Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой Советский патент 1988 года по МПК E21B44/00 E21B19/08 

датчиками 10 давления, выпрямителем 8, коммутатором 11, блоком управления (БУ) 9, элементом сравнения 12, датчиком 15 числа шланг и соединен- с ним компаратором 16. С выхода БУ 9 подается управляющий сигнал на элемент 12 сравнения и БУ 13, управляющий серводвигателем 14 гидродросселя 2, связанного с распределителем 3. Подключение очередного

задатчика 10 происходит по мере поступления сигнала с датчика 15. На вход выпрямителя 8 поступает сигнал с выхода соединенного с полостями ГЦ 4 датчика 7 давления. Если величина с подключенного в данный момен задатчика 10 станет больше величины сигнала с выхода выпрямителя, срабатывает БУ 9 и посредством БУ 13 включает серводвигатель 14. 1 ил.

Изобретение относится к горной автоматике и м.б.использовано на буровых установках для проходки восстающих с бурением передовой скважины.Цель - увеличение срока службы бурового инструмента. Для этого механизм подачи, выполненный в виде гидроцилиндров (ГЦ) 4, снабжен соединенными с регулируемыми гидродросселями 2 и 6 электрогидравлическими распределителями 3 и 5. Система управления (ГЦ) 4 снабжена дополнительными за(Л о: о 00 NU

1

Изобретение относится к горной автоматике и может использоваться на буровых установках верхнего расположения, служащих для проходки восстающих с бурением передовой скважины.

Цель изобретения - увеличение срока сАужбы бурового инструмента.

На чертежа изображена функциональная схема автоматического регулятора осевого усилия бурового инструмента на забой при проходке передовой скважины.

Регулятор содержит гидронасос 1 постоянной производительности, выход которого соединен с входами регулируемого гидродросселя 2 и первого электрогидравлического распределителя 3. Выход электрогидравлического распределителя 3 соединен со штоко- вой и поршневой полостями гидроцилиндров 4 гидравлического механизма подачи. Полости гидроцилиндров подключены также на вход второго электрогидравлического распределителя 5, на выходе которого может быть установлен регулируемый гидродроссель 6. К штоковой и поршневой полостям гидроцилиндров 4 гидравлического механизма подачи подключен дифференциальный датчик 7 давления, выход которого через выпрямитель 8 соединен с первым входом блока 9 управления, первый выход блока 9 управления соединен с управляющими входами первого и второго электрогидравлических распределителей 3 и 5. Выходы задатчи- ков 10 давления соединены с входами коммутатора 11, выход которого соединен с вторым входом блока 9 управления. Выход элемента 12 сравнения подключен к первому входу блока 13 управления серводвигателем 14, связанным с регулируемым гидродросселем 2. Второй выход блока 9 управления подключен к второму входу блока 13 управления серводвигателем, третий и четвертый выходы блока 9 управления соединены соответственно с первым и вторым входами элемента 12 сравнения. Выход датчика 15 числа штанг соединен с управляющим входом коммутатора 11 и через компаратор 16

с третьим входом блока 9 управления.

Элемент 12 сравнения может быть выполнен на операционном усилителе с прямым и инверсным входами. Блоки 9 и 13 управления могут быть выполнены на основе ключевой схемы, управляющей работой электромагнитного реле, переключение контактов которого обеспечивает необходимую для функционирования устройства взаимосвязь

элементов. Датчик 13 числа штанг может быть выполнен на основе счетчика и концевого выключателя, контролирующего крайнее переднее положение вращателя.

Автоматический регулятор осевого ,усилия бурового инструмента на забой работает следующим образом.

Перед началом процесса бурения регулируемый гидродроссель 6 находится в положении максимального открытия сточного отверстия, регулируемый гидродроссель 2 - в положении, обеспечивающем постоянное максимальное по величине осевое усилие на забой. Электрогидравлические распределители 3 и А находятся в положении, показанном на чертеже. Поток масла.

создаваемый гидронасосом 1, проходя через электр Гидравлический распределитель 3, поступает в штоковую полость гидроцилиндров 4 гидравлического механизма подачи (ГМП), из поршневой полости которых через электро- гидравлический распределитель 5 и регулируемый гидродроссель 6 установленный на выходе последнего, поступает на слив. В процессе бурения автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой автоматически поддерживает максимальное постоянное по величине осевое усилие на забой. В начале процесса бурения коммутатор 11 подключает первый задатчик 10 давления к прямому входу элемента 12 сравнения через блок 9 управления. Сигнал с дифференциального датчика 7 давления, пропорциональный величине дифференциального давления в полостях гидроцилиндров А ГМП, поступает на вход выпрямителя 8 и через блок 9 управления подается на инверсный вход элемента 12 сравнения. Если величина сигнала с выпрямителя 8 превьшает значение сигнала первого задатчика 10 давления, то блок 13 управления серводвигателя включает серводвигатель 14, который служит приводом регулируемого гидродросселя 2„ Вращаясь, серводвигатель 1А увеличивает площадь проходного сечения регулируемого гидродросселя 2, тем самым снижая величину дифференциальвого давления в гидроцилиндрах 4 ГМП, что, в свою очередь, приводит к уменьшению осевого усилия на забой и постоянному поддержанию его на максимальном уровне. Процесс регулирования заканчивается после того, как величина сигнала подключенного задатчика 10 давления станет больше величины сигнала с выхода выпрямителя 8, после чего блок 13 управх- ния серводвигателя отключает сернодвигатель 14.

После каждой очередной спущенной штанги замыкается концевой выключатель датчика 15 числа штанг и на вход входящего в его состав счетчика числа штанг, находящихся в скважине, поступает импульс счета. После проходки каждьпх очередных десяти штанг с датчика 15 числа штанг поступает импульс управления на управляющий вход коммутатора 11, который через блок 9 управления подключает следую0

5

0

5

0

5

0

5

0

щий задатчик 10 давления на прямой вход элемента 12 сравнения. Выход датчика 15 числа штанг соединен также с входом компаратора 16. К инверсному элемента 12 сравнения подключен выход выпрямителя 8. Условия начала и окончания процесса регулирования, как и сам процесс, аналогичны описанному.

В случае необходимости регулирование осевого усилия на забой осуществляется во всем диапазоне величины шага (10 штанг). Данное значение шага выбирают исходя из повьтения устойчивости работы предлагаемого устройства, хотя данное значение может быть уменьшено.

В процессе бурения при увеличении длины (веса) бурового става для поддержания осевого усилия на забой на постоянном максимальном уровне величина дифференциального давления в гидроцилиндрах 4 ГМП все время снижается. Зная вес одной буровой штанги и постоянное максимальное осевое усилие, на которое рассчитан буровой инструмент, заранее определяют допустимый вес бурового става (количество штанг, находящихся в скважине) при величине дифференциального давления в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндров 4 ГМП, равной приближенно нулю. Регулируемый гидродроссель 2 при этом полностью открыт.

При превышении допустимого числа штанг (их веса), находящихся в скважине, компаратор 16 посылает на вход блока 9 управления сигнал управления, который приводит к разрыву цепи питания электромагнитов электрогидравлических распределителей 3 и 5, при этом последние меняют местами штоковую и поршневую полости гидроцилиндров 4 ГПМ. Кроме того, каждый очередной задатчик 10 давления через коммутатор 11 и блок 9 управления подключается теперь к инверсному входу элемента 12 сравнения. Прямой вход элемента 12 сравнения через блок 9 управления соединен с выходом вьшрямителя 8. При срабатывании блока 9 управления меняется также полярность подключения серводвигателя 14, который теперь включается только после того, как значение сигнала с выхода выпрямителя 8 становится меньше значения сигнала соответствующего задатчика 10 давления. Серводвигатель

К1ращается в противоположном направлении, тем самым уменьшая проходное сечение регулируемого гидродросселя 2, что приводит к повышению значения дифференциального давления в в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндров 4 ГМП и поддержанию осевого усилия на забой на постоянном по величине максимальном уровне вне зависимости от длины (веса) бурового става, находящегося в скважине.

При установке регулируемого гидродросселя 6 в положение, соответствующее зоне чувствительности устройство обеспечивает работу буровой установки в соответствии с естественным законом регулирования осевого усилия на забой в зависимости от скорости проходки.

Предлагаемый автоматический регу- лятор осевого усилия бурового инструмента на забой обеспечивает оптимальный режим его эксплуатации, что при- водит к повьш1ению коэффициента использования бурового инструмента и сни- жению энергозатрат.

Формула изобретения

Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента на забой, содержащий гидравлический механизм подачи с регулируемым гидродросселем, дифференциальный датчик давления, подключенньй к штоковой и поршневой полостям гидроцилиндров гидравлического механизма подачи, задатчик давления и элемент сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления серводвигателем, причем серводвигатель соединен с регулируемым гидродросселем, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы бурового инструмента, регулятор снабжен двумя злектрогидравлическими распределителями, дополнительными задатчиками давления, выпрямителем, коммутатором датчиком числа штанг, компаратором и блоком управления, при этом регулируемый гидродроссель соединен через первый электрогидравлический распределитель с входом гидравлического механизма подачи, к выходу которого подключен второй электрогидравлический распределитель, выход дифференциального датчика давления через выпрямитель подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго электрогидравлических распределителей, выходы задатчи- ков давления соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом блока управления, выход датчика числа штанг соединен с управляющим входом коммутатора и через компаратор - с третьим входом блока управления, второй выход которого подключен к второму входу блока управления серводвигателем, а третий и четвертый выходы блока управления соединены с первым входами элемента сравнения.