Регулятор подачи долота Советский патент 1984 года по МПК E21B44/02 

Изобретение относится к нефтяно и газовой промышленности, в частности к нефтебуровому оборудованию Известны регуляторы подачи доло та, предназначенные для поддержания заданной нагрузки на Долото, содержащие блок измерения веса бурового инструмента, усилитель, аси хронный двигатель, электромагнитную порошковую муфту, электромеханический тормоз и блок подачи бурового инструмента Щ. Однако регуляторы из-за наличия в них электромагнитной порошковой муфты, заполненной ферритным порошком, что приводит к быстрому изнашиванию и нежелательному нагреву муфты, ненадежны к эксплуатации. Наиболее близким к изобретению я ляется регулятор подачи долота,-соде жащий асинхронный двигатель, блок измерения веса, соединенный с первыми входами блока управления, первые выходы которого подключены к электромеханической муфте, которая механически соединена с блоком подачи бурового инструмента и на валу которой установлены электромеханический тормоз и тахогенератор, выходы которого подклю чены к вторым входам блока управления., вторые выходы которого сое динены с входами электромеханичес кого тормоза fll, Недостатком известного регулятора подачи долота является то, что поддержание заданной осевой нагрузки связано со значительными потерями электрической энергии на асинхронный электродвигатель, вра щий с постоянной скоростью ведущую часть электромагнитной муфты скольжения в сторону подъема бури ного инструмента. Ведомая часть муфты под действием собственного веса бурильного инструмента враща ется в сторону подачи, что приводит к большим тепловым потерям в муфте, пропорциональнь относител ной скорости (скольжению) между ведущей и ведомой частями муфты, быcтpo fy ее износу. Целью изобретения является повышение точности я упрощен| е конструкции регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор подачи долота, содержащий асинхронный электродвигатель, блок измерения веса бурильного инструмента, соединенный с первыми входами блока управления, первые выходы которого подключены к электромагнитной муфте, которая механически соединена с блоком подачи бурового инструмента и на валу которой установлены электромеханический тормоз и Тахогенератор, выходы которого подключены к вторым входам блока управления, вторые выходы которого соединены с входами электромеханического тормоза, введены пороговый элемент и червячньй редуктор, соединенный с асинхронным электродвигателем и электромагнитной муфтой, при этом третьи выхода блока управления соединены с входами порогового элемента, выходы которого подключены к асинхронному двигателю На фиг. 1 представлена блоксхема регулятора подачи долота; на фиг. 2 - схема, блока управления. Регулятор подачи долота содержит блок 1 измерения веса бурового инструмента, блок 2 управления, пороговый блок 3, асинхронный электродвигатель 4, червячный редуктор 5,электромагнитную муфту 6, электромеханический тормоз 7, тахогенератор 8 и блок 9 подачи бурового инструмента. Блок 2 управления содержит кнопку 10 Стоп, кнопку 11 Пуск, реле 12 с за1 псающйми контактами 13 - 15, реле 16, фазочувствительный выпрямитель 17, блок t8 сравнения , усилитель 19 постоянного тока и тирйсторный преобразователь 20. Сигналы с выхода блока 1 измерения, веса бурового инструмента и с тахогенератора 8 поступают на входы блока 2 управления, с выходов которого сигналы поступают на электромагнитную .муфту 6, электромеханический тормоз 7, а также на вход порогового блока 3. Сигнал с выхола подается на электродвигатель 4, вал которого связан с червячным тзедуктором 5, сочлененным с ведущим валом электро|4агнитной муфты 6. Блок 1 измерения веса бурового инструмента включает датчик веса и две пары сельсинов: сельсин-датчик и сельсин установки. 3 Регулятор работает следующим образом. Перед началом бурения взвешивают инструмент поворотом рукоятки сельсина установки таким образом чтобы напряжение на выходе сельсинной пары было равно нулю. Затем поворотом этой же рукоятки задается требуемое значение нагрузки на долото. Разность напряжений с выхода сельсинной пары подается на первые выходы блока 2 управления После задания необходимого напряжения (угла рассогласования) сельси ной пары, пропорционального заданной нагрузке на долоте, производят пуск кнопкой 11. Срабатывает реле замыкая свои замыкающие контакты. Блокируется кнопка 11 Пуск контактами 14 реле 12. Выход сельсинной пары блока 1 подключается к вхо ду фазочувствительнрго выпрямителя 17 контактами 15 реле -12, замыка-. ется контакт 13, подключая к сети реле 16, которое в свою очередь вкл чает электромеханический тормоз 7, растормаживакщий ведомый вал электромагнитной муфты 6. Выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 17 сравнивается с сигналом та,хогенератора 8 в блоке 18 сравнения и подается на вход усилителя постоянного тока, выходной сигнал которого подается на вход тиристорного преобразователя 20 и на пороговый блок 3. При этом выходной сигнал сельсинной пары такого знака, что выходное напряжение тиристорного преобразователя равно нулю т.е. обмотка возбуждения электромагнитной муфты 6 скольжения обесто чена. При расторможении ведомой части электромагнитной муфты 6, происходит подача буровой колонны в скважину, т.е. ведомая часть муфты начинает вращаться в сторону спуска буровой колонны в скважинку под дей ствием собственного веса колонны. Ведущая часть муфты 6 заторможе на и неподвижна, так как она сочле нена с валом самотормозящего червячного редуктора. Таким образом, при нарастании скорости спуска буровой колонны в скважину, увеличивается напряжение об1 атной связи по скорости от тахо генератора 8. 704 При достижении этим напряжением значения выходного напряжения фазочувствительного выпрямителя 17 входное напряжение усилителя 19 постоянного тока становится равным нулю. При дальнейшем увеличении обратной связи разность напряжений на входе усилителя 19 постоянного тока изменяет знак на противоположный. В этом случае сигнал, поступающий с выхода усилителя 19 постоянного тока на тиристорный преобразователь 20, открывает его и подпитывается обмотка возбуждения муфты 6 током тем большим, чем больше сигнал на входе преобразо.вателя 20, В результате этого происходит торможение буровой колонны, скорость спуска ее стабилизируется и она по- дается в скважину с установившейся, скоростью, до соприкосновения долота с забоем. При соприкосновении долота с дном скважины начинает увеличиватвся нагрузка на него, следовательно происходит, уменьшение колонны на крюке, что приводит к уменьшению напряжения сельсинной пары. При достижении нагрузки на долоте заданной и вьше выходное напряжение сельсинной пары изменяет фазу, что приводит к изменению знака выходного напряжения фазочувствительного выпрямителя 17,Следовательно,увеличивается выходное напряжение тиристорно го преобразователя 20(т,к.теперь вы ходные напряжения фазочувствительного выпрямителя и тахогенератора 8 складываются)и происходит большее торможение спуска бурового инструмента. Таким образом скорость подачи инструмента при нагрузке на долоте устанавливается незначительно превытающей заданную. Такое происходит при условии, что разбуриваемая порода однородна. Изменение породы приводит к изменению скорости подачи инструмента, т.е. производится ре- гулирование подачи инструмента. При попадании долота в очень твурдук породу тормозной момент муфты 6 может не обеспечить необходимую скорость подачи долота, так как она работает В режиме динамического тор моза. В этом случае увеличивается выходное напряжение сельсинпой пары, а

также выходное напряжение усилителя 19 постоянного тока, при превьшении которым определенной величины срабатывает пороговый блок 3, который включает электродвигатель 4. Ведущая часть муфты б начинает вращаться в сторону подъема инструмента, так как она сочленена с валом червячного редуктора 5,сочлененного с электродвигателем 4.

В этом режиме регулятор может обеспечить реверс, а также нулевзто .скорость подачи инструмента.

В пороговом блоке 3 имеется -реле времени, которое после истечения определенного времени (уставли) отключает электродвигатель от сети.

Регулятор вновь работает в режиме динамического тормоза. Следует отметить-, что при бурении-пороговый блок 3 срабатывает только при превышении нагрузки на долоте заданной на определенную величину. В процессе бурения может быть и так, что он ни разу не сработает и регулятор все время будет работать в описанном режиме. I Экономический эффект от применения изобретения заключается в уменшении энергетических затрат (асинхронный двигатель работает незначительное время в процессе бурения) и тепловых потерь в муфте,

РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ ДОЛОТА, содержащий асинхронный электродви- гатель, блок измерения веса бурильного инструмента, соединенный с первыми входами блока управления, первые выходы которого подключены к электромагнитной муфте, которая ме анически соединена с блоком подачи бурового инструмента и на вялу которой установлены электромеханический тормоз и тахогенератор, выходы которого подключены к вторш входам блoka управления, вторые выходы которого соединены с входами электромеханического тормоза, о тличающийся тем, что, с целью поньшения точности и упрощения устройства, в него введены пороговый элемент и червячный редуктор, соединенный с асинхронным электродвигателем и электромагнитной муфтой, при этом третьи выходы блока управления соединены с входами, порогового элемента, выходы О) которого подк.тйочены к асинхронному с двигателю.

Кб.