Изобретение относится к устройствам, назначением которых является автоматическое поддержание такого давления на забое, при котором обеспечивается максимально допустимая в данных условиях (оптимальная) скорость проходки.
Известен ряд устройств, в которых скорость проходки является функцией того или иного параметра, характеризующего режим бурения, например давления на забой или тока бурового двигателя.
При турбинном бурении указанный режим работы, называемый в дальнейшем экстремальным, совпадает с известным приближением, с работой в режиме отбора максимальной мощности турбины. При работе в указанном режиме необходимо контролировать на дневной поверхности число оборотов турбобура, что является пока нерещенной задачей вследствие отсутствия надежного канала связи между забоем и дневной поверхностью.
Описываемое изобретение дает возможность осуществить автоматический регулятор экстремального бурения без необходимости передачи каких-либо сигналов с забоя на поверхность.
Изобретение исходит из известной зависимости скорости бурения от нагрузки на забой, в которой эта кривая имеет один явно выраженный максимум, и ставит своей целью поддерживать такой режим бурения, при котором первая производная скорости бурения по давлению на забой равна нулю, т. е.
Указанная зависимость представлена на фиг. 1.
Описываемая схема регулирования предполагает выдерживание нагрузки на долото, соответствующее в каждом случае экстремальному разбуриванию.
Для этого в систему регулирования периодически посылаются имd-o f.
110782
пульсы приращения давления на забой и измеряется в определенный
d V момент времени производная- -;если она пололштельна, т. е. турбина
работает на левой части характеристики (см. фиг. 1), то исполнительный элемент воздействует на увеличение осевой нагрузки, а если отрицательна - наоборот. При --j- О исполнительный элемент не вызывает
изменения нагрузки на долото; это характеризует работу в области экстремального режима.
Принципиальная схема автоматического регулятора подачи долота на забой представлена на фиг. 2.
В схему входит часть элементов, общих для всех автоматизированных буровых станков, и часть элементов специфических для предлагаемого регулятора. На схеме приняты следующие обозначения:
П - податочное устройство любого типа, способное осуществлять не только спуск, но и подъем инструмента;
Ир - индикатор нагрузки на долото любого типа с электрическим выходом (последнее не обязательно). Измеритель нагрузки на долото может быть установлен либо на глухом конце каната, либо на податочном устройстве;
Я - измерительный элемент скорости подачи; условно показан в виде тахогенератора на валу податочного устройства, но может иметь другое исполнение и другой способ привязки; Е - сумматор сигналов; У: - усилитель;
Я - импульсатор, подающий импульсы в схему; СД - синхронный двигатель с редуктором, вращающий ползунок
импульсатора;
- интегрирующий элемент, состоящий из реохорда 1, сидящего на оси шагового искателя Ш-1, и ползунка 2, сидящего на оси щагового искателя Ш-2; ф - избиратель сигналов, выполненный в виде поляризованного реле;
И., - датчик производной--j-.состоящий из цепочки/ С и усилителя У;
В - выпрямитель в случае применения измерителя скорости переменного тока;
Р„ - реле нагрузки на долото; Р„, - реле минимальной скорости подачи долота. При выключенном рубильнике регулятор работает по простейшей схеме регулирования постоянства нагрузки на долото, величина которой задается уставкой U,
. Напряжение Up в вольтах в определенном масштабе соответствует нагрузке на долото в тоннах. Учет веса колонны производится либо автоматически, либо предварительным «взвешиванием колонны над забоем (на схеме не показано).
При неравенстве напряжений t/, и U на усилитель У поступает сигнал разбаланса определенной полярности
который воздействует на податочное устройство так, что при Up-U O-нагрузка на долото Р уменьшается, а при f/,(/„ О -увеличивается.
Если коэффициент усиления цепи регулирования достаточно велик, то в установившемся состоянии всегда наступает равновесие
и-и.
р.,
и нагрузка на долото поддерживается постоянной величины, соотг етствующей уставке И.
При включенном рубильнике К на сумматор Е нодаются импульсы Л (У от импульсатора Я.
На схеме приведен импульсатор, создающий трапецеидальные импульсы А L.
Формы имнульсов п конструкции импульсаторов могут быть различными.
Импульсатор состоит из кругового коммутатора, у которого иолзунок 3 последовательно проходит через сектор сплошного контакта 4, сектор потенциометра с равномерной обмоткой 5 и сектор изоляции 6. Ползунок коммутатора 3 приводится во вращение с постоянной угловой скоростью ю синхронным двигателем СД через редуктор.
Период введения импульсов должен быть значительно больше времени регулирования регулятора в режиме Р const и поэтому можно считать, что к моменту начала каждого импульса схема находится в состоянии равновесия, т. е. U,- .
При положительном значении сигнала имиульсатора, создающего импульсы А t/, регулируемая величина нагрузки на долото Р увеличивается.
В момент введения импульса ири работе на левой ветви характеристики турбинного бурения (Р)-скорость бурения i начинает
увеличиваться и производная--эг- оказывается положительной. При работе на правой ветви характеристики (Р) производная , - - оказывается в приведенных выше условиях отрицательной.
Напряжение U, снимаемое с дифференцирующей цепочки, пропорционально ускорению цодачи долота- Пройдя через усилитель У, оно попадает на поляризованное реле Р ф , которое в зависимости от полярности сигнала включает обмотки шаговых электромагнитных механизмов Ш-1 или Ш-2.
Ш-1 поворачивает по часовой стрелке ползунок 2, скользящий по реохорду /, а Ш-2 поворачивает по часовой стрелке реохорд /. Как видно из схе.мы фиг. 2, включение шагового искателя Ш-1 увеличивает, а включение Ш-2 уменьшает напряжение LJ, вводимое в сумматор S.
Введение напряжения изменяет уставку величины поддерживаемой нагрузки на долото Р
в сторону обеспечения экстремального режима турбинного бурения.
Для зашиты от случайных импульсов, неизбежно возникающих вследствие изменения твердости породы, в имиульсаторе предусмотрены блокировочные контакты /(.
Контакты Kg включают питание на шаговые механизмы только на определенное время периода импульса - время ожидания первого сигdvнала производной - , .
Для восстановления экстремального регулирования при остановке турбины вследствие большой нагрузки на долото применена система, состоящая из реле нагрузки на долото Р/, реле скорости подачи долота PJ, и контактов импульсатора /.
При остановке турбины l 0; , где PI - наименьшая из возможных нагрузок на долото, соответствующих максимальным скоростям бурения в различных породах и при различных степенях износа долота.
А-У„ „
,-, и,
JV 110782- 4
Реле Pj замыкает ко гг;1кты Л , при Р PI, а )еле Р„ замыкает контакты К при -о -У ,,„„, тогда через цепь ко11тактов Кр, K.j и периодически замыкающихся контактов в импульсаторе Кд подаются импульсы на обмотку Ш-2, что приводит к уменьшению нагрузки на долото Р (предполагается, что податочное устройство реверсивного типа) до тех пор, пока турбобур не начинает вращаться и скорость бурения У не становится больше -{„„д.
В этот момент реле Р.. размыкает контакты Л ., и система работает, как система экстремального регулирования.
Предмет изобретения
1.Автоматическое устройство подачи долота на забой при турбиниом бурении, включающее автоматический регулятор па рузки на долото, отличающееся тем, что, с целью поддержания максимальной скорости турбинного бурения, помещают устройство для периодического введения в установку регулятора импульсов приращения нагрузки на долото и датчик, вырабатывающий сигнал, пропорциональный производной скорости проходки по времени, воздействующий на уставку того регулятора так, что при положительном знаке сигнала нагрузка на долото возрастает, при отрицательном знаке сигнала - уменьщается, а при сигнале, равном нулю - остается постоянной.
2.Форма выполнения автоматического устройства подачи по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью исключения возможности прекращения процессов регулирования при остановке турбины, в нем предусмотрены реле скорости проходки и реле нагрузки на долото, совместная работа которых обеспечивает включение механизма подачи на подъем инструмента.
Р экстремальное Фиг.
Нагрузка на долото
