выпр митель 16. В фазочувствительном вьтр мителе 16 с помощью ключей, управл емых противофазным напр жением с блока 13 питани , происходит разделение выходного сигнала усилител  15 по знаку и преобразуетс  в два симметричных , разнопол рных, посто нных напр жени , поступающих далее на входы сумматора 17, где происходит их алгебраическое суммирование. Полученный сигнал с усилител  15 подаетс  на блок 18 преобразовани  в котором он преобразуетс  в форму, удобную дл  передачи по линии св зи на дневную поверхность. В предлагаемом устройстве существенно повышаетс  точность измерени  осевой нагрузки путем ограждени  упругого элемента с помощью жестких стаканов и воздухозаполненных полостей от вли ни  внутри- и затрубного давлени , а также учета и компенсации того вли ни , которое вносит в результаты измерени  выталкиваю- а  сила.The invention relates to a bzfovoy technique and relates to devices for measuring the axial load on the bit. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements by eliminating the influence of in-pipe and saturation pressures that cause the deformation of the elongation element and also the generation of the effect of hydrostatic pressure. : yeni 9 causing deformation compression. FIG. 1 shows a structural diagram of the described device; in fig. 2 is a block diagram of an electronic flea. The downhole axial load measurement device consists of an elastic element 1, narrowed in the middle part, sensors 2 of strain measurements, located on the outer side surface of the elastic element 1 in its narrowed part. Strain gauges can be used as strain gauges. The cups 3 and 4 are sealed inside and outside of the elastic part of the elastic element 1, forming together with the body of the constricted part two concentric raised cavities A and B, the stiffness of the cups is chosen so that the maximum possible deflection of the walls of the cups from the external pressure does not exceed air gaps between the cups and the constricted part of the elastic element. This eliminates the effect on the body of an elastic element by radially directed forces arising from the effect of pressure on the glasses. In the thickened part of the other element 1, there is a hole 5j communicating with cavity A, where sensors 2 are installed. Hole 5 contains an additional elastic element 6 made of the same material as the main one and having the shape of a stepped cylinder. The elastic element 6 rests on the bottom of the hole 5 with a smaller end. Sensors 7 for measuring strain are fastened on the forming surface of a smaller diameter of element 6. Tension transducers can also be used as sensors for measuring deformations. The elastic element 6 is sealed along the forming surface of a larger diameter in the opening 5 and communicates with the annular space with an end of a larger diameter. D - ,, 7 Ratio of areas larger () / TlB s „4 and smaller (the cross-section of the additional elastic element 6 must be equal to the ratio of the areas of the sections of the main elastic element in the thickened and narrowed 44 parts. Electronic unit placed in the conveyor 8 (FIG. 2) consists of a bridge circuit formed by resistors R9 and R10 strain gauge transducers used to measure the deformations of the main elastic element 1, and resistors R11 and R 12 strain gauge deformers designed to measure the deformations of the additional elastic element 6. For pi The bridge circuit uses a variable (two-pole) rectangular voltage, generated by the power supply unit 13 (for example, a multivibrator), which is connected to the supply bridge diagonal through a matching amplifier 14. The measuring bridge diagonal is connected to the phase-sensitive rectifier 1 through 1 16 through the linear amplifier 15 The phase-sensitive rectifier 16 consists of two keys, implemented, for example, on transistors. The controller inputs the keys to the power supply unit 13. The outputs of the phase-sensitive rectifier 16 are connected to the input of the adder 17, which is a differential operational amplifier. The output of amplifier 15 is connected to a conversion unit 18, which encodes the output signal of amplifier 15 for transmission to the communication line. The block diagram, depending on the type of strain gauge sensors and their inclusion, can have another design effect, which subtracts from the signal corresponding to the complete deformation of the elastic element, the part that is a consequence of the buoyant force. The device works as follows. As part of the drill tool string, the device is mounted directly above the downhole motor and, therefore, takes up axial load. transferred to the webfyro by drill string to lot. In order to create conditions under which the deformation of the elastic element measured by sensors would characterize only the axial load, the possibility of exposure to hydraulic pressure should be eliminated. To this end, the constricted part of the elastic element 1 is enclosed from toothed and in-line pressures by rigid cups 3, 4, sealed inside and outside the elastic element, forming together with it two concentric annular air-filled cavities. The cups bend under the influence of external overpressure by a value less than the radial clearances between the cups and the constricted part of the elastic element, and thus the pressure inside the pipes and in the annulus cannot cause its deformation. The effect on deformation, in addition to the axial load, is also exerted by buoyancy, directly proportional to the hydrostatic pressure. But the same pressure also acts on the larger End of the additional elastic element 6 which is hermetically mounted in the blind hole 5 of the thickened part of the elastic element 1 up to the stop with a minor end in the bottom of this hole. Under the influence of this pressure, the surface of a smaller section of the additional elastic element is deformed, and since the main and additional elastic elements are made of the same material and have the same ratio of pressure-receiving areas, the sensors 7 installed on the additional element 6 measure those the same deformations under pressure as 294 and sensors 2, mounted on the main elastic element 1, perceiving the axial load. Thus, it is possible to free the results of measurements of the deformation of the main elastic element from the influence of pressure. The strain gauges 2 and 7, for example strain gauges) J9, RIO, and R11, R12, are connected by a bridge circuit, which is powered by alternating (two-pole) right-handed voltage from power supply unit 13. An alternating voltage is removed from the measuring diagonal of this bridge, the amplitude of which is proportional to the true value of the axial load. From the output of the bridge, the alternating voltage is amplified by the amplifier 15 and fed to the phase-sensitive rectifier 16. At the phase-sensitive meter 16 by means of keys controlled by anti-phase voltage from the power supply unit 13, the output signal of the amplifier 15 is separated by a sign and is converted into two symmetrical, of opposite, constant voltages, which are fed further to the inputs of the adder 17, where they are algebraically summed. The received signal from amplifier 15 is fed to a conversion unit 18 in which it is converted into a form suitable for transmission over a communication line to the ground surface. In the proposed device, the accuracy of measuring the axial load is significantly improved by protecting the elastic element with rigid glasses and air-filled cavities from the influence of internal and annular pressure, as well as taking into account and compensating for the effect that the force exerts on the measurement results.

Claims (1)

ЗАБОЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ колонны бурильных труб, содержащее встроенный в колонну бурильных труб упругий элемент, на суженной части которого с наружной стороны расположены датчики измерения деформаций^защитный стакан и контейнер с электронным блоком^ отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния внутритрубного и затрубного давлений, вызывающих деформацию растяжения упругого элемента, а также компенсации влияния гидростатического давления, вызывающего деформацию сжатия, устройство снабжено дополнительными защитным стаканом и упругим элементом, выполненным в форме цилиндра ступенчатой формы из того же материала, что и основной упругий элемент, при этом дополнительный защитный стакан установлен герметично со стороны внутритрубного давления, а защитные стаканы совместно с суженной частью основного упругого элемента образуют две концентричес-.. кие воздухозаполненные полости, в утолщенной части основного упругого элемента выполнено отверстие, куда до упора вставлен дополнительный упругий элемент, образующая поверхность большего диаметра которого уплотнена, а на образующей поверхности меньшего диаметра расположены дополнительные датчики измерения деформации, причем торец дополнительного упругого элемента меньшего диаметра сообщен с воздухозаполненной полостью, где расположены датчики измерения деформации основного упругого элемента, а торец большего диаметра сообщен с затрубным пространством, при этом отношение площадей большего и мень~ шего сечений дополнительного упругого элемента равно отношению площадей сечений основного упругого элемента в утолщенной и суженной частях.BOTTOM DEVICE FOR MEASURING AXIAL LOAD of a drill pipe string containing an elastic element integrated in the drill pipe string, on the narrowed part of which are strain gauges ^ protective cup and container with electronic unit ^ characterized in that, in order to improve measurement accuracy by eliminating the effect of in-pipe and annular pressures causing tensile deformation of the elastic element, as well as compensating for the effect of hydrostatic pressure causing compression deformation , the device is equipped with an additional protective cup and an elastic element made in the form of a stepped cylinder of the same material as the main elastic element, while the additional protective cup is sealed on the in-tube pressure side, and the protective glasses together with the narrowed part of the main elastic element form two concentric .. air-filled cavities, a hole is made in the thickened part of the main elastic element, where an additional elastic element, the baking surface of the larger diameter of which is sealed, and additional strain gauges are located on the forming surface of the smaller diameter, the end face of the additional elastic element of smaller diameter being connected to the air-filled cavity, where the strain measuring sensors of the main elastic element are located, and the end face of the larger diameter is in communication with the annulus In this case, the ratio of the areas of the larger and smaller sections of the additional elastic element is equal to the ratio of the areas of the main the elastic element in the thickened and narrowed portions. П70129P70129
SU843708512A 1984-03-11 1984-03-11 Hole-bottom apparatus for measuring axial load SU1170129A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843708512A SU1170129A1 (en) 1984-03-11 1984-03-11 Hole-bottom apparatus for measuring axial load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843708512A SU1170129A1 (en) 1984-03-11 1984-03-11 Hole-bottom apparatus for measuring axial load

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1170129A1 true SU1170129A1 (en) 1985-07-30

Family

ID=21106517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843708512A SU1170129A1 (en) 1984-03-11 1984-03-11 Hole-bottom apparatus for measuring axial load

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1170129A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007126333A1 (en) * 2006-04-28 2007-11-08 Schlumberger Holdings Limited System for measuring drilling mechanical loads provided with a resonance sensor
WO2007126332A1 (en) * 2006-04-28 2007-11-08 Schlumberger Holdings Limited System for measuring drilling mechanical loads (variants)
RU2821288C1 (en) * 2023-11-28 2024-06-19 Акционерное общество "Азимут" (АО "Азимут") Self-contained downhole recorder of power parameters of drill bits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Грачев ., Варламов В.П. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М.: Недра. 1968, с. 110-113. Авторское свидетельство СССР № 595482, кл. Е 21 В 19/08, 1977. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007126333A1 (en) * 2006-04-28 2007-11-08 Schlumberger Holdings Limited System for measuring drilling mechanical loads provided with a resonance sensor
WO2007126332A1 (en) * 2006-04-28 2007-11-08 Schlumberger Holdings Limited System for measuring drilling mechanical loads (variants)
RU2821288C1 (en) * 2023-11-28 2024-06-19 Акционерное общество "Азимут" (АО "Азимут") Self-contained downhole recorder of power parameters of drill bits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5386724A (en) Load cells for sensing weight and torque on a drill bit while drilling a well bore
US4359898A (en) Weight-on-bit and torque measuring apparatus
US4811597A (en) Weight-on-bit and torque measuring apparatus
US6547016B2 (en) Apparatus for measuring weight and torque on drill bit operating in a well
US3855857A (en) Force-measuring apparatus for use in a well bore pipe string
US3827294A (en) Well bore force-measuring apparatus
US3855853A (en) Well bore force-measuring apparatus
US3864968A (en) Force-measuring apparatus for use in a well bore pipe string
CN108330941A (en) A kind of pressure-compensated feeler inspection probe and ocean static cone penetration equipment
US5900545A (en) Strain monitoring system
SU1170129A1 (en) Hole-bottom apparatus for measuring axial load
US10392923B2 (en) System and methodology for determining forces acting on components
GB1404481A (en) Pressure transducers
JPS6221117B2 (en)
RU2373491C1 (en) Device and method for measurement of tension force
CN216841606U (en) Four-parameter logging instrument
RU2821288C1 (en) Self-contained downhole recorder of power parameters of drill bits
SU1383119A1 (en) Pressure pickup
GB1267626A (en) Devices for measuring stresses in a drill pipe
US4614118A (en) Non-compliant pressure cell
RU1808958C (en) Drilling stand unit
RU2752406C1 (en) Apparatus for measuring vibration of a downhole tool
SU595482A1 (en) Bottom device for measuring axial load
RU19303U1 (en) TELEMETRIC PRESSURE SENSOR WITH HYDRAULIC COMMUNICATION CHANNEL
SU148768A1 (en) Method of measuring pressure in wells and device for its implementation