Устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относит:оя к горнОМу дел}-, в частности к у-срройствэм для автоматического регулирования режи-моз бурения взрьшных ок1важи1Н шарашечиЫМи .стан;ками на от1К|рытых Г0:рных работах.

Известно устройство, содержащее датчик (ра1ции, датчик механической ако.рости бу.ре,ния, датчик така, элементы сравнения, репулято:ры .скорости вращения долота « осевой нагрузки с исполвительньими блоками, блаки иреоюразованИЯ и усиления, экстремальный ре пулятар, логические элеЛ1енты И и НЕ, 1П;риче-м юыход датчика механической скорости бурения соединен с входом зкстрел1альнс1го регулят&ра, выход которого соединен с входам одного из блоков преобразования и усиления, один из 1вы.ходо(в (Которого соединен с входом иополнятелыного (блоКа регулятора скорости вращения, а другой выход блока преобразования и усиле1ния €оеди1нен с одним из входо.з логического элемента PI, выход которого соединен с входом наполнительного блока регулятора осевой ,на1Грузк.и, при этом второй вход логического элемента И через логический э.темент НЕ и элемент сравнения соединен с выходом блока датчиков вибрации, который соеди;г1ен через элемент сравления с входом Иополнитель1ног:о блока регулятора осевой нагрузки II.

Однако это уетрой|С11вэ обладает существенным надо ста т:ко.м, за1ключающиМСя в том, что при отеутст|вии :по1выщенных вибра ций уста1навл,иваемый режим бурен 1я с

5 ма;К|СИ:м;;льными но техк1Ичеоким возможностям cTauiKa rnapaMCnpaiMH - скоростью вращения долота и осевой нагрузкой на долото - не является сптимальным. При этом может произойти (потеря устойчивости стаза

10 и iB03iHHKi;-WTb позьишен.ные вибра1Ц1Ии.

Целью изобретен1и.я является атозыщечие эффективности бурения за счет поддержания максимального значения механИЧсской скорости бурения mpni всех режимах

15 райоты cTaiHiKCB.

Это достигается тем, что устройство автоматишесячого регулирсизаншя режимов буipcHHH ак важин снабжено датчиками iK.pe;пости буримой породы и скорости -BpaHieHHH

20 бурового става, вторым логд1ческим элементом И и ф|0рмирователем экстремума, -зыход которого под1ключен к экстремальному регулятору, вход - к выходу второго логического элемента И, входы которого сое25 д|и:нены с 1выхода1ми датчи1ка меха1ничесхой скорости и датчика скорости вращения бурового ста.ва и логического элемента НЕ, а выход датчика крепости буримой породы подключе.н К одному из входов первого логи30 ческого элемента И.

На чертеже итрвдютащлена фу|Н(Кцисна;1ьиа1Я схема устройства аВтомати1ческо,-о регул,ирова ия режимов бурения скважин.

Устройстюо .садерн ит датчи.х 1 механнчеакой €ЮС1рСсти бу1рения, эиспремальный ipeгулятор 2, блок дреобразо.ван.ия и усиления 3, иополнительный 4, (регулятор CKCipo:cTH вращения долота 5, двигатель вращателя 6, датч1И1к тока 7, элемент сравнения 8, блак гереобразсвали.я и усиления 9, лотичэсКий элемент И 10, иопол.нительный блок 11, регулятор осевюй ла-рузки 12, логичес ий элемент НЕ 13, ора13.нения 14, блок датчиков внбрации 15, буровой станок 16, забой аиважИНЫ il7, датчи1К окарюсти вращения бурового ста1ва Р8, датчи-к крепОСти бури,мой породы ,19, логический элемент И 20, формирователь экстремума 21.

Устройство ра1ботает сладующи-м образам.

После пуска начинают одно временн0 увеличиваться ОСевая нагрузка и скорость вращения долота. Механическая око;рость бурения измеряется датчиком /, и электрический сигнал, лропордиональный ей, лодается «а вход зкст;ремалыно/го регулятора 2. Последний через (блок (преобразования и усиления 3 1во13.деЙ1СТ|вует на исполнительный блок 4, выходной 1СИ1г;нал которого уатраюляет регулятором окорости вращения долота 5. (Пока буровой став устойч гв и нет повышенных вибраций, на входе блока датчиков (вийращии .15 и элемента сравнения 14 сигнал отсутствует, а на (выхсце логичесадаго эле.мента НЕ 13 сигнал есть, следо1вательно, есть CIH и на выходе логичеокого элемента И 10, так KaiK на огбоих его входах сигнал присутствует. Этот сигнал воздействует че.рез исполнительный «блок на регулятор 1/2, чем и обеапечиваетоя увеличение осевой на1гр уз1ки. Причем последняя ре рулируется прс1пор1ЦИ01на:ЛБно крепости бури1мой породы по сигналу от датчика асреиости 19. Как только появится виб|ра.ция, амплитуда которой превышает допустимый уровень, на выходе элемента 14 появится сигнал, который, с одной стороны, через элементы НЕ I/-5 и И 10 заблокирует увеличение осевой иагрузки, которое тронсходило 1ПО сигналу от датчика жрапоюти 19, с другой стороны, будет воздействовать через испол«ительный блок .I, на .регулятор 12 так, что осавая натруэка будет уменьшаться. iKoiruxa ам1плитуда вибращий у/меившится до допустимого -уровня, уменьшение осевой нагрузки прекратится и начнет ироисходить ее увеличение по сигнал/у от датчика крепости ,19. KaiK только вибрации снова превысят допустимый уровень, по сигналу от блска датчиков вгжбращии 15 за.блокируется увеличение осевой нагрузки и начнется ее уменьшение аналогично описанному .выше. В течение всего описанного процесса скорость вращения долота увеличивалась, следовательно, увеличивалась меха1ническая

скорость бурания, ре/пмстрируемая датчиком /. Однаада из-за экстремального характера зависимости меха-ничеокой окорости бурения от юкорости вращения долота при заданном уровне вибра-ции на станке, начиная с некоторого значения С1корости вращен1ия долота, механическая скорость буре11И1Я начнет уменьшаться, и экстремальный рйпулятор 2 подаст ко.манду на реверсирование исполнительного блока 4, который начнет воадействовать на регулятор скорости 1Н ращения долота 5, двигатель вращателя 6, и последний уменьшает скорость вращения. Та1ким образом, в устройстве продолжается процесс изменения осевой нагрузки и :скорости вращения долота, причем скорость вращения уменьшается. При этом механиче ска1я скорость бурения начинает снова увеличиваться. После достижения максил ма, .начиная с некоторого значения скорости вращения долота, механическая скорость бурения начинает уменьшаться, н экстремальный регулятор 2 Подает команду на реверсирование ,иапол,11ительнаго блока 4 регулятора 5. Таким образом, в устройстве установятся автоколебания механической окорости бурения о.колО Ма1КСИму ма, причем их ам1плитуда зависит от характеристик экстремаль}Ю Го регулятора. Защита от перегрузок двигателя вращателя обеспечивается датчиком тока 7, воздействующим через элемент сравнения 8, блок преобразования и усиления 9 на регулятор скорости вращения долота 5.

Если вибрация отсутствует, то регулирование осевой 1на грлзки и скорости вращения долота на оптимальное значение механической скорости бурения цроисходит следующи,м образом.

КоГда вибращия не превышает допустимый уро1вень, на выходе лотического элемента НЕ 13 сигнал есть, следовательно, есть он и на выХ|ОД|е логического элемента И 10, (Поскольку на обоих его входах сигнал приoyTCTBiyeT. По этому сигналу осевая нагрузгка регулируется 1Пропор|Ционально крепости буримой породы. Одиоврбменно с выхода Л|0:гИческого элемента НЕ /5 .на один из гвхо1ДСВ BTOpoiro логического элемента И 20 поступает разрешающий сигнал, который воздейств1ует через формирователь экстремума 21, экстремальный ре.пулятор 2, блок. преоб|разс1вания и усиления 3, иополНительный блок 4 на репуляТОр окорости (вращения долота 5 и изменяет скорость вращения двигателя вращателя 6. Нбпосред стввнно вездействовать сигналом с датчика 1 скорости бурения на экстремальный регулятор 2 нельзя, та.к как при отсутствии по1вььшенных вибраций экстремальная зависимость между механической ско1ростью бурения и скоростью .вращения бурового става отсутствует и надо ввсдить формирователь экстрему.ма 21. Логический элемент И 20 служит для формироваиия сигналов, реализующих saiBHOWMocTH, по которым функциоиирует фармираватель зюстремума 2/.

Применение устройства позволяет пс высить ,п|роиз1вадитель,но€ть буровых агрегатов на 5-(10% пр,и снижении себестоимости бурения на 5-7%.

Формула изобретения

Устройст1во а1втоматичеокй-го регулирования ре К1ИМС1в бурения ошажиа, включающее датчики вибраЦИИ, механической скорости И тока, элементы сравнения, регуляторы окорости вращения долота и осевой напруЗКи с иополиительны.ми блоками, экстремальный регулято)р, блоки преобразования и усиления, логические элементы И и НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет

-поддержания максимального значения механической iCKOpocTiH бурения npai всех режимах работы, оно снабжено датчиками кре(пасти буримой породы и скорости вращения бурового cTaiBa, вторым логическим элементом И и формирователем экстремума, выход которого подключен к экстремальному регулятору, вхоа-к выходу второго логического элемента И, входы которого соединены с выхода-ми датчика механ.ической окоipocTH вращения бурового става и элемента НЕ, а выход датчика кре/иости буримой по-роды подключен к одному из входов первого логического элемента И.

15

принятый во

Источник информации, внимание лри экоиертизе: СССР

1. Авторское свидетельство № 607003, ,кл. Е 21 В 45/00, 1976.