Устройство управления процессом бурения

(57) Иэобрлю и управертикальгазовых скточностиво содержи. ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Белоруссов В.О. Прогнозированиерезультатов бурения, Сер. Бурение,М., ВНИИОЭНГ, 1976, с. 4-6,Авторское свидетельство СССРУ 950905, кл. Е 21 В 44/00, 1979,Авторское свидетельство СССР1 761699, кл. Е 21 В 45/00, 1978. ИСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ етение относится к ко влению процессом бурен ных и наклонных нефтянь важни, Цель - повышен управления. Для этого т измерители 1 и 2 ипреобразователи (ФП) ЯО 1418469 4 нагрузки на долото.(Д) и частоты его вращений соответственно, блоки прогнозирования (БП) показателя износа вооружения 5,оптимального вре мени бурения 6, оставшегося времени бурения 8 и начальной механической скорости проходки 1 О, блок 7 формирования критерия управления, измеритель 9 механической скорости проходки, индикатор 11, регулятор 12 подачи Д и задатчик 13 постоянных коэффициентов. В процессе бурения измерителями 1 и 2 измеряются текущие значения нагрузки на Д и частоты еговращения. Измеренные сигналы поступают в БП 6 и на ФП 3 и 4 соответствен- сЩ но. С выходов ФП 3 и 4 результирующие сигналы поступают на соответствующие входы БП 5 и БП 8, При этом в БП 5 определяется показатель износа вооружения для текущих значений нагрузки на Д и частоты его вращения, характеризующий темп снижения механи- май ческой скорости во времени из-за из- ф носа вооружения. С выхода БП 5 сиг- ,ы1418 Аб соединен с первым входом регулятора подачи, измерители частоты вращения долота и механической скорости проходки, блок прогнозирования оптимального времени бурения, регулятор подачи долота и индикатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления, оно снабжено функциональными преобразо О вателями нагрузки на долото и частоты его вращения, блоком прогнозирования показателя износа вооружения, ,блоком формирования критерия управ:ления, блоком прогнозирования остав б шегося времени бурения, блоком прог,нозирования начальной механической 1скорости проходки и задатчиком постоянных коэффициентов, при этом вы" ход измерителя нагрузки на долото соеО динен с первыми входами блока прогнозирования оптимального времени бурения и функционального преобразователя ;нагрузки на долото, выход которогосоединен с первыми входами блока про , гнозирования оставшегося времени бу; рения и блока прогнозирования показа теля износа вооружения, выход измери теля частоты вращения долота подключен к первому входу функционального ЗО ,преобразователя частоты вращения долота и к второму входу. блока прогнозирования оптимального времени бурения, выход функционального преобразователя соединен с вторыми входами блока про" З 5 гнозирования оставшегося времени бурения и блока прогьозирования износа вооружения, выход которого подключен к первым входам блока Формирования критерия управления и блока прогнози рования начальной механической скорости проходки, а также к третьему входу блока прогнозирования оптимального времени бурения, выход измерителя механической скорости проходки подключен к второму входу блока прог-нозирования начальной механической скорости проходки, выход которогосоединен с вторым входом блока формирования критерия управления, выход блока прогнозирования оптимального времени бурения подключен к третьим входам блока формирования критерия управления и блока прогнозирования оставшегося времени бурения, выход которого соединен с первым входом индикатора, выход блока Формирования критерия управления подключен к вторым входам. регулятора подачи долота и 9 8индикатора, причем первый и второйвыходы задатчика постоянных коэффициентов соединены с вторыми входамисоответствующих функциональных преобразователей нагрузки на долото и частоты его вращения, третий выход задатчика постоянных коэффициентов подключен к третьим входам блоков прогнозирования начальной механическойскорости проходки и показателя износа вооружения, а также к четвертомувходу блока формирования критерия управления, четвертый выход задатчикапостоянных коэффициентов соединен счетвертым входом блока прогнозирования показателя износа вооружения, апятый и шестой выходы - с четвертыми пятым входами блока прогнозированияоптимального времени бурения соответственно,2. Устройство по и, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок прогнозирования показателя износа вооружения содержит задатчик коэффициентаизноса вооружения, умножитель, дваделителя, сумматор и элемент логарифмирования, при этом выход задатчикакоэффициента износа вооружения соединен с первым входом умножителя, выходкоторого подключен к первому входупервого делителя, выход первого делителя подключен к первому входу сумматора, выход которого через элементлогарифмирования соединен с первымвходом второго делителя, причем вторые входы умножителя первого делителя, сумматора и второго делителя являются соответственно первым, вторым,третьим и четвертым входами блока,а выход второго делителя является выходом блока. 3, Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок прогнозирования оставшегося времени бурения содержит делитель, два умножителя, элемент вычисления обратной величины, таймер, элемент вычитания, сумматор, элемент памяти и нуль-орган, при этом выход делителя соединен с первым входом первого умножителя и через элемент вычисления обратной величины с первым входом второго умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, вы" ход сумматора через элемент памяти соединен с вторыми входами сумматора и первого умножителя, выход кото 19201418469рого подключен к первому входу элемента вычитания, выход таймера соединен с вторым входом второго умножителя, выход элемента вычитания подключен к входу нуль-органа, причем два входа делителя и второй вход элемента вычитания являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выход нуль-органа является выходом блока.11418469 и Шило Кравцо оррект е раж 531 о ВНИИПИ Государственн по делам изобрете3035, Москва, Ж, Р роизводственно-полиграфи ое пр ектная,Редактор А,КозориЗаказ 4138/34 СоставителТехред И о комитета СССРй и открытийшская наб., д. 4/5 иятие, г. Ужгород141 нал поступает на вход БП б, где определяется оптимальное время работы Д да износа вооружения, Одновременно сигнал от измерителя 9 поступает на БП 10, С выхода БП 10 сигнал, пропорциональный начальной механической скорости бурения, поступает на блок 7, Сюда же поступают и сигналы с БП 5 и 6. С выхода блока 7 сигнал, пропорциональный величине критерия управления, поступает на индикатор 11 84 б 9и регулятор 12 подачи Д. Регулятор12 воздействует на механизм подачиД, изменяя нагрузку на Д в зависимости ат изменения критерия управления, поступает на индикатор 11 ирегулятор 12 подачи Д. Регулятор 12воздействует на механизм подачи Д,изменяя нагрузку на Д в зависимостиот изменения критерия управления.2 з,п. ф-лы, 8 ил.Изобретение относится к бурению скважин, а именно к области контроля и управления процессом бурения, и может быть использовано при бурении вертикальных и наклонных нефтяных и 5 газовых скважин, а также при бурении направленных скважин одного куста.Цель изобретения - повышение точности управления.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления процессом бурения; на фиг. 2 - блок-схема функционального преобразователя нагрузки на долото; на фиг. 3 - блок-схема функционального преобразователя ча 5 стоты вращения долота; на фиг. 4 - блок-схема блока прогнозирования показателя износа вооружения; на фиг, 5 - блок-схема блока прогнозирования оптимального времени бурения; на фиг. 6 - блок-схема блока формирования критерия .управления; на фиг. 7 - блок-схема прогнозирования оставшегося времени бурения; на фиг, 8 - блок-схема блока прогноэи 25 рования начальной механической скорости проходки.В основу работы устройства управления процессом бурения положены следующие соотношения.30Известно, что оптимизация процесса углубления заключается в выборе оптимального времени отработки долота, обеспечивающего минимальные затра. ты на 1 м проходки при заданном режи ме бурения и определении рациональных режимных параметров (нагрузки на долото и частоты вращения долота), обеспечивающих минимум стоимости 1 м проходки.40С(1+Тд )Я= стоимость 1 ч работы буровой, руб/чвремя рабаты долота на забое, ч;время спуска-подьемньгх ивспомогательных операций,ч;проходка на долото, м; где С(2) Ч - механическая скорость проходки, зависящая от износазубьев долота, м/г.Уравнение износа зубьев шарашек дОлота во времени имеет видаВ 1Н Афатп(3) где- функция частоты вращения долота п;(5) Аф - коэффициент, определяемый порезультатам анализа отработанного в предыдущем рейсе долота (коэффициент износа воору" жения);а - функция относительного износаР зубьев шарашек долота; Стоимость 1 м проходки определяется выражением+ - 1 а:шоАфп 11 3. при -"с опз 1, ш=с опэк, Б=- 1 ,Ф (7) Таким образом, по отработанному долоту, измерив относительный износ Э зубьев и зная режимы, при которых это долото отрабатывалось, можно определить коэффициент износа вооружения, зависящий от абразивных свойств породы Механическая скорость проходки определяется соотношением где 7 - механическая скорость проходки новым долотом (П=О,а=1),Указанные соотношения заимствованы из метода оптимизации бурения Галле-Вудса, который широко используется в практике бурения.Анализ .соотношений (3), (7) и(9) и численные решения показывают,что изменение скорости бурения вовремени можно представить соотноше,ниями 7 о7= ( - - при Р=0,5,где р - показатель износа вооружения,т.е. справедливо равенство Полагая, что износ Б зубьев =1 (1.;=-4,1), а=7,93) и долото отрабатывается при постоянных ш, 1; из формули (8) определяют время бурения, по истечении которого 0=1 10 Подставляя в равенство (1 О) значения а=7,93 и 1 из (11), получают.2 076р: :21 п( +в .)4,31 Афш25 Известно, что Р=1 для большинстватипов пород, кроме самых мягких, когда Р=О. Кроме того, Р=1 берется притупых вершинах зуба, а Р=0,5 - призаостренных. Поскольку в практикебурения зубья долота в подавляющембольшинстве случаев затупляются и неостаются заостренными (кроме случаевочень мягких пород), достаточно ограничиться случаем Р=1, Естественно,что для очень небольших глубин (до2000 м) следует брать Р=0,5. Однаков этом случае оптимизация не дает существенного эффекта и достаточно использовать более простойкритериймаксимум механической скорости бурения. Поэтому следует выбрать значение Р=1.Таким образом, для любого заданно 45го режима бурения (нагрузки на долото, частота вращения долота), знаякоэффициент А из предыдущего долбления, можно получить оценку показателя износа вооружения , характеризующего темп снижения скорости проход. -ки во времени,Проходка за время + Е равнаь7(.1.) а о (1+ ) 1-Р 1 р ф 1о155 1=о-п+ бФ (13) Подставляя значение 1". согласно(14)(1+,)"-1Находя экстремум функции (14) путем приравнивания к нулю производной10 этой функции, получают трансцендентное уравнение, решение которого определяет оптимальное время бурения при,опережающем износе вооружения и за, данном режиме бурения при которомЭ 15 стоимость 1 м проходки минимальна (1+,) -1-(1-) И,+т,)(1+С,) =О,Решить уравнение можно, например, итеррационным методом Ньютона, однако20 с достаточной точностью оптимальное время бурения при опереживающем изно- се вооружения можно определять по Формуле092 Тпх -- 04 Т +2 2 приопт в . Рсп ф25 Время бурения долотом до полногоизноса его опор при заданном режиме 30определяется формулой 6 Приравнивая (7) и (18), получаю- к 1СпА 1, ш" ь коткуда 1 по= -- ,й =кк+1 к:1 кшк+1 Г. 1о Оставшееся время бурения иэ-за иэ" носа вооружения определяется форму- лой ш Г доКогда оставшееся время бурения станет равным нулю, дальнейшее бурение нерационально и долото следует заменить из-за износа вооружения, Износ опор обычно сопровождается заслонкой долота. Момент подъема долота легко определить по показаниям моментомера.Начальную механическую скорость бурения 7 в любой момент времени можно прогнозировать согласно ( 10)=( 1+) (21)(16) где В, Ы, у- параметры, определяемыепо отработанному долоту,обычно с=1, у=1-2;Ы - показатель износа опоры долота от оборотов;- показатель износа опоры долота от нагрузки;В - коэффициент износа опоры.Время бурения долота выбирается из условия(8) опт.аесли опт,в6.о( 7) 45бо э если оптьоПредположим, что долото проработало при различных режимах, при этом износ зубьев шарошек Бп определяется выражением (7), дальнейшее бурениебудет вестись при Режиме шк+1 .к+эОпределяют приведенное время работы долота 1 п, т,е. такое время, которое должно было бы работать долото при режиме ш + 1, чтобы достичь55 износа вооружения Б 1 .Коэффициент износа опоры В долота находят из формулы (16) по отработанному долоту СВ=(22) где С - степень износа долота, длянового долота С=О, для полностью изношенного С=1, определяется, например, по люфтушарошки долота,Устройство управления процессом бурения (фиг, 1) содержит измеритель 1нагрузки на долото, измеритель 2 частоты вращения долота, функциональныйпреобразователь 3 нагрузки на долото,функциональный преобразователь 4 .частоты вращения долота, блок 5 прогнозирования показателя износа вооружения, блок 6 прогнозирования оптимального времени бурения, блок. 7 формирования критерия управления, блок 8прогнозирования оставшегося временибурения, измеритель 9 механическойскорости проходки, блок 10 прогнозирования начальной механической ско 7 14184698рости проходки, индикатор , регулятор 12 подачи долота и задатчик 13постоянных коэффициентов,Выходы измерителей 1 и 2 нагрузки на долото и частоты вращения долотаподключены соответственно к первымвходам функциональных преобразователей нагрузки 3 на долото и частотывращения 4 долота, а также к первомуи второму входам блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения.Выход измерителя 1 нагрузки на долото подключен также к первому входурегулятора 12 подачи долота, Выходыфункциональных преобразователей нагрузки 3 на долото и частоты вращения 4 долота подключены соответственно к первому и второму входам блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения и блока 8 прогнозирования оставшегося времени бурения. Выход блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения подключен к третьему входу блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения и к первым входам блока 7 формирования критерия управления и блока 10 прогнозирования начальной механической скорости проходки. Выход блока 6 прогнаэирования оптимального времени бурения подключен к третьему входу блока7 формирования критерия управления,к второму входу которого подключенвыход блока 10 прогнозирования начальной механической скорости проходки, к второму входу которого подключен выход измерителя 9 механической скорости проходки. Выход блока 8 прогнозирования оставшегося времени бурения подключен к первому входу индикатора 11, выход блока 7 формирования критерия управления соединен с вторыми входами индикатора 11 и регуля"тора 12 подачи долота, Первый и второй выходы задатчика 13 постоянныхкоэффициентов подключены к вторымвходам функциональных преобразователей нагрузки 3 на долото и частоты 4его вращения соответственно, третийвыход - к третьим входам блока 10прогнозирования начальной механической скорости проходки и блока 5 показателя износа вооружения, а такжек четвертому входу блока 7 формирования критерия управления, четвертыйвыход -. к четвертому входу блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения, а пятый и шестой выходы -5 10 20 25 30 35 40 45 четвертому и пятому входам блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения собтветственно,Функциональный преобразователь 3 нагрузки на долото (фиг, 2) содержит эадатчик 14 диаметра долота, выход которого соединен с первым входом делителя 15, аналого-цифровой преобразователь АЦП 16, выход которого подключен к второму входу делителя 15, выход делителя 15 через элемент 17 логарифмирования соединен с первым входом элемента 18 вычитания. Вход АЦП 16 является первым входом функционального преобразователя, второй вход элемента 18 вычитания является вторым входом преобразователя,а выход элемента 18 вычитания является выходом функционального преобразователя 3 нагрузки на долото, реализующего зависимость (5),Функциональный преобразователь 4частоты вращения долота (фиг, 3) содержит АЦП 19, выход которого соединен с входом элемента 20 возведенияв куб и с первым входом сумматора21, Выход элемента 20 возведения вкуб соединен с первым входом умножителя 22, выход которого соединен с вторым входом сумматора 21, Вход АЦП 19 является первым входом, второй вход умножителя 22 является вторым входом, а выход сумматора 21 - выходом функционального преобразователя 4 частоты вращения долота, реализующего зависимость (4),Блок 5 прогнозирования показателя износа вооружения (фиг, 4) содержит задатчик 23 коэффициента износа вооружения, выход которого подключен к первому входу умножителя 24, выход которого соединен с первым входом первого делителя 25, выход которого подключен к первому входу сумматора 26, выход которого через .элемент 27 логарифмирования соединен с первым входом второго делителя. Вторые входы умножителя 24, первого делителя25, сумматора 26 и второго делителя28 являются соответственно первым,вторым, третьим и четвертым входами,а выход второго делителя 28 - выходом блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения, реализующего зависимость (12).Блок 6 прогнозирования оптимального времени бурения (фиг, 5) содержит задатчик 29 времени спуско-подъемных45 и вспомогательных операций, выход которого. соединен с первыми входами делителя 30 и первого умножителя 31, выходы которых подключены соответст 5 венно к первому (инверсному) и второ,му входам сумматора 32, выход задатчика 33 показателя износа опоры долота от оборотов подключен к первому входу первого элемента 34 возведения 10 в степень, выход задатчика 35 показателя износа опоры долота от нагрузки подключен к первому входу второго элемента 36 возведения в степень, и задатчик 37 коэффициента износа опо ры, Выходы первого 34 и второго 36 элементов возведения в степень соединены соответственно с первым и вторым входами второго умножителя 38, выход которого подключен к первому входу 20 третьего умножителя 39, второй вход которого соединен с выходом задатчика ,37 коэффициента износа опоры. Выход третьего умножителя 39 соединен свходом элемента 40 вычисления обратной 25 величины, выход сумматора 32 соединен с первыми входами компаратора 41 и первого ключа 42, выход элемента 40 вычисления обратной величины подключен к первому входу второго ключа 30 43 и к второму входу компаратора 41 выход которого соединен с вторыми входами первого 42 и второго 43 ключей, выходы которых. подключены к входам элемента ИЛИ 44, Вторые входы второго 36 и первого 34 элементов возведения в степень, делителя 30 и первого умножителя 31, а также третий вход сумматора 32 являются соответственно первым, вторым, третьим, 40 четвертым и пятым входами, а выход элемента ИЛИ 44 - выходом блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения, реализующего зависимости (15)-(17).Блок 7 формирования критерия управления (фиг. 6) содержит задатчик45 времени спуско-подъемных и вспомогательных операций, выход которого соединен с первым входом первого 50сумматора 46, второй сумматор 47,первый элемент 48 вычитания, выходкоторого соединен с первыми входами первого умножителя 49 и элемента 50возведения в степень. Выход первогосумматора 46 подключен к второму входу первого умножителя 49, выход которого соединен с первым входом делителя 51, выход второго сумматора 47 подключен к второму входу элемента 50 возведения в степень, выход которого соединен с первым входом второго элемента 52 вычитания, Выход второго элемента 52 вычитания подключен к первому входу второго умножителя 53, выход которого подключен к второму входу делителя, Первый вход первого элемента 48 вычитания, второй вход второго умножителя 53, первый вход второго сумматора 47 и второй вход первого сумматора 46, вторые входи первого 48 и второго 52 элементов вычитания и второго сумматора 47 являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами, а выход делителя 51 является выходом блока 7 формирования критерия управления, реализующего зависимость (14).Блок 8 прогнозирования оставшегося времени бурения (фиг. 7) содержит делитель 54, выход которого соединен с первым входом первого умножителя 55 и через элемент 56 вычисления обратной величины с первым входом второго умножителя 57, делитель 58, выход которого подключен к второму входу второго умножителя 57, Выход второго умножителя 57 соединен с первым входом сумматора 59, выход которого через элемент 60 памяти подключен к вторым входам сумматора 59 и первого умножителя 55, выход первого умножителя 55 соединен с первым входом элемента 61 вычитания, выход которого соединен с входом нуль-органа 62, Два входа делителя 54 и второй вход элемента 61 вычитания являются соответственно первым, вторым и третьим входами, а выход нуль-органа 62 - выходом блока 8 прогнозирования оставшегося времени бурения, реализующего зависимость (20).Блок 10 прогнозирования началвной механической скорости проходки (фиг. 8) содержит таймер 63, выход, которого подключен к первому входу сумматора 64, выход которого соединен с первым входом элемента 65 возведения в степень, выход которого подключен к первому входу умножителя 66. Вторые входы элемента 65 возведения в степень, умножителя бб и сумматора 64 являются соответственно первым, вторым и третьим входами, а выход умножителя - выходом блока 10 прогнозирования начальной механической скорости проходки, реализующего зависимость (21).Устройство работает следующим образом,Перед началом бурения бурильщикпо отработанному долоту определяетотносительный износ Л зубьев долотапо Формуле ( 8) вычисляет коэффициентА износа вооружения и вводит эту вефличину с помощью задатчика 23 величины коэффициента износа вооружения долота (Фиг. 4) в устройство управления, Аналогично он определяет степеньизноса опоры отработанного долота н 15(22) вычисляет коэффициент износаопоры долота и с помощью задатчика 37коэффициента износа опоры долота(фиг, 5) вводит это значение в устройство управления. Кроме того, с помощью задатчиков,времени спуско-подьемной 29 (фиг, 5) и вспомогательных 45(фиг. 6) операций вводится значениевремени на спуско-подъемные и вспомогательные операции, с помощью задатчика 14 диаметра долота (Фиг. 2) вводится значение диаметра долота, с помощью задатчика 33 показателя износа опоры долота от оборотов (Фиг, 5) 30вводится показатель степени износаопоры долота от оборотов обычно равен 1), с помощью задатчика 35 показателя износа опоры долота от нагрузки на долто (фиг5) одитс значение показателя степени износа опоры долота от нагрузки на долото (обычно в пределах 1-2 в зависимости оттипа долота),Бурение осуществляется при некоторой нагрузке на долото и частотевращения долота, например, близкихк оптимальным в предыдущем долблении, В процессе бурения измерителями 1 и 2 нагрузки на долото и частоты вращения долота соответственно(фиг. 1) измеряются текущие значениянагрузки на долото и частоты вращения долота. Измеренные сигналы поступают в блок 6 прогнозирования оптимального времени бурения, а такжена Функциональные преобразователи 3и 4 нагрузки на долото и частоты вращения долота соответственно, В функциональном преобразователе 3 нагрузки на долото сигнал, характеризующий нагрузку на долото, преобразуется аналогично-циФровым преобразователем 16 (фиг, 2) в цифовой код, де 1418469 12лится на сигнал, характеризующий диаметр долота, в делителе 15, логарифмируется в элементе 17 логарифмирования и вычитается из сигнала,пропорционального значению 0,2578,в элементе 18 вычитания, Результирующий сигнал будет выходным сигналом функционального преобразователя3 нагрузки на долото, связанным свходным сигналом (нагрузкой на долото) формулой (5). Этот сигнал поступает на первые входы блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения и блока 8 прогнозирования оставшегося времени бурения (фиг, 1),В функциональном преобразователе4 частоты вращения долота сигнал,пропорциональный частоте вращениядолота, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 19 (Фиг. 3)в цирфовой код, после чего преобразуетея в сигнал, пропорциональныйкубу частоты вращения долота в элементе 20, умножается на постоянныйкоэффициент, равный 4,348 10 , в ум-Гножителе 22 и складывается с сигналом, пропорциональным частоте вращения долота в сумматоре 21. Результирующий сигнал будет выходным сигналом функционального преобразователя 4 частоты вращения долота, связанным с входным сигналом (частотойвращения долота) формулой (4). Этотсигнал поступает на вторые входы блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения и блока 8 прогнозирования оставшегося времени бурения(фиг, 1).В блоке 5 прогнозирования показателя износа вооружения сигнал с выхода функционального преобразователя "3 нагрузки на долото последовательноумножается на сигнал, поступающий свыхода задатчика 23 коэффициента износа вооружения в умножителе 24;(Фиг. 4), делится на величину, пропорциональную сигналу на выходе функционального преобразователя 4 частотывращения долота в первом делителе 25,результат суммируется с единицей всумматоре 26, результирующий сигналлогарифмируется в элементе 27 логарифмирования, после чего на величину,пропорциональную полученному сигналу,делится значение 2,076 во втором делителе 28Таким образом, в блоке 5 прогнозирования показателя износа вооружения141846 определяется показатель износа вооружения согласно формуле (12) для текущих значений нагрузки на долото и частоты вращения долота, характеризующий темп снижения механической скорости во времени из-за износа вооружения.Сигнал с выхода блока 5 прогнозиро. вания показателя износа вооружения 1 О ,(фиг. 1) поступает на третий вход бло,ка 6 прогнозирования оптимального времени бурения, где определяется оптимальное время работы долота до из" носа вооружения по Формуле (15) и до 15 износа опоры по, Формуле (16) и выбирается минимальное из этих двух зна=. чение. Расчет ведется следующим образом. Сигнал с выхода задатчика 29 времени спуско-подъемных и вспомога О тельных операций (Фиг. 5), пропорциональный значению 0,92 Т , делится на сигнал с выхода блока 5, пропорциональный прогнозируемому значению показателя износа вооружения, в де лителе 30 и умножается на 0,4353 в первом умножителе 31. Зтн сигналы суммируются в сумматоре 32 и с величиной, равной 2,2, причем сигнал с выхода первого умножителя 31 берется ЗО с обратным знаком, так как этот сигнал поступает на инверсный вход сумматора 32. Выходной сигнал сумматора32 пропорционален величине Српт.ьопределяемой формулой (15), Одновременно сигнал от измерителя 2 частоты вращения долота возводится в степень равную показателю износа опоры долота от оборотов, установленную в задат-чике 33 показателя износа опоры доло О та от оборотов в первом элементе 34 возведения в степень, а сигнал от измерителя 1 нагрузки на долото возводится в степень, равную показателю износа опоры долота от нагрузки, ус тановленному в задатчике 35 показателя износа опоры долота от нагрузки во втором элементе 36 возведения в степень, Эти сигналы перемножаются во втором умножителе 38, результирующий сигнал умножается на коэффициент износа опоры, установленный в задатчике 37 коэффициента износа опоры в третьем умножителе 39, послечего поступает на элемент 40 вычисления обратной величины. Сигнал навыходе элемента 40 вычисления обратной величины, пропорциональный значению С вычисленному по формуле 9 14(16), поступает на один из входов компаратора 41, на другой вход которого одновременно поступает сигнал с выхода сумматора 32, Выходы компаратора 41 управляют ключами 42 и 43 таким образом, что последние пропускают на элемент ИЛИ 44 . сигнал, наименьший из двух сравниваемых, который поступает на выход блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения. Одновременно сигнал, пропорциональный механической скорости проходки, от измерителя 9 механической скорости проходки, поступает на блок О прогнозирования начальной механической скорости проходки.В блоке 10 прогнозирования начальной механической скорости проходки сигнал, пропорциональный текущему времени бурения, от таймера 63 (Фиг. 8) в сумматоре 64 складывается с единицей, возводится в степень, пропорциональную сигналу с блока 5 прогнозирования показателя износа вооружения, в элементе 65 возведения в степень, после чего умножается на величину, пропорциональную текущей механической скорости проходки, поступающей от измерителя 9 механической скорости проходки, Результирующий выходной сигнал, пропорциональный величине, рассчитываемой по формуле (21), поступает на блок 7 Формирования критерия управления (фиг. 1),на другие входы которого поступаютсигналы с выходов блока 5 прогнозирования показателя износа вооруженияи блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения.В блоке 7 формирования критерия управления сигнал с выхода блока 6 прогнозирования оптимального времени бурения суммируется с сигналом,пропорциональным времени спуско-подьемных и вспомогательных операций,поступающим от задатчика 45 времениспуско-подъемных операций, в первомсумматоре 46 (фиг, 6) и, кроме того,суммируется с единицей во втором сум" маторе 47, Сигнал, пропорциональньщ сумме времени спуско-подъемных операций и оптимального времени бурения с выхода первого сумматора 46, умножается в первом умножителе 49 на сигнал, пропорциональный разности единицы и прогнозируемого показателя износа вооружения, получаемого в пер -вом элементе 48 вычитания, после че 1418469 16го результирующий сигнал поступаетна делитель 51 - на его первый вход(делимое),Одновременно сигнал, пропорциональный сумме оптимального временибурения и единицы, с выхода второгосумматора 47 возводится в степень,пропорциональную разности, получаемой в первом элементе 48 вычитания,в элементе 50 возведения в степень.После вычитания из этого сигнала еди. ницы во втором элементе 52 вычитанияи умножения на сигнал, пропорциональный начальной механической скоростипроходки и поступающий с выхода блока 1 О прогнозирования начальной механической скорости проходки во втором умножителе 53, поступает на второй вход (делитель) делителя 51. Навыходе делителя 51 устанавливаетсясигнал, пропорциональный величинекритерия управления, вычисленномусогласно (14), который является выходом блока 7 формирования критерияуправления. Этот сигнал поступает навторые входы индикатора 11 и регулятора 12 подачи долота. Регулятор 12подачи .долота воздействует на исполнительный механизм подачи (не пока",зан), изменяя нагрузку на долото навеличину шага в направлении (увеличивая или уменьшая), зависящем отизменения критерия управления,. стремясь обеспечить такую нагрузку надолото, чтобы минимизировать критерий управления, так как измениласьнагрузка на долото, тоизменилась имеханическая скорость проходки и величина критерия управления. При но"вых значениях этих параметров циклповторяется до тех пор пока регулятор не установит такую нагрузку надолото, которая соответствовала быэкстремуму критерия управления (минимуму стоимости 1 м проходки).При достижении указанного экстремального значения регулятор 12 подачи долота поддерживает нагрузку надолото постоянной (в пределах пробного шага, например, ф 0,5 тс). При .изменении буримости пород изменяютсямеханическая скорость и, следовательно, критерий управления, приэтом экстремальный регулятор 12 подачи долота вновь начинает изменятьнагрузку на долото до тех пор, покане достигнет минимума критерия управления. В процессе бурения значение, пропорциональное сигналу с выхода функционального преобразователя 3 нагруз 5ки на долото в блоке 8 прогнозирования оставшегося времени бурения, делится.в делителе 54 (фиг. 7) на значение, пропорциональное сигналу с выхода функционального преобразовате 10 ля 4 частоты вращения долота. Результирующий сигнал с выхода делителя 54поступает на первый умножитель 55,а также после определения обратнойвеличины этого сигнала в элементе 56вычисления обратной величины - наинтегратор, включающий второй умножитель 57, делитель 58, сумматор 59 иэлемент 60 памяти,В первом умножителе 55 определя 2 О ется произведение отношения текущихзначений, сигналов с выхода функциональных преобразователей нагрузки 3на долото и частоты вращения 4 долота на интегральное с начала рейса по25 времени значение обратной величиныэтого отношения. Эта величина характеризует приведенное время бурениядля текущего режима согласно (19).Сигнал с выхода первого умножителя30 55 поступает на вход элемента 16 вычитания, где определяется разностьмежду оптимальным временем бурениядля текущего режима, вычисленная вблоке 6 прогнозирования оптимального времени бурения и приведеннымвременем. Эта разность, согласно формуле (20), характеризует оставшеесявремя бурения, которое проверяетсяна нуль нуль-органом 62, и при ра 4 О венстве этогО сигнала нулю с выхода.нуль-органа 62 на первый вход индикатора 11 (фиг. 1) выдается сигнал,свидетельствующий об износе вооружения. Об износе опоры бурильщик су 45 дит по показаниям моментомера.В процессе бурения оператор имеет возможность переключать приводротора, изменяя при этом частоту вращения долота, и по показаниям инди 5 катора 11 выбирать такую частоту,которая обеспечивает лучший критерий управления - минимум выражения(14).Формула из о брет ения551. Устройство управления процессом бурения, содержащее измеритель нагрузки на долото, выход которого