Система автоматического управления процессом колонкового бурения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК ЯО 15783(51)5 Е 44 О ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТ(61) 147 (21) 445 (22) 22. 9632 0573 05.8 07.9 23 гуляторы ой нагрузки вой нагруз и ис- частоте о в26 рный инст овски по 1 нагрузкснабжена е по осев система ращени ополни д апта щим иэ А,Ба оком ин 88 ель остоямомен леющего момен а 23 допуст сумматора 2 е с идетельстЕ 21 В 44/О АВТОМАТИЧЕСКО ОМ КОЛОНКОВОГ ние относится ю скважин и и 1987.О УПРАВ БУРЕ 111 ому входудатчика ения, К в лючен вых грани 24 по 3; а 5 под к колон- зволяет о мом з элем а 12 о щим зна и ть за с ниваний повысить его эФАе снижения числа са а в колонковой т евои нагруз ением враща го на бурен ние на вых егулято ие теку а его до выэывае та 25 с е Для этогостанок 2 ающего моменсти бурения устим появ стем уров и вр содержит ом, датч ханическ гнала. Этот сигнал подаетсяой вход регулятора 12 и выуменьшение осевой нагрузки.момент также. уменьшается,дение ниже допустимого на буиводит к увеличению осевойЦиклический режим будетться до тех пор, пока сущест- (довой сдвиг коронки. 3 ил,и ь ор 22 севой нагруэ имого вращаю ти 7 навращ ае ада ент и и д а 6,юй ковращения ури тот п и онны, интенсивно начальной част и ты в ия, м нагрузк продолж вует бо ческои и 15 н орост урени бурениядопустим им,В,В.Вахру (72) Е.В.Кал (53) 622.24(54) СИСТЕМА ЛЕНИЯ ПРОЦЕС(57) Изобрет ковому бурен момента частоты 12, блок ки, сумь полнител та на бур мента 25 сумматор вращающе тора чере бурен ия 5 аптаци 4, 13 ехани ход сумма-.чец к входу ки.Превышеющего момене значения оде элеменИзобретение относится к контролю и управлению процессом бурения, в частности к системам автоматического упр авления р ежимами бурения скважин,5Цель изобретения - повышение эффективности бурения эа счет снижениячисла самозаклиниваний керна в колонковой трубе.На Аиг.1 и 2 приведены варианты возможных смещений торца коронки при изменении крепости бурильных пород; на Аиг,З - Аункциональная схема системы автоматического управления процессом копонкового бурения. 15При бурении скважин слои и прожилки пород могут быть расположены под любым углом к оси вращения породоразругггающего инструмента, в результате чего силы резания породы элемента ми породоразрушающего инструмента становятся различными по величине Такое различие сил приводит к. смещению торца матрицы алмазной коронки относительно центра ее вращения в 25 однородной породе (на Фиг.1 и 2 показаны варианты воэггожных,смещений торца коронки при ее переходе из более твердой породы в мягкую и наоборот). Изменение траектории скважины относительно ее оси приводит к образованию дополнительных сил трения о керн. Эти силы вызывают повышение крутящего момента ввиду заклинивания коронки керном либо стенками скважины, а также изменение механической скорости бурения, которая уже не соответствует Аактической характеристике пары породоразрушающий инструмент - порода забоя. 11 оэтому известная сис, - тема автоматического управления не может работать в оптимальном режиме. Например, при смещении коронки возникает дополнительное сопротивление ее осевому перемещению вдоль забоя, Механическая скорость уменьшается, а осевое усилие должно возрастать согласно принятому закону управления 50где Р - осевая нагрузка;И - заданная. мощность на разрушеэние забоя;Ч - текущая механическая скоростьбурения. 55 Увеличение осевой нагрузки вызывает ускорение искривления забоя и, следовательно, возрастание крутящего момента, Возможны следующие варианты: срыв керна, самозаклинивание керна с прекращением продвижения забоя и прекращение бурения ввиду образования перекосов коронки,. Следовательно, известная система управления теряет устойчивость при проходке перемежающихся пород.В предлагаемой системе предусмотрено частичное прекращение бурения за счет снижения осевой нагрузки на забое скважины или уменьшение ее дб нуля, если перекос микроучастка скважины на забое велик.На Аиг,З изображен объект 1 управления, включающий буровой станок 2 с приводом, датчик 3 вращающего момента, соединенный,с первым сумматбром 4 и с регулятором 5 частоты вращения, второй вход которого соединен с задатчиком б допустимого вращающего момента, третий - с задатчиком 7 мощности на вращение бурильной колонны, а выход - с эадатчиком 8 интенсивности частоты вращения. Второй вход эадатчика 8 соединен с выходом задатчика 9 начальной частоты вращения, а выход - с исполнительным механизмом 10 по частоте вращения. Датчик 11 механической скорости бурения соединен с четвертым вхоцом регулятора 12 осевой нагрузки и с вторым сумматором 13 механической скорости бурения, второй вход которого соединен с задатчиком 14 механической скорости бурения, соединенным также с пятым входом регулятора 12 осевой нагрузки. Выход задатчика 15 мощности на бурение подключен к шестому входу регулятора 12, выход которого соединен с исполнительным механизмом 1 б по осевой нагрузке. Выходы блока 17 адаптации, содержащего два сумматора 18 и 19, а также два элемента 20 и 21 ограничения, подключены к первому и второму входамрегулятора 12 осевой нагрузки. Датчик 22 осевой нагрузки и задатчик 23 допустимого момента на бурение подключены к соответствующим входам третьего сумматора 24 выход которого через элемент 25 ограничения соединен с седьмым входом регулятора 12 осевой нагрузки. Третий сумматор 24 и элемент 25 ограничения составляют блок 2 б адаптации вращаю" щего момента, который реализует Аункцию вида ЧЗ=Ър 8 п (МВр -М)(1)Я,пРи МЗ В с Мт,где М - допустимый момен нй буред,Бние с задатчиком 23.Система управления работает следующим образом,Перед началом бурения задатчиками6 допустимого вращающего момента, 7мощности на вращение, 9 начальнойчастоты вращения устанавливаются сигналы, пропорциональные соответственномощности электродвигателя буровогостанка, начальной частоте вращенияи допустимому вращающему моменту.После этого задатчиком 15 устанавливается сигнал, пропорциональный заданной мощности на бурение. При установке заданного значения механическойскорости задатчиком 14 на выходе регулятора 12 осевой нагрузки появляетсясигнал, поступающий на вход исполнительного механизма 16, который начинает увеличивать осевую нагрузку назабой. Увеличение осевой нагрузки будет происходить до тех пор, пока онане установится равной заданной,С подачей осевой нагрузки увеличивается вращающий момент, значениекоторого от датчика 3 вращающегомомента поступает на вход первогосумматора 4, а от него на вход регулятора 5 частоты вращения, на выходекоторого устанавливается сигнал, пропорциональный частоте вращения, обеспечивающий бурение при номинальноймощности электродвигателя приводавращателя, Этот сигнал поступает навход задатчика 8 интенсивности вращения бурового снаряда, а с его выхода на вход исполнительного механизма10 по частоте вращения. Когда сигналрассогласования вращающего моментастанет равным нулю, изменение частотывращения .бурового снаряда прекратится. При резких изменениях вращающегомомента (срыв керна, кратковременныйприхват бурового снаряда) изменениечастоты вращения бурового снарядабудет незначительным, что обеспечивает устойчивую работу контуров регулированияВ случае, если механическая скорость снизится до уровня, при которомустанавливаемая осевая нагрузка должна быть вьппе или ниже предельной, вработу вступает блок 17 адаптации.При появлении .нв выходе блоке 17 51 О 15 20 25 30 35 40 50 адаптации значения Аункции С, осевая нагрузка уменьшается, а при появлении значения Функции (Р осевая нагрузка увеличивается, Работа блока адаптации обеспечивает реализацию скользящих режимов по осевой нагрузке,По окончании настройки системы управления на нормальный режим работы на один из входов третьего сумматора 24 подают значение допустимого моменета на бурение задатчика 23, превьппающего на 5-10 Х установившееся значение момента. По превышении текущим вращающим моментом Мт допустимого на бурение Г 1 8 Г- на выходе третьего сумматора 24 появляется сигнал, который поступает на вход элемента 25 ограничения пределов, на выходе которого (блока 26 адаптации) появляется сигнал , который имеет отрицательное значение относительно управления 7 и подается на седьмой вход регулятора 12. Регулятор 12 вырабатывает сигнал на уменьшение осевой выгрузки. Уменьшение осевой нагрузки приводит к снижению вращающего момента, так как алмазная коронка вращается без бокового сдвига. Когда текущий вращающий момент становится ниже допустимого момента на бурение, осевая нагрузка начинает увеличиваться, так как в этом случае (в =О.3При увеличении вращающего момента вновь происходит снижение осевой нагрузки. Циклический режим продолжается до тех пор, пока существует боковой сдвиг коронки. После чего вновь продолжается нормальный режим работы системы управления.Использование предлагаемой системы управления обеспечит повышениепроходки за рейс бурового снаряда засчет исключения самозаклинивания,снижения расхода истирающих на 1 мскважины примерно на 50 Е за счетуменьшения образования деАектов матрицы коронки, что повысит коммерческую скорость бурения.Формула изобретенияСистема автоматического управления процессом колонкового бурения по авт.св. Р 1479632, о.т л и ч а ю - щ а я с я тем, что., с целью повышения эффективности бурения за счет снижения числа самозаклиниваний керна в колонковой трубе, система снабжена1578323 задатчиком допустимого момента на бу- .рение, элементом ограничения и третьим сумматором, при этом выход датчика вращающего момента на бурениесоединен с первым, а выход задатчика Шило оставител,Веселовская Техред Л,Олийнык Корректор Т,М едакт 75 Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 5, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,0 Заказ 1898. Тира ВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва,допустимого момента на бурение с вторым входами третьего сумматора, выход которого через элемент ограничения подключен к седьмому входу регулятора нагрузки,