Автоматизація процесу подачі долота при бурінні нафтових свердловин (стр. 5 из 8)
Швидкість буріння при оптимальному навантаженні може бути визначена при відомому значенні коефіцієнта k=L/(EF); Тому що колона бурильних труб, як правило, складається з частин, що можуть відрізнятися геометричними розмірами і виготовлені з різних матеріалів, то коефіціент К цих частин буде різним.Для складного бурильного інструменту його можна представити еквівалентним значенням і визначити експерементально для зібраної і опущеної в свердловину колони.
З рівняння (1.1) маємо, що при Vб =0
Vп=k dP/dt; Vпdt=kdP;
Ліва частина рівняння представляє собою переміщення верхнього кінця колони (величину подачі бурильного інструменту) в інтервалі часу t2-t1. Права частина пропорційна зміні осьового навантаження на долото Р або ваги на гаку Gk за цей же інтервал часу.
; 
(1.4)З рівняння (1.4) виходить, що еквівалентне значення коефіціенту пружності “К” визначається “посадкою” верхнього кінця колони, коли долото навантажується на вибої при нульовій швидкості його обертання, поділеною на відповідний їй приріст ваги на гаку.
Структурна схема оптимізатора турбінного буріння.
На основі викладеної методики в розд.1 розроблено структурну схему пристрою, рис.2.1.
Задатчиком режиму роботи ЗРР вручну встановлюється значення тиску на долото на рівні найменшого можливого навантаження, що може застосовуватись в даному довбанні, вище якого пристрій включається в режим пошуку. Крім цього , необхідною умовою є виконання опереції “ зважування інструменту “ потенціометром Р .Далі пристрій функціонує автоматично.
Під час встановлення бурильником заданого осьового ннавантаження на долото і в процесі його підтримання в заданих межах, можливі зміни цього режимного параметра. Ця особливість і використовується для пошуку оптимального значення в результаті проведення згаданого вище пасивного експерименту. Блоком БВОН з допомогою БУ здійснюється пошук оптимального навантаження на долото по критерію максимуму механічної швидкості.
VM max=-k(dP/dt)max
Це значення Ропт постійно виводиться для візуального спостереження на індикатор Нр.В результаті зміни умов буріння або режиму буріння ,які можуть привести механічної швидкості при іншому значенні Рд,пристроєм завжди фіксується найбільше значення ΔР/Δt
При апріорно встановленому переході долота в іншу породу можливе ручне управління прристроєм,яке дозволить задати суб”єктивно новий цикл пошуку.
Одночасно з пошуком оптимальногго навантаження на долото блоком БВБН здійснюється визначення його біжучого значення,а також приведення контрольованого та оптимального значення параметрів до одного масштабу.
Вибір і остаточне встановлення оптимального осьового навантаження на долото проводиться бурильником з використанням даних цифрового індикатора Нр і найменшому відхиленню значень оптимального (рекомендованого ) ,висвітленого на індикаторі Нр і біжучого – на індикаторі Нб.
Автоматичні регулятори подачі долота
Електромашинні автоматичні регулятори подачі долота виконані за принципом слідкуючої системи із привідним двигуном і вимірювальною частиною, що живиться змінним струмом промислової частоти. Ці регулятори підтримують постійними навантаження на долото, механічну швидкість буріння і практично реалізовані в електричних регуляторах подачі долота на забій типу РПДЭ-3 при бурінні свердловин турбобуром і ротором .
Регулятор забезпечує такі режими роботи: автоматичну подачу долота на забій із заданою швидкістю і автоматичне підтримання навантаженням на долото; підйом з малою швидкістю бурової вишки при монтажі установки; підйом колони з максимальною вагою ( аварійний підйом ); короткочасне збільшення максимального навантаження при випробуваннях вишки і ліквідації прихватів .
Об'єктом регулювання є буровий інструмент ( бурильні труби + заглиблений двигун + долото ),що перебувають у зіткненні з породою. Вхідною величиною для об'єкта регулювання є швидкість подачі, а вихідною ( регульованим параметром ) - навантаження на долото, або інша залежна від нього величина, наприклад, сила струму бурового двигуна , частота обертання долота.
У встановленому режимі швидкість подачі долота повинна бути рівною швидкості проходки. Якщо швидкість подачі долота перевершує швидкість проходки, то навантаження на забій росте, що може спричинити за собою скривлення стовбура свердловини або поломку бурильних труб. Якщо ж швидкість подачі долота нижче швидкості проходки, то навантаження на забій зменшується, що призводить до зменшення швидкості проходки.
До недоліків регулятора цього типу відносяться низький коефіцієнт корисної дії,велика маса ( матеріалоємність ) і габарити цього агрегату, а також низька швидкість подачі долота.
Регулятор подачі долота РПДЭ (рис. 3) складається із силового вузла 7 ( привідний електродвигун 6 і редуктор), сполученого за допомогою ланцюгової передачі 8 із барабаном лебідки 9. В якості двигуна використаємо асинхронний двигун з короткозамкненим ротором,що,на відміну від двигуна постійного струму,є надійним та простим в експлуатації.Більш докладно схема монтажу регулятора подачі долота та використання на конкретній бурильній установці розглянута на стор.6534534
При бурінні колона бурильних труб 2 із долотом 1 через талеву систему 3 вишки 5 зв'язана з барабаном лебідки 9.
Електродвигун живиться від системи частотного керування АД,що більш докладно описана на стор.64654 і є побудованою за принципом підпорядкованого регулювання параметрів. Система включає замкнутий контур регулювання струму з регулятором РС і давачем струму якоря ДС, контур регулювання напруги з давачем напруги ДН та регулятором напруги РН та контур регулювання осьового навантаження з давачем ваги ДВ .
Для забезпечення режиму автоматичної подачі долота на забій із заданим навантаженням в систему регулювання включений замкнутий контур регулювання ваги з регулятором ваги РВ, вхід якого сполучений із виходом давача ваги UЗ.В. , а вхід зворотного зв’язку – із виходом давача ваги 4, встановленого на кінці талевого каната 3.
При бурінні режим автоматичної подачі долота на забій з підтримкою заданого навантаження на долото забезпечується регулятором ваги. Зміна зусилля на гаку при бурінні призводить до зміни сигналу на виході регулятора ваги, що являється задаючим сигналом для контуру регулювання частоти обертання. Завдяки цьому, змінюється швидкість подачі інструмента на забій, чим і забезпечується підтримка заданого навантаження на долото. При зіткненні долота з дуже міцною породою відбувається різке зменшення зусилля на гаку. Завдяки дії зворотного зв'язку від датчика ваги, сигнал на виході регулятора ваги змінюється таким чином, що електропривод піднімає інструмент до відновлення заданого навантаження на долото.
Таким чином, регулятор подачі долота типу РПДЭ, виконаний на основі системи частотно-керованого асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, зберігаючи основні експлуатаційні характеристики і принципи регулювання подачі долота на забій,що забезпечувались в системі тиристорний перетворювач-двигун постійного струму, забезпечує якісні статичні і динамічні характеристики, підвищує надійність, швидкодію системи, швидкість подачі, зменшує сумарну площу, що займає електроустаткування регулятора подачі, що особливо важливо для установок на окремих основах і на плаву.
Регулятор подачі долота типу РПДЭ можна використовувати і при бурінні свердловин електробуром при наявності спеціальної приставки активного струму й електричного пульта керування. У цьому випадку регулятор має шифр АВТ-2 (автомат ваги-струму) [12] і забезпечує такі режими роботи: режим підтримки заданого значення активної складової струму статора двигуна електробура / соsj з обмеженням осьового навантаження на долото Gд ; режим підтримки заданого значення осьового навантаження на долото Gд з обмеженням активної складової струму / соsj ; режим підтримки заданого значення активної складової струму двигуна електробура й осьового навантаження на долото; режим підтримки заданого значення швидкості подачі або підйому інструмента.
Активна складового струму статора двигуна, швидкість проходки, допустиме осьове навантаження на долото задаються бурильником із пульта керування.
Можливий і інший принцип вимірювання осьового навантаження на долото при бурінні електробуром – безпосередньо за допомогою пристрою вимірювання осьового навантаження .що розглянутий вище.
 |
Рис.3. Функціональна схема регулятора подачі долота.
Регулятор подачі долота PПДЭ-3 та його кінематична схема монтажу на буровій установці БУ5000эУ
Регулятор подачі долота на забій – невід’ємний вузол бурової лебідки, що утворює разом із нею спуско-підйомний агрегат, що відповідно до технологічного процесу проводки свердловин , за завданням бурильника може автоматично підтримувати сталість навантаження на долото або сталість подачі долота на забій.