Устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения Советский патент 1979 года по МПК E21B45/00 

нотственно с первым и вторым управляющими входами устройства подачи долота. Однако это устройство не избавляет бурильщика от необходимости субъективного определения момента окончания нагружения, поскольку не позволяет зафиксировать момент достижения предтормозного значения нагрузки. Целью изобретения является обеспечение возможности определения момента окончания нагружения инструмента перед поиском эффективной осевой нагрузки. Это достигается тем, что известное устройство снабжено блоками остановки нагружения, у.ставки осевой нагрузки, нагружения и подачи долота, причем вход блока нагружения подключен к блоку уставки осевой нагрузки, а выход соединен с первым управляющи.м входом блока подачи долота, второй управляющий вход которого подключен к блоку измерения осевой нагрузки, вход блока остановки нагружения соединен с датчиком мощности привода проворота роторного стола, а выход - со вторым пуско-остановочным входом блока подачи долота, первый пуско-остановочный вход которого подключен к анализатору заклинивания опор долота. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит датчики веса бурового инструмента 1, перемещения квадрата 2, мощности привода проворота роторного стола 3, блоки измерения осевой нагрузки 4, веса бурового инструмента 5, блоки контроля первой производной осевой нагрузки по времени 6, осевой нагрузки 7, веса бурового инструмента 8, положения бурового инструмента 9, анализаторы осевой нагрузки 10, повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11, рейсовой скорости 12, заклинивания опор долота 13, индикаторный блок, включающий в себя указатель эффективной осевой нагрузки 14 и световые табло «Повторить поиск 15, «Изношено вооружение 16, «Изнощена опора 17, «Остановка турбобура 18, блок уставки осевой нагрузки 19, устройство подачи долота 20, блоки остановки нагружения 21, нагружения 22. Выход блока остановки нагружения 21 соединен с вторым (И) пуско-остановочным входом устройства подачи долота 20, а выход блока нагружения 22 соединен с первым (I) управляющим входом устройства подачи долота 20. Блок нагружения 22 Г1ред)1азначен для формирования линейно растущего управляющего сигнала осевой нагрузки Ру на устройство подачи долота в период нагружения инструмента перед поиском эффективной осевой нагрузки. Он состоит из генератора линейно растущего напряжения и цепочки для суммиро и1ния напряжения Ру с блока уставки осевой нагрузки 19 и напряжения с генератора. Блок остановки нагружения 21 предназначен для формирования сигнала остановки подачи инструмента на устройство подачи долота 20 в тот момент времени, когда необходимо окончить нагружение. Он состоит из последовательно соединенных фильтра нижних частот, дифференцирующей цепочки, цепочки сравнения и нуль-органа. Устройство работает следующим образом. Перед началом бурения производится операция взвещивания инструмента путем установки на нуль стрелки блока измерения осевой нагрузки 4 и корректировка уставок анализаторов и блока контроля. По достижении долотом забоя блок контроля положения бурового инструмента 9 приводится в исходное нулевое состояние и запускается в работу. В исходно.м состоянии на выходе блока нагружения 22 Ру Устройство подачи долота 20 осуществ.ляет подачу колонны так, что величина разности сигналов, поступающих на его первый (I) и второй (II) управляющие входы, стремится к нулю. После приработки долота производится операция поиска эффективной осевой нагрузки. Для этого бурильщик включает блок нагружения 22 в работу и на его выходе фор.мируется линейно-возрастающий сигнал Ру ctt, являющийся суммой линейно-возрастающего сигнала ctt и постоянного сигнала установки . В процессе нагружения в блоке остановки нагружения 21, сигнал активной мощности привода проворота роторного стола поступающий с датчика мощности 3, фильтруется от высокочастотных помех, дифференцируется, а величина производной сравнивается с постоянной величиной уставки производной. В тот момент времени, когда величина производной превысит ве.личину уставки производной (М (t) Cj), на выходе блока остановки нагружения 21 появляется сигнал, по которому устройство подачи долота 20 прекрапхает подачу инструмента, а блок нагружения 22 устанавливается в исходное состояние. После прекращения подачи колонны на вход анализатора осевой нагрузки 10 поступает сигнал об изменении осевой нагрузки во времени P(t), который фильтруется от высокочастотных помех, дифференцируется и поступает в узел анализа максиму.ма функции первой производной, который управляет двигателе.м с;1едящей системы указателя эффективной осевой нагрузки 14. Последний отслеживает сглаженную осевую нагрузку до величины; ссютветствуюц;ей макси.муму ее производной.

Тяки.м образом, в качестве эффективной осевой нагрузки принимается нагрузка, соответствующая максимальному значению ее первой производной во времени, которое пропорционально максимальному значению механической скорости бурения.

После установления найденного режима бурения запускаются в работу анализаторы 11, 12 и 13.

Анализатор повторения поиска эффективной осевой нагрузки 11 получает инфор.мацию об изменении текущей проходки во времени b(i) от датчика перемещения квадрата. На основе этой информации анализатор определяет момент времени, когда забойные условия существенно изменятся, что определяется изменением отнощения текущей механической скорости к начальной (после усгановления эффективной нагрузки) в заданное число раз. И если при этом выполняются устовия, связанные с первым (1) и вторым (II) пускоостановочными входами, анализатор выдает командный сигнал на световое табло «Повторить поиск 15.

По этой команде бурильщик устанавливает анализаторы 11,12 и 13 в исходное положение, вновь включает в работу блок нагружения 22 и операция поиска эффективной осевой нагрузки повторяется.

Анализатор рейсовой скорости 12 на основе информации о текущей проходке h(t), получаемой также от датчика перемещения квадрата 2, формирует отнощение текущей рейсовой скорости к средней за время А t механической скорости и сравнивает его с заданной величиной. При превыщении этим отноц ением заданной величины, а также при выполнении условий, связанных с первым (I) и вторым (II) пуско-остановочными входами, анализатор выдает командный сигнал об износе вооружения до целесообразной величины, связанной с достижением действительного значения максимума рейсовой скорости на световое табло «Изношено вооружение 16.

Анализатор 13 заклинивания опор долота получает информацию об изменении во времени активной мощности на приводе проворота роторного стола в процессе бурения от датчика мощности 3; формирует отнощение текущей мощности N(t) к мощности s|(t-L), где с - максимальное время, необходимое для увеличения мощности от ее текущего значения при нормальном состоянии опор долота до значения соответствующего заклиненному состоянию долота. При превыщении этим отношением величины Сн значение N(t-tT), имеющее место в момент заклинивания опор долота 1з, запоминается. Если при этом выполняются условия, связанные с первым (1) и вторым (II) пускоостановочными входами, то анализатор 13

формирует на пуско-остановочном выходе сигнал, поступающий на первый (I) пускоостановочный выход устройства подачи долота 20, и подача инструмента прекращается. Если условие N(t)/N ( выполняется в течение времени 4t, то анализатор 13 формирует один из сигналов на табло «Изношена опора 17 или «Остановка турбобура 18. Причем, если за это время значение первой производной осевой нагрузки по вре.мени, поступающее через третий (III)

распределительный вход анализатора 13, хоть один раз превысит величину Ср, то на табло формируется сигнал «Изноц1ена опора 17, если же p(t)Cp, то на табло «Остановка турбобура 18.

Функции пуско-остановочных входов анализаторов 11, 12 и 13 заключаются в следующем. При любом отклонении текущей осевой нагрузки от эффективного значения на заданную величину А Р, устанавливаемую задатчиком блок 7 контроля осевой нагрузки через первый (I) пуско-остановочный вход этих анализаторов прерывает их функционирование, а при возвращении параметров в заданные пределы автоматически запускает их в работу без потери предыдущей информации.

При отрыве бурового инструмента от забоя также прекращается функционирование этих анализаторов от блока контроля положения бурового инструмента 9 через вторые (II) пуско-остановочные входы их, а при повторном достижении забоя осуществляется их автоматический запуск также без потери предыдущей информации.

Формула изобретения

Устройство для контроля и управления процессом турбинного бурения по авт. св. № 248591, отличающееся тем, что, с целью

обеспечения возможности определения момента окончания нагружения инструмента перед поиском эффективной осевой нагрузки, оно снабжено блоками остановки нагружения, уставки осевой нагрузки, нагружения и подачи долота, причем вход блока

нагружения подключен к блоку уставки осевой нагрузки, а выход соединен с первым управляющим входом блока подачи долота, второй управляющий вход которого подключен к блоку измерения осевой нагрузки,

вход блока остановки нагружения соединен с датчиком мощности привода проворота роторного стола, а выход со вторым пускоостановочным входом блока подачи долота, первый пуско-оетановочный вход которого подключен к анализатору заклинивания опор

долота.