Устройство управления процессом бурения

 

Изобретение относится к горной промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит датчики осевого усилия, глубины скважины и вибрации, задатчики осевого усилия, глубины скважины и вибрации, блоки сравнения, блоки вычисления частоты вращения при бурении и забуривании с соответствующими задатчиками, блок формирования частоты вращения, блок окончания бурения, счетчик глубины. Дополнительно устройство снабжено вспомогательным счетчиком глубины и вторым блоком сравнения с задатчиком высоты горизонтирования, блоком разрешения счета глубины и логическими элементами ИЛИ, И и НЕ. При касании долота поверхности породного блока на одном из входов логического элемента ИЛИ появится активный уровень, который включит признак разрешения счета глубины. Сигнал с блока разрешения счета глубины разрешит прохождение сигналов датчика глубины скважины на вход счетчика глубины и запретит работу счетчика. В процессе выполнения операции "Забуривание" и "Бурение" происходит вычисление величины снижения частоты вращения бурового става в зависимости от амплитуды вертикальных колебаний бурового става. При достижении глубины бурения, равной заданной задатчиком проектной глубины скважины, формируется команда окончания бурения с принудительным сбросом счетчика глубины. 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам управления процессом бурения на буровых станках для бурения взрывных скважин на открытых горных работах.

Известно устройство управления процессом бурения, включающее датчики, задатчики и блоки сравнения осевого усилия и глубины скважины [1] Недостаток известного устройства заключается в том, что глубина скважины начинает считаться только после того, как осевое усилие достигнет определенной величины, что на мягких и разрушенных взрывом породах может быть зафиксировано после того, как часть скважины уже будет пробурена, что снижает точность определения глубины скважины и ведет к увеличению расхода ВВ на заряжание скважин.

Известно устройство управления процессом бурения станка шарошечного бурения, включающее датчики, задатчики и блоки сравнения осевого усилия, глубины, вибрации, блоки вычисления частоты вращения при бурении и забуривании с соответствующими задатчиками, блок вычисления величины снижения частоты вращения, блок формирования частоты вращения, входы которого соединены с блоками вычисления частоты вращения при бурении и забуривания, и соединенным с блоком окончания бурения счетчиком глубины [2] Недостаток известного устройства заключается в том, что как и в раннее описанном устройстве глубина скважины начинает считываться только после того, как осевое усилие достигнет определенной величины, что на мягких и разрушенных взрывом породах может быть зафиксировано после того, как часть скважины будет пробурена, что также снижает точность определения глубины скважин. Кроме того, переход от пониженной частоты вращения бурового става при забуривании к частоте вращения при бурении происходит на заданной глубине, что не всегда отражает реального состояния породного блока и ведет к снижению скорости бурения скважины. Часто можно перейти к бурению с нормальной частотой на меньшей глубине, чем на заданной.

Цель изобретения повышение точности определения глубины скважины при бурении мягких и разрушенных пород при одновременном повышении скорости бурения скважин за счет уменьшения времени на забуривание.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено вспомогательным счетчиком глубины и вторым блоком сравнения глубины с задатчиком высоты горизонтирования станка, блоком разрешения счета глубины, причем датчики осевого усилия и датчик вибрации через соответствующие блоки сравнения подсоединены соответственно к первому и третьему входам первого логического элемента ИЛИ, датчик глубины подсоединен через вспомогательный счетчик глубины и второй блок сравнения глубины ко второму входу первого логического элемента ИЛИ, выход которого через блок разрешения счета глубины и первый логический элемент И подсоединен к первому счетчику глубины, второй вход которого подсоединен к выходу блока окончания бурения, причем выход блока разрешения счета глубины подсоединен ко второму входу вспомогательного счетчика глубины, вход первого блока сравнения глубины подсоединен ко входу блока окончания бурения, первый выход первого блока сравнения глубины соединен через второй логической элемент ИЛИ к блоку вычисления частоты вращения при бурении, второй соединен через второй логический элемент ИЛИ с блоком вычисления частоты вращения при забуривании, второй вход первого логического элемента И соединен с выходом датчика глубины, а также тем, что первый вход первого логического элемента ИЛИ подключен ко второму входу второго логического элемента ИЛИ и через логический элемент НЕ ко второму входу второго логического элемента И.

На фиг.1 представлена общая схема устройства; на фиг.2-7 блок-схемы устройства при реализации их на ЭВМ.

Устройство управления процессом бурения включает датчик 1 осевого усилия, датчик 2 глубины скважины, задатчик 3 осевого усилия, задатчик 4 глубины скважины, блок сравнения 5 осевого усилия, первый блок сравнения 6 глубины скважины, блоки 7 и 8 вычисления частоты вращения при бурении и забуривании с соответствующими задатчиками 9-10, блок 11 формирования частоты вращения, входы 12 и 13 которого соединены соответственно с блоками 7, 8 вычисления величины сигналов частоты вращения при бурении и забуривании, и соединенным с блоком 14 окончания бурения счетчиком 15 глубины. Устройство снабжено вспомогательным счетчиком 16 глубины и вторым блоком 17 сравнения глубины с задатчиком 18 высоты горизонтирования, блоком 9 разрешения счета глубины. Датчик 1 осевого усилия через блок 5 сравнения и датчик 2 глубины через вспомогательный счетчик глубины 16 и второй блок 17 сравнения глубины подсоединены к первому 20 и второму 21 входам первого логического элемента ИЛИ 22, датчик 23 вибрации подсоединен через блок 24 сравнения к третьему входу 25 первого логического элемента ИЛИ 22, выход 26 которого через блок 19 разрешения счета глубины и первый логический элемент И 27 подсоединен к первому счетчику 15 глубины скважины, второй вход 28 которого подсоединен к выходу 29 блока окончания бурения, вход 30 первого блока сравнения глубины подсоединен ко входу 31 блока окончания бурения. Первый выход 32 первого блока 6 сравнения глубины соединен через второй логический элемент ИЛИ 33 к блоку 7 вычисления частоты вращения при бурении, второй 34 соединен через второй логический элемент И 35 с блоком 8 вычисления частоты вращения при забуривании, второй вход 36 первого логического элемента И 27 соединен с выходом 37 датчика 2 глубины, а первый вход 20 первого логического элемента ИЛИ 22 подключен ко второму входу 38 второго логического элемента ИЛИ 33 и через логический элемент НЕ 39 ко второму входу второго логического элемента И 35.

Для задания предельной величины виброперемещений бурового става предназначен задатчик 40, соединенный с блоком 24 сравнения предельной величины виброперемещения, соединенным с блоком 41 вычисления величины снижения частоты вращения. Значение глубины забуривания задается задатчиком 42. Второй вход 43 вспомогательного счетчика 16 глубины соединен с выходом 44 блока 19 разрешения счета глубины.

Данное устройство может быть реализовано в виде отдельных блоков либо в составе микропроцессорной системы управления.

Устройство работает следующим образом. Бурение очередной скважины начинается с режима "Забуривание". При этом работа блока 7 вычисления частоты вращения при бурении запрещена, так как содержимое датчика глубины 15 равно 0 (текущая глубина бурения Н меньше заданной Н_заб) и отсутствует сигнал с блока 5 вследствие отсутствия контакта долота с забоем.

Работа блока 8 вычисления частоты вращения при режиме "Забуривание" разрешена, так как содержимое счетчика 15 глубины равно 0 (Н < Н_заб) и нет контакта долота с забоем. Выход блока 8 поступает на вход 13 блока 11 формирования частоты вращения, и буровой став вращается с заданным числом оборотов, необходимым в процессе забуривания N_заб, которые заданы задатчиком 10.

Контакт долота с забоем распознается одним из трех способов: на твердых породах с разрушенным верхним слоем при касании долотом поверхности породного блока возникают вертикальные колебания бурового става вследствие вибрации. Амплитуда колебаний определяется датчиком 23 вибраций. При превышении амплитудой виброколебаний бурового става порогового значения, задаваемого задатчиком 40, на выходе блока 24 сравнения возникает активный уровень; на твердых породах с неразрушенным верхним слоем, либо при продолжении бурения после перерыва, при касании долотом поверхности забоя осевое усилие превысит заданное задатчиком 3 значение. На выходе блока 5 появится активный уровень; на твердых породах с мелкодисперсным разрушенным верхним слоем, либо на мягких породах при касании долотом забоя может не возникнуть ни вибрации, ни осевого усилия. В этом случае при превышении содержимым вспомогательного счетчика 16 значения заданного задатчиком 18 высоты горизонтирования L (от нижней кромки долота, находящегося в крайнем верхнем положении отгоризонтированного станка до поверхности породного блока) на выходе второго блока сравнения глубины 17 появится активный уровень. Таким образом, при касании долота поверхности породного блока на одном из входов 20, 21, 25 первого блока логического элемента ИЛИ 22 появится активный уровень, который включит признак разрешения счета глубины в блоке 19, выход которого разрешит прохождение сигналов датчика 2 глубины на вход счетчика 15 глубины и запретит работу вспомогательного счетчика 16 глубины.

При превышении текущей глубины бурения значения Н > Н_заб заданного задатчиком глубины забуривания 42, либо осевым усилием порогового значения, заданного задатчиком 3, характеризующего сопротивление неразрушенной породы, происходит автоматический переход от режима "Забуривание" к режиму "Бурение". При этом работа блоков 8 вычисления частоты вращения при забуривании запрещается и разрешается работа блока 7 вычисления частоты вращения при бурении. Значение оборотов бурового става при выполнении операций "Бурение" задается задатчиком 9.

В процессе выполнения операций "Забуривание", "Бурение" в блоке 41 постоянно происходит вычисление величины снижения частоты вращения бурового става в зависимости от амплитуды вертикальных колебаний бурового става вследствие возникающих вибраций. Выход блока 41 поступает на блоки 7, 8 вычисления частоты вращения бурового става, где происходит суммирование значений, задаваемых задатчиками 9, 10 оборотов бурового става при выполнении операций "Бурение", "Забуривание" с отрицательной величиной снижения частоты вращения бурового става, рассчитанной в блоке 41 вычисления величины снижения частоты вращения. При выполнении операции "Подъем" бурового става признак разрешения счета глубины, сформированный в блоке 19, принудительно сбрасывается, запрещая работу счетчика 15 глубины бурения. Повторное включение признака разрешения счета произойдет после опускания бурового става до касания долотом дна забоя, определяемого по превышению осевым усилием порогового значения Р>Р_o, задаваемого задатчиком 3. При достижении глубины бурения, равной заданной задатчиком 4 проектной глубины скважины, в блоке 14 формируется команда окончания бурения с принудительным сбросом счетчика 15 глубины.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит: повысить точность определения глубины скважины, особенно при бурении мягких и разрушенных пород; увеличит скорость бурения скважин за счет сокращения времени на забуривание. 2

Формула изобретения

Устройство управления процессом бурения станка шарошечного бурения, включающее датчик и задатчик глубины бурения, датчик и задатчик осевого усилия, подключенные к первому блоку сравнения, датчик и задатчик вибрации, подключенные к второму блоку сравнения, задатчик глубины забуривания, подключенный к третьему блоку сравнения, задатчики частоты вращения при бурении и забуривании, подключенные соответственно к входам блока вычисления частоты вращения при бурении и забуривании, выходы которых соединены с входами блока формирования частоты вращения, блок вычисления снижения частоты вращения и счетчик глубины, выход которого соединен с входом блока окончания бурения, отличающееся тем, что оно снабжено четвертым блоком сравнения, подключенным к его первому входу, задатчиком высоты горизонтирования станка, блоком разрешения счета глубины, вторым счетчиком глубины, двумя логическими элементами И, двумя логическими элементами ИЛИ и логическим элементом НЕ, причем выходы первого и второго блоков сравнения подключены соответственно к второму и третьему входам первого логического элемента ИЛИ, к первому входу которого подключены через последовательно соединенные второй счетчик глубины и четвертый блок сравнения датчик глубины бурения, а выход первого элемента ИЛИ через последовательно соединенные блок разрешения счета глубины и первый логический элемент И подключен к первому входу первого счетчика глубины, к второму входу которого подключены выход блока окончания бурения, задатчик глубины бурения подключен к второму входу блока окончания бурения, датчик глубины бурения подключен к второму входу первого элемента И, а выход блока разрешения счета глубины подсоединен к второму входу второго счетчика глубины, выход первого счетчика глубины подключен к второму входу третьего блока сравнения, один выход третьего блока сравнения через второй элемент ИЛИ подключен к второму входу блока вычисления частоты вращения при бурении, другой соединен через второй логический элемент И с вторым входом блока вычисления частоты вращения при забуривании, к третьим входам блоков вычисления частоты вращения при бурении и забуривании подключен выход блока вычисления величины снижения частоты вращения, к входу которого подключен выход второго блока сравнения, а к второму входу второго элемента ИЛИ непосредственно и второму входу второго элемента И через логический элемент НЕ подключен второй вход первого логического элемента ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7