Стабилизатор осевой нагрузки на долото Советский патент 1981 года по МПК E21B19/08 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО

1

Изобретение относится к автоматизации процессов бурения и предназначено для подачи бурового инструмента на забой с поддержанием заданной величины, осевой нагрузки на долото при бурении или проводке скважины и может быть использовано на всех буровых установках, которые оборудованы пневмосистемой.

Известно устройство, содержащее датчик веса на неподвижном конце талевого каната, усилитель, силовой преобразователь и исполнительный двигатель, связанный через ю редуктор с барабанным валом лебедки буровой установки и снабженный датчиком перемещения ходового конца талевого каната, выполненным в виде последовательно соединенных дополнительного редуктора, фрикционной муфты и вращающегося трансфор- 15 матора, угол поворота которого ограничен упорами, причем дополнительный редуктор соединен с редуктором регулятора, а вращающийся трансформатор подключен к усилителю 1.

Известно также устройство, включающее пневматический исполнительный орган поршневого типа, связанный с рычагом тормоза буровой лебедки, электропневмоклапан, пульт управления с контактным манометром, связанный с индикатором веса, и датчик скорости, соединенный с барабаном лебедки, причем контакты манометра пульта управления электрически связаны с датчиком скорости через реле рабочего и аварийного пневмоклапанов 2.

Указанные устройства громоздки, дорогостоящи, сложны в изготовлении и эксплуатации, требует высокой квалификации обслуживающего персонала. Наличие в них многоканальных связей между блоком управления, датчиком веса, датчиком скорости проходки и исполнительным механизмом резко замедляют реакцию на изменения заданного режима бурения, точность настройки, а подача инструмента осуществляется скачкообразно.

Цель изобретения - повышение реакции и чувствительности к изменениям осевой нагрузки на долото и равномерности ее поддержания при одновременном упрощении конструкции и повыщении надежности.

Указанная цель достигается тем, что узел управления выполнен в виде мембраны, в

нижней части которой расположен впускной клапан, а в верхней - выпускной клапан с регулировочной и рабочей пружинами, при этом впускной клапан связан с исполните«тьным механизмом, а рабочая пружина - с датчиком веса и с регистрирующим узлом. На фиг. 1 представлена принципиальная стабилизатора; на фиг. 2 - конструктивное выполнение органа управления (масштаб 1: l).

Стабилизатор осевой нагрузки на долото состоит из узла управления 1, пневматически связанного с испол {ительным механизмом 2 пружинно-поршневого типа и гидравлически с датчиком веса 3. к трубопроводу которого подсоединен регистрируюпдий узел 4 мано.метрического типа.

Узел управления (фиг. 2) состоит из корпуса 5 с ввернутым в пего седлом клапана 6, впускного клапана 7, поддерживающего в Bepxi-ievi закрытом положении пружиной 8, и ввертыщем 9, а также нз стойки 10, закрепленной па коопусе. посредством которой через угглотиителыюе кольцо 1 i к корпусу герметично 1,рижата уравнительная мембрана 12, снабже1П1ая выпускным клапаном 13, посаженным притирочным местом на впускной клапан 7. На выпускном клапане размещены нажимная шайба 14 и две пружины (примерно равные по усилию сжатия), из которых пружина 15 регулировочная и служит для настройки стабилизатора на определенную нагрузку, а пружина 16 рабочая, принимающая и передаюпхая сигнал (сжатие или отпуск) че1)ез плунжер 17 от гидрав.пическогс; датчика веса, с;|ужит д.ля поддержания величины нагрузки. Обе пружины, размещены в регулировочном стакане 18 звернутом в стойку К). На ста капе закреплена рукоятка 19 для настройки установки.

Для вывода стабилизатора из работы или мгновенного торможения лебедки на пневмопроводе исполнительного .механизма установлен двухходовой кран 20 (фиг. 1). Устройство работает следующим образо.м. Под действие.м давления жидкости в датчике веса 3 на плунжер 17 действует сила, передаваемая через пружину 16, нажимную шайбу 14, выпускной клапан 13, на ме.мбрану 12, которая прогинается вниз до упора в седло 6, а впускной клапан 7 отжи.мается от седла. Кран 20 открыт. Воздух из пневмопровода буровой установки поступает через образовавшийся зазор .между седло.м 6 и впускны.м клапаном 7 под мембрану 12 и далее в цилиндр исполнительного механизма 2. Процесс наполнения цилиндра воздухом продолжается до тех пор, пока не уравновесятся силы действия плунжера на мембрану и давление воздуха под мембраной. При уравновешивании сил мембрана принимает нор /1альное положение и впускной клапан закрывает доступ воздуха в цилиндр.

Однако, давление воздуха в цилиндре исполнительного механизма недостаточно для отжатия пружины и растормаживания тормоза лебедки.

Теперь, плавным поворотом рукоятки 19 нагружают пружину 15, чем дополнительно производят впуск воздуха в цилиндр тем же путем до растормаживания тормоза лебедки и посадки инструмента на забой, следя при этом за нагрузкой на долото по показывающему прибору. При достижении требуемой нагрузки на долото рукоятку 19 оставляют в неизменном положении. По мере разбуривания породы вес инстру.мента на крюке .медленно увеличивается, а вместе с тем увеличивается давление в датчике веса. При этом плунжер увеличивает давление на пружину 16, мембрана прогибается вниз, отжимая впускной клапан от седла, и воздух первоначальным путем начинает поступать в н.илиндр, медленно отпуская тормоз лебед и, пока не уравновесятся силы действия 1 лу 1жера на .мембрану и давление воздуха под мембраной. При достижении равновесия мембрана принимает исходное положение и г-итускной .клапан прекрапдает доступ воздуха в цилиндр. Такой цик.л происходит плавно и непрерывно. В случае незначительного проскальзывания тормоза и появления превышения заданЕюй нагрузки на долото, рабочая пружина 16 расслабляется из-за исчезновения с нее нагрузки от плунжера. МембQ рана иод избыточным давлением под ней прогнется вверх и часть воздуха из-под мембраны и цилиндра но осевому каналу выпускного клапана выпускается наружу, а пружина исполнительного механизма практически мгновенно зажимает тор.моз лебедки. .В случае утечки воздуха из цилиндра или воздухопровода орган управления автоматически пополняет его через впускной клапан. Поворотом рукоятки 19 можно вести спуско-подъемные операции, не прикасаясь к рукоятке тормоза лебедки. Остановку стабилизатора производят поворотом рукоятки 19 в исходное положение, а при полном выводе его из работы или экстренном торможении лебедки - поворотом рукоятки крана 20 на угол 90°.

5 Стабильность поддержания оптимальной ния увеличивает скорость проходки и срок службы долота. Простота конструкции стабилизатора обеспечивает надежность в работе, снижает затраты на изготовление и эксплуатационные расходы на обслуживание,

Формула изобретения

Стабилизатор осевой нагрузки на долото, содержащий исполнительный механизм, датчик веса, узел управления, регистрирующий узел, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности и надежности, узел управления выполнен в виде мембраны, в нижней части которой расположен впускной клапан, а в верхней - выпускной клапан с регулировочной и рабочей пружинами, при этом впускной клапан связан с исполнительным механизмом, а рабочая пружина - с датчиком веса и с регистрирующим узлом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 358500, кл. Е 21 В 19/08, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР 227947, кл. Е 21 В 19/08, 1965.