Стабилизатор веса бурильного инструмента

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет расширить функциональные возможности стабилизатора веса бурильного инструмента. Для этого в устройство введена отрицательная обратная связь по скорости проходки в виде последовательно соединенных датчика 11 и формирователя 12 импульсов проходки. Сигнал с формирователя 12 поступает на второй вход управляемого генератора 8, изменяя длительность вырабатываемых им импульсов. Это приводит к изменению времени включения исполнительного механизма 10. Аварийная перегрузка долота фиксируется блоком 14 защиты от перегрузки. Он анализирует сигналы с блока 2 вычисления осевой нагрузки и с задатчика 13 допустимой величины перегрузки. Сигнал с блока 14 включает реле времени (РВ) 16 на период, заданный установкой 17. По сигналу РВ 16 включают электропневмоклапаны (ЭПК) 19 и 20. При этом ЭПК 19 воздействует на шинно-пневматическую муфту привода лебедки, силовой привод которой осуществляет реверсирование бурильного инструмента, а ЭПК 20 воздействует на шинно-пневматическую муфту привода ротора, отключает его. Одновременно ЭПК 20 через пневмоцилиндр 21 осуществляет форсаж привода буровой лебедки. Срабатывание РВ 16 осуществляется также по сигналам контактного датчика 15 давления бурового раствора и блока 18 периодичности включения реверса. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„15593 29 (SOS Е 21 В 4 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР

Н АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) 1033717 (21) 438593)/24-03 (22) 29.02.88. (46) 23.04.90. Бюл. Р 15 ,"71) Институт геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений (72) Т. K.Êàðàáàåâ и В.П.Гулага (53) 622.241(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У l033717, кл. Е 21 В 44/00, 1981. (54) СТАБИЛИЗАГОР ВЕСА БУРИЛЬНОГО

ИНСТРУИЕНТ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет расиирить функциональные возможности стабилизатора веса бурильного инструмента. Для это-. го в устройство введена отрицательная обратная связь по скорости проходки

2 в виде последовательно соединенных датчика 11 и формирователя 12 импульсов проходки. Сигнал с формирователя

12 поступает на второй вход управляемого генератора 8, изменяя длительность вырабатываемых им импульсов.

Это приводит к изменению времени включения исполнительного механизма

10. Аварийная перегрузка долота фиксируется блоком 14 зациты от пере" грузки. Он анализирует сигналы с блока 2 вычисления осевой нагрузки и с задатчика 13 допустимой величины перегрузки. Сигнал с блока 14 включает реле времени (РВ) 16 на период, за" данный уставкой 17, По сигналу РВ 16 включают электропневмоклапаны (ЭПК)

19 и 20. При этом ЭПК 19 воздействует

1559129 на шинно-пневматическую муфту привода лебедки, силовой привод которой осуществляет реверсирование бурильного инструмента, а ЭПК 20 воздействует на шинно-пневматическую муфту привода ротора, отключает его. Одновременно

ЭПК 20 через пневмоцилиндр 21 осущеИзобретение относится к области бурения скважин на нефть и газ, в частности к устройствам подлечи буро5 вого долота на забой в процессе бурения скважин .гидравлическими забойными двигателями с использованием дизельного и электрического приводов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. 1 - 1033717.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора веса бурильного инструмента. 25

На чертеже изображена блок-схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит датчик 1 веса преобразующий вес бурового инструмента в напряжение, блок 2 вычисле- 30 ния осевой нагрузки, выполняющий вычитание двух сигналов, задатчик 3 веса взвешенного бурильного инструмента, выполненный в виде переключателя, индикатор 4 осевой нагрузки, служащий 3 для визуального наблюдения за режимом работы устройства, компаратор 5 для контроля величины двух сигналов, блок

6 вычитания, задатчик 7 значенйй осевой нагрузки, управляемый генератор 8,40 выполненный в виде микросхемы, которая вырабатывает импульсы напряжения определенной длительности и частоты, электронный ключ 9, исполнительный механизм 10, воздействующий на Рычаг 45 ленточного тормоза буровой лебедки, датчик 11 импульсов проходки, кото- - рый устанавливается на вал буровой лебедки, формирователь 12 импульсов проходки, формирующий импульсы с крутыми фронтами, задатчик 13 допустимой величины перегрузки, блок 1 4 защиты на перегрузке, контролирующий значение величины перегрузки на долоте, контактный датчик 15 давления бурового раствора, реле 16 времени, 55 .установку 17 реле времени и блок 18 периодичности включения реверса, необходимые для подъема бурильного инствляет форсаж привода буровой лебедки. Срабатывание PB 16 осуществляется также по сигналам контактного датчика 15 давления бурового раствора и блока 18 периодичности включения реверса. 1 ил. струмента с целью предотвращения прихвата ствола скважины, первый электропневмоклапан 19, соединенный с воздушной линией, а также с шинно-пневматической муфтой с целью включения привода буровой лебедки, электропневмоклапан 20, соединенный с воздушной линией, а также с шинно"пневматической муфтой и служащий для включения и отключения вращения ротора лебедки, и пневмоцилиндр 21, соединенный с устройством форсажа привода буровой ледебки и служащий для регулирования оборотов дизеля, . Иа входы блока 2 вычисления осевой нагрузки на долоте подключены выходы датчика 1 веса и задатчика 3 веса взвешенного бурильного инструмента, выход блока 2 вычисления осевой нагрузки на долоте подключен к компаратору 5, индикатору 4 осевой нагрузки, блоку 6 вычитания и блоку 14 защиты по перегрузке, на второй вход которого подключен задатчик 13 допустимой величины перегрузки. Выходы компаратора 5 и управляемого генератора 8 подключены к электронному ключу 9, выход которого подключен к исполнительному механизму 10. Выход задатчика 7 значений осевой нагрузки на долото подключен к вторым входам компаратора 5 и блока 6 вычитания. Датчик

11 импульсов проходки, закрепленный на валу буровой лебедки, подключен к формирователю 12 импульсов проходки, выход которого подключен к второму входу управляемого генератора 8, на первый вход которого подключен выход блока б вычитания. К нходам реле 16 времени подключены выходы блока 14 защиты по перегрузке, контактного датчика 15 давления бурового раствора, уставки 17 реле времени и блока

18 периодичности включения реверса.

Выход реле 16 времени подключен к первому электропиевмоклапану 19, связанному с шинно-пневматической муфтой

5 15591 привода лебедки, и к второму электропневмоклапану 20, одновременно отключающему шинно-пневматическую муфту привода ротора и включающему пневмоцилиндр 21, который воздействует на форсаж привода лебедки.

Стабилизатор работ ает следующим образом.

Электрические сигналы с датчика 1 веса и задатчика 3 веса взвешенного инструмента поступают на входы блока

2, в котором производится вычисление осевой нагрузки на долоте:

15 (» ebs Q re где Q — вес взвешенного бурильного инструмента (т.е. полный вес бурильного инструмента); 20

Q „- текущий вес бурильного инструмента (т.е. вес бурильного инструмента, частично разгруженного на забой скважины); 25

Р— осевая нагрузка на долоте.

Значение Р, в виде электрического сигнала подается на индикатор 4 осевой нагрузки. Перед началом бурения после спуска бурильного инструмента производят взвешивание бурильного инструмента, значение веса которого заносится в блок 3, и устанавливают стрелку индикатора 4 осевой нагрузки в нулевое положение. IlpoMe того, задатчиком 7 значений осевой нагрузки оператор устанавливает необходимую величину нагрузки на долоте Р наг. В процессе бурения производится разгрузка бурильного инструмента на забой скважины, и на выходе блока 2 появляется сигнал, соответствующий величине Ро . Этот сигнал сравнивается со значением величины нагрузки, установленной в задатчике 7, в компараторе 5 и, i случае выполнения условия Р о, 4 Р „на выходе компаратора 5 появляется сигнал, подготавливакщий к работе электронный ключ 9, и открр1вает его, Текущее значение Рос и значение уставки Р д, поступают также на входы блока 6 вычитания,.где вычисляется сигнал рассогласования hP:

Этот сигнал поступает на первый вход управляемого генератора 8, частота и длительность его выходных-импульсов пропорциональны величине сигнала рассогласования, т.е. при увеличении сигнала рассогласования зР частота импульсов генератора возрастает, . что приводит к более частому срабатыванию исполнительного механизма 10, а следовательно, к увеличению скорости подачи бурильного инструмента на забой. В случае снижения механической скорости бурения (в связи с увеличением крепости пород) происходит умень шение dP при этом снижается частота импульсов управляемого генератора 8, и, следовательно, подача осуществляется более медленно.

Если возникает условие Р ) Р„ „, компаратор 5 снимает разрешающий сигнал с электронного ключа 9, и подача бурильного инструмента прекращается.

Одновременно в процессе работы стабилизатора осуществляется обратная связь по скорости вращения барабана лебедки. Диск с прорезями, вращаясь совместно с валом лебедки, формирует соответственно скорости вращения импульсы в датчике 11 импульсов проход- ки. Зти импульсы затем поступают в формирователь 12 и далее на второй вход управляемого генератора 8. Таким образом, кроме обратной связи по весу бурильного инструмента, действует сигнал обратной связи по скорости движения барабана лебедки, который поступает на второй вход управляемого генератора 8, изменяя его входные импульсы по длительности пропорционально сигналу рассогласования DP a именно: этн входные импульсы с генератора 8 воздействуют на исполнительный механизм 10, который приподнимает рычаг лебедки.

Если с датчика 11 импульсов проходки нет импульса, т.е, прекратилось движение барабана лебедки, а текущая,осевая нагрузка не достигла величины заданной нагрузки, то длительность импульсов управляемого генератора 8 постепенно увеличивается до момента начала движения барабана лебедки.

После этого длительность импульсов становится минимальна соответственно скорости движения барабана лебедки.

При таком взаимодействии датчика

l1 импульсов проходки и управляемого генератора 8 надежность работы стаби лизатора не зависит от эксцентрично- сти бандажей барабана ледебкн, т.е. от сработки их,по окружности и нерав"

1559129 номерности прижатия тормозных колодок к последним.

Если значение осевой нагрузки достигнет величины, установленной оператором в задатчике 13 допустимой величины перегрузки, включается блок.

14 защиты по перегрузке, а его выходной сигнал включает реле 1G времени, которое вкпючает злектропневмоклапавы 19 и 20. При этом первый электроI

)пневмоклапан 19 открывается, включая

ШПИ привода лебедки, а второй электропневмоклапан 20 закрывается, включая ШПМ привода ротора. Одновременно сжатый воздух поступает в пневмоцилиндр 21. В результате этого происходят одновременно отключение ротора, форсаж привода буровой лебедки и реверс бурильного инструмента (т.е. бурильный инструмент поднимается на определенную высоту в зависимости от величины уставки 17 реле времени).

Форсаж дизельного привода лебедки необходим, так как при реверсе бурильного инструмента возрастает пот,ребляемая приводная мощность. Отключение ротора (т.е. вращение бурильного инструмента) нри реверсе бурильного инструмента необходимо по правилам техники безопасностн.

При необходимости осуществляется автоматически реверс бурильного инструмента через определенные промежутки времени, выставляя в блоке 18 требуемое время периодичности реверса.

Обычно периодический реверс бурильного инструмента осуществляется через

0,5-1 ч механического бурения. уменьшение или прекращение подачи бурового раствора, вызывающее в последнем случае остановку гидравличес-. кого забойного двигателя, фиксируется контактным датчиком 15 давления бурового раствора, Замыкание его кон- „ тактов вызывает срабатывание реле 16 времени, которое включает первый электропневмоклапан 19, связанный с шинно-пневматической муфтой подъемного вала буровой ледебки, силовой привод которой и осуществляет реверсирование бурильного инструмента.

Таким образом, стабилизатор осуществляет в автоматическом режиме: поддержание заданной осевой нагрузки на долото адаптивно скорости разбуривания породы, реверсиров ание бурильной колонны в случае перегрузки долота сверх допустимой величины с одновременным отключением вращения бурильной колонны и включением форсажа дизельного привода лебедки, прекрацениЕ нагружения долота в случае уменьшения или прекращения подачи бурового раствора, периодическое реверсироваиие бурильной колонны (подрыв долота от забоя) в соответствии с технологическими требованиями.

Формула изобретения

Стабилизатор веса бурильного инструмента по авт. св. 1 - 1033717, о тличающийся тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей, он снабжен датчиком импульсов проходки, формирователем импульсов проходки, задатчиком допустимой величины перегрузки, блоком защиты по перегрузке, контактным датчиком давления бурового раствора, реле времени, уставкой реле времени, блоком периодичности включения реверса, двумя электропневмоклапанами и пневмоцилиндром, при этом выход датчика импульсов проходки через формирователь импульсов проходки соединен с вторым входом управляемого генератора, выхо ды блока вычисления осевой нагрузки и задатчика допустимой величины перегрузки подключены соответственно к первому и второму входам блока защиты по перегрузке, выход которого, а также выходи контактного датчика давления бурового раствора, уставки реле времени и блока периодичности включения реверса соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами реле времени, причем выход реле времени подключен к входу первого электропневмоклапана, связанного с шинно-пневматической муфтой привода лебедки н к входу второго электропневмоклапана, связанного с шинно-пневматической муфтой привода ротора и пневмоцилиндром.