Регулятор подачи бурового инструмента Советский патент 1984 года по МПК E21B44/02 

Изобретение относится к автоматизации бурения и может быть использовано на буровых установках с ленточным тормозом. Известен регулятор подачи долота, содержащий измеритель веса, элемент сравнения, исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки 1. Известен также регулятор подачи бурового инструмента, содержащий исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой - с задатчиком веса. Для ограничения скорости подачи инструмента регулятор содержит центробежный датчик скорости, связанный посредством фрикционного колеса с фланцем барабана лебедки 2. Недостатком данного регулятора подачи является то, что его нельзя использовать в режиме стабилизации заданной скорости проходки. Кроме того, оно не позволяет дистанционно изменять задание регулятору, поскольку задание регулятору определяется положением контактов электроконтактного манометра, перемещаемых механически вручную. Следовательно, указанное устройство нельзя использовать в режиме автоматичесго управления процессЬм бурения от вычислительного комплекса, когда в зависимости от разбуриваемых пород, глубины скважины, условий промывки и т.д. необходимо изменить задание согласно критерию оптимальности. Причем устройство имеет низкую надежность, поскольку электромагнитная муфта и контакты манометра от частого срабатывания быстро изнашиваются. Недостатком устройства является также большое перерегулирование особенно при разбуривании твердых пород, поскольку ралстояние между контактами манометра трудно установить достаточно малым. Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования. Указанная цель достигается тем, что регулятор подачи бурового инструмента, содержащий исполнительный механизм с электрическим приводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой - с задатчиком веса, снабжен задатчиком скорости подачи, коммутатором, управляемым делителем частоты, формирователем управляющих импульсов схемой И, устройством запуска электропривода исполнительного механизма, переключателем и блоком управления, причем задатчик скорости подачи соединен с одним из входов коммутатора, другой вход которого подключен через переключатель к блоку управления и выход которого соединен с управляемым входом делителя частоты, другой вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов, а выход делителя частоты соединен с одним из входов схемы И, другой вход которой соединен с выходом элемента сравнения, а выход схемы И соединен с устройством запуска электропривода исполнительного механизма. На чертеже представлена структурная схема регулятора подачи бурового инструмента.Регулятор подачи бурового инструмента содержит исполнительный механизм, состоящий из электрического привода 1 (например, электродвигателя), сумматора 2, представляющего собой, например, редуктор, на подвижном подшипниковом корпусе которого смонтирован тросоприемный барабан с намотанным тросом 3 и грузом 4, связанными с рукояткой тормоза 5, входной и выходной валы редуктора связаны соответственно с электродвигателем 1 и шкивом 6, прижимаемым- к реборде барабана лебедки 7. Кроме того, регулятор подачи бурового инструмента содержит датчик веса с электрическим выходом 8, подключенным к одному из входов элемента сравнения 9, другой вход которого подключен через переключатель рода работы 10 к задатчику веса 11 или к блоку управления процессом бурения 12, задатчик скорости подачи 13, который с помощью коммутатора 14 подключается к ,управляемому входу делителя частоты 15, другой вход которого соединен с формирователем управляюших импульсов 16. Выходы делителя частоты 15 и элемента сравнения 9 подключены к входам схемы И 17, выход которой подключен к входу устройства запуска электродвигателя 18, включаю щего семисторы 19 и схему управления ими. Регулятор подачи бурового инструмента работает следующим образом. Напряжение, пропорциональное весу бурового инструмента, с датчика веса 8 подается на первый вход элемента сравнения 9, на второй вход которого подается напряжение уставки с задатчика веса 11 или, в автоматическом режиме (переключатель 10 в нижнем положении), с блока управления процессом бурения 12, если напряжение на первом входе элемента сравнения 9 превышает напряжение уставки (вес инструмента больше заданного), то на вход;е схемы И 17 присутствует «1 и запускающие импульсы с делителя частоты 15 проходят на вход устройства запуска электродвигате.1я 18, которое включает электродвигатель 1 исполнительного механизма на время длительности импульса. При вращении электродвигателя I, поскольку шкив 6 заторможен, происходит вращение тросоприемного барабана суммато ра 2 в сторону наматывания троса 3 и тем самым происходит растормаживание лебедки. При растормаживании происходит подача инструмента, при этом начинает вращаться барабан лебедки 7 и шкив 6. В этом случае направление и скорость вращения тросоприемного барабана сумматора 2 определяются соотношением скоростей вращения электродвигателя 1 и шкива 6, т.е. в этом случае начинает действовать отрицательная обратная связь по скорости. Если скорость шкива 6 и соответствующая скорость подачи превышает скорость вращения электродвигателя с учетом коэффициента редукции, то тросоприемный барабан сумматора 2 вращается в сторону разматывания троса 3, при этом рукоятка тормоза 5 под действием груза 4 опускается, притормаживая тем самым подачу инструмента и наоборот. При равенстве скоростей тросоприемный барабан сумматора 2 неподвижен и осуществляется равномерная подача инструмента с некоторой скоростью. По истечении времени, равного длительности импульса, электродвигатель 1 отключается и вращение тросоприемного барабана сумматора 2 определяется только вращением шкива 6, т.е. тросоприемный барабан сумматора 2 вращается в сторону разматывания троса 3, при этом рукоятка тормоза 5 под действием груза 4 опускается, затормаживая барабан лебедки, и подача прекращается. Из сказанного следует, что величина одной подачи определяется длительностью импульса, величина которого с помощью формирователя управляющих импульсов 11 устанавливается таким образом, чтобы величина перерегулирования (отклонение осевой нагрузки от заданного значения) была в пределах допуска, обеспечивая тем самым равномерность подачи инструмента и точность регулирования. Во время паузы между импульсами на элементе сравнения 9 происходит сравнение сигналов с датчика веса 8, соответствующих новому значению веса инструмента, и с задатчика веса 11, при этом если новое значение веса инструмента станет меньше заданного значения, то на первый вход схемы И 17 сигнал не поступит и устройство запуска электродвигателя 18 не включит электродвигатель , следовательно, растормаживания барабана лебедки 7 не произойдет. По мере выбуривания породы при заторможенной лебедке вес инструмента на крюке растет, следовательно, и сигнал на выходе датчика веса 8 растет до тех пор, пока не достигнет заданного значения, при этом вновь с выхода элемента сравнения 9 на вход схемы И 17 поступит сигнал, который пропустит очередной импульс с выхода делителя частоты 15 на вход устройства запуска электродвигателя 18, электродвигатель 1 включится, осуществив новую подачу инструмента. Если после окончания очерес,ной подачи инструмента знач,ение сигнала веса инструмента от датчика веса 8 останется больше заданного, то, несмотря на поступление сигнала с выхода элемента сравнения 9 на первый вход элемента И 17, выходной сигнал со схемы И 17 на входе устройства запуска электродвигателя 18 будет отсутствовать до поступления на второй вход схемы И 17 очередного импульса от управляемого делителя частоты 15, т.е. пока не закончится очередная пауза. Таким образом, максимальная частота следования очередных подач, которая характеризует механическую скорость бурения, ограничена частотой следования импульсов с управляемого делителя частоты 15, которая устанавливается с помошью задатчика скорости подачи 13 или дистанционно автоматически с помощью блока управления 12 в зависимости от по.ложения коммутатора 14. Предлагаемый регулятор подачи бурового инструмента может работать в следующих режимах: режим стабилизации скорости бурения; при этом режиме задатчик веса 11 устанавливается на «О, а задатчик скорости подачи 13 - на требуемое значение скорости подачи, таким образом с выхода элемента сравнения 9 на вход схемы И 17 всегда поступает разрешающий сигнал и частота включения электродвигателя- 1 равна частоте следования импульсов, т.е. заданной скорости бурения; режим стабилизации веса инструмента на крюке при ограничении максимальной механической скорости обеспечивается установкой задатчика веса 11 на заданное значение веса, а задатчика скорости подачи 13 в положение, соответствующее допустимой скорости бурения. При соответствующем выборе длительности импульса (величины одной подачи) характер подачи инструмента практически равномерный, поскольку переходные процессы в отдельных звеньях системы регулирования (электродвигателе, буровой лебедке, разбуриваемой породе и т.д.) в значительной стемени сглаживают импульсный характер работы регулятора, при этом статическая ощибка регулирования отсутствует. Регулятор подачи бурового инструмента обеспечивает высокую надежность, поскольку используемые в регуляторе полупроводниковые элементы и элементы микроэлектроники имеют высокую надежность, большой срок службы, надежно работают в щироком диапазоне температур.

5 11187626

Кроме того, регулятор имеет более ши-Регулятор обеспечивает дистанционное

рокие функциональные возможности, чтоизменение уставки регулятору, например, с

обеспечивает режим стабилизации веса ий-места бурильщика или мастера, а также

струмента при любом заданном ограниченииавтоматическое изменение уставок с помогю скорости подачи, обеспечивает режим ста-g шью блока управления процессом бурения,

билизации механической скорости бурения,что важно при внедрении АСУ ТП процесчто важно при бурении мягких пород и не-сом бурения. Кроме того, в нем отсутствудостаточной очистке забоя с целью предот-ет статическай ошибка регулирования, привращения образования сальников.сущая пропорциональным регуляторам.

РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий исполнительный механизм с электроприводом и отрицательной обратной связью по механической скорости проходки, датчик веса с электрическим выходом, задатчик веса и элемент сравнения, один вход которого соединен с выходом датчика веса, а другой - Кть с задатчиком веса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования, он снабжен задатчиком скорости подачи, коммутатором, управляемым делителем частоты, формирователем управляющих импульсов, схемой И, устройством запуска электропривода исполнительного механизма, переключателем и блоком управления, причем задатчик скорости подачи соединен-с одним из входов коммутатора, другой вход которого подключен через переключатель к блоку управления и выход которого соединен с управляемым входом делителя частоты, другой вход которого соединен с формирователем управляющих импульсов, а выход делителя частоты соединен с одним из входов схемы И, другой вход которой § соединен с выходом элемента сравнения, а сл выход схемы И соединен с устройством запуска электропривода исполнительного меd ханизма. 00 О5 ю S7 Eh-0t