Регулятор подачи долота Советский патент 1988 года по МПК E21B44/02 E21B19/09 

It I X

Изобретение относится к устройствам автоматического поддержания заданной осевой нагрузки на долото и может быть использовано при проводке нефтяных и газовых скважин с плавучих буровых объектов.

Целью изобретения является повышение точности поддержания нагрузки на долото в процессе бурения при вертикальных перемещениях плавучего бурового объекта.

На чертеже приведена функдио- нальная схема предлагаемого регулятора подачи долота во взаимосвязи с основными конструктивными элементами плавучей буровой установки.

Плавучий буровой объект содержит, установленные на буровой площадке 1 двигатель 2 постоянного тока ДПТ, соединенный через понижающий редуктор 3, цепную подачу 4, барабан лебедки 5 с талевой системой 6. Талевый канат черея кронблок 7 буровой вьшки 8 несет буровой инструмент состоящий из колонны бурильных труб 9 и бурового долота 10, перемещающихся внутри морского стояка 11, неподвижно укрепленного на донной плите 12, имеющей сквозное отверстие При этом ДПТ 2 питается от тиристорного преобразователя 13, в цепь управления которого последовательно включены за- датчик 14 веса бурового инструмента, регулятор 15 веса, регулятор 16 ЭДС и регулятор 17 тока якоря.

Устройство подачи долота содержит также датчик 18 веса бурового инструмента, установленный на мертвом конце 19 талевого канатя, датчик 20 ЭДС, датчик 21 напряжения на якоре, датчик 22. тока якоря, датчик 23 вертикальных перемеще;ний, источник 24 смещения, сумматор 25, первьй нелинейный элемент 26, датчик 27 скорости перемещений и второй нелинейный элемент 28.

Выход датчика 22 тока якоря соединен с первыми входами датчика 20 ЭДС и регулятора 17 тока якоря, выход которого подключен к входу -тирис торного преобразователя 13. Выход датчика 21 напряжения на якоре соединен с вторым входом датчика 20 ЭДС, выход которого подключен к первому входу регулятора 16 ЭДС, выход которого соединен с вторым входом регулятора 17 тока якоря. Выход датчика 18 и задатчика 14 веса бурового

to

15

20

25

30

35

40

45

50

55

инструмента соединены с соответствующими входами регулятора 15 веса, выход которого подключен к второму входу регулятора 16 ЭДС. Выход датчика 23 вертикальных перемещений и источника 24 смещения соединены с соответствующими входами сумматора 25, выход которого через первый нелинейный элемент 26 подключен к третьему, а через датчик 27 скорости перемещений и второй нелинейный элемент 28 - к четвертому входам регулятора 16 ЭДС,

Регулятор подачи долота работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при отсутствии вертикальных перемещений плавучего объекта, сигнал с выхода датчика 23 вертикальных перемещений уравновешивается сигналом с источника 24 смещения. При этом на выходе сумматора 25 сигнал равен нулю, а регулятор подачи долота работает в режиме, обеспечивающем бурение с заданной точностью поддержания нагрузки на долото.

В случае волнения моря, т.е. при наличии вертикальных перемещений буровой установки величина сигнала на выходе датчика 23 изменяется пропорционально величине перемещения плавучего бурового объекта вверх или вниз относительно дна моря.

Рассмотрим момент, когда плавучий буровой объект перемещается вверх. При этом величина сигнала на выходе датчика 23 вертикальных перемещений превьшает величину смещения. В результате чего на выходе сумматора 25 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход датчика 27 скорости перемещений, сигнал на выходе которого пропорционален скорости перемещения плавучего бурового объекта относительно дна моря. Этот сигнал поступает на вход второго нелинейного элемента 28, а с его выхода на чертвертый вход регулятора 16 ЭДС.. Если величина сигнала на выходе сумматора 25 превышает зону нечувствительности первого нелинейного элемента 26, то сигнал также поступает на третий вход регулятора 16 ЭДСо Благодаря применению первого нелинейного элемента 26 с зоной нечувствительности, относительно малые перемещения плавучего бурового объекта не влияют на процесс подачи инструмента. Благодаря применению второго нелинейного элемента 28 с двуполярной параболической характеристикой, сигнал на его выходе при малых скоростях перемещения плавучего бурового объекта изменяется незначительно, а с увеличением входного сигнала резко растет коэффициен усиления второго нелинейного элемента 28, что приводит к более эффек- тивной отработке вертикальных перемещений, происходящих с большой скоростью.

Благодаря совместному действию сигналов с выходов регулятора 15 веса, датчика 20 ЭДС, первого нелинейного элемента 26 с зоной нечувстви- тедьности и второго нелинейного элемента 28 с двуполярной параболической характеристикой, на выходе регулятора 16 ЭДС образуется сигнал такой величины, что ЭДС тиристорного преобразователя 13, работающего в инверторном режиме, увеличивается. Это, в свою очередь, приводит к уменьщению тока якоря двигателя 2, а следовательно, и развиваемого им момента. В результате этого скорость подачи бурового инструмента возрастает- настолько, чтобы отрыва его от забоя не произощло.

При перемещении плавучего бурового объекта вниз, величина на выходе датчика 23 вертикальных перемещений, становится меньше величины смещения. В итоге на выходе сумматора 25 появляется сигнал положительной полярности, который пройдя первый нелинейный элемент 26, поступает на третий вход регулятора 16 ЭДС. Этот же сигнал, пройдя последовательно через датчик 27 скорост перемещений и нелинейный элемент 28 поступает на чертвертый вход регулятора 16 ЭДС, создавая с сигналами на первом и втором его входах такое сочетание, что тиристорный преобра- зрватель 13, воздействуя на двигатель 2, уменьшает скорость подачи инструмента на забой, если скорость вертикального перемещения плавучего бурового объекта меньше скорости подачи или осуществляет приподъем бурового инструмента, если скорость вертикальных перемещений превьшает скорость подачи.

При изменении буримости породы изменяется скорость подачи инструмента, что вызывает изменение сигналов на выходе датчика ЭДС, а, следовательно, и на выходе регулятора ЭДС. Благодаря этому изменяется напряжение на выходе тиристорного преобразователя и момент, развиваемый двигателем. В итоге изменяется скорость вращения двигателя, компенси- Q руя влияние изменения буримости породы.

Таким образом, определение величины и скорости вертикальных пере5 мещекий плавучего бурового объекта и использование этой информации в системе автоматического регулирования подачей долота позволяет изолировать влияние указанных возмущающих воздей0 ствий на процесс бурения при вертикальных перемещениях. Это, в свою очередь, повышает точность поддержания заданной нагрузки на долото, а, следовательно, и среднюю скорость

5 проходки скважины.

Формула изобретения

Регулятор подачи долота, содержа-

0 щий датчик тока якоря, выход которого соединен с первыми входами д ат- чика ЭДС и регулятора тока якоря, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя, датчик

g напряжения на якоре, выход которого подключен к второму входу датчика ЭДС, выход датчика ЭДС соединен с первым входом регулятора ЭДС, датчик и задатчик веса бурового инструмента,

0 подключенные к соответствующим входам регулятора веса, выход которого соединен с вторым входом регулятора ЭДС, выход регулятора ЭДС соединен с вторым входом регулятора тока яко5 ря, о тлич.ающий с я тем, что, с целью повьяпения точности поддержания нагрузки на долото в процессе бурения при вертикальных перемещениях плавучего бурового объекта,

0 регулятор снабжен датчиком вертикальных перемещений, сумматором, источником смещения, датчиком скорости перемещений и двумя нелинейными элементами, причем выход датчика вер5 тикальных перемещений подключен к первому, а выход источника смеще- , ния - к второму входам сумматора, выход которого соединен с входом первого нелинейного элемента и через

51Д16676

датчик скорости ппремещений - с вхо- элемента подключен к третьему, а вы- дом второго нелинейного элемента, ход второго нелинейного элемента - при этом выход первого нелинейного к четвертому входам регулятора ЭЛС.

Изобретение м.б. использовано при проводке нефтяных и газовых скважин с плавучих буровых объектов. Цель - повышение точности поддержания нагрузки на долото в процессе бурения при вертикальных перемещениях плавучего бурового объекта. Для этого регулятор снабжен датчиком 23 вертикальных перемещений, сумматором 25, источником смещения 24. датчиком -7 27 скорости перемещений и двумя нелинейными -элементами (НЭ) 26, 28. Выходы датчика 23 и счетчика 24 соединены с соответствующими входами сумматора 25. Его выход через один НЭ 26 подключен к третьему, а ерез датчик 27 и другой НЭ 28 - к четвертому входам регулятора (Р) 16 ЭДС, к его парному и второму входам подключены Р 15 веса и датчик 20 ЭДС. Выходы Р 16 и датчика 22 тока якоря подключены к входам Р 17 тока якоря, выход которого соединен с входом тиристор- ного преобразователя 13. Благодаря совместному действию сигналов с выходов Р 15 веса датчика 20 ЭДС, первого НЭ 26 с зоной нечувствительности и второго НЭ 28 с двухполярной х-кой на выходе Р 16 ЭДС образуется сигнал такой величины, что ЭДС преобразователя 13, работающего в ин- верторном режиме, увеличивается. Ток якоря двигателя 2 уменьшается, и скорость подачи долота возрастает настолько, чтобы отрьгаа его от забоя не произошло. 1 ил. S сл Од ot ч а