СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДНОЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2003 года по МПК E21B44/06 E21B4/02 

Изобретение относится к эксплуатации бурового оборудования, а именно к системам управления гидроприводной буровой установкой.

Известна гидравлическая система управления для бурового оборудования, включающая гидравлические цилиндры, насос, прибор гидроуправления (см А.А. Гланц, В. В. Алексеев. Справочник механика геологоразведочных работ. - М.: "Недра", 1987 г., стр.86).

Известная система не позволяет аккумулировать энергию, а следовательно, для поддержания необходимого рабочего давления в системе требуются насосы соответствующей производительности.

Известна система управления гидроприводной буровой установкой, содержащая ротор и механизм подъема с силовым цилиндром, соединенные через распределительные устройства линией управления, снабженной клапаном "ИЛИ", с источником питания, выполненным в виде насосов и аккумуляторов, при этом первый вход клапана "ИЛИ" соединен с аккумуляторами, а его выход - с ротором и механизмом подъема (см. описание изобретения к патенту RU 2087754, МПК F 15 В 11/02, 1/02 от 30.09.94 г.).

Известная система управления не обеспечивает регулировку давления заправки аккумуляторов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей системы управления путем регулирования давления заправки аккумуляторов и рекуперации энергии без повышения мощности насосов.

Технический результат достигается тем, что в системе управления гидроприводной буровой установкой, содержащей ротор и механизм подъема с силовым цилиндром, соединенные через распределительные устройства линией управления, снабженной клапаном "ИЛИ", с источником питания, выполненным в виде насосов и аккумуляторов, при этом первый вход клапана "ИЛИ" соединен с аккумуляторами, а его выход - с ротором и механизмом подъема, согласно изобретению система снабжена буровым ключом, клиновым захватом, гидроманипулятором, соединенными через распределительные устройства линиями управления с выходом клапана "ИЛИ", источник питания снабжен источником сжатого газа, выполненным в виде газогидравлических вытеснителей, а аккумуляторы выполнены пневмогидравлическими, причем газовые полости вытеснителей соединены между собой через обратные клапаны и связаны с газовыми полостями аккумуляторов, а гидравлические - с насосами, при этом газовая и гидравлическая полости каждого аккумулятора и вытеснителя снабжены, соответственно, газовыми и гидравлическими распределительными устройствами, а второй вход клапана "ИЛИ" через дополнительный гидравлический распределитель сообщен с линией наиболее высокого давления одного из аккумуляторов или одного из вытеснителей.

Силовой цилиндр механизма подъема соединен с источником питания через гидравлический замок двустороннего действия, входы которого соединены, соответственно, с рабочей полостью силового цилиндра и через обратный клапан - с источником питания, а выходы соответственно - со сливной линией и рабочей полостью.

Силовой цилиндр механизма подъема снабжен дополнительным распределителем, один выход которого напрямую связан с рабочей полостью силового цилиндра, а другой - через редукционный клапан.

Предлагаемая система управления может функционировать как в ручном режиме (управление оператором с электрогидравлического пульта), так и в автоматическом (при оснащении датчиками давления, положения и микропроцессором).

Система позволяет при низкой мощности насосов получать необходимое для работы ротора, механизма подъема с силовым цилиндром, бурового ключа, клинового захвата, гидроманипулятора расход и давление автономно, без сообщения с внешним источником газа.

Система позволяет накапливать энергию (при спуске подъемного механизма) при работе буровой установки и использовать ее в момент наибольшей грузоподъемности (при подъеме).

На фиг. 1 представлена принципиальная гидравлическая схема буровой установки,
на фиг. 2 - фрагмент системы управления работой подъемного механизма с гидравлическим замком,
на фиг.3 - то же с редукционным клапаном.

Система управления гидроприводной буровой установкой содержит ротор 1, механизм подъема 2 с силовым цилиндром, буровой ключ 3, клиновой захват 4, гидроманипулятор 5, соединенные через распределительные механизмы 6, 7, 8, 9, 10, соответственно, линией 11 управления с источником питания. Источник питания включает в себя насосы 12 и 13, пневмогидравлические аккумуляторы 14, 15. 16 и источник сжатого газа. Источник сжатого газа выполнен в виде трех вытеснителей 17, 18, 19. Гидравлические полости аккумуляторов 14, 15, 16 и вытеснителей 17, 18, 19 снабжены гидравлическими распределительными устройствами 20, 21, 22 и 23, 24, 25, а газовые полости - газовыми распределительными устройствами 26, 27, 28 и 29, 30, 31, соответственно. Газовые полости вытеснителей 17, 18, 19 соединены между собой через обратные клапаны 32 и 33. Линия 11 управления системы снабжена клапаном 34 "ИЛИ", один вход которого сообщен с аккумуляторами 14, 15, 16, а другой через дополнительный распределитель 35 - с линией управления высокого давления (или аккумулятором 14, или вытеснителем 19). Выход клапана 34 соединен линией 11 управления с ротором 1, механизмом подъема 2 с силовым цилиндром, буровым ключом 3, клиновым захватом 4 и гидроманипулятором 5.

Рабочую полость гидроцилиндра механизма 1 подъема (см. фиг.2) соединяют с источником питания через обратный клапан 36 и гидрозамок 37 двустороннего действия или через дополнительный распределитель 38 и редукционный клапан 39 (см. фиг.3).

На фиг.2 силовой цилиндр механизма 1 подъема соединен с источником питания через гидравлический замок 37 двустороннего действия, входы которого соединены, соответственно, с рабочей полостью силового цилиндра и через обратный клапан 36 - с источником питания, а соответствующие выходы - со сливной линией и рабочей полостью.

На фиг.3 один выход дополнительного распределителя 38 напрямую связан с рабочей полостью силового цилиндра механизма подъема 1, а другой - через редукционный клапан 39.

Система управления работает следующим образом.

При подготовке системы к работе газ под давлением закачивают из газопровода или баллона в газовые полости аккумуляторов 14, 13, 16 и вытеснителей 17, 18, 19 через газовые распределительные устройства 26, 27, 28 и 29, 30, 31, соответственно. В начале бурения длина колонны бурильных труб незначительна, поэтому рабочее давление в системе низкое и поршни вытеснителей 17, 18, 19 находятся в нижнем положении. Линию 11 управления и гидравлические полости аккумуляторов 14, 15, 16 и вытеснителей 17, 18, 19 заполняют от насосов 12 и 13 через открытые гидравлические распределительные устройства 20, 21, 22 и 23, 24, 25, соответственно.

Для обеспечения необходимого высокого давления в источнике газа, а именно в вытеснителях 17, 18, 19, газ дополнительно поджимают насосами 12 и 13 (из газопровода или баллона) при открытых газовых распределительных устройствах 23, 24, 25, 29 и закрытых - 30, 31, 26, 27, 28, 35. При этом газ из вытеснителя 17 через обратный клапан 32 поступает в вытеснитель 18, а из последнего через обратный клапан 33 - в вытеснитель 19, вследствие чего давление газа в вытеснителе 19 имеет максимальное значение.

Примерно 20% времени при работе буровой установки составляет работа механизма подъема 1, для совершения которой потребляется 80% мощности, остальные 80% времени приходится на работу других исполнительных механизмов, а именно бурового ключа 3, ротора 1, клинового захвата 4, гидроманипулятора 5, когда не требуется максимальная мощность.

Рабочее давление, необходимое для работы ротора 1, механизма подъема 2 с силовым цилиндром, бурового ключа 3, клинового захвата 4, гидроманипулятора 5 поддерживают в линии 11 управления насосами 12 и 13 через открытое распределительное устройство 6, 7, 8, 9, 10, соответственно. При необходимости давление подают через клапан "ИЛИ" 34, одним из аккумуляторов 14, 15, 16, при открытом одном из гидравлических распределительных устройств 20, 21, 22.

В зависимости от требуемой мощности давление может поддерживаться одновременно двумя аккумуляторами 15, 16 через устройства 21 и 22 и клапан 34 "ИЛИ", при этом в аккумуляторе 14 оно сохраняется максимальным.

При работе механизма 2 подъема, когда необходима максимальная мощность, жидкость в линию 11 управления системы поступает из насосов 12 и 13 и/или аккумуляторов 14, 15, 16.

При работе бурового ключа 3, ротора 1, клинового захвата 4 и гидроманипулятора 5 часть жидкости из насосов 12 и 13 по линии 11 управления системы поступает в распределительные устройства или 7, или 8, или 9, или 10, соответственно, а часть закачивается в аккумуляторы 14, 13, 16, при этом дополнительный распределитель 35 закрыт.

По мере увеличения длины колонны, а значит, и ее веса, повышают рабочее давление в линии 11 управления системы, перекачивая газ из вытеснителя или 17, или 18, или 19 через открытые газовые распределительные устройства или 29, или 30, или 31 в газовые полости аккумуляторов 14, 15, 16 через открытые газовые распределительные устройства 26, 27, 28, соответственно, в зависимости от необходимого количества, повышая давление их заправки и поддерживая тем самым рабочее давление, соответствующее весу колонны.

При уменьшении веса колонны снижают рабочее давление в линии 11 управления системы, перекачивая часть газа из аккумуляторов 14, 13, 16 в вытеснители 17, 18, 19 и периодически сливая жидкость из вытеснителей 17, 18, 19 через устройства 23, 24, 25. Аккумуляторы 14, 13, 16 дозаправляют жидкостью, подаваемой насосами 12 и 13 через гидравлические распределительные устройства 20, 21, 22, соответственно. Таким образом, при работе механизма 2 подъема давление в газовой полости аккумуляторов 14, 15, 16 регулируется в соответствии с весом колонны, а насосы 12 и 13 работают постоянно, имея меньшую мощность.

При спуске колонны, когда давление в рабочей полости цилиндра 36 механизма 2 подъема меньше давления в линии 11 управления системы, жидкость из рабочей полости через гидрозамок 37 поступает на слив.

С увеличением веса колонны, когда давление в рабочей полости цилиндра 36 больше давления в линии 11 управления системы, гидрозамок 37 переключается в левое положение и жидкость поступает в линию 11 управления системы и далее в жидкостные полости аккумуляторов 14, 13, 16, дозаправляя последние, т.е. происходит накапливание энергии для работы других исполнительных механизмов.

При спуско-подъемных операциях, а именно при работе клинового захвата 4, когда давления в аккумуляторах 15, 16 недостаточно, открывается дополнительный распределитель 35 и жидкость в линию 11 управления системы поступает через клапан 34 "ИЛИ" из линии наиболее высокого давления (из вытеснителя 19 или аккумулятора 14).

При установке редукционного клапана 38 рабочая полость цилиндра механизма 2 подъема напрямую сообщается с распределителем 6 при подъеме и спуске колонны, при бурении же - через редукционный клапан 38, обеспечивая постоянство давления.

Изобретение относится к эксплуатации бурового оборудования, а именно к системам управления гидроприводной буровой установкой. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы путем регулирования давления заправки аккумуляторов и рекуперации энергии при сниженной мощности насосов. Для достижения указанного технического результата система содержит ротор и механизм подъема с силовым цилиндром, соединенные через распределительные устройства линией управления, снабженной клапаном "ИЛИ", с источником питания, выполненным в виде насосов и аккумуляторов. При этом первый вход клапана "ИЛИ" соединен с аккумуляторами, а его выход - с ротором и механизмом подъема. Система снабжена буровым ключом, клиновым захватом, гидроманипулятором, соединенными через распределительные устройства линиями управления с выходом клапана "ИЛИ", источник питания снабжен источником сжатого газа, выполненным в виде газогидравлических вытеснителей, а аккумуляторы выполнены пневмогидравлическими, причем газовые полости вытеснителей соединены между собой через обратные клапаны и связаны с газовыми полостями аккумуляторов, а гидравлические - с насосами. При этом газовая и гидравлическая полости каждого аккумулятора и вытеснителя снабжены соответственно газовыми и гидравлическими распределительными устройствами, а второй вход клапана "ИЛИ" через дополнительный гидравлический распределитель сообщен с линией наиболее высокого давления одного из аккумуляторов или одного из вытеснителей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система управления гидроприводной буровой установкой, содержащая ротор и механизм подъема с силовым цилиндром, соединенные через распределительные устройства линией управления, снабженной клапаном "ИЛИ", с источником питания, выполненным в виде насосов и аккумуляторов, при этом первый вход клапана "ИЛИ" соединен с аккумуляторами, а его выход с ротором и механизмом подъема, отличающаяся тем, что система снабжена буровым ключом, клиновым захватом, гидроманипулятором, соединенными через распределительные устройства линиями управления с выходом клапана "ИЛИ", источник питания снабжен источником сжатого газа, выполненным в виде газогидравлических вытеснителей, а аккумуляторы выполнены пневмогидравлическими, причем газовые полости вытеснителей соединены между собой через обратные клапаны и связаны с газовыми полостями аккумуляторов, а гидравлические - с насосами, при этом газовая и гидравлическая полости каждого аккумулятора и вытеснителя снабжены соответственно газовыми и гидравлическими распределительными устройствами, а второй вход клапана "ИЛИ" через дополнительный гидравлический распределитель сообщен с линией наиболее высокого давления одного из аккумуляторов или одного из вытеснителей. 2. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что силовой цилиндр механизма подъема соединен с источником питания через гидравлический замок двустороннего действия, входы которого соединены соответственно с рабочей полостью силового цилиндра и через обратный клапан - с источником питания, а выходы соответственно - со сливной линией и рабочей полостью. 3. Система управления по п. 1, отличающаяся тем, что силовой цилиндр механизма подъема снабжен дополнительным распределителем, один выход которого напрямую связан с рабочей полостью силового цилиндра, а другой - через редукционный клапан.