Устройство для управления процессом бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B45/00 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к оптималь ному управлению процессом вращательного бурения скважин шарошечными, ра жущими и комбинированными буровыми долотами при автоматизации буровых станков, преимущественно на открытых горных разработках. Известны устройства для оптимального управления процессом вращательного бурения, основанные на регулировании параметров в зависимости от переменных условий проходки скважин Cl . Наиболее близко к изобретению устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик скорости бурения, датчик скорости вращения долота, датчик осевой нагрузки, регуляторы осевой нагрузки и скорости вращения долота и блок произведений текущих значений скорости вращения ;на осевую нагрузку 12. Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает выбора оптимальных параметров при изменении условий бурения. Цель изобретения - обеспечение выбора оптимальных параметров при изменении условий бурения. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком вычисления текущего И заданного значений углубления долота за один оборот вращения и блоком заданного значения произведения скорости вращения на осевую нагрузку, причем выходы блоков вычисления текущего и заданного значений углубления долота подключены через первый элемент сравнения к регулятору скорости вращения , а выходы блоков заданного и . текущего значения произведения нагрузки на число оборотов-подключены через второй элемент сравнения к регулятору осевой нагрузки. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит датчик 1 скорости бурения, датчик 2 скорости вращения, датчик 3 осевой нагрузки регулятор А осевой нагрузки и регулятор 5 скорости вращения долота, блок 6 произведения текущих значений скорости вращения на осевуюнагрузку., Устройство снабжено блоком 7 вычисления текущего и заданного значений углубления долота за один оборот и блоком 8 заданного значения произведения скорости вращения на осевую нагрузку. Выходы блоков вычисления текущего и заданного значений углубления долота подключены через первый элемент сравнения 9 к регулятору 5 скорости вращения, а выходы блоков заданного и текущего значений произведения нагрузки на число оборотов под ключены через второй элемент 10 cpae нения к регулятору осевой нагрузки. На чертеже также показан буровой станок 11 и приняты следующие обозначения: Fo|Zo отношение показателя бурения к углублению долота за один оборот вращения; К - коэффициент вычисления; п - скорость вращения доло та; Р - о.севая нагрузка; 1 -скорость бурения. При работе бурового станка 11 дей ствительные значения скорости бурения V, скорости вращения п и осевой нагрузки Р подаются на вход блок 8 вычисления, куда вводятся также вспомогательные величины, необходимые для вычисления оптимальных значений углубления ZP и показателя бу рения F . Одновременно производится вычисление текущих значений величин Z и Р„ , наблюдающихся при бурении в данный момент времени. Полученные величины сравниваются, соответственно в элементах 9 и 10 сравнения с оп тимальными их значениями. Разница йК и L2 подается, соответственно, на входн регуляторов Ц нагрузки и с рости вращения 6, на выходе которых вырабатываются сигналы Vp и V, слу жащие для регулирования параметров режима Р и п. ВычйслителььГым устрой ством непрерывно вычисляются также сигналы ограничения Pfy,nX ° торые поступают на регуляторы ч и 5 После автоматической регулировки параметров Р и п буровой станок работает без изменения режима до тех Пор, пока не изменяются свойства породы. При изменении свойств породы изменяется значение параметра Z, что приводит к появлению разницы на выходе элемента 9 сравнения. Регулятор 5 скорости вращения производит регули рование параметра п, что ведет к изменению соотношения Р и регулированию осевой нагрузки Р. Процесс регулирования заканчивается, когда д2 и ДК становятся равными нулю. При непрерывном изменении свойств породы устройство работает в нег1рерывном режиме регулирования скорости вращения п и осевой нагрузки Р. Формула изобретения Устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик скорости бурения, датчик скорости вращения долота, датчик осевой нагрузки, регуляторы осевой нагрузки и скорости вращения долота и блок произведений текущих значений скорости вращения на осевую нагрузку, отл и, чающееся тем, что, с целью обеспечения выбора оптимальных параметров при изменении условий бурения, оно снабжено блоком вычисления текущего и заданного значений -углубления долота за один оборот и блоком заданного значения произведения скорости вращения на осевую нагрузку, причем выходы блоков вычисления текущего и заданного значений углубления долота подключены через первый элемент сравнения к регулятору скорости вращения, а выходы блоков заданного и текущего значений произведения нагрузки на число оборотов подключены через второй элемент сравнения к регулятору осевой нагрузки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ушаков В. Б. и др. Автоматическое управление режимами бурения на шарошечных буровых станках. Труды института Гипроникель, вып. 3, Л., 1969. 2.Цыганков В. А. Адаптивная система управления процессом бурения с комбинированным управлением. Известия ВУЗов, серия Приборостроение, 1971, № , с. 5 (прототип).