Устройство автоматического регулирования режимами бурения скважин Советский патент 1978 года по МПК E21B45/00 

рого соединен с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки, при этом второй вход логического элемента И через логический элемент НЕ и элемент сравнения соединен с выходом блока датчиков вибрации, который соединен через элемент сравнения с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства автоматического регулирования режимов бурения скважин.

Устройство содержит датчик 1 механической скорости бурения, экстремальный регулятор 2, блок 3 преобразования и усиления, исполнительный блок 4, регулятор 5 скорости вращения долота, двигатель б вращения, датчик тока 7, элемент сравнения 8, блок 9 преобразования и усиления, логический элемент И 10, исполнительный блок 11, регулятор 12 осевой нагрузки, логический элемент НЕ 13, элемент сравнения 14,. блок 15 датчиков вибрации, буровой станок 16, забой скважины 17.

Устройство работает следующим образом.

После пуска начинают одновременно увеличиваться осевая нчгрузка и скорость вращения долота. Механическая скорость бурения измеряется датчиком 1, и электрический сигнал, пропорциональный ей, подается на вход экстремального регулятора 2. Последний через блок 3 преобразования и усиления воздействует на исполнительные блоки 4 и 11, выходные сигналы которых управляют собтветственно регулятором 5 скорости вращения долота и регулятором 12 осевой нагрузки. Пока буровой став устойчив и нет вибраций, на выходе блока 15 датчиков вибрации и элемента сравнения 14 сигнал отсутствует, а на выходе логического элемента НЕ 13 сигнал есть, следовательно, есть он и на выходе логического элемента И 10, так как на обоих его входах сигнал присутствует. Этот сигнал воздействует через исполнительный блок 11 на регулятор 12, чем и обеспечивается увеличение осеяой нагрузки. Как только появляются вибрации, амплитуда которых превышает допустимый уровень, на выходе элемента сравнения 14 появляется сигнал, который, с одной стороны, через логические элементы НЕ 13 и И 10 блокирует увеличение осевой нагрузки, ко.торое происходило по сигналу экстремального регулятора, с. другой стороны, воздействует через исполнительный блок 11 на регулятор 12, так что осевая нагрузка начинает уменьшаться. Когда амплитуда вибраций уменьшается до допустимого уроаня, уменьшение осевой нагрузки прекращается и начинается ее увеличение по,сигналу от экстремального регулятора. Как только вибрации снова превысят допустимый уровень, по сигналу от блока 15 датчиков вибрации блокируется увеличение осевой нагрузки и начинается ее уменьшение, аналогично описанному выше. В течение всего описанного процесса скорость вращения долота увеличивается. Следовательно, увеличивается и механическая скорость бурения, регистрируемая

датчиком 1. Однако и.ч-за экстремального характера зависимости механической скорости бурения от скорости вращения дoлota при заданном уровне вибрации на станке, начиная с некоторого значения скорости вращения долота, механическая скорость бурения уменьшается, и экстремальный регулятор 2 подает команду на реверсирование исполнительного устройства 4, которое начинает воздействовать на регулятор 5 скорости вращения двигаЛля 6 вращателя, и последний уменьшает скорость вращения. Таким образом, в устройстве продолжается процесс изменения осевой нагрузки и скорости вращения долота, причем скорость вращения уменьшается. При этом ме-. ханическая скорость бурения снова увеличивается. После достижения максимума, начиная с некоторого значения скорости вращения долота, механическая скорость бурения начинает уменьшаться и экстремальный регулятор 2 подает команду на реверсирование исполнительного блока 4 регулятора 5 скорости вращения долота и т. п. Таким образом, 8 устройстве устаначливаются автоколебания механической скорости бурения около максимума, причем их амплитуда зависит от характеристик экстремального регулятора Защита от перегрузок двигателя вращателя обеспечивается датчиком тока 7, воздействующим через элемент сравнения 8 и блок 9 преобразования и усиления на регулятор 5 скорости вращения долота. Если вибрация отсутствует, устройство устанавливает режим с максимальными по техническим возможностям станка значениями осевой нагрузки на долото и сгсоррстн вращения долота.

Использование данного устройства повышает производительность буровых агрегатов и снижает себестоимость бурения.

Формула изобретения

Устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин, содержащее датчик вибрации, датчик механической скорости бурения, датчик тока, элементы сравнения, регуляторы скорости вращения долота и осевой нагрузки с исполнительными блоками, блоки преобразования и усиления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем поддержания максиЬ(альногозначения механической скорости бурения, оно снабжено экстремальным регулятором, логическим элементом И и логическим элементом НЕ, причем выход датчика механической скорости бурения соединен с входом экстремального регулятора, выход которого соединен с входом одного из бло-сов преобразования и усиления, один из выходов которого соединен с входом исполнительного блока регулятора скорости вращения, а другой выход блока преобразования и усиления соединен с одним из входов логического элемента И, выход которого соединен с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки, при этом второй

вход логического элемента И через логический элемент НЕ и элемент сравнения соединен с выходом блока датчиков вибрации, который соедннен через элемент сравнения с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 485213, кл. Е 21 В 45/00, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР fs 470593, кл. Е 21 В 45/00, 1970.