Устройство управления электроприводом регулятора подачи долота

 

Изобретение относится к буровой технике . Цель изобретения - повышение точности поддержания заданной нагрузки на долото . Для этого в устройство введены блок 6 токовой отсечки, фильтр 9 низких частот, элементы сравнения 10, 12 и 13, инерционное дифференцирующее звено 11, пропорциональное звено 14, интегрирующее звено 15, сумматор 16 и регулятор 17 коэффициента обратной связи. Устройство также содержит двигатель 1 постоянного тока, тиристорный преобразователь 2. задатчик нагрузки 3, регулятор нагрузки 4 и регулятор 5 ЭДС, датчик 7 ЭДС и датчик 8 тока якоря. В исходном состоянии буровой инструмент приподнят над забоем. Сигнал на выходе пропорционального звена 14 равен нулю, а на (О (Л ел to «х N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5И4 E 21 В 4400

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4177433/22-03 (22) 07.01.87 (46) 23.01.89. Бюл. № 3 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (72) Т. С. Атакишиев, А. А. Барьюдин, Э. П. Ишханов, Б. И. Моцохейн, В. М. Парфенов, С. В. Сахаров, -А. В. Чердаков и М. Г. Эскин (53) 622.24 (088.8) (56) Электропривод новых буровых установок с применением тиристорных преобразователей. Тематические научно-технические обзоры, ВНИИОЭНГ, М., 1972, с. 147.

Там же, с. 153.

ОКР по комплектному устройству управления электроприводом РПДЭ вЂ” 7 с тиристорным преобразователем. Пояснительная записка к техническому проекту. ВНИИЭлек1.— ро п ри вод, М., 1984.

„„SU„„1452944 А1 (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ РЕГУЛЯТОРА ПОДАЧИ

ДОЛОТА (57) Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения — повышение точности поддержания заданной нагрузки на долото. Для этого в устройство введены блок 6 токовой отсечки, фильтр 9 низких частот, элементы сравнения !О, 12 и 13, инерционное дифференцирующее звено 11, пропорциональное звено 14, интегрируюшее звено 15, сумматор 16 и регулятор 17 коэффициента обратной связи. Устройство также содержит двигатель 1 постоянного тока, тиристорный преобразователь 2. задатчик нагрузки

3, регулятор нагрузки 4 и регулятор 5 ЭДС, датчик 7 ЭДС и датчик 8 тока якоря. В исходном состоянии буровой инструмент приподнят над забоем. Сигнал на выходе пропорционального звена 14 равен нулю, а на

1452944! выходе интегрирующего звена 15 пропорционален весу инструмента и соответствует сиг-! налу на выходе задатчика нагрузки 3. К режиму бурения переходят путем уменьшения сигнала на выходе задатчика нагрузки.В процессе бурения выходной сигнал регулятора (j

Изобретение относится к буровой техни ке, а именно к устройствам, назначением которых является автоматическое поддержание в процессе бурения такого давления на забой, при котором обеспечивается максимально допустимая в данных условиях скорость проходки.

Целью изобретения является повышение точности поддержания заданной нагрузки на

ДОЛОТО.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства управления электроприводом регулятора подачи долота; на фиг. 2 — функциональная схема регулятора коэффициента обратной связи.

Двигатель I постоянного тока питается от тиристорного преобразователя 2, в цепь управления которого последовательно включены задатчик 3 нагрузки, регулятор 4 нагрузки, регулятор 5 ЭДС и блок 6 токовой, отсечки. К вторым входам регулятора 5

ЭДС и блока 6 токовой отсечки подключены соответственно датчики 7 и 8 ЭДС и тока якоря. Кроме этого, в устройство введены фильтр 9 низких частот, первый элемент 10 сравнения, инерционное дифференцирующее звено 11, второй 12 и третий 13 элементы сравнения, пропорциональное !4 и интегрирующее 15 звенья, сумматор 16 и регулятор

17 коэффициента обратной связи. При этом выход датчика тока якоря соединен с входом фильтра 9 низких частот, выход которого сое" динен с первым входом первого 10 и вторым входом второго 12 элементов сравнения, выход первого элемента 10 сравнения через инерционное дифференцирующее звено 11 соединен с первым входом второго элемента

12 сравнения, выход которого соединен с первым входом третьего элемента 13 сравнения, выход которого через пропорциональное .14 и интегрирующее 15 звенья соединен с первым входом сумматора 16 и вторым входом третьего элемента 13 сравнения, второй вход сумматора 16 соединен с выходом инерционного дифференцирующего звена 12, выход сумматора 16 соединен с вторым входом первого элемента 10 сравнения, а выход интегрирующего звена 15 соединен с вторым входом регулятора 4 нагрузки. Кроме этого, выход пропорционального звена 14 через

5 l0

45 нагрузки 4 пропорционален значению ЭДС на выходе регулятора 5 ЭДС. При постоянном токе возбуждения этот сигнал пропорционален заданной скорости подачи инструмента, а его полярность соответствует полярности скорости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

2 регулятор 17 коэффициента обратной связи соединен с третьим входом регулятора 4 нагрузки.

Регулятор коэффициента обратной связи (фиг. 2) состоит из блока 18 выделения модуля сигнала, первого 19 и второго 20 источников смещения, резистора 21 и полевого транзистора 22. При этом выход пропорционального звена 14 через блок 18 выделения модуля соединен с выходом первого источника 19 смещения и через резистор 21 со стоком полевого транзистора 22, исток которого соединен с общей точкой источника питания, а затвор транзистора — с вторым источником 20 смещения.

Устройство управления электроприводом регулятора подачи работает следующим образом.

В исходном состоянии буровой инструмент приподнят над забоем, а на выходе задатчика 3 нагрузки присутствует сигнал, который, пройдя через регулятор 4 нагрузки, регулятор 5 ЭДС и блск 6 отсечки, вызывает появление такого напряжения на выходе тиристорного преобразователя 2, что момент, развиваемый двигателем 1, уравновешивает момент статической нагрузки, обусловленный весом бурового инструмента и силами трения в механизме. Т аким методом производится так называемое взвешивание инструмента, при котором нагрузка на долото равна нулю. В этом режиме сигнал на выходе пропорционального звена 14 равен нулю, а сигнал на выходе интегрирующего звена

15 пропорционален моменту статической нагрузки и соответствует сигналу на выходе задатчика 3 нагрузки. Для перехода к режиму бурения производится уменьшение сигнала на выходе задатчика 3 нагрузки на величину, обеспечивающую необходимую нагрузку на долото. Спускают инструмент до касания вращающегося долота с забоем скважины. При касании долотом забоя происходит плавное перераспределение полного веса инструмента на две части: большую часть в виде веса на крюке и меньшую в виде нагрузки на долото. Выходной сигнал регулятора 4 нагрузки пропорционален задаваемому значению ЭДС на входе регулятора

5 ЭДС. При постоянном потоке возбужде1452944

15

30

55 ния этот сигнал пропорционален заданной скорости подачи инструмента, а его полярность соответствует полярности скорости. Если при постоянной твердости породы эта скорость соответствует скорости разбуривания породы, то нагрузка на дОлото не изменяется. Поэтому не изменяется сигнал на выходе датчика 8 тока якоря, а следовательно, на выходе интегрирующего звена 15. При этом подача инструмента осуществляется с постоянной скоростью и с заданной нагруз кой на долото.

При снижении твердости разбуриваемой породы скорость разбуривания становится больше скорости подачи инструмента. Благодаря этому нагрузка на долото начинает снижаться, а нагрузка на крюке увеличиваться. Это приводит к увеличению сигнала на выходе датчика 8 тока якоря и соответствующему увеличению сигнала на выходе интегрирующего звена 15. Происходит увеличение задающего сигнала на входе регулятора 5 ЭДС и последующее увеличение скорости подачи инструмента, которое происходит до тех пор, пока скорость подачи опять не сравняется со скоростью разбуривания породы. По мере увеличения скорости подачи происходит постепенное увеличение нагрузки на долото и соответствующее снижение веса на крюке, а следовательно, момента двигателя и сигналов на выходе датчика 8 тока якоря и интегрирующего звена 15.

При увеличении твердости разбуриваемой работы скорость разбуривания становится меньше скорости подачи бурового инструмента. Благодаря этому нагрузка на долото начинает увеличиваться, а нагрузка на крюке уменьшается. Это приводит к снижению сигнала на выходе датчика 8 тока якоря и соответствующему увеличению сигнала на выходе интегрирующего звена 15.

Происходит снижение задающего сигнала на входе регулятора 5 ЭДС и последующее уменьшение скорости подачи инструмента, которое происходит до тех пор, пока скорость подачи опять не сравняется со скоростью разбуривания породы. По мере снижения скорости подачи происходит постепенное снижение нагрузки на долото и соответствующее уве. личение веса на крюке, а следовательно, момента двигателя. и сигналов на выходе датчика 8 тока якоря и интегрирующего звена

15. Если твердость породы весьма велика, то скорость подачи инструмента снижается до оцень малого значения, а в пределе — и до нуля. Если замедление поступательного движения инструмента меньше необходимого, то даже при достижении нулевой скорости подачи процессы в системе регулирования не выходят на установившийся режим из-за остающегося рассогласования между сигналами заданной и действительной нагрузок.

При этом изменяется полярность сигнала на выходе регулятора 4 нагрузки и электропривод переходит в двигательный режим в направлении подъема инструмента. По мере подъема происходит снижение нагрузки на долото до заданной величины и увеличение нагрузки на крюке. Благодаря этому увеличиваются сигналы на выходе датчика 8 тока якоря и интегрирующего звена 15, что вызывает обратное изменение полярности сигнала на выходе регулятора 4 нагрузки и переход электропривода к движению в сторону спуска в режиме рекуперативного тор1 можения. После разбуривания участка с весьма твердой породой происходит постепенное увеличение скорости подачи инструмента до величины, обеспечивающей поддержание заданного значения нагрузки на долото.

В нормальном режиме бурения момент статическои нагрузки не может превысить величины, определяемой весом инструмента.

При переходе к режиму подъема возможны так называемый прихват инструмента и увеличение момента статической нагрузки до весьма большой величины. В этом случае ограничение тока якоря, а следовательно, и момента двигателя осуществляются с помощью блока 6 токовой отсечки, который в нормальном режиме является звеном с единичным коэффициентом передачи.

Фильтр 9 низких частот осуществляет фильтрацию высокочастотных составляющих в сигнале на выходе датчика 8 тока якоря, обусловленных дискретными свойствами тиристорного преобразователя 2. Инерционное дифференцирующее звено 11 предназначено для выделения из полного тока якоря динамической составляющей, величина которой пропорциональна ускорению электропривода. Таким образом, на выходе второго элемента сравнения выделяется сигнал, пропорциональный моменту статической нагрузки.

Контур, состоящий из последовательно соединенных пропорционального 14 и интегрирующего 15 звеньев, охваченных отрицательной обратной связью, предназначен для дополнительной фильтрации высокочасторных помех на входе третьего элемента 13 сравнения. Кроме этого, сигнал на выходе пропорционального звена 14 пропорционален производной момента статической нагрузки и может быть использован в качестве корректирующего в системе управления.

На выходе сумматора 16 образуется сигнал, пропорциональный вычисленному значению полного момента двигателя. Этот сигнал подается в качестве обратной связи на второй вход первого элемента 10 сравнения, чем обеспечивается повышение точности вычисления составляющих момента двигателя.

1452944

Формула изобретения

22

Составитель В Логинов

Редактор О. Головач Техред И. Верес Корректор Г Решетник

Заказ 7!43/23 Тираж 5!4 Подписное

ВНИИПИ Гос>дарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

С целью повышения точности поддержания заданной нагрузки на долото при резких изменениях буримости породы сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, с выхода пропорционального звена 14 подается через регулятор

17 коэффициента обратной связи на третий вход регулятора 4 нагрузки.

Регулятор коэффициента обратной связи работает следующим образом.

При постоянном напряжении на затворе полевого транзистора его сопротивление зависит от величины напряжения сток-исток.

Таким образом, при медленном изменении момента статической нагрузки сигнал на выходе пропорционального звена 14 и блока 18 выделения модуля мал. Поэтому напряжение сток-исток определяется большим напряжением на выходе первого источника 19 смещения. Благодаря этому сопротивление полевого транзистора мало, а сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, на третий вход регулятора нагрузки 4 практически не поступает. При увеличении скорости изменения момента статической нагрузки величина сигнала как на выходе пропорционального звена 14, так и 25 блока 18 выделения модуля возрастает. Благодаря этому напряжение сток-исток полевого транзистора 22 снижается, а его сопротивление увеличивается. Поэтому сигнал, пропорциональный производной момента статической нагрузки, в этом случае поступает на третий вход регулятора 4 нагрузки.

Это приводит к повышению качества процесса регулироания и, как следствие, к повышению точности поддержания заданной нагрузки на долото.

1. Устройство управления электроприводом регулятора подачи долота, содержащее двигатель постоянного тока, соединенный с 4О тиристорным преобразователем, последовательно соединенные задатчики нагрузки, регулятор нагрузки и регулятор ЭДС, а также датчики тока якоря двигателя и датчик

ЭДС, причем выход датчик ЭДС соединен с входом регулятора ЭДС, отличающееся тем, что, с целью псвышения точности поддержания заданной нагрузки на долото, в него введены блок токовой отсечки, фильтр низких частот, три элемента сравнения, инерционное дифференцируюгцее звено, пропорциональное и интегральное звенья и сумматор. при этом выход блока токовой отсечки соединен с входом тиристорного преобразователя, первый вход — с регулятором ЭДС, а второй — с выходом датчика тока якоря и через последовател.но соединенные фильтр низких частот, первый элемент сравнения, инерционное дифференцирующее звено, второй и третий элементы сравнения, пропорциональное и интегрирующее звенья — с вторым входом регулятора нагрузки, выход интегрального звена соединен с вторым входом третьего элемента сравнения непосредственно и через сумматор — с вторым входом первого элемента сравнения, выход фильтра низких частот соединен с вторым входом второго элемента сравнения,.а выход инерционного звена — с вторым входом сумматора.

2. Устройство по и. I, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поддержания заданной нагрузки на долото при резких изменениях буримости породы, в него введен регулятор коэффициента обратной связи, вход которого соегинен с выходом пропорционального звена, а выход — с третьим входом регулятора нагрузки.

3. Устройство по и. 2, отличающееся тем, что регулятор коэффициента обратной связи включает блок выделения модуля сигнала, два источника смешения, полевой транзистор и резистор, при этом входом регулятора коэффициента обратной связи является вход блока выделения модуля сигнала, выход которого соединен с первым источником смещения и через резистор — со стоком полевого транзистора, который является выходом регулятора коэффициента обратной связи, затвор полевого транзистора соединен с вторым источником смещения, а его исток с общей точкой источника питания