Система управления процессом бурения

 

Изобретение относится к САУ процессом бурения нефтяных и газовых скважин. Цель - повышение точности управления путем исключения дискретности в формировании сигнала управления и учета времени реакции объекта управления на управляющий сигнал. (R«J Для этого СУ снабжена блоком 5 задержки и блоком управления (БУ) 4 подачей долота. На вход БУ 4 поступают сигналы с датчиков 1 технологических параметров и с выхода соединенного с датчиками 1 через АЦП 2 блока обработки и контроля инфорь ахщи (БОКИ) 3, С других выходов БОКИ 3 и с выходов БУ 4 сигналы поступают на входы блока 6 отображения информации и блока 5 задержки. Выход блока 5 задержки соединен с входом исполнительного механизма 7„ При этом БУ 4 выполнен в виде последовательно соединенных регистра уставки осевой нагрузки, промежуточного регистра и первого ЦАП, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, а также регистра нагрузки на крюке, выход которого через второй ЦАП соединен с входом второго сумматора. Сигнал с выхода второго сумматора поступает на второй вход первого сумматора, с выхода которого через последовательно соединенные анализатор и усилитель поступает на вход блока 5 задержки . БОКИ 3 информирует операто3 (Л с о ч сд

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 75 А1 (51) 4 E 21 B 44/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ -- .. (21) 4063820/22-08 (22) 29. 04.86 (46) 15.08.88. Бюл. Р 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) Э.А. Айзуппе, В.Н. Гусев, Д.А. Мишунин и P.À. Ялалдинов (53) 622.233.056(088.8) (56) Кулишенко В. А., Питерский В.М.

Управление процессом бурения с применением ЭВМ. - PHTC "Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности".. М-.: ВНИИОЭНГ, Р 2, 1982, с. 16-18.

Авторское свидетельство СССР

N 1002543, кл. E 21 В 44/00, 1980. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к САУ процессом бурения нефтяных и газовых скважин. Цель — повышение точности управления путем исключения дискретности в формировании сигнала управле-. ния и учета времени реакции объекта управления на управляющий сигнал.

Для этого СУ снабженаблоком 5 задержки и блоком управления (БУ) 4 подачей долота. На вход БУ 4 поступают сигналы с датчиков 1 технологических параметров и с выхода соединенного с датчиками 1 через АЦП 2 блока обработки и контроля информации (БОКИ) 3.

С других выходов БОКИ 3 и с выходов

БУ 4 сигналы поступают на входы блока 6 отображения информации и блока 5 задержки. Выход блока 5 задержки соединен с входом исполнительного механизма 7. При этом БУ 4 выполнен в виде последовательно соединенных регистра уставки осевой нагрузки, промежуточного регистра и первого

ЦАП, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, а также регистра нагрузки на крюке, выход которого через второй ЦАП соединен с входом второго сумматора. Сигнал с выхода второго сумматора поступает на второй вход первого сумматора, с выхода которого через последовательно соединенные анализатор и усилитель поступает на вход блока 5 задержки. БОКИ 3 информирует операто1416675

10

30

35 ра о текущих параметрах режима бурения, о производимой операции и результатах анализа. При отклонении процесса бурения от нормы по любой причине БОКИ 3 выдает сигнал стирания на управляющий вход промежуточного регистра БУ 4. Подача прекращается на время задержки, которое вводитИзобретение относится к бурению, в частности к устройствам автоматического управления процессом бурения нефтяных и газовых скважин.

Целью изобретения, является повышение точности управления путем исключения дискретности в формировании сигнала управления и учета времени реакции объекта управления на управ-. ляющий сигнал.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг. 2— структурная схема устройства управления подачей долота; на фиг. 3— алгоритм функционирования блока обработки и контроля информации; на фиг. 4-18 — подробное описание отдельных блоков алгоритма.

В системе управления процессом бурения (фиг. 1) датчики 1 технологических параметров через аналогоцифровые преобразователи 2 подключены к входу блока 3 обработки и контроля информации, выходы которого соединены с входами блока 4 управления подачей долота,, с управляющим входом блока 5 задержки и входами блока 6 отображения информации. Выход датчика осевой нагрузки также подключен к входу блока 4 управления подачей долота, первый выход которого соединен с аварийным входом блока 6 отображения информации, а второй выход — через блок 5 задержки с входом исполнительного механизма 7 °

Блок 4 управления подачей долота (фиг. 2) содержит регистр 8 установки осевой нагрузки, промежуточный регистр 9, регистр 10 нагрузки на крюке, цифроаналоговые преобразователи 11 и 12, сумматоры 13 и 14, анализатор 15 знака рассогласования осевой нагрузки и усилитель 16, При этом выход регистра 8 уставки осевой нагрузки через промежУточный регистр ся н блок 5 задержки с инженерного пульта БОКИ 3 и зависит от глубины скважины и состояния ствола. За счет

I наличия БУ 4 предложенной конструкции и введения регулируемой задержки времени достигается плавность поддержания осевой нагрузки и ее соответствие заданной. 18 ил.

9 и первый цифроаналоговый преобразователь 11 подключен к первому входу первого сумматора 13, выход которого соединен с входом анализатора 15 знака рассогласования осевой нагрузки.

Выход регистра 10 нагрузки на крюке через второй цифроаналоговый преобразователь 12 подключен к первому входу второго сумматора 14, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 13. Вход регистра

8 уставки осевой нагрузки, регистра

10 нагрузки на крюке и управляющий вход промежуточного регистра 9 связаны с цифровыми выходами блока 3 обработки и контроля информации, второй вход второго сумматора 14 подключен к датчику нагрузки, первый выход анализатора 15 через усилитель

16 подключен к входу блока 5 задержки, а второй выход — к аварийному входу блока 6 отображения информации.

Позициями 17-31 обозначена блоксхема алгоритма. Блок 3 обработки и контроля информации является программно-управляемым и выполнен на базе микроЭВМ.

Система работает следующим образом.

После включения производится считывание показаний датчиков 1 технологических параметров, сигналы которых преобразуются в код в аналогоцифровых преобразователях 2 и поступают в блок 3 обработки и контроля информации, который производит обработку информации по алгоритму, приведенному на фиг. 3. Вначале полученная информация проверяется на со40 ответствие нормальным параметрам бурения в блоке 18 централизованного контроля алгоритма, в котором показания датчиков нагрузки, проходки, момента и давления сравниваются с допустимыми величинами, заданными с инженерного

3 14166 пульта блока 3 обработки и контроля информации. Если отклонений от нормы нет, производится анализ состояния опоры (блок 19) . При отсутствии заклинки проверяется необходимость прйработки долота (блок 20). Если приработки не было, то на регистр 8 уставки осевой . нагрузки блока 4 управления подачей долота выдается усО тавка осевой нагрузки P = Р„(блок

27) и блок 3 обработки и контроля информации контролирует поддержание этой нагрузки в течение всего времени приработки. После окончания приработ-15 ки (блок 26) устанавливается признак необходимости поиска Р = О (блок 28) и управление через блок 18 передается блоку 4 управления подачей долота, в котором в результате этого устанавливается уставка осевой нагрузки, задаваемая программой поиска (блок 29) .

По окончании поиска формируются значения эффективных параметров режима (блок 30) и в блоке 4 управления по.— дачей долота устанавливается Р = Р > (в регистре 8 уставки осевой нагрузки) .

В процессе бурения производится анализ буримости горной породы и, если она,-.не изменилась, анализируется рейсовая скорость (блоки 23 и 24), для чего производится вычисление рейсовой скорости по данным датчика проходки и внутреннего счетчика времени блока 3 обработки и контроля информа- 35 ции °

Если рейсовая скорость V не дор стигла максимума, управление вновь передается блоку 18. Если имеет место 4 изменение буримости породы, управление на блок 18 передается с признаком необходимости поиска эффективных режимов P = О, а при достижении рмаксгенерируется команда Подъем, 45 которая формируется также и при условии заклинки опоры долота, выдаваемого блоком 19.

Блок 3 обработки и контроля информации информирует оператора о те50 кущих параметрах режима бурения, о производимой операции и результатах анализа. При отклонении режима подачи от заданного блок 22 вьщает на блок 6 отображения информации сигнал "Несоответствие" и на промежуточ- ном регистре 9 блока 4 управления подачей долота стирается значение

P . В результате подача прекращает75

4 ся, так как в этом случае P » P (P = О) и бурение возобновится то1 лько после устранения неисправности.

В блоке 4 управления подачей долота после операции "Взвешивание в регистре 10 нагрузки на крюке производится запись значения, вычисленного в блоке 3 обработки и контроля информации в ходе выполнения этой операции (блок 17) . Эта величина после преобразования в аналоговый сигнал поступает на первый вход второго сумматора 14. Другой вход этого сумматора непосредственно связан с датчиком нагрузки и на его выходе формируется сигнал P осевой нагрузки, который поступает на второй вход первого сумматора 13. На вход регистра 8 уставки осевой нагрузки из блока 3 обработки и контроля информации выдается в кодовой форме значение P

После записи оно переписывается в промежуточный регистр 9 и через цифроаналоговый преобразователь 11 в аналоговой форме поступает на первый вход первого сумматора 13. На выходе первого сумматора 13 формируется сигнал рассогласования дР = Р - P.

Этот сигнал поступает на анализатор

15 знака рассогласования осевой нагрузки d P. Если d P o О, формируется сигнал подачи, который через усилитель 16 и время задержки > через блок 5 задержки подается на исполнительный механизм 7.

Если знак dP отрицательный, подачи не будет. В этом случае сигнал с анализатора 15 знака рассогласования осевой нагрузки поступает на блок 6 отображения информации, извещая оператора о наличии аномалии, например зажиганием транспаранта е соответствующей надписью.

Если в блоке 3 обработки и контроля информации обнаружится отклонение процесса бурения от нормы по любой причине, он вьщает сигнал стирания на управляющий вход промежуточного регистра 9 блока 4 управления подачей долота. Подача прекращается, так как сигнал на первом входе первого сумматора 13 будет равен О и d P «О.

В этом случае оператор информируется о факте остановки подачи и о причине аномалии — на экране блока 6 отображения информации по сигналу с первого выхода блока 4 управления подачей долота (второй выход анализатора

- е

1416675

15 знака рассогласования осевой нагрузки) .

Время задержки t зависит от глубины скважины и состояния ствола и является временем задержки сигнала подачи. Для его определения при отсутствии вращения ротора колонне труб сообщается импульс подачи произвольной величины, запоминают время подачи t и отслеживают изменение нагруэЮ ки, фиксируют момент стабилизации нагрузки г. и определяют время задержки = t„ - .t значение которого вводят в блок 5 задержки с инженерного пульта блока 3 отработки и контроля информации. ,После формирования команды "Подьем" (блок 25) блок 3 обработки и контроля информации извещает об этом оператора посредством блока 6 отображения информации и стирает значение

Р в промежуточном регистре 9 блока 4 уйравления подачей долота. Подача прекращается, и бурильщик обязан начать подъем инструмента для замены долота.

Подробный алгоритм функционирования блока 3 обработки и контроля информации представлен на фиг. 4-18.

Перед началом бурения запускается и вводится в рабочий режим комплекс технических средств системы управления процессом бурения, изображенной на фиг. 1.

Исходное состояние объекта управления (буровой) — инструмент должен находиться на.забое. Поэтому для включения в работу алгоритма, приведенного на.фиг. 3, бурильщик "нащупывает забой" и нажимает кнопку

"К-забой". При этом запоминается показание а< датчика проходки, соответствующее начальному положению забоя, обнуляются регистры проходки

h и положения инструмента над забо-, еи Ьн!Ъ На ране блока 6 отображения информации появляются: надпись

"Пуск разрешен" и информация "Проходка-О", М (фиг. 4).

Согласно алгоритма перед переходом на автоматическое ведение процесее. са бурения, производится взвешивание" инструмента (блок 17) . Алгоритм проведения этой технологической операции представлен на фиг. 5.

Так как "взвешивание" должно производится только в свободно подвешенном положении инструмента, то бурильщик приподнимает и "встряхивает"

его, убедившись в свободном его провороте и отсутствии затяжек, нажимает кнопку "Пуск-2". Управление переходит в блок 3 7. На экране блока 6 надпись "Пуск разрешен" сменяется информацией Взвешивание !

Дальше устанавливается начальная и управляющая информация, необходимая для организации функционирования алгоритма (блоки 17.1-17.4), и производится приподъем инструмента над забоем на высоту 1 м (блоки 17.5;

17.6 и 17.13). Положение инструмента над забоем ? „ в каждый момент времени определяется в блоке 17.5 (БПР, алгоритм приведен на фиг. 6). Управляющий признак ПС 1, что означает выполнение в данный момент операции приподъема. При спуске инструмента он устанавливается в нуль (блок

17. 12) . По достижении высоты 1(h „ > 1), при подъеме (блок 17.7) вырабатывается сигнал "Тоомоз" пля останова движения инструмента вверх, который выдается на исполнительный механизм. После прекращения движения с датчика нагрузки снимается N значение (G ) нагрузки на крюке талевой системы. с одновременным контролем-состояния "покоя" инструмента и вычисляется значение начальной нагрузки Со на крюке как среднее арифметическое из N значений (блоки

17.8-17.10).

Полученная величина индицируется на экране устройства 6 в виде. .начальная нагрузка .на крюке — Got т.с. и запишется в регистр 10 устройства 4. Устанавливается управляющий признак спуска инструмента на забой (блок 17.12), выдается сигнал для снятия тормоза талевой системы и. спуск инструмента до высоты 1 через блоки 17.5-17.7, а с высоты 1 до забоя (h„l = О) через блоки 17,5; 17 6;

17. 13 и 17. 14 . При достижении забоя устанавливаются управлякицие признаки, значение ключа KL для выхода из блока БПР на другой блок и признак необходимости проведения приработки долота П„ и производится выход. на блок 18.

При ручном выполнении операций приподъема и спуска инструмента сигналы управления исполнительными механизмами не воспринимаются, но алгоритм будет функционировать—

7 14166 контролировать (имитировать) буриль= щика и вычислять G если были нажаты кнопки "К-забой" и "Пуск-2".

В блоке 18 производится централизованный контроль движения (перемещения) инструмента (фиг. 6), частоты вращения ротора (фиг. 7) давления промывочной жидкости на выкиде насоса (фиг. 8), нагрузки на крюке и осе- 10 вой нагрузки на долото (фиг. 9), а также анализ момента вращения инструмента (фиг. 10) для определения заклинки долота.

Для контроля движения инструмента 15 (фиг. 6) считывается очередное пока- зание датчика проходки а (блок 18.1) и сравнивается с предыдущим его значением а < (блок 18.2) ° При движении инструмента вниз (а ) а, < )), в про- 20 цессе бурения (значение индикатора положения над забоем h „< c 0) вычисляется проходка h (блок 18.4), а в случае опускания инструмента с приподнятого состояния (h „(g o О) коррек- >5 тируется показание индикатора h„, (блок 18.7) в сторону его уменьшения..

Когда производится подъем инструмента (а а„), то определяется его положение над забоем h„ (блок 18.7)30

Величины h u h I индицируются на устройство отображения информации (фиг. 1).

Перед выходом из этого блока последнее считанное значение а, запоминается в регистре а, (блок 18.5) для последующего сравнения с новым значением а в блоке 18.2.

По значению ключа KL (блок 18.6) производится выход на блок контроля 40 частоты вращения ротора.

Контроль частоты вращения ротора (фиг. 7) осуществляется путем проверки нахождения текущего значения частоты вращения п » (блок 18.8) в 45 интервале (и ;„, и „ допустимых значений (блоки 18.9 и 18.10) в пределах заданной точности Е<. В случае, когда п „е (п ;„ п<,<ох на устройство 6 выдается информация о фактическом его значении и производится выход на блок контроля давления промывочной жидкости. В противном случае происходит переход в режим ожидания Stop" и выдача информации И,: "Параметр-n „". После устранения причины, вызывавшей останов алгоритма, режим ожидания снимается кнопкой "Пуск-2". При этом

75 8 стирается информация И< и управление передается на блок 18, т.е. на блок

18.11.

Алгоритм контроля давления промывочной жидкости на выкиде насоса (фиг. 8) идентичен алгоритму контроля частоты вращения ротора.

Интервал допустимых значений давления определяется заданными величинами Р „;„ и P „ а точность принадлежности Ðö к Р,„, Р „ - величиной С

Алгоритм анализа нагрузки на крюке, вычисления осевой нагрузки на долото и ее контроля представлен на фиг. 9. В соответствии с алгоритмом производится считывание значения нагрузки на крюке G (блок 18.14) проверка его на допустимость, в пределах допуска Й (блоки 18.15 и

i8.16) и его индикация на устройстве

6. При G g (G «<;„ — Е<, G ),< F>jocyulecvвляется переход в режим ожидания

"Stop" и выдача информации И : "IIaраметр-С".

Осевая нагрузка вычисляется по формуле: Р = (С, — С ) (блок 18. 17) .

Процесс контроля допустимости полученного значения P для данного типа долота производится так же, как и для описанных параметров. Допустимая область определяется величинами

Р ;„ и Р х У ДОпуск — величинОЙ fà

Контроль износа опоры долота по моменту вращения инструмента производится по следующему алгоритму (фиг. 10). Вычисляется отношение

Z = M

При Z» С„ имеем признак износа опоры.

Поэтому после первого появления признака 2 См накапливается информация о количестве поступления аналогичного признака из общего количества анализа условия Z > С„, (блоки 18.37 и 18 ° 38). Количество проверки условия

N< задается. Если из общего количества N анализа количество информации К об износе опоры составляет

1416675

707, то вырабатывается сигнал "3a- клинка" опоры (П„ = 1) и управление передается на блок 25 для подъема инструмента (блоки 18.39; 19; 18.40).

Если количество информации К об износе опоры меньше (0,7-N<), управление передается на блок 20, который получает управление непосредственно без анализа до появления первого прИзнака износа опоры (блоки 18.32,и 18.33 и m = О).

Организация вычисления опорного момента M производится в блоках

18.21 — 18.30, 18.34, 18.35 и 18.36.

Блоки 20, 26 и 27 (фиг. 3) являются узловыми в алгоритме приработки . долота, приведенного на фиг. 11. В блоке 20 анализируется признак П„ .представляющийсобой булевскую пере- 2р менную:

1, если нужно выполнить операцию

П„ = приработки

О, если она выполнена.

Итак при П„ = О управление переда- 25 ется блоку 21 (фиг. 3), в IIDoTHBH0M же случае (П =. 1) выполняется алго1 ритм приработки долота. Суть этой операции заключается в выполнении процесса бурения с некоторой заданной осевой нагрузкой Р„ в течение установленного времени

Величина Р„„ зависит от типораз" мера долота. Например, для долот диаметром 269 мм типа ГНУ Р„„ =100 кН.

В связи с управлением операцией поддержания осевой нагрузки блоком

4 (фиг., i) на алгоритм возложены две функции: контроль за работой блока 4 управления подачей долота и контроль за продолжительностью приработки. Эти функции выполняются следующим образом.

При первоначальном обращении к алгоритму (П = О, блок 20.1) устанавливается нагрузка приработки Р 4>

"P (блок 27, фиг 3), которая одновременно выдается на регистр 8 устройства 4, подготавливается вспомогательная информация (блоки 20.2—

20.7) и фиксируется время начала 50 приработки t (блок 20.8). При последующих прохождениях (П = 1) этот участок алгоритма обходится. Текущее время приработки t вычисленное в блоке 20.9, сравнивается со време- 55 нем, кратным времени реакции бурильной колонны t+ на управляющее воздействие (блок 20. 11). Это позволяет испольэовать в блоке контроля за упР а вл е ни ем поддержания нагрузи (БКУП) (блок 20. 15) достаточно близкую к

P осевую нагрузку Р, полученную после того, как. сигнал реакции от долоTà достигнет поверхности, и тем самым обеспечит устойчивость работы блока 3 (фиг. 1). Однако для этого необходима синхронизация управляющего воздействия на инструмент и начала работы блока контроля в этом алгорит,ме по времени t . что достаточно трудно.

) У

Так как времМ прохождения одного цикла всего алгоритма значительно меньше, чем t, то данная проблема с достаточной для практики точностью разрешается использованием в блоке

20 ° 15 вместо P некоторого среднего значения осевой нагрузки P вычиCP э сленного из К значений Р, полученных за время t (блоки 20.9—

20.14). Итак если время не вышло, то в счетчик К добавляется единица и управление передается в блок

18, иначе определяется очередная кратность времени t в интервале времени приработки (0, t „ j (блок 20. 13), и вычисляется среднее значение осевой нагрузки Рс . Если время приработки, равное „, вьпшто (блок 26), то устанавливается признак поиска эффективной нагрузки Р (блок 28, P» =

= .О) признак, что приработка прошла (блок 28.1) и управление передается в блок 21 через блоки 18, 19 и 20. В противном случае, т.е. когда необходимо продолжить приработку, на устройство 6 выдается текущее время приработки, производится обращение к блоку 20.15 для выполнения функции контроля и выход из него в точку Т по ключу К,, если в результате анализа не установлено отклонение в работе устройства 4 по управлению поддержания нагрузки и передача управления на начало блока 18 для повторения следующего цикла выполнения алгоритма.

Алгоритм функционирования блока

20. 15 (фиг . 12) основан на накоплении информации о работе устройства 4 путем косвенного установления фактов рассогласования между осевой нагруз-, кой P и установленной — P, превышающих величину C . .Допуск C задается, при наличии рассогласования вычисляется его величина и общее количество случая рассогласования К».

Если оно больше 507. от общего числа

1416675

l2 проведенного анализа Кй, то на устройство 6 выдается информация "Несоответствие" и на промежуточном регистре 8 устройства 4 стирается зна5 чение Р . В результате подача прекращаетсяу так как в этом случае Рр»

>p P (P = О) и производитс11 переход в режим ожидания "Stop". Бурение возобновится нажатием кнопки "Пуск2" (фиг. 4) после устранения неисправности.

В случае отсутствия рассогласования осуществляется выход из блока по состоянию ключа К, в точки Т; общего алгоритма.

В блоках 21, 30, 29 и 31 организуется и проводится анализ входной информации и поиск эффективных значений режимных параметров и установка их в регистры уставок устройств управления.

Алгоритм функционирования этих блоков приведен на фиг ° 13, который представлен как единое цельное и на- 25 чинается с блока 21, где анализируется необходимость поиска эффективной нагрузки. Если Р Ф О, то управление передается на блок 22. В противном случае организуется и проводится 30 поиск эффективной нагрузки P . Алгоритм поиска на фиг ° 3 обозначен блоком 29. Процесс поиска ведется следующим образом.

При первоначальном обращении к ал- 35 горитму (П = О, блок 29.1) устанавливается значение ключа К, для выхода из блока БКУП и анализируется вид поиска (блок 29.3) . Если поиск проводится для твердой породы (Поиск= 1), 40 то увеличивается значение уставоч-. ной нагрузки р на величину арс (нагружение на ст пень, dPС вЂ” нагрузка ступени), которое одновременна надеется на регистр 8.устройства 4, и срав- 45 нивается с максимально допустимым значением нагрузки на долото Р

Если Р ь Р „, то за эффектиВную нагрузку берется Р„, „ (блок 29.8), В протиВном случае контролируется 50 установление устройством 4 нагрузки

P (блок БКУП). Если она не установлена (П = О, блок 29.12), то производится контроль установления чеРез блоки 18 и 29.4 (По = 1). Как только нагрузка Р установится (П

1), производитс бурение с этой нагрузкой в течение времени t (блоки 29.1, 29.20 и 29.21). Перед началом бурения значение осевой нагрузки, равное P, запоминается в регистре Р,, а время начала операции в (блоки 29 . 13 и 29 . 14), По истече нии времени t определяется величина изменения первоначального значения установленной осевой нагрузки (блок 29.22), вычисляется удельная проходка h)) и сраВниВается с предыдущим значением удельной проходки полученным при предыдущем нагружении на ступень, т.е. проверяется конец поиска (блоки 29.23, 29.24, 30). При увеличении удельной проходки (dh О) запоминается h (блок

29.26) и процесс поиска продолжится через блок централизованного контроля. Если dh > с О, т.е, удельная проходка начала уменьшится, то завершается процесс поиска, при этом за

P берется величина (P 1 — d P, /2), и управление передается на блок 31.

Поиск P при переходе к менее твердой породе (Поиск = 2) осуществляется по описанному алгоритму, но с разгрузкой на каждом шаге поиска установленной нагрузки Р на величину Р (блок 29. 18) . Если в результате поис са текущая осевая нагрузка стала меньше Ру;„ (блок 29.19), то вырабатывается сигнал стирания P с регистМ ра 8 и перехода в режим ожидания "Stop".

В ходе поиска на устройство б индицируется состояние процесса - вид поиска, удельная проходка, значение

P и директива для смены режима управления.

В блоке 31 устанавливаются в регистры уставок устройств. управления найденные в результате поиска эффективные значения режимных параметров (фиг. 14, блоки 31. 1 — 3 1. 5) и определяется начальная (реперная)

cK0pocTb Vpe °

Она определяется путем ведения бурения с нагрузкой Р, в течение времени tp „ . Контроль поддержания нагрузки Р < устройством 4 осуществляется в блоке БКУП (блок 31.6).

Время начала определения скорости

V и начальная проходка запомиреп наются в блоках 31.9 и 31 10. По истечении времени t вычисляются проходка (блок 31.13) и реперная скорость (блок 31. 14), которая индицируется на экране блока 6. Формируются управляющие признаки (блоки

31 ° 15 — 31.19) и управление переда13

14166 ется на выполнение непосредственно процесса бурения с поддержанием эффективных значений параметров режима.

В блоке 22 (фиг. 15) контролируется поддержание нагрузки, наступле- 5 ние момента подъема инструмента для очередного наращивания и сам процесс подъема инструмента, посадки его на вилку и завершение наращивания.

При каждом очередном прохождении .алгоритма вычисляется сколько осталось еще пробурить до глубины h, h - предполагаемая глубина забоя после углубления на длину очередной наращенной трубы 1,, т.е. h„ =

= h + 1 р, где h — глубина забоя до наращивания.

Если осталось пробурить до глуби ны h„ больше чем Е м (блок 22.5), то наращивание.не ожидается (П=О).

Поэтому управление передается на блок 23 для ведения процесса бурения с эффективными установленными режимными параметрами. Когда остается. до Ь„ меньше, чем Я, бурильщик предупреждается о наступлении момента подъема инструмента (на блоке 6 появляется информация:

11

Внимание1 Скоро подъем для наращиtt

30 вания ) и процесс бурения продолжается. При достижении глубины hg (hh О) выдается указание: "Ручное управление", для перехода на ручное управление, вырабатывается сигнал (блок 22.7, П = 1) для стирания с регистра 8 установленного значения осевой нагрузки Р, тем самым прекращается подача инструмента, о чем сообщается выдачей на блок 6 информации: "Останов подачи". 40

Блоками 22,8 — 22.11 производится контроль за выполнением операций приподъема инструмента и посадки его на вилку и снятия с вилки после выполнения операции. После снятия наращенно-45 го инструмента с вилки нагрузка на крюке G будет больше, чем начальная нагрузка С,, определенная после предыдущего наращивания (блок 12.11).

Это значит, что процесс наращивания 50 завершен. По этому признаку включается датчик проходки и считывается начальное положение крюка а . Предыдущее его положение а, было зафикси ровано в блоке централизованного ко- 55 нтроля (блок 18) в момент посадки инструмента на вилку. Следовательно, длина наращенной трубы 1 р равна разности этих показаний (блок 22. 13) .

75 l4

Предлагаемая глубина забоя h до которой должны пробурить, до следующего наращивания определяется как сумма: h„ = h + 1 (блок 22.14). Это значение и будет использоваться в блоке 22 ° 3 ° Дальше управление передается на блок 17 для взвешивания инструмента и продолжения процесса бурения с поиском эффективныхпараметров.

Процедура бурения заключается в поддержании эффективных -режимных параметров, в частности осевой нагрузки, определении механической скорости и контроля за эффективностью бурения. Алгоритм решения этих задач приведен на фиг. 16 и представлен блоком 23 на фиг. 3, Так как функции по (цержания эффективной нагрузки переданы блоку 4, то в блоке 23.1 производится контроль за его поддержанием.

Вычисление механической скорости бурения V осуществляется следующим образом: выполняется углубление с поддержанием P до получения проходки dh, равной заданной htI (блоки 23.3, 23.7 и 23.8); определяется время д, за которое достигнута проходка hh (блок 23.9); вычисляется скорость V (блок 23.10), которая индицируется на блок 6.

Перед началом углубления на глубину h (П=О) фиксируется время (блок 23.4) и значение текущей проходки (блок, 23.5). При последующих циклах П=1, поэтому эти блоки не выполняются, а производится углубление до величины ht с контролем поддержания эффективной нагрузки через блок 18. После вычисления скорости V устанавливается признак начала определения нового значения

V (блок 23. 11, П = О) и проверяется эффективность ведения процесса бурения (блоки 23. 12 и 23.13) ° Это связано с тем, что при изменении условий работы долота на забое параметры режима бурения могут стать неэффективными.

В этом случае операцию "Поиск" следует повторить. Внешним проявлением эффективности процессов бурения является скорость бурения (проходки) ° Ее изменение и положено в основу алгоритма анализа эффективности бурения.

При выполнении условия V /Чр (°

« 1/С„ осуществляется поиск Рэ,р для менее твердой породы, а при V/V С„ — для твердой. В противном случае, 14166 считается, что процесс бурения оптимальный и управление передается»а блок анализа рейсовой скорости, т.е, блоку 24. Величина С„ — эмпирический коэффициент, зависящий от случайных вариаций V

Известно, что в процессе бурения рейсовая скорость VpeA повышается до максимума и это имеет место в момент, 10 когда Vp „. = V. Однако вследствие флуктации текущей скорости V возможно появление локальных максимумов. Поэ- тому определение оптимальной продолжительности рейса в блоке 24 (фиг.17) 15

: производится по неравенству: Vpe

С V, где С вЂ” эмпирический коэфФициент.

Алгоритм, приведенный на фиг. 17, функционирует следующим образом. Оп- 2р ределяется время механического бурения t в часах (блок 24.1), вычисляется рейсовая скорость Ч „-, (блок

24 ° 2) и анализируется неравенство

U p -д ъ С!Г V ° BPPMH 1 и скОРОсть

Vp g индицируются на экран блока 6.

Если Ч ейс Сч Ч, то считается, что . ф o p M у л B H з о б р рейсовая скорость возрастает. Поэа тому управление передается в блок

18 для продолжения процесса бурения.

В случае, когда Vpe„- стала больше, чем С V начинается накапливание

Информации о количестве наступления аналогичного случая (блоки 24.5 и 24,6) из общего числа проверки (анализа) неравенства Ч „-, С„р V, Количество проводимого анализа N задается. Если количество поступающей информации К об износе вооружения составляет 807. (блок 24.8),то 4р вырабатывается сигнал "Износ вооружения" (П„= 2) и управление передается на блок 25 для подъема инструмента.

При Кз 0,8 N> продолжается бу- 45 рение °

В блоке 25 (фиг. 18) анализирует-. ся причина подъема инструмента (блок 25.1) и выдается соответствующая информация на блок 6 отображения информации. Дается директива для перехода в ручной режим выполнения операций по подъему инструмента для замены долота.

Производится стирание установочной нагрузки P на регистре 8 устав-.

1 ки осевой нагрузки блока 4, т.е. останавливается подача инструмента.

75 ) 6

ВывОдится (или заГ!Омина ется) tt но— ситель данные за реис и ИО скатки!!е.

ПО оператору "Конец" заГ!ер!!!ится выполнение алгоритма.

Описанные алгоритмы Определяют функцию блока 3 (фиг. 1) обработки и контроля информации и однозначно устанавливают порядок движения информации и ее связи внутри блока.

Таким образом, надежность в работе предлагаемой системы управления процессом бурения обеспечивается за счет использования автономного регулятора подачи, работа которого дополнительно контролируется и с помощью которого, за счет наличия блока управления подачей долота предлагаемой конструкции и введения регулируемой задержки времени, достигается плавность поддержания осевой нагрузки и ее соответствие заданной, особенно в переходных режимах.

Аналогичным образом осуществляется управление частотой вращения ротора и бурового насоса.

Система управления процессом бурения, содержащая датчики технологических параметров, выходы. которых через аналого-цифровые преобразователи подключены к входу блока обработки и контроля информации, блок отображения информации и исполнительный механизм, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности управления путем исключения дискретности в формировании сигнала управления и учета времени реакции объекта управления на управляющий сигнал, она снабжена блоком задержки и блоком управления подачей долота, выполненного в виде последовательно соединенных регистра уставки осевой нагрузки, промежуточного регистра и первого цифроаналогового преобразователя, -выход которого соединен с первым входом первого сумматора, а также регистра нагрузки на крюке, выход которого через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора подключен к входу анализатора знака рассогласования Осевой нагрузки, первый выход которого соединен с усилителем, при этом первый выход

14) 6675

57

)e блока обработки и контроля информации подключен. к первому входу блока отображения информации, второй, третий и четвертый - к входу регистра уставки осевой нагрузки, к управляющему входу промежуточного регистра и к входу регистра нагрузки.на крюке5 соответственно, а пятый - к управляющему входу блока задержки, причем второй выход анализатора знака рассогласования осевой нагрузки соединен. с аварийным входом блока отображения информации, а выход усилителя через блок задержки подключен к входу исполнительного механизма.

1416б75

1416675

1416675

14 l6675 цика

1 4 i6675

1416675! 416675

1416675

141 б675

1416675

Фиг.18

Составитель В. Шилов

Техред Л.Олейник

Редактор Ю. Середа

Корректор Н. Король

Заказ 4450

Тираж 531

Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4