Устройство для автоматизированнойпОдАчи буРОВОгО дОлОТА Советский патент 1981 года по МПК E21B44/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ БУРОВОГО ДОЛОТА

1

Изобретение относится к бурению скважин на нефть и газ, в частности к регуляторам подачи долота на забой в процессе бурения, и предназначено для буровых станков с пневматическим управлением.

Известен регулятор подачи долота, например РПДЭ-3, который обеспечивает заданную осевую нагрузку путем воздействия управляемого силового узла на подъемный вал буровой лебедки. При этом, в зависимости от величины заданной нагрузки, скорости углубления забоя скважин и других факторов, устройство может осуществлять в автоматическом режиме подачу бурильной колонны с долотом как вниз, так и вверх 1.

К недостаткам регуляторов подачи долота относятся сложность конструкции, значительная стоимость; потребность в квалифицированном персонале для монтажа, наладки и эксплуатации; значительная потребляемая MoiuHoctb (30 кВт и более).

Известны также стабилизаторы веса бурильной колонны, например СВМ-1, которые обеспечивают заданную осевую нагрузку на долото путем прерывистого оттормаживания барабана лебедки и, таким образом, осуществляют в автоматическом режиме импульсную подачу бурильной колонны только в одну сторону - вниз 2.

Однако они не обеспечивают реверсирование подачи бурильного инструмента в случае необходимости с последующим доведением нагрузки на долото до заданной величины. Между тем такая необходимость может появиться, например, в случае перегрузки долота, остановки забойного двигателя, уменьщения илл прекращения подачи

бурового раствора насосами.

Цель изобретения - обеспечение реверсирования подачи долота к бурильйой колонны без помощи специального силового узла.

Указанная цель достигается за счет автоматизированного управления подачей воздуха в шинно-пневматическую муфту (ШПМ) подъемного вала буровой лебедки, а именно, автоматическое управление работой щинно-пневматической муфты обеспечивается электронной схемой, включающей реле контроля времени прекращения подачи долота, воздействующее на электронный блок включения электропневмоклапана, подающего воздух в ШПМ, и реле времени

контроля продолжительности нахождения электропневмоклапана в открытом состоянии, позволяющее в автоматическом режиме управлять работой ШПМ подъемного вала буровой лебедки и соединять таким образом лебедку со своим приводом, осуществляя подъем бурильной колонны на заданную высоту после истечения заданного времени с момента прекращения подачи бурового долота на забой стабилизатором веса.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - электрическая схема.

Устройство состоит из стабилизатора 1 веса (например, СВМ-1), электронного реле 2 времени, источника 3 стабилизированного питания, блока 4 включения электропневмоклапана, блок 5 исходного состояния, реле 6 времени подъема бурильного инструмента, электропневмоклапана 7, подающего воздух и щинно-пневматическую муфту подъемпого вала буровой лебедки. Электронное реле 2 времени и реле 6 времени подъема бурового инструмента идентичны и выполнены на транзисторах Ti, Ti и Тло, Ти типа П701Б, П306. Время срабатывания реле зависит от положения переключателей 111 и Пг. Источник 3 стабилизированного питания состоит из понижающего трансформатора Тр,, транзисторов Тз-Т, стабилитрона Д. Необходимое напряжение на выходе источника питания устанавливается переменным резистором Ri. Блок 4 включения электропнев.моклапана состоит из усилителя на транзисторе Те и триггера на транзисторах Т7 и Tg, нагрузкой для которого является реле Рг. Узел исходного состояния 5 выполнен на транзисторе Та, нагрузкой для него является реле Рз. Электропневмоклапан 7, питающийся через контакты КгР и КгРг от источника 3 стабилизированного напряжения, соединен воздущной линией с пневмосистемой буровой установки с щинно-пневматической муфтой подъемного вала лебедки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Стабилизатор веса прекращает подачу бурильной колонны после того, как фактическая осевая нагрузка сравняется с заданной. Если по каким-либо причинам дальнейшего углубления забоя скважины не произойдет, т.е. если после этого не возникает рассогласования между величинами забойной и фактической нагрузки, то по истечению заданного времени t включается электронное реле 2 времени. Продолжительность времени t задается в блоке 2. Как только срабатывает реле времени, оно включает своими контактами блок 4 включения электропневмоклапана. Блок 4 открывает электропневмоклапан 7, а также включает реле времени подъема бурильного инструмента. Блок 6 контролирует время t нахождения в

открытом состоянии электропневмоклапана, т.е. определяет продолжительность вращения барабана лебедки и высоту подъема бурильного инструмента. Как только срабатывает электропневмоклапан 7, воздух от

пневмосистемы буровой установки поступает в щинно-пневматическую муфту, находящуюся на подъемном валу буровой лебедки. При наполнении муфты воздухом она соединяет подъемный вал лебедки с силовым приводом буровой установки. При этом находящийся в заторможенном состоянии барабан лебедки приходит во вращение и, воздействуя тормозными щкивами на тормозные ленты, откидает тормозной рычаг, сжимая пружину исполнительного механизма стабилизатора веса. Барабан лебедки, вращаясь от привода бурового станка, наматывает талевый канат и поднимает бурильную колонну. По истечению установки времени t в блоке 6 подача воздуха в муфту прекращается, так как реле в блоке 6 своими контактами разрывает цепь питания электропневмоклапана 7. Электропневмоклапан 7 закрывается и прекращает подачу воздуха в ШПМ, в результате этого лебедка отсоединяется от своего силового привода и подъем бурильного инструмента прекращается. Реле в блоке 6 включает блок 5 исходного состояния, который, в свою очередь, приводит блок 4 в первоначальное состояние, т.е. состояние до его. включения на подъем инструмента. Так как за время t работы лебедки происходит подъем бурового инструмента на определенную высоту, то стабилизатор веса начинает импульсную подачу бурового долота, пока не установится заданное значение осевой нагрузки, и т.д.

5 Электронное реле 2 времени включается тогда, когда замыкается контакт кР, реле импульсной подачи долота стабилизатора веса. Если этот контакт замкнут в течение времени t, то срабатывает реле PL Контакт КгРч замыкает цепь питания базы транзистора Тб, который открывается и сигнал поступает в триггер на транзисторах Тт и Tj. Триггер переходит из одного устойчивого состояния в другое. При этЬм срабатывает реле Pj. Контакт Ki Рг включает цепь питания реле 6 времени подъема бурильного инструмента. Контакт КгРг включает цепь питания электропневмоклапана 7, так как контакт KiPn находится в нормально-замкнутом положении при обесточенном реле Рд. В результате этого электропневмоклапан 7

0 открывается и воздух от пневмосистемы буровой установки поступает в щинно-пневматическую муфту, находящуюся на подъемном валу буровой лебедки. В результате этого лебедка соединяется со своим силовым приводом и наматывает талевый канат на барабан, поднимая бурильную колонну. По истечении времени уставки t подъема бурильного инструмента срабатывает реле времени на транзисторах Тю и Ти , т.е. включается реле Рд. Контакт KiP размыкается и обесточивает обмотку ЭМ электропневмоклапана 7, который прекращает подачу воздуха в шинно-пневматическую муфту. Подъем колонны бурильных труб прекращается. КонтактК,- Р,, замыкает цепь питания базы транзистора Т в блоке исходного состояния. При этом включается реле РЗ. Нормально-закрытый контакт Ki Pi размыкается и отсоединяет цепь питания блока 4. Реле Рг в блоке 4 обесточивается, а его контакты обесточивают питание блока 6 и электропневмоклапана 7, и схема принимает первоначальное состояние, занимаемое до подъема бурильной колонны.

При работе в зимнее время для предотвращения замерзания воздушной линии необходимо оборудовать воздухозаборник.

Таким образом, реверс подачи бурильной колонны осуществляется силовым приводом самого бурового станка путем автоматического соединения и отсоединения его привода от подъемного вала буровой лебедки.

В отличие от известных стабилизаторов веса устройство может использоваться в качестве исполнительного механизма в автоматизированных системах управления процессом углубления скважин, так как оно может в случае необходимости осуществлять в автоматическом режиме реверс подачи бурильной колонны. По своим функциональным возможностям устройство приближается к регуляторам подачи долота, отличаясь от них простотой конструкции (за счет отсутствия мотор-генератора, силового узла, редуктора и других узлов), малыми эксплуатационными затратами.

По сравнению со стабилизатором веса, например СВМ-1, технический эффект заключается в повышении степени автоматизации подачи долота, так как устройство в случае прекращения процесса углубления забоя скважины автоматически приподнимает бурильный инструмент и вновь нагружает долото.

В случае применения устройства в качестве исполнительного механизма в автоматизированной системе управления процессом бурения вместо регулятора подачи долота, например РПДЭ-3, величина экономической эффективности определится как разность в стоимости рассматриваемых технических средств и в размерах соответствующих эксплуатационных затрат. При этом сумма экономии от использования одного комплекта предлагаемого устройства составит около 10 тыс. р. в год.

10

Формула изобретения

Устройство для автоматизированной подачи бурового долота, включающее стабилизатор веса, связанный с тормозом буровой лебедки, шинно-пневматическую муфту и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено электропневматическим клапаном, блоком включения электропневматического

клапана, блоком исходного состояния, реле времени подъема бурильного инструмента и электронным реле времени, при этом выход стабилизатора веса подключен через последовательно соединенные электронное реле времени, и блок включения электропневмоклапана ко входу реле времени подъема бурильного инструмента, один из выходов которого подключен через блок исходного состояния ко входу блока включения электропневмоклапана, а другой его выход

подключен к одному из входов электропневмоклапана, другой вход которого подключен к выходу блока включения электропневмоклапана, причем три выхода источника стабилизированного питания подключены соответственно ко входам электронного реле времени блока включения электропневмоклапана и электропневматического клапана, выход которого подключен к шиняо-пневматической муфте.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

, шпн KZ, ,OfY