Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента Советский патент 1992 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к автоматическим регуляторам осевого усилия бурового инструмента, и может быть использовано при бурении взрывных скважин и восстающих выработок.

Цель изобретения - повышение долговечности бурового инструмента и снижение удельных энергозатрат.

На чертеже изображена схема предлагаемого регулятора.

Регулятор содержит насос 1, регулируемый гидродроссель 2, электрогидравлический распределитель 3, гидроцилиндры 4, электрогидравлический распределитель 5, регулируемый гидродроссель 6, датчик 7 давления, выпрямитель 8, датчик 9 давления, выпрямитель 10, блок 11 управления, коммутатор 12, блок 13 элементов сравнения с гистерезисом, коммутатор 14, блок 15 управления серводвигателем, серводвигатель 16, датчик 17 числа штанг, в состав которого входит счетчик, управляющий работой коммутаторов 12 и 14, и счетчик числа штанг, находящихся в забое, компаратор 18.

Выход насоса 1 соединен с входами дросселя 2 и первого распределителя 3. Выходы последнего соединены со штоковой и поршневой полостями цилиндров 4. Полости цилиндров подключены также на входы второго распределителя 5, на выходе которого установлен дроссель 6.

Со штоковой полостью цилиндров 4 соединен вход первого датчика 7 давления, выход которого соединен с входом выпрямителя 8.

Выход последнего соединен с первым входом блока 11 управления. Вход датчика 9 давления соединен с поршневой полостью гидроцилиндров 4, а его выход - с входом выпрямителя 10, выход которого соединен с вторым входом блока 11 управления.

Первой выход блока 11 управления соединен с первым входом блока 15. Второй выход блока 11 соединен с входом коммутатора 12. Третий выход блока 11 соединен с управляющими входами первого и второго распределителей 3 и 5. Первый выход датчика 17 числа штанг соединен с управляющими входами коммутаторов 12 и 14, а второй - с входом компаратора 18. Выход компаратора 18 соединен с третьим входом блока 11. Выходы коммутатора 12 соединены с входами блока 13 элементов сравнения. Выходы блока 13 соединены с входами коммутатора 14, а выход последнего - с вторым входом блока 15, выход которого соединен с входом серводвигателем 16, вал

которого жестко связан с дросселем 2. Выходы дросселей 2 и 6 установлены на сливе. Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента работает следующим образом.

Перед началом бурения дроссель 6 устанавливают в зоне его чувствительности (исходя из крепости пород), а дроссель 2 - в положение, обеспечивающее на забое максимальное осевое усилие исходя из условий прочности бурового инструмента, начального веса бурового снаряда и величины ступени регулирования (веса наращиваемых штанг). Распределители 3 и 5 находятся в

положении, показанном на чертеже. Поток масла, создаваемый насосом 1, проходя через распределитель 3, поступает в штоко- вые полости цилиндров 4.

Из поршневой полости последних через

распределитель 5 и дроссель 6, установленный на выходе последнего, осуществляется слив. Сигнал с датчика 7 через выпрямитель 8 и блок 11 поступает на вход коммутатора 12, с выхода которого подается на вход первого элемента сравнения блока 13. С выхода последнего сигнал через коммутатор 14 подается на вход блока 15.

Если величина сигнала на выходе выпрямителя 8 превышает значение уставки

первого элемента сравнения блока 13, то блок 15 включает серводвигатель 16. Последний является приводом дросселя 2. Вращаясь, серводвигатель 16 увеличивает площадь проходного сечения дросселя 2,

тем самым снижая величину давления в штоковых полостях цилиндров 4, а значит и осевое усилие на забой. Процесс регулирования заканчивается после того, как величина на выходе выпрямителя 8 станет меньше

величины уставки соответствующего элемента сравнения и выйдет из области его гистерезиса. После этого блок 15 отключит серводвигатель 16. После каждой очередной спущенной штанги замыкается концевой выключатель датчика 17 и на вход входящего в его состав счетчика числа штанг, находящихся в скважине, поступает импульс счета. После проходки каждых очередных десяти штанг с выхода счетчика числа штанг счетный импульс подается на вход счетчика, управляющего работой коммутаторов 12 и 14. Теперь коммутатор 12 соединяет выход выпрямителя 8 через блок 11 с входом второго элемента блока 13, а его

выход через коммутатор 14 с входом блока 15.

Условия начала и окончания процесса регулирования, как и сам процесс, аналогичны описанному.

В процессе бурения при переходе с твердой породы на мягкую скорость бурения и величина падения давления на дросселе 6 возрастают, а осевое усилие на забой уменьшается, и наоборот, т.е. величина осевого усилия в функции крепости пород меняется по оптимальным зависимостям.

Регулирование давления в цилиндрах 4 осуществляется во всем диапазоне величины шага (10 штанг). Данное значение шага выбрано исходя из повышения устойчивости работы предлагаемого регулятора, хотя это значение может быть изменено. С этой же целью все элементы сравнения блока 13 имеют область гистерезиса в передаточной характеристике.

В процессе бурения при увеличении длины (веса) бурового става для поддержания осевого усилия на оптимальном уровне величина давления в штоковых полостях цилиндров 4 все время снижается. Зная вес одной буровой штанги и максимальное осевое усилие, на которое рассчитан буровой инструмент, заранее определяют допустимый вес бурового става (количество штанг, находящихся в скважине) при величине давления в штоковой полости цилиндров 4, равной приближенно нулю. Дроссель 2 при этом полностью открыт,

При превышении допустимого числа штанг (их веса), находящихся в скважине, компаратор 18 подает сигнал управления на вход блока 11. После чего цепь питания электромагнитов распределителей 3 и 5 разрывается, и они меняют местами штоко- вую и поршневую полости цилиндров 4. Кроме того, теперь на вход коммутатора 12 через блок 11 поступает сигнал с выхода выпрямителя 10, вход которого соединен с выходом датчика 9. При срабатывании блока 11 меняется также полярность подключения серводвигателя 16, который теперь включается только после того, как значение сигнала с выхода выпрямителя 10 станет меньше уставки соответствующего элемента сравнения блока 13 и выйдет из области его гистерезиса. Серводвигатель 16 будет вращаться теперь в противоположном направлении, тем самым уменьшая проходное сечение дросселя 2. Это приводит к повышению давления в поршневых полостях гидроцилиндров 4 и поддержанию осевого усилия на забой на оптимальном уровне вне зависимости от длины (веса) бурового става, находящегося в скважине и с учетом крепости пород. Процесс регулирования заканчивается после того, как величина сигнала на

выходе выпрямителя 10 станет больше уставки соответствующего элемента сравнения, После этого серводвигатель 16 отключится. Формула изобретения

Автоматический регулятор осевого усилия бурового инструмента, содержащий гидронасос, вход которого соединен с масляным баком, а выход - с входами первого

регулируемого гидродросселя и первого электрогидравлического распределителя, выход первого электрогидравлического распределителя соединен с входом гидравлического механизма подачи, выход которого

подключен к входу второго электрогидравлического распределителя, выход второго электрогидравлического распределителя Соединен с входом второго регулируемого гидродросселя, первый выпрямитель, выход

которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго электрогидравлических распределителей, датчик числа штанг, первый выход

которого соединен с первым входом первого коммутатора, а второй выход через компаратор соединен с вторым входом блока управления, второй выход блока управления соединен с первым входом блока управления серводвигателем, выход которого подключен к серводвигателю первого регулируемого гидродросселя, а также элемент сравнения, при этом выходы первого и второго регулируемых гидродросселей соединены с масляным баком, отличающий- с я тем, что, с целью повышения долговечности бурового инструмента, регулятор снабжен двумя датчиками давления, вторым выпрямителем и вторым коммутатором, при этом вход одного и,з датчиков давления соединен со штоковыми полостями гидроципиндров гидравлического механизма подачи, а его выход подключен к входу первого выпрямителя, вход другого

датчика давления соединен с поршневыми полостями гидроцилиндров гидравлического механизма подачи, а его выход через второй выпрямитель подключен к третьему входу блока управления, третий выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора, выход первого коммутатора соединен с входом элемента сравнения, выходы датчика числа штанг и-элемента сравнения соединены с соответствующими

входами второго коммутатора, выход которого подключен к второму входу блока управления серводвигателем.

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить долговечность бурового инструмента. В регуляторе сигналы с датчиков 7 и 9 давления через соответствующие выпрямители 8 и 10 поступают на входы блока 11 управления (БУ). Выходной сигнал БУ 11 через блок 15 управляет серводвигателем 16 первого регулируемого гидродросселя 2. Регулирование заканчивается при равенстве сигналов с элемента 13 сравнения и соответствующего выпрямителя 8 или 10. Датчик 17 числа штанг позволяет автоматически корректировать осевое усилие. 1 ил. /j Ј} сл с /7 18 // ЁГ VI сл Ч) о 00