Устройство автоматического регулирования режимами бурения скважин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Соьсз Соаетскии

Социалистических

Республик (!1) 607ООЗ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (22) Заявлено 26.04.74(21) 2351932/22-03 (51) M. Кл.

E 21 В 45/00 с присоединением заявки Ю (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.05.78Бюллетень лГ 18 ((45) Дата опубликования описания 03.03.78

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и отирь тий (Q3) УДК 622-24.08 (088. 8) И. Ф. Чемерис и О. И. Соколовский (T2) Авторы изобретения

Специальное конструкторско-технологическое бюро института геотехнической механики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам автоматического рсгулирования режимов бурения взрывных скважин шарошечными станками на открытых горных работах.

Известно устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин, содержагцее регулятор осевой нагрузки, регулятор скорости вращения, датчик давления, исполнительный механизм, блок ввода информации по возмущению, блок сравнения (1).

Недостатком известного устройства является отсутствие регулирования осевой нагрузки на долото и скорости вращения бурового става по допустимому уровню вибрации на станке, что отрицательно сказывается на работе станка и обслуживающего персонала.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин, содержащее блок датчиков вибрации, датчик механической скорости бурения, датчик тока, элементы сравнения, pelyляторы скорости вращения долота и осевой нагрузки и исполнительными блоками, блоки преобразования и усиления (2) .

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оптимальный режим буре2 ния»е обеспечивает работу с максимальной механической скоростью, так как изменение II;Iгрузки на долото и скорости вращения производится не по критерию максимума механической скорости бурения при ограничении по до5 пустимому уровню вибрации на станке. Реализация упомянутого критерия возможна лишь при наличии экстремального регулятора в уст— ройстве. Кроме того, недостатком устройств;:. является применение сложных многофункциональных преобразователей.

Пель изобретения — ;ювышение эффективности бурения путем поддержания максимального значения механической скорости бурения.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин снабжено экстремальным регулятором, логическим элементом И и логическим элементом НЕ, причем выход датчика механической скорости бурения соединен с входом экстремального pcI.Iлятора, выход которого соединен с входом

20 одного из блоков преобразования и усиления, один из выходов которого соединен с входом исполнительного блока регулятора скорости вращения, а другой выход блока преобразования и усиления соединен с одним из

"5 входов логического элемента И, выход кото60?003.скважины 17.

Устройство работает следующим образом.

После пуска начинают одновременно увеличиваться осевая нагрузка и скорость вращения долота. Механическая скорость бурения измеряется датчиком l, и электрический сигнал, пропорциональный ей, подается на вход эк60 рого соединен с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки, при этом второй вход логического элемента И через логический элемент HE и элемент сравнения соединен с выходом блока датчиков вибрации, который соединен через элемент сравнения с входом исполнительного блока регулятора осе.вой нагрузки, На чертеже представлена функциональная схема устройства автоматического регулирования режимов бурения скважин.

Устройство содержит датчик 1 механической скорости бурения, экстремальный регулятор 2, блок 3 преобразования и усиления, исполнительный блок 4, регулятор 5 скорости вращения долота, двигатель 6 вращения, датчик тока 7, элемент сравнения 8, блок 9 преобразования и усиления, логический элемент И 10, исполнительный блок 11, регулятор 12 осевой нагрузки, логический элемент

НЕ 13, элемент сравнения 14,. блок 15 датчиков вибрации, буровой станок 16, забой стремального регулятора 2. Последний через блок 3 преобразования н усиления воздействует на исполнительные блоки 4 и 11, выходные сигналы которых управляют соответственно регулятором 5 скорости вращения долота и регулятором 12 осевой нагрузки. Пока буровой став устойчив и нет вибраций, на выходе блока 15 датчиков вибрации и элемента сравнения 14 сигнал отсутствует, а на выходе логического элемента HE 13 сигнал есть, следовательно, есть он и на выходе логического элемента И 10, так как на обоих eI.o входах сигнал присутствует. Этот сигнал воздействует через исполнительный блок 11 иа регулятор 12, чем и обеспечивается увеличение осевой нагрузки. Как только появляются вибрации, амплитуда которых превышает допустимый уровень, на выходе элемента сравнения 14 появляется сигнал, который, с одной стороны, через логические элементы HE 13 и И 10 блокирует увеличение осевой нагрузки, которое п",оисходило по сигналу экстремального регулятора, с другой стороны, воздействует через исполнительный. блок 11 на регулятор 12, так что осевая нагрузка начинает уменьшаться. Когда амплитуда вибраций уменьшается до допустимого уровня, уменьшение осевой нагрузки прекращается и начинается ее увеличение по сиг,налу от экстремального регулятора. Как только вибрации снова превысят допустимый уровень, по сигналу оТ блока l5 датчиков вибрации блокируется увеличение осевой нагрузки и начинается ее уменьшение, аналогично описанному выше. В течение всего описанного процесса скорость вращения долота увеличивается. Следовательно, увеличивается и мехацическая скорость бурения, регистрируемая

1О

15 о

55 датчиком 1. Однако из-за экстремального характера зависимости механической скорости бурения от скорости вращения долота при заданном уровне вибрации на станке, начиная с некоторого значения скорости вращения долота, 1еханическая скорость бурения уменьшается, и экстремальный регулятор 2 подает. команду на реверсирование исполнительного устройства 4, которое начинает воздействовать на регулятор 5 скорости вращения двига1еля 6 вращателя, и последний уменьшает скорость вращения. Таким образом, ь устройстве продолжается процесс изменения осевой нагрузки и скорости вращения долота, причем скорость вращения уменьшается. При этом механическая скорость бурения . снова увеличивается. После достижения максимума, начиная с некоторого значения скорости вращения долота, механическая скорость бурения начинает уменьшаться и экстремальный регулятор 2 подает команду на реверсирование исполнительного блока 4 регулятора 5 скорости вращения долота и т. п. Таким образом, в устройстве устанавливаются автоколебаиия механической скорости бурения около максимума, причем их амплитуда зависит от характеристик экстремального регулятора. Защита от перегрузок двигателя вращателя обеспечивается датчиком тока ?, воздействующим через элемент сравнения .8 и блок 9 преобразования и усиления на регулятор 5 скорости вращения долота. Если вибрация отсутствует, устройство устанавливает режим с максимальными по техническим возможностям станка значениями осевой нагрузки на долото и скорости вращения долота.

Использование данного устройства повыш а от производительность буровых агрегатов н снижает себестоимость бурения.

Формула изобретения

Устройство автоматического регулирования режимов бурения скважин, содержащее датчик вибрации, датчик механической скорости бурения, датчик тока, элементы сравнения, регуляторы скорости вращения долота и осевой нагрузки с исполнительными блоками, блоки преобразования и усиления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности буренин путем поддержания максимального значения механической скорости бурения, оно сиаожено экстремальным регулятором, логическим элементом И и логическим элементом НЕ, причем выход датчика механической скорости бурения соединен с входом экстремального регулятора, выход которого соединен с входом одного из бло.сов преобразования и усиления, один из выходов которого соединен с входом исполнительного блока регулятора скорости вращения, а другой выход блока препбразования и усиления соединен с одним из входов логического элемента И, выход которого соединен с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки, при этом второй

607003

Составитель P. Гладун

Техред О. Луговая Корректор Н. Тупица

Тираж 734 Подписное

Редактор И.Марголис

За аз 2560/25 ((г(ИИ(!И (осударств«нного комитета Совета Министров ССг (. по делам ивобрет«ннй н открытий (13035, М"сква, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП аПатент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вход логического элемента И через логический элемент НЕ и элемент сравнения соединен с выходом блока датчиков вибрации, который соединен через элемент сравнения с входом исполнительного блока регулятора осевой нагрузки.

Источники информации, принятые во икиманне при экспертизе:

t. Авторское свидетельство СССР № 485213, з

2. Авторское свидетельство СССР № 470593, кл. Е 21 В 45/00, 1970.