Система регулирования и управления режимами бурения

СОЮЗ СОВЕТСНИХООЦ%МРПНЕСиИПРЕСПУБЛИК ц Е 21 В 9/08 САНИЕ ИЗОБРЕТ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьВь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ИУПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ БУРЕНИЯ, вклютехнологическими процесов. М., "Недра", 1978,чающая датчик вибраций с колеблю щимся элементом, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения надежности работы, датчик вибрацийснабжен гидрораспределителем, включающим корпус с напорным отверстием,золотник, регулировочные прокладки,причем золотник соединен с колеблющимся элементом датчика и выполненс двумя кайалами, расположеннымиодин над другим в плоскости колебаний на расстоянии, большем размеранапорногоотверстия корпуса гидрораспределителя, при этом последнийустановлен на регулировочныхпрокладках.1116141 О 20 Изобретение относится к горнойпромышленности, а именно к буровымстанкам, использующим шарошечныйбуровой инструмент, и может бытьиспользовано при разработке вечномерзлых россыпей.Известна система автоматическогоуправления, которая состоит из следующих узлов: кон гура регулированиячастоты вращения бурового става,контура регулирования осевойцагруэки на долото, устройства защитыстава от вибраций, устройства защитыбуровой скважины от зашламования 3Недостаток данной системы - ниэкая технико-экономическая эффективность автоматического управления процессом бурения из-за сложности конструкции и низкой надежностив работе,Наиболее близкой к предлагаемойявляется система регулирования иуправления режимами бурения, включающая датчик вибраций с колеблющимся элементом2 .25Недостатком известной системыявляется низкая стабилизация процесса бурения, так как сброс давления при появлении вибрации не позволяет достигнуть паспортных значений.производительности станка прибурении в крепких и трещиноватыхпородах, Кроме того, при использовании системы в условиях низкихотрицательных температур, при бурении вечномерзлых, крупнообломочных,рыхлых отложений не обеспечиваетсявысокая технико-экономическая эффективность бурения из-за сложностиконструкции и низкой надежности вработе.Цель изобретения - повышениенадежности работы.Указанная цель достигаетсятем, что в системе регулированияи управления режимами бурения, включающей датчик вибраций с колеблющимся элементом, датчик вибрацийснабжен гидрораспределителем, включающим корпус с напорным отверстием,золотник, регулировочные прокладки,причем золотник соединен с колеблю-.щимся элементом датчика и выполненс двумя каналами, расположеннымиодин над другим в плоскости колебаний на расстоянии, большем размера 55напорного отверстия корпуса гидрораспределителя, при этом последний установлен на регулировочных прокладках. На чертеже показана схема системырегулирования и управления режимамибурения. Система состоит из датчика 1 вибрации, закрепленного на буровом ставе 2. В корпусе датчика 1 на пружинах 3 установлен колеблющийся элемент 4, жестко соединенный с золотником 5 гидрораспределителя 6. В нижней части датчика 1 установлен регулировочный болт 7, позволяющий изменять жесткость пружин 3, местоположение колебляющегося элемента 4 и каналов 8.и 9 золотника 5 по отношению к отверстию 10 гидрораспределителя 6, Отверстие 10 гидрораспределителя 6 соединено с напорным маслопроводом 11. Каналы 8 и 9 с помощью канала 12, отверстия 13 гидрораспределителя 6 и маслопровода 14 соединены с поршневой полостью гидроцилиндра 15, содержащего поршень 16 с жестко прикрепленным к нему штоком 17. Поршень 16 в исходномположении 1 в крайнем левом положении )поддерживается с помощью возвратной пружины 18. Дроссель 19, установленный в корпусе гидроцилиндра 15, и маслопровод 20 служат для слива масла с поршневой полости. Шток 17 с помощью шестерни 21 соединен с регулятором 22 частоты вращения долота, Пневматический цилиндр 23 установлен жестко на общей раме 24 с гидроцилиндром 15 таким образом, что их штоки могут контактировать между собой с помощью болта 25, установленного в штоке 26, а последний соединен с поршнем 27, который в исходном положениив крайнем левом)поддерживается пружиной 28. Шток 26 с помощью шестерни 29 соединен с гидродросселем ЗО управления давлением на забой. Штоковая полость пневматического цилиндра 23 с помощью пневмопровода 31 соединена с пневматической системой очистки скважины отбурового шлама. Для удобства монтажа и точности взаимной установки золотника 5 с корпусом гидрораспределителя 6 датчика 1 служат регулировочные прокладки 32, а для поддержания определенного постоянного давления масла в гидросистеме служит предохранительный клапан 33, который с. помощью маслопроводов 34 и 35 соединен с насосом ЗЬ и маспобаком 3720 При движении поршня влево в исходное положение, масло, находящееся в поршневой полости, через дроссель 9 и маслопровод 20 сливается в маслобак 37, При этом осевое 55 Система регулирования и управле- ния режимами бурения работает следующим образом.Перед началом бурения машинисту бурового станка выдается технологическая карта, в которой указывается крепость пород и рекомендуемые режимы бурения, а если карты нет, после забуривания машинист устанавливает максимальные осевое давление и часто О ту вращения долота, включает насос 36 и продолжает бурить. Далее процесс регулирования и управления режимом бурения происходит автоматически при оптимальных параметрах 15 режима бурения. В случае попадания на более твердые породы, но не по всей плоскости забоя, возникают вибрации с увеличенной амплитудой колебания долота. В этом случае колеблющийся элемент 4 датчика 1, поднимаясь или опускаясь, увлекает за собой золотник 5, который, перемещаясь вверх или вниз, соединяет поочередно каналы 8 и 9 с отверстием 1 О гидрораспределителя б; а так как отверстие 10 соединено с напорным маслопроводом 11, в котором поддерживается постоянное давление с помощью предохранительного клапана 33, то масло под давлением попадает в канал 12 гидрораспределителя б, каналы 8 и 9 и далее через отверстие 13 гидрораспределителя б, маслопровод 14 в поршневую полость гидроцилиндра 15, поршень которого под действием давления масла двигается вправо(фиг. 1 ), сжимая пружину 18, Шток 7 находится в зацеплении с регулятором 22 частоты вращения долота и регулятор 22 поворачивается, уменьшая частоту вращения долота, что приводит к уменьшению амплитуды и частоты колебаний элемента 4 датчика 1. Это происходит до тех пор, пока амплитуда не достигнет допус тимого предела, При достижении установленного предела амплитуды, т,е. при исчезновения вибрации, возвратная пружина 18 возвращает поршень б влево, шток 17 - в исходное поло жение, при этом частота вращения долота возврастает и достигает максимального своего значения. давление остается максимальным только до установленной заранее частоты вращения долота. Это достигается следующим образом. Гидроцилиндр 15 и пневмоцилиндр 23 установлены на общей раме таким образом, чтобы их штоки 7 и 26 находились на одной оси и могли контактировать между собой с помощью болта 25. При движении штока 17 вправо частота вращения долота уменьшается, а при движении штока 26 вправо уменьшается осевое давление. Если необходимо настроить систему регулирования и управления режимом бурения таким образом, чтобы при снижении частоты вращения долота с 148 до 80 об/мин началось уменьшение осевого давления, то регулировку производят при подготовке станка к бурению.При неработающем станке, когда гидро- система не включена, шток 26 под действием пружины 28 находится в крайнем левом положении, что соответствует максимальному давлению на забой, че. дроссель 30 открыт полностью Вручную, по прибору на пульте управления устанавливают частоту вращения бурового снаряда равную, допустим, 80 об/мин;при этом шток 7 приближается к болту 25 и, если шток 17 не соприкасается с болтом 25 или достиг его раньше, то болтом 25, вращая его в ту или другую стороны, добиваются соприкосновения его со штоком 17, что соответствует частоте вращения бурового снаряда равной 80 об/мин при максимальном давлении на забой. В этом случае дальнейшее снижение частоты вращения долота происходит с одновременным снижением давления на забой до исчезновения вибраций.Восстановление максимальной частоты оборотов долота и осевого давлейия производится возвращением поршней 16 и 27 цилиндров управления 15 и 23 в исходное положение с помощью возвратных пружин 18 и 28.Для предохранения долота от эашламования служит пневмоцилиндр 23. Наиболее эффективным способом предотвращения забивания долота является уменьшение осевого давления с одновременным увеличением частоты вращения, Этому требованию удовлетворяет исполнительный механизм, выполненный в виде пневмоцилиндра 23, шток 26 которого находится в зацеплении сгидродросселем 30 давления на забой,а штоковая полость соединена пневмопроводом 31 с пневмосистемой очисткиот бурового шлама.При зашламовании долота давлениесжатого воздуха в пневмосистеменачинает повышаться. С повышениемдавления поршень 27 перемещаетсявдоль цилиндра, увлекая за собойшток 26, находящийся в зацеплении сгидродросселем 30, который при этомуменьшает давление на забой до техпор, пока не произойдет самоочисткадолота, частота вращения долотаостается постоянной, что очень важнодля его самоочистки,Жесткость возвратной пружины 28пневмоцилиндра 23 выбирается такимобразом, чтобы при нормальном давлении воздуха в процессе бурения поршень 27 находился в исходном положении,Расположение каналов 8 и 9 другот друга определяется допустимой посанитарным нормам амплитудой колебаний станка или по конструктивнымособенностям бурового станка.Чувствительность датчика 1 такжезависит от расстояния между каналами 8 и 9; Так, чем ближе по значениювеличина размера между каналами квеличине напорного отверстия 10 вплоскости колебаний, тем чувстви 5 тельнее датчик 1. Установку гидрораспределителя 6 с отверстием 10 иканалов 8 и 9 золотника 5 регулируютпосредством изменения толщинырегулировочных прокладок 32,Чувствительность предложенногодатчика 1 и системы в целом достаточно высока и зависит от следующихпараметров: давления масла в маслопроводе 11, от пропускной способности15 гидрораспределителя 6, от диаметрагидроцилиндра 15, от величины размера каналов 8 и 9 золотника. 5 в плоскости колебаний, которые обеспечивают протяженность соединения масло 20 провода 11 с каналом 12, отверстием13, маслопроводом 14 и гидроцилиндром 15, от пропускной способностидросселя 19, который выбираетсятаким, чтобы поршень 16 возвращался25 в исходное положение в течение 1-2 с.Предложенная система регулирования и управления режимами бурениязначительно проще, эффективнее инадежнее в работе,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная лиа Тираж 56ВНИИПИ Государ по делам иэоб 113035, Москв венного комитетаений и открытийЖ, Раушская н