Стабилизатор веса бурильного инструмента Советский патент 1990 года по МПК E21B44/02 E21B19/08 

15

20

25

30

Изобретение относится к области бурения скважин на нефть и газ, в частности к устройствам подачи бурового долота на забой в процессе бурения скважин гидравлическими забойными двигателями с использованием дизельного и электрического приводов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. 1 1033717.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора веса бурильного инструмента.

На чертеже изображена блок-схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит датчик 1 веса f преобразующий вес бурового инструмента в напряжение, блок 2 вычисления осевой нагрузки, выполняющий вычитание двух сигналов, задатчик 3 веса взвешенного бурильного инструмента, выполненный в виде переключателя, индикатор 4 осевой нагрузки, служащий , для визуального наблюдения за режимом работы устройства, компаратор 5 для контроля величины двух сигналов, блок 6 вычитания, задатчик 7 значений осевой нагрузки, управляемый генератор 8,Q выполненный в виде микросхемы, которая вырабатывает импульсы напряжения определенной длительности и частоты, электронный ключ 9, исполнительный механизм 10, воздействующий на рычаг ленточного тормоза буровой лебедки, датчик 11 импульсов проходки, который устанавливается на вал буровой лебедки, формирователь 12 импульсов проходки, формирующий импульсы с крутыми фронтами, задатчик 13 допустимой величины перегрузки, блок 14 защиты на перегрузке, контролирующий значение величины перегрузки на долоте, контактный датчик 15 давления бурового раствора, реле 16 времени, установку 17 реле времени и блок 18 периодичности включения реверса, необходимые для подъема бурильного ин45

50

55

0

5

0

Q

5

0

5

струмента с целью предотвращения прихвата ствола скважины, первый элект- ропневмоклапан 19, соединенный с воздушной линией, а также с шинно-пнев- матической муфтой с целью включения привода буровой лебедки, электропнев- моклапан 20, соединенный с воздушной линией, а также с шингю-пневматичес- кой муфтой и служащий для включения и отключения вращения ротора лебедки, и пневмоцилиндр 21, соединенный с устройством форсажа привода буровой ледебки и служащий для регулирования оборотов дизеля.

На входы блока 2 вычисления осевой нагрузки на долоте подключены выходы датчика 1 веса и задатчика 3 веса взвешенного бурильного инструмента, выход блока 2 вычисления осевой нагрузки на долоте подключен к компаратору 5, индикатору 4 осевой нагрузки, блоку 6 вычитания и блоку 14 защиты по перегрузке, на второй вход которого подключен задатчик 13 допустимой величины перегрузки. Выходы компаратора 5 и управляемого генератора 8 подключены к электронному ключу 9, выход которого подключен к исполнительному механизму 10. Выход задатчика 7 значений осевой нагрузки на долото подключен к вторым входам компаратора 5 и блока б вычитания. Датчик 11 импульсов проходки, закрепленный на валу буровой лебедки, подключен к формирователю 12 импульсов проходки, выход которого подключен к второму входу управляемого генератора S, на первый вход которого подключен выход блока 6 вычитания, К входам реле 16 времени подключены выходы блока 14 защиты по перегрузке, контактного датчика 15 давления бурового раствора, уставки 17 реле времени и блока 18 периодичности включения реверса. Выход реле 16 времени подключен к первому электропневмоклапану 19, связанному с шинно-пневматической муфтой

привода лебедки, и к второму электро- пневмоклапану 20, одновременно отключающему шинно-пневматическую муфту привода ротора и включающему пневмо- цилиндр 21, который воздействует на форсаж привода лебедки.

Стабилизатор работает следующим образом.

Электрические сигналы с датчика 1 веса и задатчика 3 веса взвешенного инструмента поступают на входы блока 2, в котором производится вычисление осевой нагрузки на долоте:

ос ;

г Q взв- Q

тек

где Qe3B - вес взвешенного бурильного инструмента (т.е. полный вес бурильного инструмента);

Q т е к - текущий вес бурильного инструмента (т.е. вес бурильного инструмента, частично разгруженного на за- бой скважины);

Рос - осевая нагрузка на долоте. Значение Рос в виде электрического сигнала подается на индикатор 4 осевой нагрузки. Перед началом бурения после спуска бурильного инструмента производят взвешивание бурильного инструмента, значение веса которого заносится в блок 3, и устанавливают стрелку индикатора 4 осевой нагрузки в нулевое положение. Кроме того, за- датчиком 7 значений осевой нагрузки оператор устанавливает необходимую величину нагрузки на долоте Р Маг. В процессе бурения производится разгрузка бурильного инструмента на забой скважины, и на выходе блока 2 появляется сигнал, соответствующий величине Рос. Этот сигнал сравнивается со значением величины нагрузки, установленной в задатчике 7, в компараторе 5 и, в случае выполнения условия Рос Рнвг на выходе компаратора 5 появляется сигнал, подготавливающий к работе электронный ключ 9, и открывает его. Текущее значение Рос и значение уставки Р няг поступают также на входы блока 6 вычитания, где вычисляется сигнал рассогласования ДР:

Р г: Р - Р

дх А ос L ц«с

Этот сигнал поступает на первый вход управляемого генератора 8, частота и длительность его выходных импульсов пропорциональны величине сигнала рассогласования, т.е. при увеличении сигнала рассогласования ДР частота импульсов генератора возрастает, что приводит к более частому срабатыванию исполнительного механизма 10, а следовательно, к увеличению скорости подачи бурильного инструмента на забой. В случае снижения механической

Q скорости бурения (в связи с увеличением крепости пород) происходит уменьшение 4Р, при этом снижается частота импульсов управляемого генератора 8, и, следовательно, подача осуществляr ется более медленно.

Если возникает условие РоС РН«Г компаратор 5 снимает разрешающий сигнал с электронного ключа 9, и подача бурильного инструмента прекращается.

0 Одновременно в процессе работы

стабилизатора осуществляется обратная связь по скорости вращения барабана лебедки. Диск с прорезями, вращаясь совместно с валом лебедки, формирует

5 соответственно скорости вращения импульсы в датчике 11 импульсов проходки. Эти импульсы затем поступают в формирователь 12 и далее на второй вход управляемого генератора 8. Таким

0 образом, кроме обратной связи по весу бурильного инструмента, действует сигнал обратной связи по скорости движения барабана лебедки, который поступает на второй вход управляемого генератора 8, изменяя его входные импульсы по длительности пропорционально сигналу рассогласования ДР, а : именно: эти входные ямпульсы с генератора 8 воздействуют на исполнительный механизм 10, который приподнимает

5

0

рычаг лебедки.

Если с датчика 11 импульсов проходки нет импульса, т.е. прекратилось

движение барабана лебедки, а текущая ,, осевая нагрузка не достигла величины заданной нагрузки, то длительность импульсов управляемого генератора 8 постепенно увеличивается до момента

начала движения барабана лебедки. После этого длительность импульсов становится минимальна соответственно скорости движения барабана лебедки. При таком взаимодействии датчика

J1 импульсов проходки и управляемого генератора 8 надежность работы стаби- лизатора не зависит от эксцентрично- сти бандажей барабана ледебки, т.е. от сработки их по окружности и нерав

номерности прижатия тормозных колодок к последним.

Если значение осевой нагрузки достигнет величины, установленной оператором в задатчике 13 допустимой величины перегрузки, включается блок- 14 защиты по перегрузке, а его выходной сигнал включает реле 16 времени, которое включает электропневмоклапа- ны 19 и 20. При этом первый электро- пневмоклапан 19 открывается, включая ШПМ привода лебедки, а второй элект- ропневмоклапан 20 закрывается, включая ШПМ привода ротора. Одновременно сжатый воздух поступает в пневмоци- линдр 21. В результате этого происходят одновременно отключение ротора, форсаж привода буровой лебедки и реверс бурильного инструмента (т.е. бурильный инструмент поднимается на определенную высоту в зависимости от величины уставки 17 реле времени).

Форсаж дизельного привода лебедки необходим, так как при реверсе бурильного инструмента возрастает пот- .ребляемая приводная мощность. Отключение ротора (т.е. вращение бурильного инструмента) при реверсе бурильного инструмента необходимо по правилам техники безопасности.

При необходимости осуществляется автоматически реверс бурильного инструмента через определенные промежутки времени, выставляя в блоке 18 требуемое время периодичности реверса. Обычно периодический реверс бурильного инструмента осуществляется через 0,5-1 ч механического бурения.

Уменьшение или прекращение подачи бурового раствора, вызывающее в последнем случае остановку гидравлического забойного двигателя, фиксируется контактным датчиком 15 давления бурового раствора. Замыкание его контактов вызывает срабатывание реле 16 времени, которое включает первый электропневмоклапан 19, связанный с шинно-пневматической муфтой подъемного вала буровой ледебки, силовой привод которой и осуществляет реверси рование бурильного инструмента.

Таким образом, стабилизатор осуществляет в автоматическом режиме:

,:

поддержание заданной осевой нагрузки на долото адаптивно скорости разбури- вания породы, реверсирование бурильной колонны в случае перегрузки долота сверх допустимой величины с одновременным отключением вращения бурильной колонны и включением форсажа дизельного привода лебедки, прекращение нагружения долота в случае уменьшения или прекращения подачи бурового раствора, периодическое реверсирование бурильной колонны (подрыв долота от забоя) в соответствии с технологическими требованиями.

0

5

0

0

5

o

Формула изобретения

Стабилизатор веса бурильного инструмента по авт. св. Ь 1033717, о т- личающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , он снабжен датчиком импульсов проходки, формирователем импульсов проходки, задатчиком допустимой величины перегрузки, блоком защиты по перегрузке, кбнтактным датчиком давления бурового раствора, реле времени, уставкой реле времени, блоком периодичности включения реверса, двумя электропнезмоклапанами и пневмоци- линдром, при этом выход датчика импульсов проходки через формирователь импульсов проходки соединен с вторым .входом управляемого генератора, выхо- ды блока вычисления осевой нагрузки и задатчика допустимой величины перегрузки подключены соответственно к первому и второму входам блока защиты по перегрузке, выход которого, а также выходы контактного датчика давления бурового раствора, устазки реле времени и блока периодичности включения реверса соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами реле времени, причем вы- ход реле времени подключен к входу первого электропневмоклапана, связанного с шинно-пневматической муфтой привода лебедки и к входу второго электропневмоклапана, связанного с шинно-пневматической муфтой привода ротора и пневмоцшшндром.

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет расширить функциональные возможности стабилизатора веса бурильного инструмента. Для этого в устройство введена отрицательная обратная связь по скорости проходки в виде последовательно соединенных датчика 11 и формирователя 12 импульсов проходки. Сигнал с формирователя 12 поступает на второй вход управляемого генератора 8, изменяя длительность вырабатываемых им импульсов. Это приводит к изменению времени включения исполнительного механизма 10. Аварийная перегрузка долота фиксируется блоком 14 защиты от перегрузки. Он анализирует сигналы с блока 2 вычисления осевой нагрузки и с задатчика 13 допустимой величины перегрузки. Сигнал с блока 14 включает реле времени (РВ) 16 на период, заданный установкой 17. По сигналу РВ 16 включают электропневмоклапаны (ЭПК) 19 и 20. При этом ЭПК 19 воздействует на шинно-пневматическую муфту привода лебедки, силовой привод которой осуществляет реверсирование бурильного инструмента, а ЭПК 20 воздействует на шинно-пневматическую муфту привода ротора, отключает его. Одновременно ЭПК 20 через пневмоцилиндр 21 осуществляет форсаж привода буровой лебедки. Срабатывание РВ 16 осуществляется также по сигналам контактного датчика 15 давления бурового раствора и блока 18 периодичности включения реверса. 1 ил.