[发明专利]方瓦式转盘扭矩仪

说明书

本发明涉及石油、天然气钻井工程中对钻机转盘扭矩的监测技术，是一种方瓦式转盘扭矩仪。

对转盘扭矩的监测可以分析钻具在井下的工作受力状况，判断钻头磨损情况，对防止掉牙轮、卡钻等钻井工程事故的发生具有重要的意义。目前，国内外用来测量转盘扭矩的仪器主要有以下几种：如链条张力式扭矩仪，它通过测转盘推动链条的张力来测转盘扭矩，主要生产厂家有美国BAROT公司等，仪器只能反映扭矩的相对变化，“零点”随链条松紧变化而易漂移。另有磁弹式转盘扭矩仪，它利用磁弹性测扭应变的办法，通过测量钻机毛头轴上所发生的扭应变来反映转盘扭矩的变化量，它适用范围窄，只用于3200型钻机。还有底盘侧面顶压式转盘扭矩仪，通过测量由于驱动链条对底盘拉力所产生的挤压力来反映转盘扭矩的变化，一般应用流压或电子应变片式两种测力传感器，装在钻机底盘两侧，装置较简单，但固定安装要加浮块，卸顶丝，比较麻烦，该产品主要生产厂家有美国的TOTCO公司和MATRN-DACOR公司。

本发明为克服上述转盘扭矩仪的不足之处，设计一种具有安装方便、适用性广、测量直接、准确的方瓦式转盘扭矩仪。

本发明主要由测力传感器3（一次表）和显示记录仪器12（二次表）组成，测力传感器3安装在钻机转盘方瓦2侧面承力部位，测力传感器3与无线信号发射器6相连，接收器11与显示记录仪器12相连，其信号通过无线电收、发器传递。

测力传感器3截面为开槽的梯型，其上固定有电子应变片34。

本发明附图说明如下：

图1为方瓦式转盘扭矩仪原理图;

图2为方瓦测力总成图;

图3为测力传感器结构图;

图4为方瓦式转盘扭矩仪安装实施例示意图;

图5为方瓦式转盘扭矩仪无线电收、发器，控制线路框图。

本发明安装方便，只需更换一片方瓦，无需中止钻进操作，适用性广，可用于一切转盘驱动式钻机，并且测量直接准确。

本发明其测量原理如图1所示，扭矩可由下面公式标出：

M＝4LF    （1）

式中：M为转盘扭矩单位KN-M;

L为受力点到力平面中心轴线的距离，单位M;

F为一个受力点上所承受的压力，单位KN。

测力传感器3和转盘方瓦2组成一个转盘方瓦测力总成。转盘1旋转时驱动转盘方瓦2，转盘方瓦2再驱动补芯4，通过补芯4驱动方钻杆5进行钻进作业。用测力传感器3测受到的驱动力F，由公式（1）就可求出转盘扭矩的量值。

以下结合附图详细叙述本发明：方瓦式转盘扭矩仪主要由测力传感器3（一次表）和显示记录仪器12（二次表）组成，测力传感器3安装镶嵌于钻机转盘方瓦2侧面承力部位，转盘方瓦2上还有给测力传感器3和无线信号发射器6供电的干电池组组件7。测力传感器3与无线信号发射器6相连，接收器11与显示记录仪器12相连，其信号通过无线电收、发器传递。测力传感器3截面为开槽的梯型，其上固定有应变片桥34（两片），分贴在测力传感器3的孔腔的两侧。四个固定孔35用来固定异型测力传感器3。

转盘1旋转时，驱动转盘方瓦2，转盘方瓦2又通过补芯4带动方钻杆5进行钻进作业。镶嵌在转盘方瓦2上的测力传感器3将转盘1的扭矩力变为电信号传给无线信号发射器6，将信号以无线电波形式由天线16（一节90cm长导线）向外发射。当固定在井架支柱10上的接收器11接收到信号后变为4-20mADL的电流信号送到显示记录仪器12然后再分送到钻台指针表13和报井喇叭14供操作人员使用。

本发明中的无线信号发射器6、接收器11可使用普通小型调频收、发报机。也可按图5提供的有微处理器的方案制作。发射器6的加法电路21将经过运算的信号送入放大器20（可采用LM224等器件）后再送入V/F转换电路19（可采用CD4013器件）转换为8～18KHZ的频率信号，再送入调频发射电路18调制后经滤波电路17由天线16发射。接收器11（天线15）将信号接收并送入调频收音电路22，再送入F/V转换器23（采用453J器件）转换为mV信号后送入放大器24（采用CA3140）放大后送入V/I转换电路25（采用LM314）变为4～20mADL电流信号送往STD    CPU板26，再分送数字显示27、打印机28、D/A转换板30，D/A转换后送入记录仪31、指针显示表32和报井喇叭33。键盘29用来输入数据和启动用户程序。