Устройство для управления процессом бурения

 

Изобретение относится к бурению, в частности к самонастраиваемым системам автоматического управления режимом бурения . Цель изобретения - повышение надежности управления за счет увеличения точности поиска и стабилизации механической скорости заданной частоте вращения бурового инструмента. Для этого в устройство введены программный блок (Б) (1) управления, задатчик 2 начальных параметров бурения, Б 3 определения осевой нагрузки , Б 4 определения механической скорости бурения, датчик (Д) 9 частоты вращения и регулируемый электропривод 7. Кроме того, устройство включает Д 5 осевой нагрузки, исполнительный механизм 6 и Д 8 механической скорости. Б 1 на основе информации сД5и8иБ4 вычисляет расчетную величину скорости изменения осевой нагрузки и передает ее в Б 3. В Б 3 выясняется также значение градиента механической скорости, которое передается в Б 4, где происходит корректировка заданной скорости бурения. Значение осевой нагрузки поступает на механизм 6, где вырабатывается управляющий сигнал. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 B 45/00;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф С

Ъ Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4698024/03 (22) 31,05,89 (46) 29,0),92. Бюл, N. 8 . (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (72) С. А. Серов, В. П. Липатников и В. И.

Васильев (53) 622.23(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . N 739219, кл. Е 21 В 45/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

N 470592, кл. Е 21 В 45/00, 1969. (54) УСТРОЙСТВОДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению, в частности к самонастраиваемым системам автоматического управления режимом бурения. Цель изобретения — повышение надежности управления за счет увеличения точности поиска и стабилизации механиче„„5U„„1716112 А1 ской скорости при заданной частоте вращения бурового инструмента. Для этого в устройство введены программный блок (Б) (1) управления, задатчик 2 начальных параметров бурения, Б 3 определения осевой нагрузки, Б 4 определения механической скорости бурения, датчик (Д) 9 частоты вращения и регулируемый электропривод 7.

Кроме того, устройство включает Д 5 осевой нагрузки, исполнительный механизм 6 и Д 8 механической скорости. Б 1 на основе информации с Д 5 и 8 и Б 4 вычисляет расчетную величину скорости изменения осевой нагрузки и передает ее в Б 3. B Б 3 выясняется также значение градиента механической скорости, которое передается в Б 4, где происходит корректировка заданной скорости бурения. Значение осевой нагрузки поступает на механизм 6, где вырабатывается управляющий сигнал. 3 ил.

17161 12

Изобретение относится у бурению скважин, в частности к самонастраивающим системам автоматического управления параметрами режима бурения.

Цель изобретения — повышение надежности управления эа счет увеличения точности поиска и стабилизации механической скорости при заданной частоте вращения бурового инструмента.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — подробные схемы блоков определения осевой нагрузки и механической скорости; на фиг. 3 — зависимость скорости бурения от осевой нагрузки.

Данное устройство работает по заданной оператором механической скорости или скорости.углубки коронки за оборот при фиксированной частоте вращения долота, Сущность изобретения заключается в повышении надежности управления эа счет точности поиска и стабилизации заданной механической скорости посредством автоматической корректировки в зоне перемещающихся пород.

Устройство содержит программный блок 1 управления, задатчик 2. начальных условий параметров бурения, блок 3 определения осевой нагрузки, блок 4 определения механической скорости, датчик 5 осевой нагрузки, исполнительный механизм 6, регулируемый злектроп ривод 7, датчик 8 механической скорости, датчик 9 частоты вращения. Первый вход программного блока 1 управления соединен с выходом датчика 5 осевой нагрузки, а второй — с датчиком

8 механической скорости. Первый выход программного блока 1 управления соединен с первым входом блока 3 определения осевой нагрузки, второй выход — с первым входом блока 4 определения механической скорости, второй вход которого соединен с выходом задатчика 2 начальных параметров бурения, который подключен также к второму входу блока 3 определения осевой нагрузки и к первому входу регулируемого электропривода 7, второй вход которого подключен к датчику 9 частоты вращения.

Датчик 5 осевой нагрузки соединен с третьим входом блока 4 определения механической скорости, выход которого подключен к третьему входу программного блока 1 управления. Выход блока 3 определения осевой нагрузки соединен с вторым входом исполнительного механизма 6, первый вход которого подключен к третьему выходу датчика 5 осевой нагрузки.

Блок 3 определения осевой нагрузки (фиг. 2) содержит управляемый генератор

10, первый компаратор 11, первый ключ 12, 5

55 первый реверсивный счетчик 13 и первый цифроаналоговый преобразователь 14,, Блок 4 определения механической скорости (фиг. 2) содержит генератор 15 импульсов, второй компаратор 16, второй ключ

17, второй реверсивный счетчик 18 и второй цифроаналоговый преобразователь 19.

Устройство работает следующим образом.

Программный блок 1 управления снимает информацию с датчиков 5 и 8 осевой нагрузки и механической скорости и заданную механическую скорость с блока 4 определения механической скорости, вычисляет расчетную скорость изменения осевой нагрузки и выводит это значение в блок 3 определения осевой нагрузки, где происходит формирование заданного значения осевой нагрузки, а также вычисляет значение знака градиента механической скорости бурения, которое выводит в блок 4 определения.механической скорости бурения, где происходит корректировка заданной механической скорости.

В задатчике 2 начальных условий параметров бурения задаются начальные значения осевой нагрузки, механической скорости частоты вращения и минимальной осевой нагрузки. Начальные значения осевой нагрузки и механической скорости поступают на вход АЦП, и по команде оператора аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код и записывается в первый реверсивный счетчик 13 и второй реверсив ный счетчик 18 Расчетная скорость изменения осевой нагрузки с программного блока

1 управления поступает на вход блока 3 определения осевой нагрузки, на управляе.мый генератор 10.и на первый компаратор

11. В зависимости от знака скорости изменения осевой нагрузки первый компаратор

11 через первый цифровой ключ 12 подключает вход управляемого генератора 10 к суммирующему или вычитающему входу первого реверсивного счетчика 13. Частота управляемого генератора 10 находится в зависимости от управляющего сигнала, рассчитанного программным блоком управления.

Первый реверсивный счетчик 13 преобразует последовательно следующие импульсы в параллельный код, каждый разряд которого накапливает и фиксирует информацию о количестве. поступающих íà его вход импульсов, Таким образом, первый реверсивный счетчик формирует заданное значение осевой нагрузки, а первый цифроаналоговый преобразователь 14 преобразует цифровой код в аналоговый сигнал.

1716112

Далее заданное значение осевой нагрузки поступает на исполнительный механизм 6, где вырабатывается и отрабатывается уп- равляющий сигнал, - 5

Блок 4. определения механической скорости корректирует заданное значение механической скорости. В задатчике 2 начальных условий параметров бурения задается значение заданной механической 10 скорости, которое записывается во втором реверсивном счетчике 18, и минимальная осевая нагрузка, которая поступает на второй компаратор 16, Если при заданной скорости бурения, текущая осевая нагрузка, 15 поступающая с блока 3 определенйя осевой минимальной, последний через второй цифровой ключ 17 подключает генератор 15 импульсов к суммирующему входу второго 20

25 нагрузки не задается, а корректировка эа- 30 данной механической скорости в меньшую бурения. Отрицательный градиент получается тогда, когда дальнейшее увеличение 35

45

55 нагрузки на второй компаратор 16, меньше реверсивного счетчика 18 и значение заданной механической скорости начинает расти, одновременно растет заданное значение осевой нагрузки. Как только осевая нагрузка становится больше минимальной; второй компаратор 16 отключает генератор 15 импульсов от второго реверсивного счетчика

18, B данном устройстве верхний.предел сторону происходит при отрицательном значении градиента механической скорости осевой нагрузки приводит к уменьшению механической скорости бурения.

При сигнале об отрицательном значе-, нии градиента механической скорости бурения, поступающем с программного блока 1 управления, второй компаратор 16 дает команду на подключение генератора импуль/ сов к вычитаю щему входу второго реверсивного счетчика 18, и заданное значение механической скорости уменьшается до тех пор, пока значение градиента скорости бурения не становится больше нуля.

Данный элемент является защитой бурильной колонны от перегрузок и защитой от эффекта зашламования.

На фиг. За показаны ситуации перехода коронки из мягкой породы в более твердую.

При переходе инструмента из твердой породы в мягкие породы (фиг. Зб) осевая нагрузка остается прежней, но возрастает значение текущей механической скорости, которая становится больше заданной. Устройство пытается выйти на заданное значение механической скорости и, если при этом значение градиента скорости бурения отрицательное, то согласно алгоритму работы программного управляемого блока 1 она уменьшается до тех пор, пока значение градиента скорости бурения не становится больше нуля.

В данном устройстве в задатчике 2 начальных условий параметров бурения задается нижнее предельное значение осевой нагрузки и, если текущее значение осевой нагрузки меньше заданного минимального, устройство автоматически увеличивает механическую скорость. При этом увеличивается также заданная осевая, нагрузка до тех пор, пока текущее значение нагрузки на долото не становится больше ее минимального значения. Данная защита предусмотрена для исключения ситуаций, связанных с заполированием коронки.

Формула изобретения

Устройство для управления процессом бурения, содержащее датчик механической скорости, датчик осевой нагрузки, выход которого подключен к исполнительному механизму, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цеЛью повышения надежности управления за счет

/ точности поиска и стабилизации заданной механической скорости при заданной частоте вращения бурового инструмента, в него введены программный блок управления, задатчик начальных параметров бурения, блок определения осевой нагрузки, блок определения механической скорости, датчик частоты вращения и регулируемый электропривод, при этом первый вход программного блока управления соединен с выходом датчика осевой нагрузки, а второй — с датчиком механической скорости, первый выход программного блока управления соединен с первым входом блока определения осевой нагрузки, второй выход — с первым входом блока определения механической скорости, второй вход которого соединен с выходом задатчика на начальных условиях параметров бурения, который подключен также к второму входу блока определения осевой нагрузки и к первому входу. регулируемого электропривода, второй вход которого подключен к датчику частоты вращения, датчик осевой нагрузки соединен с третьим входом блока определения механической скорости, выход которого подключен к третьему входу программного блока управления, выход блока определения осевой нагрузки соединен с вторым входом исполнительного механизма.

1716112

1 !

I

I

Э

Фиа 2

F»,, Гнг

Фиг.5..

Составитель В.Логинов

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор М.Петрова

Заказ 593 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101