Стабилизатор веса бурильного инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК А 2 1 В 40 И БРЕТЕНИЯ ВТОРСЙОМУ ИДЕТЕЛЬСТВ У(56) Авторское свидетельство СССРВ 1033717, кл. Е 21 В 44/00, 1981.(54) СТАБИЛИЗАГОР ВЕСА БУРИЛЬНОГОИНСТРУИЕНТ(57) Изобретение относится к бурениюскважин и позволяет расиирить Функциональные возможности стабилизаторавеса бурильного инструмента. Для это-,го в устройство введена отрицательнаяобратная связь по скорости проходки СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБЩГП.:НИЯМ И ОТН 1 ЪТИЯМПРИ 1 ННТ СССР.801559129 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 19 и 20. При этом ЭПК 19 воздействует1559129 на шинно-пневматическую муфту привода лебедки, силовой привод которойосуществляет реверсированиу бурильного инструмента, а ЭПК 20 воздействуетна шинно-пневматическую муфту приводаротора, отключает его. ОдновременноЭПК 20 через пневмоцилиндр 21 осущеИзобретение относится к областибурения скважин на нефть и газ, вчастности к устройствам подлечи буро 5вого долота на забой в процессе бурения скважин .гидравлическими забойными двигателями с использованием дизельного и электрического приводов,и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1033717.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейстабилизатора веса бурильного инструмента. 25На чертеже изображена блок-схемастабилизатора,Стабилизатор содержит датчик 1 веса преобразующий вес бурового инструмента в напряжение, блок 2 вычисления осевой нагрузки, выполняющий вычитание двух сигналов, задатчик 3 веса взвешенного бурильного инструмента, выполненный в виде переключателя,индикатор 4 осевой нагрузки, служащий 3для визуального наблюдения за режимомработы устройства, компаратор 5 дляконтроля величины двух сигналов, блок6 вычитания, задатчик 7 значенйй осевой нагрузки, управляемый генератор 810выполненный в виде микросхемы, которая вырабатывает импульсы напряженияопределенной длительности и частоты,электронный ключ 9, исполнительныймеханизм 10, воздействующий на рычагленточного тормоза буровой лебедки,датчик 11 импульсов проходки, кото- -рый устанавливается на вал буровойлебедки, Формирователь 12 импульсовпроходки, Формирующий импульсы с крутыми Фронтами, задатчик 13 допустимой величины перегрузки, блок 14 защиты на перегрузке, контролирующийзначение величины перегрузки на долоте, контактный датчик 15 давлениябурового раствора, реле 16 времени,55.установку 17 реле времени и блок 18периодичности включения реверса, необходимые для подъема бурильного инствляет форсаж привода буровой лебедки. Срабатывание РВ 16 осуществляетсятакже по сигналам контактного датчика 15 давления бурового раствора иблока 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 включенияпривода буровой лебедки, электропневмоклапан 20, соединенный с воздушнойлинией, а также с шинно"пневматической муфтой и служащий для включенияи отключения вращения ротора лебедки,и пневмоцилиндр 21, соединенный сустройством Форсажа привода буровойледебки и служащий для регулированияоборотов дизеля,. На входы блока 2 вычисления осевойнагрузки на долоте подключены выходыдатчика 1 веса и задатчика 3 весавзвешенного бурильного инструмента,выход блока 2 вычисления осевой нагрузки на долоте подключен к компаратору 5, индикатору 4 осевой нагрузки,блоку 6 вычитания и блоку 14 защитыпо перегрузке, на второй вход которого подключен задатчик 13 допустимойвеличины перегрузки. Выходы компаратора 5 и управляемого генератора 8подключены 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, Датчик11 импульсов проходки, закрепленныйна валу буровой лебедки, подключен кформирователю 12 импульсов проходки,выход которого подключен к второмувходу управляемого генератора 8, напервый вход которого подключен выходблока б вычитания. К нходам реле 16времени подключены выходы блока 14защиты по перегрузке, контактногодатчика 15 давления бурового раствора, уставки 17 реле времени и блока18 периодичности включения реверса.Выход реле 16 времени подключен кпервому электропиевмоклапану 19, связанному с шинно-пневматической муфтой5 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 работает 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:ч Взв 0 тегде Я- вес взвешенного бурильногоинструмента (т.е. полныйвес бурильного инструмента); 20- текущий вес бурильного инструмента (т.е. вес бурильного инструмента, частично разгруженного на за-бой скважины) 25Р - 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 стрелкуиндикатора 4 осевой нагрузки в нулевое положение. 1 роме того, задатчиком 7 значений осевой нагрузки оператор устанавливает необходимую величину нагрузки на долоте Р. В процессе бурения производится разгрузка бурильного инструмента на забой скважины, и на выходе блока 2 появляется сигнал, соответствующий величине Р . Этот сигнал сравнивается со значением величины нагрузки, установленной в задатчике 7, в компараторе 5 и, в случае выполнения условия Р , 4 Рна выходе компаратора 5 появляется сигнал, подготавливакщий к работе электронный ключ 9, и открывает его. Текущее значение Ррс и значение уставки Р д, поступают также на входы блока 6 вычитания,.где вычисляется сигнал рассогласования ЬР:дэ - э Рое чае55Этот сигнал поступает на первый вход управляемого генератора 8, частота и длительность его выходных импульсов пропорциональны величине сигнала рассогласования, т.е. при увеличении сигнала рассогласования ДР частота импульсов генератора возрастает, . что приводит к более частому срабаты" ванию 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 дР, 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 дР, а именно: этн входные Импульсы с генератора 8 воздействуют на исполнитель" ный 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 11 импульсов проходки и управляемого генератора 8 надежность работы стабилизатора не зависит от эксцентричности бандажей барабана ледебкн, т.е. от сработки их,по окружности и нерав"номерности прижатия тормозных колодок к последним.Если значение осевой нагрузки достигнет величины, установленной оператором в задатчике 13 допустимойвеличины перегрузки, включается блок14 защиты по перегрузке, а его выходной сигнал включает реле 1 б времени,которое вкпючает злектропневмоклапавы 19 и 20. При этом первый электропневмоклапан 19 открывается, включаяШПИ привода лебедки, а второй электропневмоклапан 20 закрывается, включая ШПМ привода ротора. Одновременносжатый 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 отвеличины уставки 17 реле времени).Форсаж дизельного привода лебедкинеобходим, 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 осуществляетсяавтоматически реверс бурильного инструмента через определенные промежутки времени, выставляя в блоке 18 требуемое время периодичности реверса.Обычно периодический реверс бурильного инструмента осуществляется через05-1 ч механического бурения,уменьшение или прекращение подачибурового раствора, вызывающее в последнем случае остановку гидравличес-.кого забойного двигателя, Фиксируется контактным датчиком 15 давлениябурового раствора, Замыкание его кон-тактов вызывает срабатывание реле 16времени, которое включает первыйэлектропневмоклапан 19, связанный свинно-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, реверсирование бурильной колонны в случае перегрузки долота сверх допустимой величины с одновременным отключением вращения бурильной колонны и включением орсажа дизельного привода лебедки, прекра- цениЕ нагружения долота в случае уменьшения или прекращения подачи бурового раствора, периодическое реверсироваиие бурильной колонны (подрыв долота от забоя) в соответствии с технологическими требованиями.Формула изобретенияСтабилизатор веса бурильного инструмента по авт. св, Р 1033717, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 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, выходы блока вычисления осевой нагрузки и задатчика допустимой величины перегрузки подключены соответственно к первому и второму входам блока защиты по перегрузке, выход которого, а также выходы контактного датчика давления бурового раствора, устазки 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 винно-пневматической муфтой привода лебедки н к входу второго электропневмоклапана, связанного с винно-пневматической муштой привода ротора и пневмоцилиндром.