Устройство для автоматическойОпТиМизАции пРОцЕССА буРЕНия Советский патент 1981 года по МПК E21B45/00 

Устройство для оптимизации процесса бурения может быть использовано на буровых станках вращательного -действия в угольной,горнорудной и других отраслях промышленности,где применяет ся вращательное бурение шарошечными, режущими и комбинированными буровыми долотами. Известны устройства для оптимизации процесса вращательного бурения на карьерах, которые используют априорную информацию об оптимальности процесса, вводимую в виде програ№ ы. В зависимости от крепости породы уста.навливается давление на забое, которое посредством датчика давления и де лителя, преобразуется в сигнал для регулирования скорости вращения Щ , Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматической оптимизации процесса бурения, содержащее датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетно-решающему блоку, блок формирования моторесурса, блок вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстремума и управления поиском оптимального режима бурения 2,, Однако подобные устройства не мо- гут быть точными в работе, должны настраиваться каждалй раз после изменений условий бурения,требуют предварительного трудоемкого сбора информации о критерии,лишь после чего они могут быть настроены. При смене типа бурового инструмента или блока пород необходим дополнительный сбор информации и переналадка устройства. Цель изобретения - повышение точности и оперативности установления оптимального режима бурения. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено датчиком углубления долота за один оборот его вращения, а счеТно-рашающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углубления долота за один оборот его вращения и выход блока формирования моторесурса, а выходы узлов вычисления составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу,блока вычисления себестоимости, выход которого через блок улучшения экстремума подключей к блоку управления поиском о тимального режима бурения. В счетно-решающем блоке использу ся способ представления себестоимости бурения в виле (P)e.P) C5(ti,p) где Кл - коэффицй ент, учитывающий зарплату, руб/час; затраты по электроэнергии руб/квтч; N, ,Nj соответственно мощность, п требляемая при бурении вра телем и другими электромаш нами и электросшпаратурой КВТ; V - скорость бурения, м/час; Сд- стоимость долота, руб; . - стойкость долота, м. В этом выражении не учитываются члены, не зависящие практически от режима бурения, то есть не влияющие на положение экстремума по оси абсцисс, хотя в принципе они могут учи тываться введением соответствуквдих постоянных членов. Первые три слагаемых выражения (1) вычисляются на основе сигналов от да,тчиков скорости бурения и мощности, а также задатчиков стоимости зарплаты и энергии. Последнее слагаемое- , JB том виде, как это представлено в выраже нии (1), в процессе бурения вычисли невозможно, так как стойкость долот L - функция большого количества факторов, не поддающихся непрералвно измерению (в основном ввиду того, ч степень износа долота измерить в ре альных условиях бурения не представ ляется возможным), поэтому последне слагаемое уравнения (1) в устройств используется в преобразованном виде где R - моторесурс долота, об,; rit. - углубление долота за один оборот, мм/об. Моторесурс шаррошечных долот от скорости вргицения долота не зависит и в этом случае может быть введен в уравнение (1) в виде функции, зависящей лишь от осевой нагрузки. Вследствие неоднородности горных пород и их физических свойЪтв минимум себестоимости дрейфует.случайным образом. Устройство обеспечивает непрерывный его поиск изменением режимных параметров в соответствии с вычисляемым критерием на основании получаемой информации о величинах углубления долота за од оборот, скорости бурения и мощности зависящих от сопротивляемости горных пород. При бурении с предлагаемым уст йством, как и в любом случае, необходим выбор долота из условия его равностойкости (износа) по опоре и вооружению. При этом учитывается, что суммарное число оборотов долота до износа его вооружения не зависит от угловой скорости долота. При необходимости в систему могут быть введены нужные технические ограничения. Окончательное уравнение, используемое в устройстве, имеет вид ьМ- -c,L,P)f(n,P)) На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство для оптимизации работы бурового станка 1 состоит из дат|чика 2 давления, датчика 3 скорости, бурения, датчика 4 углубления долота, датчиков 5 и б мсяцности, множителей 7, 11 - 15, делителей 8 и 10, блока 9 формирования моторесурса, сумматора 16, блока 17 выбора критерия эффективности,блоков 18-20 улучшения экстремума,экстремального регулятора 21,переключателя 22 рода поиска, блоков 23 и 24 управления поиском. Устройство работает следующим образом. Сигнал от датчика 2 давления подается в блок 9, куда вводятся также коэффициенты а, б, отражающие зависимость ресурса долота от осевой нагрузки, определяекаае, исходя из эксплуатационной характеристики долота, по моторесурсу (заводские или опытные данные) и по которым формируются зависимости моторесурса от параметров режима. Моторесурс R, сформированный в виде электрического сигнала, с выхода блока 9 поступает на множитель 7, где производится умножение его на величину углубления долота h, поступающую в виде электрического сигнала от датчика 4 углубления. Сигнал Rh/ получаемый на выходе блока 7, поступает затем на делитель 8, где формируется величина, пропорциональная удельной стоимости бурения по долоту в функции параметров режима, для чего в блок 8 вводится также стоимостный коэффициент Сд. От датчиков 5 и б мощности электрические сигналы, пропорциональные мощности, потребляемой двигателем вращателя и другими электрическими агрегатами соответственней, подаются на множители 11 и 12, на выходе которых формируются соответствующие стоимостные величины по затраченной при бурении энергии,, для

чего в блоки 11 и 12 вводится коэффициен5 СЕ (удельная стоимость электроэнергии) .

Стоимость бурения по зарплате, амортизации и другим начислениям формируется блоками 3, 10 и 13.

Величины

мальности из ряда частных критериев, которые способны вычислять устройство.

Устройство позволит заменить ручное .управление параметрс1ми процесса бурения и повысить производительность труда на 10-15%.

суммируются в блоке 16. Выбор критерия оптимальности производится с помо1цью лока 17 путем соответствуюо го выбора составляющих, подаваемых на сумматор 16.

Сформированный блоком 16 сигнал для отсеивания помех пропускается через фильтр высоких частот 18 и поступает на блоки 19 и 20, где производится соответственно вычитание постоянной составляющей и обострение экстремума путем нелинейного преобразования этого сигнала. Далее сиг нал поступает на экстремальный регулятор 21. Поскольку буровой процесс имеет значительную инерционност в устройстве производится последовательный поиск экстремума по параметрам h и р, что упрощает схему, . хотя в принципе может применяться одиовремеийый поиск обоих параметров режима. Поиск осуществляется с помощью переключателя 22 поиска, работаю щего от тактового генератора 23, который, в свою очередь, управляется блоком 24 (блок управления тактовым генератором).

Применение устройства для ,автснлатической оптимизации процесса бурени позволяет с большой точностью осуществлять автоматическую оптимизацию непосредственно по критерию себестоимости бурения, исключить частные подстройки для введения априорной информации в виде приближенных зависимостей, использовать, исходя .из технико-экономических сбображений, тот или иной критерий оптиФормула изобретения

Устройство для автоматической оптимизации процесса; бурения,содержаще датчики мощности, скорости бурения и давления, подключенные к счетнорешающему блоку, блок формиройания моторесурса, болк вычисления критерия себестоимости и блоки улучшения экстремума и управления поиском оптимального режима, бурения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и оперативности установления режима бурения, оно снабжено датчиком углубления, долота за один оборот его вращения, а счетно-решающий блок выполнен в виде раздельных узлов вычисления составляющих себестоимости по энергии, по затратам на зарплату к по долоту, ко входам последнего подключены выходы датчика углублени долота за один оборот его вращения и блока формирования моторесурса, а выходы узлов вь1числения составляющих по энергии и по затратам на зарплату подключены ко входу блока вычисления себестоимости, выход которого через блок улучшения экстремума подключен к блоку .управления поиском оптимального режима бурения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 148367, кл. .Е 21 В 45/00, 1959.

2,Turned an driECing rigs.-Petro&eum Egnipment and Sew, 1968, 31, 1.