Автоматическое устройство подачи долота на забой при турбинном бурении

 

Класс 21с, 59о!

М 110782

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М. Г. Эскин

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ДОЛОТА НА ЗАБОЙ

ПРИ ТУРБИННОМ БУРЕНИИ

Заявлено !6 января 1951 г, за N ИНП-341/576064 в Министерство нефтяной промышленности

Изобретение относится к устройствам, назначением которых является автоматическое поддержание такого давления на забое, при котором обеспечивается максимально допустимая в данных условиях (оптимальная) скорость проходки, Известен ряд устройств, в которых скорость проходки является функцией того или иного параметра, характеризующего режим бурения, например давления на забой или тока бурового двигателя.

При турбинном бурении указанный режим работы, называемый в дальнейшем экстремальным, совпадает с известным приближением, с работой в режиме отбора максимальной мощности турбины. При работе ь указанном режиме необходимо контролировать на дневной поверхности число оборотов турбобура, что является пока нерешенной задачей вследствие отсутствия надежного канала связи между забоем и дневной поверхностью.

Описываемое изобретение дает возможность осуществить автоматический регулятор экстремального бурения без необходимости передачи каких-либо сигналов с забоя на поверхность, Изобретение исходит из известной зависимости скорости бурения от нагрузки на забой, в которой эта кривая имеет один явно выраженный максимум, и ставит своей целью поддерживать такой режим бурения, при котором первая производная скорости бурения по давлению на забой равна нулю, т. е.

Д у — =О.

QP

Указанная зависимость представлена на фиг. 1.

Описываемая схема регулирования предполагает выдерживание нагрузки на долото, соответствующее в каждом случае экстремальному разбуриванию.

Для этого в систему регулирования периодически посылаются им№ 110782 пульсы приращения давления на забой и измеряется в определенный

ЫО момент времени производная ;если она положительна, т. е. турбина

Qp работает. на левой части характеристики (см. фиг. 1), то исполнительный элемент воздействует на увеличение осевой нагрузки, а если отрица0 v тельна — наоборот. При — =0 исполнительный элемент не вызывает

8р изменения нагрузки на долото; это характеризует работу в области экстремального режима.

Принципиальная схема автоматического регулятора подачи долота на забой представлена на фиг. 2.

В схему входит часть элементов, общих для всех автоматизированных буровых станков, и часть элементов специфических для предлагаемого регулятора. На схеме приняты следующие обозначения:

П вЂ” податочное устройство любого типа, способное осуществлять не только спуск, но и подъем инструмента;

И вЂ” индикатор нагрузки на долото любого типа с электрическим выходом (последнее не обязательно). Измеритель нагрузки на долото может быть установлен либо на глухом конце каната, либо на податочном устройстве;

И вЂ” измерительный элемент скорости подачи; условно показан в виде тахогенератора на валу податочного устройства, но может иметь другое исполнение и другой способ привязки;

Š— сумматор сигналов;

У вЂ” усилитель;

И вЂ” импульсатор, подающий импульсы в схему;

СД вЂ” синхронный двигатель с редуктором, вращающий ползунок импульсатора; — интегрирующий элемент, состоящий из реохорда 1, сидящего на оси шагового искателя Ш-1, и ползунка 2, сидящего на оси шагового искателя Ш-2; ф — избиратель сигналов, выполненный в виде поляризованного реле;

Ы 0

И,, — датчик производной состоящий из цепочки КС и усили(.

dp теля У;

 — выпрямитель в случае применения измерителя скорости переменного тока;

Р, — реле нагрузки на долото;

P, — реле минимальной скорости подачи долота.

При выключенном рубильнике IC> регулятор работает по простейшей схеме регулирования постоянства нагрузки на долото, величина которой задается уставкой U„.

Напряжение U в вольтах в определенном масштабе соответствует

Р нагрузке на долото в тоннах. Учет веса колонны производится либо автоматически, либо предварительным «взвешиванием» колонны над забоем (на схеме Hp. показано).

При неравенстве напряжений с1 и UÄ а усилитель У> поступает сигнал разбаланса определенной полярности

Ь --U,, который воздействует на податочное устройство так, что при с1 — сl,)0 —— нагрузка на долото Р уменьшается, а при U„- U (0 — увеличивается.

Если коэффициент усиления цепи регулирования достаточно велик, то в установившемся состоянии всегда наступает равновесие

U=- U, и нагрузка nQ долото поддер:кивается постол!!!!ОЙ ве. !!!ч!!!!ы, соответствующей уставке U .

При включенном рубильнике К! на сумматор подаются импульс ы A U от и м пуль с а тор а И.

На схеме приведен импульсатор, создающий трапецеидальные импульсhi .1 (Формы импульсов и коне!руки!!!! импульсаторов могут быть различными

Импульсатор состоит из кругового коммутатора, у которого ползунок 8 последовател!ьно проходит через сектор сплошного контакта 4, сектор потенциометра с равномерной обмоткой 5 и сектор изоляции 6.

Ползунок коммутатора 3 приводится во вращение с постоянной угловой скоростью о> синхронным двигателем СД через редуктор.

Период введения импульсов должен быть значительно больше времени регулирования регулятора в режиме Р = const и поэтому можно считать, что к моменту начала каждого импульса схема находится в состоянии равновесия, —. е. ܄— !.,= 0.

При положительном значении сигнала импульсатора, создающего импульсы Ь U, регулируемая величина нагрузки на долото Р увеличивается.

В момент введения импульса при работе на левой ветви характеристики турбинного бурения =- f (Р) — скорость бурения на !инает

rg увеличиваться и производная — — оказывается положительной. При раа 1

cJ zl боте на правой ветви характеристики ° = — j (Р) производная ока Й зывается в приведенных выше условиях отрицательной.

Напряжение U„, снимаемое с дифференцирующей цепочки, пропорционально ускорению подачи долота- Пройдя через усилитель У, оно попадает на поляризованное реле P которое в зависимости от полярности сигнала включает обмотки шаговых электромагнитных механизмов

Ш-1 и„.!и Ш-9.

Ш-1 поворачивает по часовой стрелке ползунок 2, скользящий по реохорду 1, а Ш-2 поворачивает по часовой стрелке реохорд 1. Как видно из схемы фиг. 2, включение шагового искат ля Ш-1 увеличивает, а включение Ш-2 уменьшает напряжение U4, вводимое в сумматор

Введение напряжения У! изменяет уставку величины поддерживаемой нагрузки на долото Р (г 1Т< в сторону обеспечения экстремального режима турбинного бурения.

Для защиты от случайных импульсов, неизбежно возникгпощих вследствие изменения твердости породы, в импульсаторе предусмотрены блокировочные контакты К„-.

Контакты К,. включают питание на шаговые механизмы только па определенное время периода импульса — время ожидания первого сиг!

1 v пала производнои

Для восстановления экстремального регулирования при остановке турбины вследствие большой нагрузки на долото применена система, состоящая из реле нагрузки на долото Р„, реле скорости подачи долота Р, и контактов импульсатора 1(„.

При остановке турбины о=О; P >Р!, где Р; — наименьшая из возможных нагрузок на долото, соответствующих максимальным скоростям бурения в различных породах и при различных стспечях износа долота.

Рc.re Р aairr rr;arт rioil r lllk r hl Л;,, прп P > Р,, а р«ле Р,, замыкаег контакты К, при v (о,„„, тогда через цепь контактов К„, К, и периодически замыкающихся контактов в импульсаторе К„подаются импульсы на обмотку Ш-2, что приводит к уменьшению нагрузки на долото P (предполагается, что податочное устройство реверсивного типа) до тех пор, пока турбобур не начинает вращаться и скорость оурения и не становится больше т „„„.

В этот момент реле Р, размыкаег конгакты К,, и сист«ма работает, как система экстремального регулирования, Предмет изобретения

1. Автоматическое устройство подачи долота на заоой при турбинном бурении, включающее автоматический регулятор нагрузки на долото, о т л и ч а ю щ е е с я тем, гг, с целью поддержания максимальной скорости турбинного бурения, помещают устройство для периодического введения в установку регулятора импульсов приращения нагрузки на долото и датчик, вырабатывающий сигнал, пропорциональный производной скорости проходки по времени, воздействующий на уставку того же регулятора так, что при положительном знаке сигнала нагрузка на долото возрастает, при отрицательном знаке сигнала — уменьшается, а при сигнале, равном нулю — остается постоянной.

2. Форма выполнения автоматического устройства подачи по п. 1 отлич ающ ая ся тем, что, с целью исключения возможности прекращения процессов регулирования при остановке турбины, в нем предусмотрены реле скорости проходки и реле нагрузки на долото, совместная работа которых обеспечивает включение механизма подачи на подъем инструмента.

4 о о

1 зксгпремальное Hae1y3AQ

HG ООЛОП70

<13 пг, 1