СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для автоматического управления режимом алмазного бурения геологоразведочных скважин.

Известна система управления процессом бурения, включающая буровой станок, с которого снимаются сигналы с помощью датчиков механической скорости, осевой нагрузки и затрат мощности, выходы которых соединены с вычислительным устройством, устройством ввода и вывода информации, которое соединено с вычислительным устройством, выход которого соединен с исполнительными блоками. Выходы исполнительных блоков подключены к буровому станку [1].

К недостаткам данной системы относится ее относительная сложность, а также выбор в качестве критерия оптимальности - максимума механической скорости бурения V, определяемого в виде V˙P/N, где P - осевая нагрузка, N - мощность, затрачиваемая на вращение долота, что не позволяет учитывать некоторые явления, сопровождающие процесс алмазного колонкового бурения геологоразведочных скважин. Данная система не применима при бурении с фиксированной углубкой коронки за оборот.

Наиболее близким техническим решением является система автоматического управления режимом бурения [2], содержащая гидроцилиндры подачи бурового станка, регулируемый гидродроссель, тахогенератор, датчик скорости бурения, усилитель, тиристорный преобразователь и исполнительный механизм вращателя, дифференциальный датчик давления, множительный блок, двухпороговый компаратор и блок управления серводвигателем гидродросселя.

Недостатки известной системы - относительная сложность, обязательное наличие плавнорегулируемого привода вращения. Кроме того, данная система не позволяет осуществлять регулирование процесса алмазного бурения с фиксированной углубкой за оборот.

Цель изобретения - создать систему управления режимом алмазного бурения с фиксированной углубкой за оборот, позволяющую поддерживать рациональный режим бурения и автоматически вносить коррективы при изменении физико-механических свойств разбуриваемых пород и состояния алмазного породоразрушающего инструмента.

Поставленная цель достигается за счет того, что система управления режимом алмазного бурения содержит гидроцилиндры подачи с регулируемым гидродросселем с обратной связью, установленным в линии слива гидроцилиндров, датчик затрачиваемой мощности, нуль-усилитель, задатчик уровня сравнения сигнала датчику мощности, блок управления и серводвигатель гидродросселя. Выход датчика мощности соединен с первым входом нуль-усилителя, выход задатчика уровня сравнения - со вторым входом нуль-усилителя. Выход нуль-усилителя через блок управления подключен к серводвигателю управления проходным сечением гидродросселя.

На чертеже представлена структурная схема системы управления режимом алмазного бурения.

Система содержит буровой станок 1 с электродвигателем 2 и гидроцилиндрами подачи 3, регулируемый гидродроссель 4 с обратной связью, установленный на сливной магистрали гидроцилиндров 3, датчик 5 мощности, потребляемой электродвигателем 2 бурового станка 1, нуль-усилитель 6, задатчик 7 уровня сравнения с сигналом датчика мощности 5, блок управления 8 и серводвигатель 9 управления проходным сечением гидродросселя 4. Выход датчика мощности 5 соединен с первым входом нуль-усилителя 6, а выход задатчика 7 соединен со вторым входом нуль-усилителя 6. Выход нуль-усилителя 6 через блок управления 8 подключен к серводвигателю 9 управления проходным сечением гидродросселя 4.

Система управления режимом алмазного бурения работает следующим образом. После спуска и установки алмазного породоразрушающего инструмента на забой скважины и его приработки создают заданную осевую нагрузку, устанавливают необходимую частоту вращения и расход промывочной жидкости. Затем при помощи регулируемого гидродросселя 4 устанавливают величину углубки за оборот, исходя из физико-механических свойств разбуриваемой горной породы. Сигнал с датчика мощности 5 поступает на вход нуль-усилителя 6. Задатчиком 7 устанавливают уровень компенсации сигнала датчика мощности 5 и добиваясь, чтобы на выходе нуль-усилителя 6 сигнал был равен нулю. При изменении шламового режима на забое скважины, связанного с изменением физико-механических свойств горной породы или с состоянием породоразрушающего инструмента происходит изменение крутящего момента и, как следствие, затрачиваемой мощности. Например, при зашламовании забоя скважины уровень затрачиваемой на бурение мощности увеличивается. С датчика мощности 5 на первый вход нуль-усилителя 6 поступает измененный сигнал, превышающий величину сигнала задатчика 7, подаваемого на второй вход нуль-усилителя 6. На выходе нуль-усилителя 6 появляется сигнал положительной полярности, поступающий на вход блока управления 8. Последний включает серводвигатель 9, его вал, вращаясь, уменьшает проходное сечение гидродросселя 4, уменьшая углубку за оборот до тех пор, пока сигнал на выходе нуль-усилителя 6 не станет равным нулю. После этого серводвигатель 9 отключается.

В случае снижения уровня затрачиваемой мощности, связанного, например, с заполированием алмазного породоразрушающего инструмента, на первый вход нуль-усилителя 6 поступает измененный сигнал, меньше величины сигнала задатчика 7, подаваемого на второй вход нуль-усилителя 6. При этом на выходе нуль-усилителя 6 появляется сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход блока управления 8. Последний включает серводвигатель 9, вал которого, вращаясь, увеличивает проходное сечение гидродросселя 4, увеличивая углубку за оборот до тех пор, пока сигнал на выходе нуль-усилителя 6 не станет равным нулю. После этого серводвигатель 9 отключается. Таким образом, бурение скважины продолжается в выбранном вначале рациональном режиме с одновременной стабилизацией уровня потребляемой мощности.

Применение данной системы управления режимом алмазного бурения позволяет повысить проходку на алмазный породоразрушающий инструмент, выход керна при одновременном снижении динамических нагрузок на оборудование и инструмент при заданном рациональном режиме бурения скважины.

Использование: в алмазном бурении геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: система управления режимом алмазного бурения содержит гидроцилиндры подачи с регулируемым гидродросселем с обратной связью, установленным в линии слива гидроцилиндров, датчик затрачиваемой мощности, нуль-усилитель, задатчик уровня сравнения с сигналом датчика мощности, блок управления серводвигатель. Сигнал об изменении мощности поступает на вход нуль-усилителя, на второй вход которого подается сигнал с задатчика мощности. На выходе нуль-усилителя появляется сигнал положительной или отрицательной полярности, поступающий на вход блока управления. Последний включает серводвигатель, который уменьшает или увеличивает проходное сечение гидродросселя до тех пор, пока сигнал на выходе нуль-усилителя не станет равным нулю. 1 ил.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ, содержащая регулируемый гидродроссель, установленный в сливной линии гидроцилиндров бурового станка, и блок управления, выход которого подключен к серводвигателю управления проходным сечением гидродросселя, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком затрачиваемой мощности, задатчиком уровня сравнения сигнала датчика мощности и нуль-усилителем, при этом выход датчика мощности соединен с первым входом нуль-усилителя, выход задатчика уровня мощности соединен с вторым входом нуль-усилителя, а выход нуль-усилителя соединен с входом блока управления, причем гидродроссель выполнен с обратной связью.