Регулятор подачи бурового инструмента Советский патент 1988 года по МПК E21B44/02 E21B19/08 

1

Изобретение относится к средства автоматизации процесса бурения и предназначено для использования на буровых установках, снабженных ленточным тормозом.

Целью изобретения является повышние точности подцержания осевой нагрузки на долото при бурении переме- жакяцнхся по буримости пород.

На чертеже представлена функциональная схема регулятора подачи бурвого инструмента.

Регулятбр подачи бурового инструмента содержит датчик i веса, выход которого подключен к первым входам первого элемента 2 вычитания и блок 3 памяти начального веса инструмент к второму входу которого подключена кнопка 4. Выход блока 3 памяти начального веса инструмента соединен -с вторым входом первого элемента 2 вычитания, выход которого подключен к входу индикатора 5 осевой нагрузки на долото и к первому входу второго элемента б вычитания, второй вход которого соединен с выходом задатчика 7 осевой нагрузки на долото. Выход второго элемента 6 вычитания чарез усилитель 8 соединен с первым входом управляемого ограничителя 9 уровня, второй вход которого подключен к выходу задатчика 10 скорости подачи бурового инструмента. Выход управляемого ограничителя S уровня подключен к входу блока М привода электродвигателя , выходы которого подключены соответственно к роторной и .возбуждающей обмоткам двигателя 12 постоянного тока. Исполнительный механизм содержит электродвигатель i 2 постоянного тока, сумматор 13j гфедставляю- щий собой планетарньй редуктор, на подвижном подшипниковом корпусе которого укреплен тросоприекный шкив 14 с гибким тросиком 15 и грузом 16, связанными с рукояткой 17 тормоза лебедки. Входной и выходной валы редуктора связаны с валом электродвигателя 12 и обрезиненным роликом IS прижимаемым к реборде 19 барабана лебедки.

Регулятор подачи бурового инструмента работает следующим образом.

Выходное напряжение с датчика 1 веса, пропорциональное весу бурового инструмента, поступает на первый вход блока 3 памяти начального веса колонны, который производит запоми

нание аналогового уровня с датчика

1веса и запускается кнопкой 4 по BTOpoj y входу. Выходной уровень, пропорциональный запомненному начальному весу бурового инструмента, поступает на второй вход первого элемента

2вычитания, на первый вход которого поступает уровень с датчика 1 веса. На входе формируется разностное напряжение, пропорциональное величине осевой нагрузки на долото, которое подается на индикатор 5 осевой нагрузки и на первый вход второго элемента 6 вычитания, на второй вход которого подается уровень напряжения, пропорциональный заданному значению нагрузки на долото, с задатчика 7 осевой нагрузки на долото. На выходе второго элемента 6 вычитания формируется уровень 4Р, пропорциональный величине рассогласования между значением заданной осевой нагрузки на долото и текущим ее значением. ДР является управляющим сигналом для управления подачей бурового инструмента, причем только отрицательное значение напряжения ЛР обеспечивает управле ше, а положительное

0 З Q

0

5

5

значение останавливает управление. Отрицательное значение напряжения JP далее поступает на вход усилителя 8 напряжения, служащего для увеличения чувствительности регулятора к изменению текущего веса, а также определяет точность поддержания заданного значения нагрузки на долото. Выходное напряжение с усилителя 8 поступает на первый вход управляемого ограничителя 9 уровня, верхний уровень на выходе которого определяет задатчик 10 скорости подачи инструмента. Далее с выхода управляемого ограничителя 9 уровня напряжение поступает на вход блока 1 электропривода, обеспечивающего плавное изменение скорости вращения ротора электродвигателя 12, в зависимости от величины входного уровня. Блок электропривода 11 обеспечивает питание и управление электродвигателем 12, который включен по схеме с независимым возбуждением. Блок имеет элементы та- хомоста, позволяющие сохранить.частоту вращения электродвигателя 12 независимо от нагрузки на вал в диапазоне частот вращения от 0,05п до п номинальной. При наличии сигнала рассогласования йР ротор электродвига3U3

теля 12 вращается с частотой, определяемой уровнем этого сигнала и уровнем ограничения, задаваемого за- датчиком 10 скорости подачи бурового инструмента. В начальный момент (после подвода механизма к реборде барабана лебедки) резиновый ролик 18 заторможен и при этом происходит вращение тросоприемного шкива 14 суммато- ра 13 в сторону натяжения троса 15, связанного с рукояткой 17 тормоза лебедки. Рукоятка 17 начинает подниматься, растормаживая,барабан, при этом начинает вращаться ролик 18, что вызывает изменение направления вращения шкива 14 или остановку его вращения, сохранив определенное натяжение троса 15.Таким образом происходит вычитание угловых скоростей электродвигателя 12 с учетом редукции и резинового ролика 18, и при равенстве их угловых скоростей тросо- приемный шкив 14 не вращается, обеспечивая скользящее движение барабана лебедки на тормозах. Сумматор 13 обеспечивает такое состояние до тех пор, пока не изменится частота вращения электродвигателя 12. При этом сумматор 13 снова производит воздей-- ствие на тормоз лебедки через шкив 14 и трос 15. Таким образом, скорость движения барабана лебедки изменяется в зависимости от того, в какую сторону происходит изменение частоты вра- щения электродвигателя 12, сохранив при этом скользящую подачу инструмента, По мере того, как уровень сигнал рассогласования между осевой нагрузкой и заданным ее значением уменьша- ется, частота вращения электродвигателя 12 также уменьшается, в результате чего уменьшается скорость подачи инструмента, обеспечивая плавност нагружения, При уровне рассогласова- кия Р, близким к нулю, электродвигатель 12 имеет минимальные обороты, тем самым, обеспечивается подача с минимальной скорост ью, обеспечивающей поддержание заданного значения осевой нагрузки на долото. При нулевом рассогласовании вращение электродвигателя, а также подача .инструмента прекращаются, при этом рукоятка тормоза зажата весом груза 16, надежно удерживая барабан лебедки в заторможенном состоянии.

Предлагаемый регулятор подачи бурового инструмента повышает производительность и облегчает труд бурильщика, обеспечивает высокую плавность нагружения и точность поддержания осевой нагрузки на долото, выполняет непрерывную подачу инструмента по принципу скольжения на тормозах, увеличивает продолжительность работы долот, позволяет более эффективно вести бурение с отбором керна, повышая его вынос. На режим поддержания осевой нагрузки на долото практически не влияет перемежаемость пород.

Формула и 3 обретения

Регулятор подачи бурового инструмента, содержащий датчик веса и блок памяти начального веса инструмента, выходы которых соединены с соответствующими входами первого элемента вычитания, выход первого элемента вычитания подключен к входу индикатора осевой нагрузки и первому входу второго элемента вычитания, второй вход которого соединен с выходом задатчи- ка осевой нагрузки на долото, а также исполнительньй механизм, отличающийся тем, что, с целью повьш ения точности поддержания осевой нагрузки на долото, регулятор снабжен усилителем, управляемым ограничителем уровня и задатчиком скорости подачи бурового инструмента, при этом выход второго элемента вычитания через усилитель соединен с первым, а выход задатчика скорости подачи бурового инструмента - с вторым входами управляемого ограничителя уровня, ВЫХОД которого подключен к входу блока привода электродвигателя постоянного тока исполнительного механизма, причем исполнительньй механизм выполнен с отрицательной обратной связью по скорости подачи бурового инструмента.

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность поддержания осевой нагрузки на долото при бурении перемежающихся по буримости пород. Регулятор еодержит датчик 1 веса, два элемента 2,6 вычитания, блок 3 памяти начального ве1га са, кнопку 4, индикатор 5 осевой нагрузки, задатчики осевой нагрузки 7 и скорости, подачи 10, усилитель 8 и управляемый ограничитель 9 уровня. Исполнительный механизм регулятора выполнен с отрицательной обратной связью по скорости подачи. При нажатии кнопки 4 начальный вес бурильной колонны запоминается в блоке 3. Информация с датчика 1 и блока 3 поступает на входы элемента 2, сигнал на выходе которого характеризует текущее значение осевой нагрузки. Сигнал рассогласования текущего и заданного значений осевой нагрузки с выхода элемента 6 через усилитель 8 и управ- ляемьй ограничитель 9 уровня подается на исполнительный механизм. Для устранения перерегулирования при бурении перемежающихся пород максимальное значение сигнала на выходе ограничителя 9 определяется задатчиком 10. 1 ил. (Л Од о tsd со ю