Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В Андижанском СПКБ был создан комплекс приборов Б-7 (рис. 52). Он состоит из комплекта первичных преобразовате­лей (датчиков) измеряемых физических величин в соответству­ющие сигналы, воспроизводимые показывающими и регистриру­ющими приборами а; пульта показывающих приборов б для бу­рильщика и многоканального регистратора в.

Комплекс Б-7 позволяет контролировать и регистрировать следующие технологические параметры бурения: нагрузку на крюк (долото) G; частоту вращения ротора лр; крутящий мо­мент на роторе давление на выкиде буровых насосов р; чис­ло ходов поршней буровых насосов в минуту пн, пн2; крутящий момент на механическом ключе при свинчивании (развинчива­нии) труб над устьем AfK; подачу бурового инструмента h.

Комплекс Б-7 представляет собой сочетание отдельных кана­лов измерения технологических параметров бурения. Каждый канал включает первичный преобразователь (датчик), показы-

Рис. 52. Структурная схема комплекса приборов контроля и регистрации тех­нологических параметров бурения типа Б-7

вающий (регистрирующий) прибор и соединительную линию. Поскольку каждый канал измерения — самостоятельное функ­циональное устройство, можно осуществить любое сочетание из семи приборов для различных буровых установок и условий бу­рения. Рассмотрим устройство, принцип действия и технические характеристики отдельных составных частей (каналов измере­ния) комплекса Б-7.

Измеритель нагрузки ГИВ-М на крюк (долото) буровой установки состоит из датчика, показывающего прибора и соеди­нительного шланга высокого давления. Датчик устанавливают на рычаге устройства для крепления неподвижной ветви тале­вого каната. Он воспринимает нагрузку, пропорциональную си­ле растяжения каната, т. е. нагрузке, действующей на крюк бу­ровой установки. Датчик имеет гидравлическую камеру давле­ния, образованную металлическим диском определенного про­филя и гибкой диафрагмой (мембраной) высокого давления. Диафрагма выполнена из маслобензостойкой резины и армиро­вана слоем прочной сетки, сотканной из капроновых лент.

Под действием нагрузки на неподвижную ветвь талевого ка­ната в камере, заполненной специальной жидкостью (масло ПМС-30), возникает давление, пропорциональное нагрузке на крюк, которое передается по эластичному шлангу высокого дав­ления на показывающий прибор. У соединительного шланга на концах помещены самоуплотняющиеся разъемы, предотвраща­ющие утечки жидкости при сборке-разборке.

Показывающий прибор представляет собой двухстрелочный манометр. Маленькая стрелка и две внутренние шкалы предна­значены для отсчета полной нагрузки на крюк, большая стрелка и две внешние шкалы — для отсчета разгрузки бурильной колон­ны на забой, т. е. косвенно — нагрузки на долото. Внешние шка­лы выполнены вращающимися с помощью ручки для установки «нуля» нагрузки на долото, когда оно находится над забоем и на крюк действует полный вес бурильной колонны. При раз­грузке инструмента на забое по внешним шкалам можно отсчи­тывать ее величину, т. е. определять нагрузку на долото.

Каждая стрелка механизма приводится во вращение от соб­ственной трубки Бурдона. Последняя работает на большую стрелку и в 6 раз чувствительнее трубки, работающей на малую стрелку. Парные шкалы предусмотрены для разных оснасток та­левых систем.

Измеритель давления на нагнетательной линии буровых насо­сов ГИД-1 состоит из датчика давления, показывающего прибо­ра, соединительного шланга и запорного вентиля. Датчик уста­навливают на напорном трубопроводе буровых насосов с по­мощью патрубка, приваренного к трубопроводу, и быстросъем­ного соединения. Датчик выполняет функцию разделителя сред бурового раствора в напорном трубопроводе и специальной жидкости в гидросистеме измерителя, а также гасителя пульса­ций (демпфера). Для этого под наружным кожухом датчика устанавливают деформируемую манжету (диафрагму) в форме стакана. Внутренняя поверхность диафрагмы соприкасается с буровым раствором, внешняя —со специальной жидкостью, за­полняющей гидросистему измерителя.

Для сглаживания пульсаций давления внутри датчика есть перегородка с отверстием малого диаметра (дросселем), через которое полость над диафрагмой сообщается с полостью, к ко­торой подключен шланг. При наличии давления в напорном трубопроводе диафрагма растягивается и вытесняет жидкость через дроссельное отверстие в верхнюю полость, в шланг и в трубку Бурдона показывающего прибора. При падении давле­ния жидкость через дроссельное отверстие перетекает в обрат­ном направлении, а диафрагма сжимается. Таким образом, при наличии пульсаций давления в напорном трубопроводе возника­ет пульсирующее перетекание жидкости через дроссель в пря­мом и обратном направлениях, a TaiK :как дроссель оказывает гидравлическое сопротивление перетеканию жидкости, пульса­ция давления сглаживается. Соединительный шланг рассчитан на высокое давление и имеет на концах самоуплотняющиеся разъемы, предотвращающие утечку жидкости при отсоединении его от датчика или манометра.

В качестве показывающего прибора используют стандартный манометр с небольшой переделкой, заключающейся в усилении внешнего корпуса и заполнении полости манометра жидкостью, которая защищает механизм манометра от влаги и служит до­полнительным демпфером для сглаживания пульсации.

В конструкции измерителя ГИД-1 предусмотрено устройство для подключения еще двух потребителей информации — регист­ратора и гидроэлектрического преобразователя для формиро­вания электрического сигнала в систему передачи данных.

Измеритель частоты вращения ротора типа ИСР-1 представ­ляет собой обычный электрический тахометр и состоит из дат­чика прибора (использован серийно выпускаемый вольтметр), соединительного электрического кабеля и клеммной коробки. Вращение от быстроходного вала ротора к тахогенератору пе­редается с помощью клиноременной передачи. На торце вала ротора буровой установки крепят один шкив, а с валом тахоге — нератора соединяют другой. Вращение первого шкива переда­ется второму через ремень. При таком присоединении напряже­ние, вырабатываемое тахогенератором, будет прямо пропорцио­нально частоте вращения ротора. Это напряжение измеряют вольтметром, отградуированным в единицах частоты вращения ротора.

Тахогенератор устанавливают на станине и защищают кожу­хом от повреждений и попадания влаги и грязи. В коробке предусмотрены клеммы для подключения других потребителей информации.

Индикатор крутящего момента ГИМ-1 используется для оп­ределения момента на роторе буровой установки. По характеру его изменения можно судить о состоянии породоразрушающего инструмента (долота) и положении бурильной колонны в сква­жине. Дело в том, что в буровой практике наиболее часто воз­никает износ опор долот, что приводит к заклиниванию шаро­шек, слому опор и оставлению шарошек на за(бое. В момент за­клинивания шарошек крутящий момент при вращении буриль­ной колонны начинает резко колебаться вокруг среднего значе­ния, т. е. резко возрастает его дисперсия. Кроме того, развива­ющийся прихват бурильной колонны в скважине сопровожда­ется увеличением среднего значения крутящего момента.

ГИМ-1 назван индикатором, потому что он измеряет не ис­тинную величину крутящего момента на роторе, а силу, возни­кающую в ведущей ветви цепной передачи ротора и косвенно связанную с крутящим моментом. Он состоит из преобразовате­ля (датчика) силы, действующей в ведущей ветви приводной цепи ротора, рычага с рабочим колесом, показывающего при­бора, соединительного шланга и демпфера.

Датчик индикатора монтируется на буровой установке таким образом, чтобы ведущая (нижняя) ветвь цепного привода рото­ра в месте соприкосновения с рабочим колесом датчика меняла направление движения. При работе вертикальная составляющая параллелограмма сил действует через рычаг на гидравлический преобразователь плунжерного типа. Измерительная полость дат­чика соединяется с показывающим прибором шлангом высокого давления с быстросъемными самоуплотняющимися разъемами на концах.

Обод рабочего колеса имеет специальный профиль под двух­рядную цепь и выполнен из твердой маслобензостойкой резины. В качестве показывающего прибора использован серийный ма­нометр с некоторой модернизацией: усилен корпус, шкала при­бора может вращаться с помощью специальной ручки, полость манометра заполнена специальной жидкостью для защиты его механизмов от влаги и сглаживания пульсаций измеряемой ве­личины.

Шкала прибора отградуирована в условных единицах и выполнена вращающейся для установки ее на «нуль» при враще­нии бурильной колонны вхолостую, т. е. когда долото находится над забоем. Этим условно компенсируется крутящий момент, связанный с трением колонны о стенки скважины. Когда же до­лото нагружается, индикатор отражает изменение крутящего момента на долоте.

В конструкции индикатора ГИМ-1, так же как и в описан­ных выше приборах, предусмотрено устройство, обеспечивающее

подключение регистратора и гидроэлектрического преобразова­ли для передачи информации в систему телеобработки данных.

В комплексе приборов Б-7 контроль расхода раствора, зака­чиваемого в скважину, осуществляется по косвенному показате­лю— числу ходов поршня бурового насоса в единицу времени. При этом имеется в виду, что геометрические размеры цилинд­ров бурового насоса и величина хода поршня известны, а коэф­фициент наполнения стабилен.

На практике коэффициент наполнения буровых насосов, за­висящий от множества факторов (свойства бурового раствора, техническое состояние насоса и др.), может колебаться в широ­ких пределах, поэтому путем измерения числа ходов поршня насосов нельзя гарантировать контроль расхода раствора с оп­ределенной точностью.

В комплекте Б-7 число ходов поршня бурового насоса заме­ряют с помощью прибора ИХН-1, который по принципу дейст­вия и составу идентичен описанному выше измерителю частоты вращения ротора ИСР-1.

Обсадные трубы над устьем скважины свинчивают с помо­щью механических ключей, создавая определенный крутящий момент (натяг резьбы). При этом, с одной стороны, обеспечива­ется герметичное соединение резьб, с другой стороны, предот­вращается их поломка. Эти требования надо соблюдать и в слу­чае свинчивания и развинчивания бурильных труб.

Для контроля крутящего момента на механическом ключе в комплекс Б-7 включен прибор ГМК-1 (см. рис. 21). При свинчи­вании (развинчивании) труб сила, возникающая в удерживаю­щем канате, полностью передается на датчик плунжерного типа; в измерительной камере возникает давление, пропорциональное силе, и по шлангу передается на показывающий прибор — мано­метр с трубкой Бурдона. Шкала прибора отградуирована в еди­ницах силы; по существу, ГМК-1 представляет собой измери­тель силы, действующей на рукоятку ключа.

Многоканальный регистратор Р-7 служит для одновременной синхронной записи всех указанных технологических парметров на одной ленточной диаграмме. Основные узлы регистратора (рис. 53) следующие: барабан 1, несущий ленточную диаграм­му 2; пишущие элементы 3 чувствительные элементы, на кото­рые подаются измеряемые сигналы; часовой механизм для при­вода барабана; устройства для подключения соединительных ли­ний от датчиков; корпус с изогнутой крышкой 4.

Гидравлические сигналы по шлангам высокого давления от датчиков нагрузки на крюк, давления в нагнетательной линии насосов, крутящего момента на роторе и на механическом клю­че через устройства присоединения поступают на чувствитель­ные элементы регистратора. В качестве последних используют трубки Бурдона, плоскости которых расположены горизонталь-

но, а к их концам через рычажные механизмы присоединяют пи­шущие элементы.

При наличии давления в гидравлических линиях концы труб­ки Бурдона перемещаются, а пишущие элементы отклоняются от нулевого положения на величину, пропорциональную давлению, т. е. измеряемой физической величине.

Электрические сигналы от датчиков частоты вращения рото­ра и числа ходов поршня бурового насоса подаются на чувстви­тельные элементы, представляющие собой малогабаритные электронные потенциометры с бесконтактным реохордом. В схе­ме потенциометра имеется электродвигатель, который отрабаты­вает компенсацию измеряемого и эталонного напряжения. Вал этого электродвигателя через рычажное устройство соединяется с пишущим элементом. Рычажные устройства и пишущие эле­менты унифицированы для всех каналов записи регистратора. Всего в регистраторе восемь пишущих элементов.

Диаграммная бумага накручивается на барабан одним вит­ком. Часовой механизм с пружинным приводом вращает бара­бан, диаметр которого 196 мм, поэтому длина всей записи за один оборот барабана составляет 610 мм. Следует особо отме­тить способ записи параметров на диаграмме, применяемой в регистраторе Р-7. Во всех регистрирующих приборах, используе­мых в бурении и эксплуатирующихся в тяжелых условиях, за­пись на ленту параметров бурения чернилами имеет существен­ные недостатки. В процессе эксплуатации на буровых в разных климатических условиях часто наблюдаются высыхание чернил, их перелив (смазывание записи), порывы диаграммы пером и т. д.

Авторы разработки регистратора нашли способ записи без чернил, применяющийся для записи на диаграмму скорости и движения локомотива и заключающийся в использовании бума­ги с нанесенным на нее специальным слоем, на котором остается след при нажатии латунным или медным стержнем. Испытания этого способа были проведены в диапазоне температуры от —50 до + 50 °С и показали хорошие результаты.

Диаграммная лента имеет ширину 420 мм, на ней нанесена координатная сетка с дугообразной координатой для регистри­руемой физической величины и линейной — для оси времени. Для каждого параметра предусмотрена своя полоса: для нагруз­ки на крюк ширина диаграммы равна 80 мм, для отметок еди­ничных интервалов проходки — 20 мм, для остальных парамет­ров— по 40 мм.

С регистратором Р-7 совмещен измеритель проходки (подачи инструмента) ИП-1. Проходку замеряют путем фиксации на лен­те регистратора Р-7 единичных интервалов в 10 см. Для этого в измерителе проходки предусмотрены следующие устройства (рис. 54). К корпусу вертлюга 1 буровой установки присоединя­ют измерительный тросик 3, который перебрасывают через ро­лик 2, установленный на фонаре буровой. Далее трос проходит через измерительное устройство 4 регистратора 5 и наматывает­ся на барабан 6. Последний обеспечивает соответствующее на­тяжение тросика при любых положениях талевого блока и верт­люга в фонаре вышки.

При механическом бурении вертлюг 1 поступательно движет­ся вниз, увлекая за собой тросик 3, что приводит в действие изме­рительное устройство 4, которое связано с пишущим элементом регистратора 5 таким образом, что через каждые 10 см проход­ки на диаграмме делаются отметки в виде короткого поперечно­го штриха, а через каждый метр — в виде более длинного штри­ха. Кроме того, перемещение тросика передается на механиче­ский счетчик, фиксирующий интервал проходки.

Все показывающие приборы комплекса Б-7 смонтированы на пульте (рис. 55), который устанавливается перед бурильщиком и обеспечивает его необходимой информацией для правильного ведения технологических процессов бурения. В металлическом шкафу 10 напольного исполнения смонтированы показывающие приборы измерителей: нагрузки на крюк и на долото: 1 — числа ходов поршня одного насоса в 1 мин; 2 — частоты вращения ро­тора; 3 — крутящего момента на механическом ключе 5; крутя­щего момента на роторе 7, давления на выкиде насосов 5; числа ходов поршня второго насоса в 1 мин 9. Рукоятка 4 служит для включения в работу измерителя подачи инструмента при меха­ническом бурении. На передней панели пульта установлены так-

Рис. 54. Схема измерения проход — Рис. 55. Общий вид пульта, на кото-

ки с помощью прибора ИП-1 ром смонтированы показывающие при­

боры комплекса Б-7

же запорные вентили 6 соответствующих гидравлических изме­рителей.

Внутри шкафа монтируют трубопроводы, гидравлические со­единительные устройства, электрические клеммные коробки. Кроме того, для выдачи сигналов в системы телеобработки дан­ных в шкафу предусмотрена установка гидроэлектрических пре­образователей. Свободное место слева от показывающего прибо­ра предназначено для установки пульта управления автоматиче­ским регулятором нагрузки на долото (автоматом подачи до­лота).

Дополнительные характеристики приборов, входящих в комплекс Б-7

Прибор………………………………. ГИВ-М……….. ГИД-1 ИСР-1 ГИМ-1

Температура окружаю­щей среды, °С. . . . —50ч—(-50 —504+50 —-50-4+50 —504 + 50 Габариты, мм:

датчика………………….. 362Х280Х 200х180х 132х130х 585×380:’

Х280 X125 Х130 Х170

показывающего при­бора 432X Ю5Х 210X67X57 — 194x223x66

Х977

Масса, кг:

датчика……………………………. 40 8,9 5 53,5

показывающего при­бора 9 3,2 2,7 9

Прибор………………………………. ИХН-1 ИП-1 ГМК-1 Р-7

Температура окружаю­щей среды, °С. . . . —40-+50 —50-Г-+50 _50-f-+50 —50-^+50

Габариты, мм:

датчика………………………. 132Х130Х — 460Х129Х 660X565 X

TOC o "1-5" h z Х130 X150 Х515

показывающего при­бора 246ХН2Х — 217Х72Х —

Х87 X194

Масса, кг:

датчика……………………………. 5………………… — 12 48

показывающего при­бора…… 7………………… — 8 —

Один комментарий на “КОМПЛЕКС ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ И РЕГИСТРАЦИИ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ ТИПА Б-7”