Система управления процессом бурения
Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность бурения за счет разбуривания восстающей в оптимальном режиме. Система содержит блок 1 управления процессом бурения, регуляторы подачи 3 долота и частоты вращения 4, датчик 5 проходки, блок бусреднения, ЦАП 12 и 13, блок 10 памяти, АЦП 8 и 9, блок 2 ключей, счетчик 7 интервала проходчи, переключатель 14 режима работы и блок 11 коррекции. В процессе бурения передовой скважины оптимальные параметры (П) режима , формируемые блоком 1, усредненные в блоке 6, записываются в блок 10 памяти. Датчиком 5 проходки задаются интервалы усреднения, количество которых подсчитывается счетчиком 7 интервалов проходки. В процессе разбуривания фиксируют стадию забуривания, равную трем интервалам проходки . На этой стадии оптимальные П режима разбуривания из блока 1 и режима бурения из блока 10 для соответствующих интервалов проходки поступают в блок 1 I коррекции. В печи определяется коэффициент приведения П режима бурения к П режима разбуривания. По окончании третьего интервала проходки П, записанные в блоке 10, корректируются в блоке 11 и через блок 2 ключей поступают на регуляторы 3 и 4. Разбуривание производится при оптимальных П. 7 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 44!00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 441" 392/03 (22) 15.04.88 (46) 15.04.91. Бюл. № 14 (71) Криворожский горнорудный институт (72) А.П.Черный, В,Ç.Мусарский и А.В,Якушин (53) 622.243 (088.8) (56) Лысенко Ю.И. и др. Автоматизация управления буровыми станками, Шахтное строительство, 1974, ¹ 1, с, 11 — 13.
Авторское свидетельство СССР
¹ 751974, кл. Е 21 В 45/00, 1978, (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность бурения за счет разбуривания восстающей в оптимальном режиме. Система содержит блок 1 управления процессом бурения, регуляторы подачи 3 долота и частоты вращения 4, датчик 5 проходки, блок бусреднения, ЦАП 12 и 13, блок 10 памяти, АЦП 8 и 9, блок
Изобретение относится к бурению, а именно к управлению проходкой восстающих выработок с предварительным проведением опережающей скважины, Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет разбуривания восстающей в оптимальном режиме.
На фиг, 1 изображена структурная схема устройства; на фиг, 2 — функциональная схема блока усреднения; на фиг. 3 — функциональная схема блока коррекции: на фиг. 4 — схема переключателя режима рабо„„5U„„1641986 А1
2 ключей, счетчик 7 интервала проход :и, переключатель 14 режима работы и блок 11 коррекции. В процессе бурения передовой скважины оптимальные параметры (П) режима, формируемые блохом 1, усредненные в блоке 6, записываются в блок 10 памяти, Датчиком 5 проходки задаются интервалы усреднения, количество которых подсчитывается счетчиком 7 интервалов проходки. В процессе разбуривания фиксируют стадию забуривания, равную трем интервалам проходки, На этой стадии оптимальные П режима разбуривания иэ блока 1 и режима бурения из блока 10 для соответствующих интервалов проходки поступают в блок 11 коррекции. В печи определяется коэффициент приведения П режима бурения к П режима разбуривания, По окончании третьего интервала проходки П, записанные в блоке
10, корректируются в блоке 11 и через блок
2 ключей поступают на регуляторы 3 и 4.
Разбуривание производится при оптимальных П. 7 ил. ты; на фиг, 5 — функциональная схема счетчика интервалов проходки; на фиг. 6 — временные диаграммы работы счетчика интервалов проходки при бурении и разбуривании: а — в одном направлении; б — в противоположном направлении; на фиг. 7— изображен блок управления процессом бурения, Система управления процессом бурения содержит блок 1 управления процессом бурения, блок 2 ключей, регуляторы; частоты вращения 3 и подачи 4, датчик 5 проходки, блок 6 усреднения, счетчик 7 интервалов
1641986
20
40 проходки, аналогово-цифровые преобразователи 8 и 9, блок 10 памяти, блок 11 коррекции, цифро-аналоговые преобразователи 12 и 13„переключатель 14 режима работы, Блок 1 управления процессом бурения соединен с блоком 6 усреднения и блоком 2 ключей, причем первый и второй информационные выходы блока 1 управления процессом бурения связаны соответственно с первым и вторым информационными входами блока 2 кп1очей и блока 6 усреднения.
Выход датчика 5 проходки соединен с первым входом счетчика 7 интервалов проходки и третьим (управляющим) входом блока 6 усреднения. Первый и второй информационные выходы блока 6 усреднения последовательно соединены соответственно через аналогово-цифровой преобразователь 8 и аналогово-цифровой преобразователь 9 с первым и вторым информационными входами блока 10 памяти и первым и вторым информационными входами блока 11 коррекции соответственно. Первый управляющий выход перключателя 14 режима работы соединен с третьим (управляющим) входом блока 10 памяти и третьим (управляющим) входом счетчика 7 интервалов проходки, второй (управляющий) вход которого связан с вторым управляющим выходом переключатепл 14 режима работы. Первый выход счетчика 7 интервалов проходки соединен с четвертым (адресным) входом блока 10 памяти, первый и второй информационньjB выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым информационными входами блока 11 коррекции. Второй (управляющий) выход счетчика 7 интервалов проходки связан с пятым (управляющим) входом блока 2 ключей и пятым (управляющим) входом блока 11 коррекции, Первый и второй информационные выходы блока 11 ко екции соответственно через цифроаналогсвый преобразователь 13 и цифроаналоговый преобразователь 12 связаны с тр зтьим и четвертым информационныь. входами блока 2 ключей соответственно. Первый информационный выход блока 2 ключей соединен с первым входом блока 1 управления процессом бурения через регулятор 4 подачи долота, а вторай информационный выход с вторым входом блока 1 управления процессом бурения через регулятор 3 частоты вращения.
Блок 1 управления процессом бурения осуществляет поиск оптимального режима бурения и воздействует на регуляторы подачи долота и частоты вращения бурового става.
Блок 10 памяти осуществляет запоминание и считывание информации.по адресу формируемого счетчиком 7 интервалов проходки, устройство работает следующим образом..
В режиме буренил сигналы режимных параметров усилия подачи и частоты вращения от блока 1 управленил процессом бурения через блок 2 ключей поступает на регуляторы подачи 4 и частоты вращения 3.
Одновременно сигналы усилил подачи и частоты вращения поступают в блок 6 усреднения, где происходит их усреднение на интервале между двумя импульсами датчика 5 t роходки. С блока 6 усреднения усредненные значения сигналов записываются в блок 10 памяти по адресам номеров текущих интервалов проходки. Адрес записи формируется счетчиком 7 интервалов прох одки, В режиме разбуривания переключателей режима работы 14 переводит блок 10 памяти в режим воспроизведения и счетчик
7 интервалов проходки в режим разбуривания, Процесс разбуривания можно разделить на две стадии: забуривание и саморазбуривание. Продолжительность забуривания три интервала проходки. Интервал проходки— внедрение бурового инструмента в породу на длину одной штанги бурового става, 3абуривание заканчивается при внедрении раэбуривателя в породу на три штанги бурового става, так как размеры раэбуриватепя не позволяют провести эту операцию за один интервал проходки, только на третьем интервале проходки все шарошки разбуривателя вступают в процесс разбуриаания.
В процессе забуривания от блока 1 управления процессом бурения сигналы режимных параметров поступают через блок ключей 2 на регуляторы подачи 4 и частоты вращения 3, Эти же сигналы, усредненные на интервале проходки в блоке 6 усреднения через АЦП 8 и 9 поступают на первый и второй входы блока 11 коррекции. В блок 11 коррекции для этих интервалов проходки с блока 10 памяти на третий и четвертый входы поступают значения режимных параметров усилия и частоты вращения долота записанные для режима бурения. В блоке 11 коррекции определяется и запоминается отношение сигналов от блока 6 усреднения и блока 10 памяти. Результат деления пред ставляет собой коэффициент приведения параметров режима бурения к параметрам режима разбуриванил.
По окончании третьего интервала проходки забуривание заканчивается и начинается разбуривание передовой скважины
При этом высокий логический уровень со
1641986 второго выхода счетчика 7 интервалов проходки переключает входы блока 2 ключей с блока 1 управления процессом бурения на блок 11 коррекции, и выводит блок 11 коррекции из режима вычисления коэффициента приведения.
В дальнейшем для текущих интервалов проходки, подсчитываемых счетчиком 7 интервалов проходки, с блока 10 памяти значения режимных параметров, соответствующие этим номерам, поступают в блок 11 коррекции, где умножаются на вычисленный ранее коэффициент приведения. С блока 11 коррекции сигналы подачи и частоты вращения, известные для режима бурения на текущем интервале проходки, но приведенные к режиму разбуривания на том же интервале., через блок 2 ключей поступают на регуляторы подачи 4 и частоты вращения 3.
Таким образом, при проведении передовой скважины на текущем интервале проходки усредняют и запоминают значения режимных параметров по номеру этого интервала, при разбуривании передовой скважины по номеру текущего интервала вспоминают ранее записанные параметры, уточняют их для режима разбуривания и подают на регуляторы подачи и частоты вращения, что позволяет исключить при разбуривании непроизводительную операцию по поиску оптимального режима.
Блок 6 усреднения (фиг, 2) выполнен в виде последовательно соединенных первого инегратора 15, первого делителя 16, первого устройства выборки-хранения (УВХ) 17 и параллельно им последовательно соединенных второго интегратора 18, второго делителя 19, и второго УВХ 20.
Блок содержит также счетчик 21, цифроаналоговый преобразователь 22 и таймер
23. Выход ЦАП 22 связан с вторыми входами делителей 16 и 19, выход таймера 23 связан также с вторыми входами YBX 17 и
УВХ 20, Сигнал от датчика 5 проходки запускает таймер 23 и одновременно поступает на вторые входы инеграторов 15 и 18 и первый вход счетчика 21, устанавливая их в нулевое состояние. На первые входы интеграторов 15 и 18 поступают значения режимных параметров осевого усилия и частоты вращения от блока 1 управления процессом бурения. С выходов интеграторов 15 и 18 сигналы, пропорциональные интегралу осевого усилия и частоты вращения поступают на первые входы делителей 16 и 19, на вторые входы которых поступает сигнал, пропорциональный чис5
55 лу импульсов таймера 23, непрерывно подсчитываемых счетчиком 21 и преобразованный ЦАП 22 в аналоговый, на данный момент времени. Таким образом, с выхсдав делителей 16, 19 сигналы осевого усилия и частоты вращения пропорциональные среднему значению поступают на первые входы УВХ 17 и 20, где осуществляется их выборка и хранение. Сигналом на выборку являются сигналы таймера 23, поступающие на вторые входы. Новый сигнал датчика проходки 5 перезапускает таймер и цикл работы повторяется.
Блок 11 коррекции (фиг. 3) выполнен в виде последовательно соединенных первого делителя 24, первого параллельного регистра
25, первого умножителя 26 и параллельно им последовательно соединенных второго делителя 27, второго параллельного регистра
28 и второго у множителя 29.
С блока 6 усреднения через второй АЦП
9 сигнал осевого усилия поступает на первый вход первого делителя 24, на второй вход которого поступает сигнал с блока 10 памяти, работающего в режиме воспроизведения, результат деления поступает на первый вход первого параллельного регистра, на выходе которого сигнала нет, поэтому отсутствует сигнал на выходе первого умножителя 26. По окончании забуривания. т.е. третьего интервала проходки сигнал со второго выхода счетчика 7 интервалов проходки поступает на второй вход первого параллельного регистра 25. По этому сигналу результат деления с входа параллельного регистра 25 передается на выход и остается без изменений на протяжении всей последующей работы. С выхода параллельного регистра 25 сигнал поступает на первый вход первого умножителя 26. на второй вход которого поступают сигналы с блока 10 памяти. Произведение этих сигналоа на выходе первого умножителя 26 представляет собой сигнал. поступающий с выхода блока
10 памяти, но приведенный к масштабу сигнала с блок 6 усреденения. Операции над сигналом частоты вращения, в которой задействованы второй делитель 27, второй параллельный регистр 28 и второй умножитель 29 осуществляется аналогичным образом, Переключатель 14 режима работы (фиг. 4) выполнен в виде следующих элементов: трехпозиционного переключателя Si, к первому выходу которого последовательно подключены элемент НЕ 30. второй вход элемента НЕ 31, элемент НЕ 32, к третьему выходу последовательно подключены элементы НЕ 33, второй вход элемента И-НЕ
34, элемент НЕ 35.
1641986
Переключатель 14 работает следующим образом.
При установке переключателя S1 в 1-е положение на входе элемента НЕ 30 низкий лor÷÷eoêíé уровень. Выход элемента НЕ 30 соединен с вторым входом элемента И-НЕ
31, иа котором устанавливается высокий уровень, так кзк на первом лходе элемента
И-НЕ 31 постоянно высокий логический уровень, то на выходе устанавливается низкий уровень. Элемент НЕ 32 устанавливает иа первом выходе переключателя 14 высокий логический уровень, На входе элемента
НЕ 33 высокий логический уровень источника г<итаиия. Выход элемента НЕ 33 соедиен с вторым входом элемента И-НЕ 34, на .,.гором устанавливается низкий логический уровень, так как на первом входе элемси-,ý И вЂ” Н Е 34 постоянно высокий логи есхий уровень, то на выходе также ус;гзнзвливзется высокий логический уровень, Элемент НЕ 35 устанавливает на втором
--."í=xoäå переключателя 14 низкий уровень.
При установке переключателя S< во второе и третье положение элементы 30 — 35 работают аналогичным образом.
Работа переключателя приведена в
< аб <.
Счетчик 7 интервалов проходки (фиг, 5) сос-оит из дифференцирующего элемен.га
36, триггера 37, дешифратор 38, реверсивного счетчика 39, двух элементов 2 ИЛИ-HF.
40 и 41, элемента ИЛИ 42, сдвигового ре истра 43.
Дешифратор 38 подключает к первому входу суммирующий вход реверсивного счет-.ика 39 при логических уровнях на втором и третьем входах "0" и "1" ("1" и "0") соответственно и вычитающий вход реверсивного счетчика 39 при "0" логическом уровне сиг. зла на втором и третьем входах.
Диффере,<цирующий элемент 36 при изменении нз втором входе логического уровня входного сигнала с низкого на высокий, формиГует единичный импульс, ус.тэиавли«ющий в нулевое состояние реверсивный счетчик 39 и изменяет состояние риггера 37. .".двиговь<й регистр 43 предназначен для задержки при разбуривании на три ин;ервзлз проходки появления логической "1" нз втором выходе. Режимы работы счетчика
7 интервалов проходки приведены в табл. 2.
Все рех".имы ззда<отся переключателем режимг работы 14.
Работа счет <ика 7 интервалов проходки г<ри различных режимах работы иллюстрирована временными диаграммами (фиг, 6).
В режиме "бурение" импульсы от датчика 5 проходки (U»1, фиг. ба) поступаю на
З8 суммирующий вход реверсивного счетчика
39 (U< lx< ), С ВЫХОда рЕВЕрСИВНОГО СЧЕтЧИКа зв
39 номер (адрес) текущего интервала проходки поступает на четвертый (адресный) вход блока 10 памяти.
В режиме "разбуривание" (s направлении бурения) высоким логическим потенциалом со второго входа счетчика 7 интервалов проходки реверсивный счетчик
39 устанавливается в нулевое состояние, изменяется состояние триггера 37. Импульсы от датчика 5 проходки поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 39 (U«< 4З В режиме "разбуривание" (в направлении, противоположном бурению) импульсы от датчика 5 проходки поступают на вычитающий вход реверсного счетчика 39 (0»х2, Зв фиг. 6, б). Тзк как разбуривание ведется в направлении, противоположном направлению бурения, то отсчет интервалов проходки начинается от последнего интервала проходки в режиме бурения. С выхода реверсивного счетчика 39 адрес текущего интервала проходки поступает на адресный вход блока 10 памяти, Одновременно импульсы от датчика 5 проходки через элементы 40, 42 поступают в сдвиговой регистр 43 (U«gx фиг. 6, б), где происходит задержка 42 появления на втором выходе логической "1" нз три интервала проходки (U» На фиг. 7 приведена функциональная схема блока 1 управления процессом бурения. Данная схема является примером выполнения этого блока и является системой экстремального регулировзнтля шарошечным бурением. Такими и подобными устройствами оснащаются буровые станки и комбайны. Блок 1 управления процессом бурения, как правило, включает в себя гидросистему 44, пульт 45 ручного управления . подачей, гидродроссель 46, исполнительный механизм 47 подачи, узел 48 автомати10 1641986 Состояние в ь х сдо Таблица 2 Режим работы Бурение "1" и "0" — означают логический уровень сигнала. ческого регулирования частоты вращения, исполнительный механизм 49 (двигатель постоянного тока), а также узел 50 экстремального регулирования и узел 51 формирования экстремума по выбранному критерию. Применение устройства обеспечивает исключение операций по поиску оптимальных режимов при разбуривании восстающей, что ведет к ускорению процесса строительства скважины, Формула изобретения Система управления процессом бурения, содержащая блок управления процессом бурения, регулятор подачи долота, датчик проходки, блок усреденения, цифроаналоговый и аналого -цифровой преобразователи, а также блок памяти, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет разбуривания восстающей в оптимальном режиме, система снабжена блоком ключей, регулятором частоты вращения, счетчиком интервалов проходки, переключателем режима работы, блоком коррекции и вторыми цифроаналоговыми и аналого-цифровым преобразователями. при этом первый и второй выходы блока управления процессом бурения соединены с соответствующими входами блока Разбуривание(в направле рения) Разбуривание (в направл и отивоположном б е усреднения и блока ключей, первый и второй выходы которого соответственно через регуляторы подачи долота и частоты вращения подключены к первому и второму вхо5 дам блока управления процессом бурения, выход датчика проходки соединен с;ервым входом счетчике интервалов проходки и с третьим входом блока усреднения, первый и второй выходы которого через соответст10 вующий аналого-цифровой преобразователь подключены к первому и второму входам блоков памяти и коррекции, первый выход переключателя режима работы соединен с третьим входом блока памя.и. пер15 вый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока коррекции, второй выход переключателя режима работы соединен с соответствующим входом счетчика Внтер20 валов проходки, первый выход которого подключен к четвертому входу блока памяти, причем первый и второй выходы блока коррекции через соответствующий цифроаналоговый преобразователь соединены с 25 третьим и четвертым входами блока ключей, а первый выход переключателя режима работы соединен также с третьим входом счетчика интервалов проходки, второй выход которого подключен к пятым входам блока 30 ключей и блока коррекции. 1641986 От 5 пку71 От блок814 An дло/й7 5 Q, 38 bx s 8„38 38 uSg 2 38 ио,„ 2 38 УБп2 Ьп 2 43 Ujjwg 38 bgf 38 88мо Ь2 38 Ub g.т 38 Иих 2 42 U8pg Фв 1641986 Фи@ б яоку 2 os Л 1641986 Составитель В,Шилов Техред M.Ìî ãåí Tçë Редактор M.Âàcèëüeâà Корректор T,Ïéëèé Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. Ул.Гагарина, 101 Заказ 1427 Тираж 367 Подл исное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и огкрытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
