Система автоматического управления электроприводом лебедки буровой установки

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет увеличить производительность буровой установки за счет ликвидации прихватов колонны бурильных труб путем создания электроприводом лебедки регулируемых колебаний момента упругих сил привода. Система содержит регуляторы скорости 1 лебедки и тока 2, датчики скорости 8 и тока 7, подключенный к выходу регулятора 2 тока тиристорный преобразователь 3, двигатель 4 постоянного тока, связанный через передачу 5 с колонной 6 бурильных труб, и датчик 9 момента упругих сил, связанный через дифференцирующее звено 10 с регулятором 2 тока. Дополнительно система снабжена пропорциональным звеном 12, реле 14 и переключателем 15 режимов работ. При возникновении прихвата реле 14 переключателем 15 подключается к источнику питания. Контакты 11 и 13 переключаются и сигнал с датчика 9 момента упругих сил подается на вход регулятора тока 2 не через дифференцирующее звено 10, а через пропорциональное звено 12. На входы регулятора 2 подаются также сигналы с датчика 8 скорости через регулятор 1 скорости и с датчика 7 тока. При этом в электромеханической системе лебедки возникают незатухающие колебания упругого момента в упругих связях лебедки и колонне бурильных труб. Такие колебательные динамические нагрузки регулируемой амплитуды позволяют осуществлять виброизвлечение прихваченного инструмента. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

-11- Е 21 В 44/00 ь >11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГИНТ СССР (21) 4438727/40-03 (22) 10.06.88 (46) 23.0>" 90, Бюл. IV 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промы ьленности, сельском хозяйстве и на тра11спорте (72) Е.М. Кирбабин, М,Г. Переc!.I-..гин>

Б.М, Парфенов, А.И. I(orан, Е.Я, Омельче11ко и Э.М. Ильин (53) 622.24(088,8) (56) Авторское свидетельство ССГ1.

909136, кл. Е 21 В 44/00, 1982.

Динамические реяимы работы бурс вь;х подъемных электромеханических систем.

Электротехническая промыыленность.

Сер. Электропривод, 1984, вып. 2, с ° 4-7 °,,SU, И65И2

2 (54) СИСТЕМА АВ!ОМА:11 1ЕС:.ОГО УПРАВЛЕВИЯ ЭЛЕ:<ТРОПР11ВОДОМ JIEt;E, (1а БурОВО11

УСТАНОВ1;И (э7 1 Изобретение относитс к бурению скважин и позволле увел1!чит1-. Произв сть буровой уста овки за счет ликвидации приxват",в кол!о iнь! б„ "pильH! Ix труб путем соз,.",а . я электроприводом лебедки регул,1руемых колебаний ло" мен га уг!ругих с!. !; пр!1в-.,;-1а . Система содержит регулятoð,i скорости 1 г;ебедки и тока 2, датчики скорости 8 ., тс ка 7, подключенный !; Rbixo! Ió регулятор>а 1 Ок", тиристо1рн» и прео ра зова т ii= 5 > двиг атс 1b -> постоянно О To}<".: с ел за нный чеоез IiPредач . Б с коле;ii-ir)l о бурильных труб, >1 датч, 1к 9 моменга упругих сил, cEëза Il!! и через д ..l IIIt: ренцирующее звено 10 с регулятором

: >>">>

2 тока.,Г1ополнительно система снаб15()() 0 12 жена пропорциональным зв"-ом 12,, еJ1B -! и I1BpQ I< 3)чатег)ем 1 ) >е)кимов работ. )1ри возникнов:-.-.и:; прихвата реле 1 -(l!Bрек >юча елем I, ) ooJJI

I! 8 T a H )4 >3 ° .(о ) I тT,-, К b: и 13 переключаются и сигна., с датч.. ка 9 момента упру -их сил подается на вход pei.улятора тока ". не через дифференцируюцее звено li), а через пропорциональное звено 12, (1а входы регулятора тока 2 подаются вЂ,акже си-Изобргте>(ие касается ре гуг)ируемого тирис) ор(- ого эг ектрс,:ривода пс

СТОЯ ННОГО ТСКа С С ИСТОМОЙ,! ОД с)И НЕН 4О

J го регулирования приводов .;-,е6BJ>o!< б -эвых установок, приводов подачи бусовых станков, содержа(ц)лх упру -ие механические связи и раб)отаю(,)(х со значительными мехаки IBcкими н груз . у ками, Целью изобретен я явг)яется увеличенле производительности б л)свой уев тановки за счет ликвидаци. †.рихватов колонны бурильных труб гутем создания электроприводом лебедки регулируГМЫХ КОЛС() i)ièé МОМЕН =. $ i )) à "1>< СИЛ при(зода, <)беспечив;>ющ) х эффект виброизвлечения бурового инструме> та. !

)а фиг. 1 показана блок-схема ! устройства для BBтом".тлческогс управления электр< приводом лебедки буроной установкл; на фиг. 2 - осци. iпограмма переходных процессов в электромехани- cêîé системе лебедки при прихвате колонны и пуске привода без жесткой отрица-ельной Обрат.,ой связи

flo моменту упругих сил привсда; на фиг. 3 — осциллограмма пе!)еходных гроцессов в электромеханической cv с4з теме лебедки бургвой установки при прихвате колонны и пуске привода леседки при ооычной системе управления и при прлменении в системе управления жесткой отрицательной обратной связи

5О по моменту упру" èõ сил привода.

Система автоматического управления электроприводом лебедки буровой установки содержит регулятор 1 скорости лебедки, на первый вход которого подается сигнал с зад;-тчика скорости, а выход соединен с первым вхсдэм регулятора 2 тока„ выхсд KQTорого пэдсоединен к тиристорному и:>еобразоР> с корости через4 гулятор ско;ости и с датчика тока

При э- o!i в эле(<тромеха нич еской слс теме лебедки воз гикают незатухаю4(е колебания упругого момента в у. руг )х связях лебедки и коJ)G;-(не буО..льных труб, Такие колебательные ди:.(ами еские нагрузки регулируемой амплитуды позв-:ляют осу(((ествлять виороизвлечени=.:- прихг,аченного инст у"-"4та. 3 ил.

3= т .л-. 3, подключен, -oмy к двигBTB)", >

1 постсяннгго тэка., связанному через;,ередач . " Ког ОНI-i-)й 6 6ypo!3b!>< ! ((), /(а! >II4!< / то) а !3>од<бам связан т"ристорным -вегбразоватеnBI 3, а 3I-хгдом сволм — с втгрым входом ре.

:)J:ят.>ра 2 тока. Датчик 8 скорости соединен с вторым входол) регулятора с)ц;-дующее звено

0 )! Нормаль НО за>икнутый кгнта кт 1 1

; одклк> :и к третьему. а через пссле .ОяатBJl b i io ссед и)-е н мыс и ропор циона л ь

-.ое звено 12 и opMc3J>bHO разомкнутый

:<с(-;т;.кт 13 — к чегвертoìó входу ре.-ул;-,тора 2 тока :. )Нтакты 11 и 13 являются к<)нтактами реле 1((, подклю>IBII>4.>""..Q к ис: о< )лк",питаг)ия через, ер-: <лючатель режимов работ.

CBk!Iac в 6урсвых у-..тановках стремя

:ся достигнуть ликвидации прихвата к<)лонны бури:;ьных труб путем приложения на валу двигателя ма ксимально до. г) у< . имо го моне)т а и и М, = 2 2,л д хс

-?, <) И,с„,. )1<>и э (ом диаграмма нагруз— ки представлена на фиг. 2. Цикл повто р>>ется в течение нескольких часов до г x пор, п<)ка двигатель лебедки не выйд<.т за пределы нормального тепловс)гс режима. При этом наблюдаются зпачител ные перегрузки по току тир - ..торногс преоб азователя и двигатсля) .боль>(>ие механические нагрузки передач при"-,oäB лебедки, и иногда такле мерогриятия не дают пспожитeг(ь— и< го везультата, .то впечет за собой необхэдимость пр.>ходк4 -)СВОй СКВажины и значитель ые издержки прсизаодства. с< ПаННОЙ СИСТЕМЕ аВтГМатИЧЕСКС-". у<: -- ::) н);я эле)<т;)< Г),)ивг >Ом лебедки

1 ) б буровой установки осуществляется эффект виброизвлечения колонны бурильных труб за счет включения в режиме ликвидации прихвата жесткой обратной отрицательной связи по моменту упругих сил, которая обеспечивается пропорциональным звеном 12 с одновременным отключением демпфирующей гибкой отрицательной оЬратной связи по моменту упругих сил, создаваемой дифференцирующим звеном 10 при увеличении коэффициента обратной связи по моменту упругих К сил пропорционального звена 12 в электромеханической системе лебедки происходит одновременно снижение среднего значения момента упругих сил, снижение максимального пикового значения момента упругих сил при пуске и увеличение амплитуды и частоты колебаний момента упругих сип относительно среднего значения (фиг. 3). Этими колебаниями и обеспечивается регулируемый вибрационный эффект, позволяющий с контролированием динамических нагрузок в электромеханической системе лебедки извлекать колонну бурильных труб, Это, в свою очередь, приводит к значительному сокращению затрат, связанных с прохождением скважин, и к повышению производительности буровых установок, Система работает следующим оЬразом.

При подаче сигнала с задатчика скорости И „ на первый вход регулятора 1 скорости лебедки, двигатель 4 лебедки начинает вращаться и осуществляется подьем колонны b бурильных труб. Из-за наличия упругих связей передач в электроприводе возникают упругие деформации, и на валу двигателя возникает соответственно момент упругих сил М . В режиме нормальной раЬоты пеЬедки контакт 11 замкнут, а контакт 13 разомкнут и в электроприводе осуществляется ot-раничение и демпфирование динамических нагрузок за счет гиЬкой отрицательной обратной связи по моменту упругих сил M >, осуществляемои дифференцирующим звеном 10 и поданной на третий вход регулятора 2 тока. В режиме аварийной работы электропривода лебедки при ликвидации прихвата колонны бурильных труб переключатель

15 режимных работ ставится в положение "Авария" и срабатывает реле 14, 25

012 6 при этом контакт 11 размыкается, а контакт 13 замыкается, В этом случае в системе управления обеспечивается жесткая отрицательная обратная связь по моменту упругих сип М, пропорциональным звеном 12. Регули руя коэффициент обратной связи К „„ по моменту упругих сил, сигнала пропорционального звена 12, устанавливается требуемое среднее значе:;е момента упругих сил М,. и амплитуда копебаЫ=p ний момента упругих сил М относительно M ч,„, Срабатьвание реле 14 и 1 переключенйя контактов 11 и 13 производится переключателем 15 режимов работ леЬедки, установленным на пуль-те управления лебедки. Там же устанавливается резистор, регулирующий коэффициен k,. „ обратной связи по моменту упругих сип М,, вход которо о соединен с выходом пропорционального звена 1, а выход с нормагьнo разомкнутым контактом 13.

Анализ осцилгограмм фиг, 2 и 3 показывает, что в первом случае упругий момент М, в угругих связях лебедки через два-три пери..дг колебаний устанавливается в среднем положении M и при этом эффект виброизвлечения колочны не обеспечивается. При применении нового устройства (фиг. 3) упо,гий момечт М:, но1 сит ярко выраженный характер колебательных нагрузок в упругих связях (в данном случае незатухающих колебаний), который и обеспечивает эффект виброизвлечения когочны бурильных труб, При этом вид и характер этих колебаний регугируется коэффициентом К„„лпропорциона;,ьного звена

12, осуществляющего жесткую отрицательную ооратную связь по M,„. Пиковые значения упругого момента М.) при аварийном режиме извлечения колонны необходимо снижать, чтобы не оборвать канат установки, а колебательность вокруг среднего значения упругого момента М<),. увеличивать.

В этом случае обеспечивается оптимальный процесс извлечения колонны.

Бурильщик при аварийном прихвате колонны ставит переключатель 15 в положение "Авария, срабатывает реле 14 и подключается в системе управления жесткая отрицательная обратная связ. по М на регулятор 2 тока, При этом первоначально коэффициент Кс„ устанавливается равным нулю. Подключают осциллограф к выходу дат и;<а 9 момента упругих сил, и, плавнс и-. ме 4яя в сторону уeerI н" я ко .! . " - "4". <р ...

ОМ 9 производят пуски эле <трогривода ле- .) бедки до получения колебаний угругога момента Н<, аналогичных представленным на фиг., После этого осуще"

1 ствляют рабочие пуски элек;ропривода лебедки с тщательным контролем по

1О осциллографу характера кспебаний

И . Подобную наладку можно осуществйть в течение 1 ч, эффект же извлечения колонны может (при виброизвлечении) оказаться решающим. 15

Гаким образом, создаваемые с1сте" мой автоматического управления электроприводом лебедки кслеб. тельнь с динамические нагрузки peг,лируемой амплитуды создают B свою о 4ередь упругие нагрузки в колонн< oy pèëьных груб, что эффективно вли e ": на извле-. чение колонньl труо при ликвидации прихватов, что увеличивает произeoдительность буровой установ<и.

Фoрмула изобретен ил

Система автоматическог", управ leния электроприводом лебедки буровой 30 ус1 ановки, содержащая рег ч -1я тор c)".oрасти,ебедки г на первый вход которого подается ..:игнал с зад4атчлка с <орэсти, а вых.,д соединен с первым

ВХОДОМ РЕГУ ля rOP! Тс Ка, ВЫХОД ДаТЧИ кэ скорости подключен к второму вхо

Цу рЕГупяТора СКОроСТи ЛЕОЕДКИ, ВЫ ход дат;ика тока подключен к второму ь:<пду регугятора тока, выход котороI o Оединен с Bxoäo!4 тиристорного поеобразователя, а выход датчика мо" мента упругих сил подключен к входу ,„."фференцирующего звена,. о т л и а ю щ а я с я тем,,то, с целью увели- ения производительности буровой уст- овки за счет ликвидации

Прг4ХВатОВ КОЛОННЫ бурИЛЬ .- ЫХ руб Гуте создания элel<тр< приводом лебедки регулируемь;х <олеба.4ий момента упруг lx сил привода, система снабже1-а пропорциональ ым звеном, perle и г:ереключателем режимов работ, при этом

РЕЛЕ ПОДКЛЮЧЕНО К ИСТОгп4ИКУ ПИ;аНИЯ

-,врез переключатель режимов работ выход дифферен:.,ируюшего зве а u<ерез . .Ормально замг<нутый -<О - такт реле сОе ди ен с -ретьим, а выход датчика момэгта упругих сил — -4ерез гропорцио 3J bHGe ЗаЕНО И г4гЗР1ЛаЛЬНО РаЗОМКНУ Ый контак реле — с: < . вертым входом

РЕ! УяятОРа тоха

1566012

Составитель В. Ыилов

Техред Г1.Дидык Корректор С. Нектар

Редактор Н. Рогулич

Заказ 1205 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Носква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101