Устройство подачи долота Советский патент 1978 года по МПК E21B45/00 

1

Изобретение относится к области автоматики и может использоваться в нефтяной промышленности для автоматической подачи бурового инструмента в процессе долбления при бурении глубоких нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство, поддерживающее вес на крюке, у которого тормозным механизмом является дисковый тормоз с гидравлическим приводом и применена отрицательная обратная связь по скорости вращения барабана лебедки 1.

Однако такое устройство имеет неравномерную подачу бурового инструмента и недостаточную устойчивость регулирования.

Известно устройство подачи долота, содержащее лебедку с тормозной системой, рычаг которой щтангой щарнирно связан с подпружиненным рычагом, противоположное плечо которого щатуном кинематически соединено с основным механизмом, к выходу которого подключен преобразователь веса бурового инструмента, гидравлический насос, вал которого посредством прижимного фрикционного ролика кинематически связан с барабаном лебедки, клапанную коробку с подпружиненным клапаном, регулируемый дроссель и гидроцилиндр слива с подпружиненным порщнем, щток которого взаимодействует со сливным

клапаном, соединенным с напорной линией гидравлического насоса, исполнительный механизм обратной связи 2.

Недостатками известного устройства являются неравномерность подачи бурового инструмента при разбуривании твердых пород, что значительно снижает технико-экономические показатели бурения и качественные характеристики ствола скважин; недостаточный диапазон регулирования, что имеет существенное значение при бурении сверхглубоких скважин, когда значения веса на крюке и осевое усилие на долото колеблются в щироких пределах; недостаточная устойчивость регулирования

веса бурового инструмента в пределах его изменения; выполнение его без отрицательной обратной связи, что приводит к неустойчивой работе при малых скоростях подачи бурового инструмента; отрицательная обратная связь

по скорости вращения барабана лебедки, ограничивающая лищь по величине сигнал на входе исполнительного механизма тормоза лебедки, усложняет наладку и эксплуатацию при различных глубинах скважины и механических скоростях бурения; больщое количество примененных элементов, что делает его громоздким и сложным.

Целью изобретения является улучщение качества и расщирение диапазона регулирования, повыщение надежности работы в щироком диапазоне изменения веса бурового инструмента и скорости подачи долота.

Указанная цель достигается тем, что выход дросселя, клапанная коробка и сливной клапан подсоединены гидролинией к исполнительному механизму отрицательной обратной связи, рабочая полость которого дополнительно соединена через параллельно соединенные дроссель и обратный клапан с рабочей полостью гидроцилиидра с подпружиненным поршнем отрицательной обратной связи и через второй регулируемый дроссель обратной связи с предохранительным клапаном, а шток гидроцилиндра обратной связи и предохранительного клапана соединены кинематически со штоком исполнительного механизма, который через блок управления соединен с выходом преобразователя веса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство подачи долота.

Устройство состоит из лебедки 1 с тормозной системой и тормозного рычага 2, который штангой 3 шарнирно связан с подпружиненным двуплечим рычагом 4, снабженным цилиндрической пружиной 5. Противоположное плечо двуплечего рычага 4 кинематически связано с шатуном основного исполнительного механизма 6. Основной исполнительный механизм 6 соединен с двуплечим рычагом 4 в противодействии относительно цилиндрической пружины 5, создающей тормозное усилие Тт на тормозном рычаге 2. Основной исполнительный механизм 6 подключен к выходу блока управления 7, к входу которого подключен выход преобразователя веса 8 бурового инструмента. Барабан лебедки 1 кинематически посредством прижимного ролика 9, вала 10 и муфты 11 обгона связан с валом гидравлического насоса 12. Выход гидравлического насоса 12 через предохранительный клапан 13, параллельно которому подсоединен регулируемый дроссель 14, подсоединен к исполнительному механизму обратной связи 15. Шатун исполнительного механизма обратной связи 15 в противодействие основному исполнительному механизму 6 соединен с противоположным плечом двуплечего рычага 4. Параллельно предохранительному клапану 13 и регулируемому дросселю 14 подсоединены противоположные полости гидроцилиндра слива 16, образованные подпружиненным поршнем 17, расположенным в средней части гидроцилиндра слива 16. Шток подпружиненного поршня 17 взаимодействует со сливным клапаном 18, располол енным в крышке гидроцилиидра слива 16. Полость гидроцилиндра слива 16, в которой смонтирован сливной клапан 18, сообщается с рабочей полостью исполнительного механизма обратной связи 15, которая дополнительно через параллельно соединенный клапан 19 и другой дроссель 20 соединена -с гидроцилиндром 21 перестраиваемой обратной связи, подпружиненный поршень которого посредством штока взаимодействует с рычажной системой 22 с регулируемым передаточным коэффициентом. Передаточный коэффициент рычажной системы 22 регулируется посредством ролика 23. Одновременно рабочая полость исполнительного

механизма обратной связи 15 через дополнительный дроссель 24 обратной связи соединена с предохранительным клапаном 25 с регулируемым порогом срабатывания, шток 26 которого шарнирно связан с рычажной системой 22. Рычажная система 22 кинематически соединена с исполнительным механизмом 27 порога срабатывания, который соединен с выходом блока управления порога срабатывания 28, вход которого подключен к выходу

преобразователя веса 8 бурового инструмента. Устройство работает следующим образом. При отсутствии пневматического сигнала на выходе блока управления 7 на тормозном рычаге 2 создается тормозное усилие Тт цилиндрической пружиной 5 и штангой 3, уравновешивающее крутящий момент барабана лебедки 1, возникающий под действием силы Тх, приложенной к ходовому концу талевого каната. При этом окружная скорость V барабана лебедки 1 равна нулю, вследствие чего производительность гидравлического насоса 12 равна нулю, а сливной клапан 18 открыт, полость исполнительного механизма обратной связи 15 разгружена от избыточного

давления, поршень гидроцилиидра 21 находится в верхнем положении и предохранительный клапан 25 закрыт. По мере перемещения долота на забое в процессе долбления вес бурового инструмента на крюке буровой установки увеличивается, и увеличиваются натяжение Гц неподвижного конца талевого каната и выходной сигнал с преобразователя веса 8. При этом нарушается равенство между уставкой и сигналом преобразователя веса 8,

в результате чего на выходе блока управления 7 обрабатывается пневматический сигнал, который поступает в рабочую полость основного исполнительного механизма 6 и преобразуется в механическую силу. Усилие, развиваемое на шатуие основного исполнительного механизма 6, создает на двуплечем рычаге 4 момент, противоположный моменту, создаваемому цилиндрической пружиной 5, в результате чего тормозное усилие Тт на штанге 3

и тормозном рычаге 2 уменьшается и происходит растормаживание барабана лебедки, который, проворачиваясь с окружной скоростью V, осуществляет подачу долота. Так как коэффициент трения тормозных колодок по

тормозным шкивам лебедки 1 зависит от окружной скорости V барабана, то в целях обеспечения высокого качества подачи долота и устойчивости работы устройства применена отрицательная обратная связь по скорости

подачи, выполненная на гидравлических элементах. При осуществлении подачи долота барабан лебедки, проворачиваясь посредством прижимного ролика 9, вала 10, через обгонную муфту 11 вращает вал гидравлического насоса 12. За счет перепада давления на

предохранительном клапане 13 поршень 17 гидроцилиндра слива 16 перемещается и закрывает сливной клапан 18, в результате в рабочей полости исполнительного механизма обратной связи 15 начинает быстро возрастать избыточное давление, которое, действуя на поршень механизма обратной связи 15, создает усилие, снижающее, растормаживающее усилие, развиваемое основным исполнительным механизмом 6. Гидравлическое давление, развиваемое гидравлическим насосом 12 в момент страгивания барабана лебедки 1, а следовательно, отрицательная обратная связь по скорости ограничивается предохранительным клапаном 25. Давление срабатывания предохранительного клапана 25 устанавливается автоматически исполнительным механизмом 27 и блоком управления порога срабатывания 28 в функции веса бурового инструмента сигнала с преобразователя веса 8. Время действия гидравлического давления на поршень исполнительного механизма обратной связи 15 определяется скоростью перемещения подпружиненного поршня гидроцилиндра 21, величина которой регулируется при настройке дросселем 20. Через некоторое время, определяемое постоянной времени дросселирования, поршень гидроцилиидра 21 иачииает взаимодействовать с рычажной системой 22 и компенсирует усилие, развиваемое исполнительным механизмом 27, в результате чего порог срабатывания предохранительного клапана 25 уменьшается до нуля, и давление, развиваемое гидравлическим иасосом 12, определяется его производительностью, т. е. скоростью вращения барабана лебедки 1 и гидравлическим сопротивлением дросселя 24 обратной связи. Таким образом, отрицательная обратная связь по скорости подачи иелинейная величина во времени и компенсирует нелинейность коэффициента трения тормозной системы лебедки I, что исключает перерегулирование и обеспечивает высокое качество подачи в щироком интервале изменения веса на крюке. Для обеспечения удобства регулировки рычажная система 22 снабжена роликом 23, посредством которого изменяется коэффициент передачи рычажной системы 22. При действии нелинейной во времени отрицательиой обратной связи осуществляется плавная подача долота до тех пор, пока выходиой сигиал с преобразователя веса 8 не сравняется с величиной уставки регулятора. В этом случае возможно полное прекращение подачи (при малых механических скоростях бурения), а следовательно, ирекращается работа гидравлического насоса 12, тогда сливной клапан 18 откроется за счет силы, развиваемой пружиной поршня 17 и возможности перетока жидкости из одной полости гидроцилиндра слива

16 через дроссель 14 в , и произойдет полная разгрузка гидросистемы обратной связи из избыточного давления. При этом подпружиненный поршень гидроцилиндра 21 занимает исходное положение, а наличие обратного клапана 19 значительно ускоряет перемещение поршня гидроцилиндра 21, что обесиечивает быстродействие устройства. При последующем отклонении сигнала преобразователя веса 8 от величины уставки весь цикл подачи повторяется. Наличие обгонной муфты 11 обесиечивает экстренный подъем инструмента без исключения прижимного ролика 9, что иовыщает оперативность и простоту эксплуатации устройства.

Формула изобретения

Устройство иодачи долота, содержащее лебедку с тормозной системой, рычаг которой

штангой шарнирно связан с подпружиненным рычагом, противоположиое илечо которого шатуном кинематически соединено с основным исполнительным механизмом, к выходу которого подключен преобразователь веса бурового инструмента, гидравлический насос, вал

которого посредством прижимного фрикционного ролика кинематически связан с барабаном лебедки, клапанную коробку с подпружиисниым клапаном, регулируемый дроссель и гидроцилпидр слива с подпружиненным поршнем, шток которого взаимодействует со сливным клапаном, соединенным с напорной линией гидравлического насоса, исполнительный механизм обратной связи, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества и расширения диапазона регулирования, повышения надежности работы в широком диапазоне изменения веса бурового инструмента и скорости подачи долота, выход дросселя, клапанная коробка и сливной клапан подсоедийены гидролинией к исполнительному механизму отрицательной обратной связи, рабочая полость которого дополнительно соединена через .параллельно соединенные дроссель и обратный клапан с рабочей полостью гидроцилиндра с подпружиненным поршнем отрицательной обратной связи и через второй регулируемый дроссель обратной связи с предохранительным клапаном, а шток гидроцнлиндра обратной связи и предохраиительиого клаиана соединены кинематически со штоком исполнительного механизма, который через блок управления соединен с выходом преобразователя веса.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2759702, кл. 254-133, опубл. 1956.

2.Патент США № 2950086, кл. 254/173, опубл. 1960.

22 22 23 28