Устройство для регулирования нагрузки на долото Советский патент 1978 года по МПК E21B44/02 

пиза, выход которЬго соединен с блоком управления, выход блока измерения скорости связан со входом блока про извёдения, ко второму входу которого подключен блок вычитания, соединенный с блоками уставок и измерения нагрузки, а выход блока произведения связан с блоком поиска максимума. При этом устройство реализует ал- горитм поиска эффективной осевой нагруэ- киР фПо максимуму удельной проходки (К) ...4a(A-P)v. (t) Где А - значение уставки, определяемое сочетанием долото-порода и повторения поиска при нарушении условия С, (1) где V - среднее значение текущей скорости проходки за время реперная скорость проходки, т. е, средняя за время Т скорость проходки, вычисленная непосредствен но после начала бурения с выбранной эффективной нагрузкой; С - значение уставки, , характеризующее допустимое изменение скорости проходки при изменении забойных условий. На фиг,- 1 изображена блок-схема пред- пагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы цикла повторяющеюся шаго вого поиска;-на фиг. 3 - временные диагра мы шага. Устройство содержит блок 1 временных интервалов, блок 2 вычитания, блок 3 изме рения скорости, блок 4 произведения, блок 5 поиска максимума, блок 6 управления, блок 7 анализа. Кроме того, устройство снабжено регуля 8 подачи долота, механизмом 9 поворота ротора, импульсным датчиком 10 проходки измерителем 11 осевой нагрузки На фиг. 1 представлен объект управления - колонна 12 бурильных труб и тумбле Работа-подготовка. Работает устройство следующим образом В установившемся режиме вычисляют ра ность А - Р / к и скорость проходки Уц за время усреднения ® - номе текущего шага. Далее вычисляют и запоминают значение удельной проходки КуЗ CA-P)V, за время вычисления , затем увеличиваю значение осевой нагрузки на долото на ве личину одного шага дР . После окончания времени переходного процесса I f,gp описанный цикл повторяетс

... В конце каждого никла, кроме Ь,ид(. вычисляют разность лИ,,а1Нуа1к п чЭк Если разность отрицательиа, то на шаге достигнуто экстремальное значение удельной проходки уЗх« Для подтверждения того, что экстремум не ложный, т. е. не обусловлен случайной помехой, делают еше два шага. Если .c,) ув(к,п) а9кэ ™ поиск прекращают и в качестве эффективной устанавливают значение осевой нагрузки В случае, если уа(к,г) 1ШИ hyg / j больше Ь-уД , поиск Р фпродолжают по вмщеописанному циклу. А в случае, если нагрузка Р достигает значения Р„а.и.с. максимально допустимого для данного типоразмера Долота и компоновки инструмента, поиск прекращается; Лри этом если значение Рмакс достигнуто на одном из шагов после экстремума, то Pjcp РК , если по достижении значении РМОКС значения КуЗц не достигнуто, то WHCБурение с выбранным эффективным значением нагрузки Рдф осуществляется до момента нарушения условия (2), после чего поиск повторяется. Блок временных интервалов формирует последовательность двоичных сигналов t yjpjig m при нулевом значении двоичного сигнала: Реверс с блока 6 с помощью реле времени на полевых транзисторах. Длительность сигналов itycp определяется положениями уставок 1п&г Туер ; причем Tpg характеризует время переходного процесса в колонне после шага л Р . Длительность сигнала t-g определяется временем Т,,ц выполнения арифьметических и логических операций устройством. По окончании (цформируется импульс i . БЛОК 2 вычитания вычисляет разность напряжения с уставки А и сглаженного фильтром нижних частот напряжения Р с измерителя 12. Блок 3 измерения скорости предназначен для вычисления среднего за время Туер значения скорости проходки У t уср по числу импульсов К с датчнка ТО,, накапливаемых в десятиразрядном реверсивном счетчике с расширенной входной логикой. Блок 4 произведения за время tfej,, формиует аналоговый сигнал Куа (А-Р)у и предтавляет собой цифро-аналоговое множительое устройство, вкгаочаюшее реверсивный четчик импульсов блока 3, Блок 5 поиска максимума аналогового игнапа h.уд формирует двоичный сигнал .кс,,,); где t - номер любого из пройденных , шагов, с помощью указателя экcтpe.fyмG на полевых транзисторах. БПОК 6 предназначен для формирования импульсного сигнала Сброс в начале работы устройства и по импульсу Повт. поиск{ аналогового сигнала Ру д.11я управления регулятором 8-подачи долота у Ар I(i Поиск)-(dpi),ffoIJ« (S) с помощью преобразователя напряжение код с обратной связью, содержащего трех декадный счетчик. Единица младшего разряда трехкаскадного счетчика.эквивалентна значению нагрузки, равному 0,1 т, единиц младшего разряда второй декады счетчика врвивапентна 1 т. Вторая декада счет чика - реверсивная. Направление счета определяется значением двоичного сигнала Поисж, . где Pj - начальное значение управляк шего сигнала, формируемое,, по напряжению уставки Р харак ё)изующей величину начального значения осевой нагрузки Л)э - пачка импульсов, поступающая на вторую декаду счетчика по импульсу i ил оС . Число импульсов пачки определяется п ложением уставки др, характеризующей величину щага измерения нагрузки. I - импульс с блока 1; вС-. импульс поспедоват.ельности, формиру мый с момента Поиск О путем сдвига содержимого трехразрядного регистра сдви га; число импульсов этой последовательнос равно числу импульсов j , записанных в счетчике и определяемся числом шагов пройденных после экстремума для подтверж пения достоверности экстремума. Пеиск (FVFoo) Сброс-- СбросУ броси Реверс, v Реверс, где Т puVQL- импульс, определяющий окончание поиска; Хру - импульс, формируемый до окончания Tt по переднему фронту сигнала Ьыч задержанного на максимальное время, необходимое для вычисления КуЗ формирования и время последукядей записи импульса j в счетчике при единично значении двоичного сигнала ч ьС(уп(Р -Р Связь t|,v, блока 1 с блоком 6 на фиг, 1 условно не показана. FL - напряжение с уставки Р рактеризующей максимально допустимое зн чение осевой нагрузки. j - iI fпyльc формируется до окончания быч ° переднек-су фронту сигнала , задержанного на максимальное время, необходимое для вычисления Hu8 и формиро при ij,, 1; (Х- импульс.формируемый с момента времени заполнения всех разрядов PC импульсами j . В случае наличия ложного SKCTpeNfyMa 3-Sign(2;j - 1)1 содержимое счетчика сбрасывается; F(j j 1, с момента F 1, I О, с момента Повт. V « поиск 1, где Повт. поиск - импульс ;с блока 7, Сбросд, 1, с момента Сброс 1, . О, с момента Реверс/ Svjjn(p-H.) -ДВОИЧНОГО сигнала Реверс ( V -двоичного сигнала Анализ Повт. поиск . Реверс. Блок анализа 7 формирует импульсный сигнал Повт. поиск по единичному значению двоичного сигнала . 2 (V-Vp)Vsi8n(Vp-CV} AHj- н) Сигнал 2L получается путем анализа знака разностей аналоговых сигналов Vp и V на выходах десятиразрядных регистров - преобразователей код-напряжение реперной Vp и текущей V скоростей проходок, в которые при единичных значениях двоичных сигналов Анализ и tt,ocyu cтвляeтcя перепись параллельным кодом содержимого реверсивного счетчика блока 3. С - вели- чина отношений электрических сопротивлений, задаваемая уставкой Cj -двоичный сигнал Блокировка по первому сигналу Ьыч Р Анализ 1 для предотвращения последующей -переписи содержимого ревер:;цино1-о счетчика R-Vp. Вычислительное устройство работаетследующим образом. До начала работы управление регулятором 8 подачи долота осуществляют вручную уставкой I осевой нагрузки Руст . Соответствующими уставками устанавливаются вел11Туер и начальчины: др, С- перPU меньще ного значения осевой нагрузки iу поедполагаемого эффективного. . в работу устройство включают переводом тумблера Работа -. Подготовка в положение Работа. С этого момента времени (см. фиг. 2) блок 6 осуществляет следующие операции: -сигналом Р осуществляют управление регулятором подачи долота; -сигналом Сброс устанавливают все регистры, счетчики, триггеры блоков 3, 5, 7 в нулевое состояние: -Ч1О окогчании сигнала Сброс формируют Р«-Р;.н, - сигналом Реверс 1 (так как Ру Р у запрещают блоку 1 формировать последовательность выходных сигиапов. В течение времени регулятор осевой нагрузки устанавпивает значение осевой нагрузки, равное .Ру, и поднимает бу ровой инструмент. С момента времени i2(npH Р Р у ) блок 6 сигналом Поиск 1 разрешает увеличивать на величину др, аблок 1 по сигналу Реверс О начинает формировать циклы последовательности сигналов: аНпер I б) tycp . в течение которого блок 3 вычисляет V , а блок 2 вычисляет (Д-Р) b)tg,iivt течение которого блок 4 Шзгчис ляет КуЭ. а блок 5 анализирует НуЭ на экстремум; г) v,no KOTOposfy блок 6 увеличивает Р на величину л р. В течение времени Ь поиска Куд цикл работы блоков 1-6 по пп. а, б, в, г повторяют.. С момента вреглени tj , h-y3g/ блок 5 сигналом 1 разрешает блоку 6 за лисывать в реверсивный счетчик импульсы j В течение временя t j - Ь, проверки Ь-уЭ на максимум повторяют работу блоков 1-6 по пп. а, б, в, г -блок 5 запоминает значение -блок6 накапливает импульсы в реверсивном счетчике, С момента времени Ьц блок 6; -сигналом QL 1 (так же З), затем F 1 останавливает поиск максимума; -по сигналу Поиск О формирует р Ру (э 2) -ApSoLjrae в данном слу чае - сигналом Реверс 1 (так квкрэ Р р) запрешает блоку 1 формировать последовательность выходных сигналов. При этом остановка поиска может произойти и в случае P. течение, времени t.-ttj .На фиг. 3 пунктиром по казано К61К при Хр 1 блок 6 после формирования импульсаформируе.т импульс Хри. которым и останавливает поиск. В течение ньремениt/, регулятор подачи долота, устанавливая значение осевой нагрузки Pj, поднимает буровой инструмент. С момента tg(npH Р Р ) регулятор подачи долота отслеживает значение Ру ° Р J i блок 1 по сигналу Реверс О начинает снова формировать циклы последовательностей сигналов пер блок 6 сигналом Анализ 1 разрешает блоку 7 анализировать условие (2). В течение времени tg-tg ()ипет процесс бурения с выбранной эффективной осевой нагрузкой, а блок 7 по окончании первого интервала Туер по сигналу переписывают содержимое РСИ блока 3 только в Рг ПК И VP; по окончании первого сигнала сигналом Блокировка 1 во все последующие интервалы времениТв разрешает перепись содержимого реверсивного счетчика только в регистр - V ; ведет анализ знака разностей аналоговых сигналов р и с выходов регистров - V и - V тол1 ко во время момента времени tg нарушения уоловия (2) блок 7 по сигналу формирует импульс Повт. поиск; блок 6 по импульсу Повт. поиск формирует сигнал Сброс, и весь цикл работы вычислительного устройства повторяется. Испытания данного устройства показали возможность повысить рейсовую, скорость долбления на 15-25%, что позволяет снизить эремя и стоимость проводки скважиФормула изобретения Устройство для регулирования нагрузки на долото, содержащее блоки уставок, поиска максимума,, осевой нагрузки, выходы которых соединены с блоком управления, а также блок измерения скорости бурения, соединенный с блоком .временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования процесса бурения путем достижения максимальных удельных проходок, оно снабжено блоками вычитания, произведения и анализа, причем блоки временных интервалов, уставок, управления и измерен1Ш скорости подключены ко входам блока анализа, выход которого соединен с блоком управления, выход блока измерения скорости связан со входо;/ блока произведения, ко второму входу которого подключен блок вычитания, соединенный с блоками уставок и измере.ния . нагрузки, а выход блока произведения связан с блоком, поиска максимума. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Авторское свидетельство № 181172, кл. Е 216 19/08, 1964. 2,Столяров Д. Е. Совершенствование технологии и оптимизации режимов бурения, М., ВНИИОЭНГ, 1970, с. 40. 3,Закин М. Г. и др. Автоматическое устройство,Автоматика и телемеханика , 1956, N9 9, с. 781.

PaSoma

fu.i