Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

бЛ. Наземные регуляторы подачи бурового инструмента на забой

Наземные регуляторы подачи условно можно разделить на две подгруппы: первые предназначены для управления свободной подачей с лебедки станков и установок, главным образом, глубокого бурения, вторые — для управления гидравлической подачей шпинделя буровых стаиков.

Кроме того, по виду действия различают активные и пассивные регуляторы. Первые включают достаточно мощные электроприводы, обеспечивающие не только подачу тяжелого бурового инструмента вниз, но и его приподъем — реверс. Вторые производят только подачу, используя вес бурильной колонны.

Рис.48 Автоматический регулятор подачи долота РПДЭ-3 1 — станция управления; 2 — силовой узел с двигателем; 3 — мотор-генератор; 4 — лебедка; 5- датчик веса; 6 — пульт.

В комплект оборудования буровых установок для глубокого бурения грузоподъемностью от 600 до 2000 кН входит автоматический регулятор пещачи долота РПДЭ-3, рис.48. В зависимости от оснастки талевой системы и передаточного числа редуктора он производит подачу со скоростями от 45 до 90 м/ч и обеспечивает точность стабилизации осевой нагрузки иа долото до ±10 кН. Приводом подачи регулятора является двигатель посто-яниого тока мощностью 25-42 кВт, питающийся от электромашиииого прео-бразователя с генератором постоянного тока мощностью 27-50 кВт и приводным трехфазным двигателем переменного тока мощностью 28-55 кВт.

Величина и знак напряжения на клеммах питающего генератора меняются в зависимости от сигнала электрического датчика ДВР-2Б, поступающего через трехфазные магнитные усилители с обратной связью в обмотки возбуждения генератора.

Датчик устанавливают на неподвижном конце талевой системы. Натяжение конца троса передается на пластинчатую рессору, которая прогибаясь, поворачивает ротор передающего сельсина датчика, что вызывает поворот ротора приемного сельсина и изменение электрического сигнала. Таким образом, электросхема РПДЭ-3 позволяет осуществлять подачу и приподъем инструмента в зависимости от осевой нагрузки на забой. При необходимости датчик может быть отключен и РПДЭ-3 установлен на определенную, выбранную бурильщиком, скорость подачи или подъема (например, при разбуривании или проработке ствола скважины).

Недостатком автоматов типа РПДЭ-3 является их большая масса (2,5-3 т), мощность и громоздкость конструкции, что объясняется наличием реверса подачи. Как показал опыт эксплуатации этих и подобных им активных устройств, реверс подачи практически почти не нужен, а иногда, вследствие рассогласования действий в системе автомат — бурильная колонна — турбобур, даже бесполезен.

Ряс.49. Кинематическая схема дифференциального редуктора

1 — звёздочка; 2 и 12 — зубчатая передача; 3 и 11- шестерни;

4 и 6- конические шестерни; 5 и 10-сателлигы; 7-водило;

8 и 9-зубчатые колёса.

К типу активных регуляторов подачи долота относится также буровой автоматический регулятор БАР, эффективно используемый при глубинах бурения до 3000-3500м. Его основой является дифференциальный редуктор. Принцип действия дифференциального редуктора, рис.49, заключается в следующем. Коническая шестерня 4 вращается с постоянной скоростью от асинхронного двигателя А через шестерни 3 и 4, а шестерня 6 в противоположную сторону от двигателя постоянного тока Д через зубчатые колеса. Двигатель Д питается от генератора постоянного тока Г, установленногб на одном валу с асинхронным двигателем А.

‘ПОВ

Рис.50. Принципиальная схема стабилизатора веса СВМ

1- пневмоцилнндр, 2- механизм образной связи; 3- электроконтактный манометр

Конические шестерни связаны между собой сателлитами, вращающимися в цапфах водила, которое связано с зубчатой передачей и со звездочкой, соединенной цепной передачей с валом лебедки. При одинаковой частоте вращения конических шестерен водило, а вместе с ним и звездочка остаются неподвижными. Если шестерня 6 вращается медленнее или быстрее шестерни 4, водило и звездочка поворачиваются в ту или другую сторону, осуществляя подачу или приподъём инструмента. Изменение частоты вращения шестерки б осуществляется путём воздействия на цепь возбуждении машин постоянного тока Г и Д, зависящего от сигнала датчика осевой нагрузки или сопротивления в цепи; установленного бурильщиком.

Автомат подачи долота типа СВМ относится к пассивным регуляторам, использующим тормозную, систему лебедки, рис.50. Устройство, предназначенное для автоматической подачи бурильного инструмента прн турбинном и роторном способах бурения, поддерживает постоянную величину заданной осевой нагрузки на долото. Автомат СВМ состоит из трех основных узлов: исполнительного пневматического пружинно — поршневого механизма подачи, соединённого с рукояткой ленточного тормоза буровой лебедки; пульта уравнения и механизма обратной связи по скорости подачи. На пульте установлен электроконтактный манометр ЭКМ, связанный гидравлически с трансформатором давления на неподвижном конце каната. При уменьшении осевой нагрузки ниже заданной стрелка манометра замыкает соответствующие контакты электросхемы и в цепь соленоидов, сначала аварийного, а затем рабочего электроклапанов, подается ток. Клапаны открываются и пропускают сжатый воздух в цнлнндр исполнительного механизма. Поршень, сжимая пружину, приподнимает тормозную рукоятку, растормаживая барабан лебедки. Поворачиваясь, барабан вращает тахогенератор механизма обратной связи. Возникает сигнал встречный по напряжению с источником питания реле включения соленоида рабочего клапана. Когда напряжения сигнала и питания сравняются, реле выключается, рабочий клапан закрывается и барабан лебедки затормаживается. С этого момента, вращение тахогенератора замедляется, напряжение сигнала уменьшается, реле снова включает цепь соленоида рабочего клапана ит. д

Подача бурового снаряда осуществляется импульсами до тех пор, пока вес инструмента не сравняется с заданной нагрузкой на забой. В случае превышения осевой нагрузки на 30-50 кН стрелка ЭКМ замыкает контакты, выключающие реле соленоида аварийного клапана. При этом выключаются одновременно оба клапана. Электросхема СВМ обеспечивает также прекращение подачи при обрыве цепи тахогенератора или превышении заданной скорости подачи. К преимуществам автомата типа СВМ относят простоту его конструкции, компактность, отсутствие дополнительных потребителей энергии.

Используются и другие автоматы подачи долота для глубокого бурения, принципиально подобные СВМ, но отличающиеся от последнего видом обратной связи. Так, автомат подачи типа АСВ имеет дополнительную гидравлическую обратную связь по скорости подачи с целью компенсации нелинейности коэффициента трения тормоз ной системы лебедки при переменных скоростях подачи и улучшения равномерности подачи бурильного инструмента. Применяется автомат подачи по сигналам гидротурботахометра (ГТН), как обратной связи скорости подачи с частотой вращения турбобура, передаваемых от забойного датчика на пульт сравнения н управления лебедкой. Известна также автоматическая система регулирования подачи по гидравлическим характеристикам турбины, т. е. зависимости перепада давления на турбобуре от скорости его вращения. В этом случае сигналом обратной связи является изменение давления рабочей жидкости в стояке, Были попытки использовать в качестве регулятора подачи порошковый электромагнитный тормоз, который обычно служит как вспомогательный. Прн этом бурильщик по показаниям гидравлического индикатора веса (ГИВ) выбирает и устанавливает такой ток возбуждения электромагнитной муфты тормоза, при котором тормозной момент обеспечит плавную подачу инструмента и постоянную осевую нагрузку на забой с точностью ±10 кН.

Проведены работы по созданию автоматических систем поддержания VMex — max (механическая скорость бурения) при сравнительно небольших глубинах бурения (до 2000-2500 м). Суть таких устройств для оперативного управления процессом бурения

ротором, турбобуром и электробуром состоит в непрерывном контроле VMex Л, Р и момента вращения М, в результате чего бурильщик получает сведения о величине осевой нагрузки, Рэф для поддержания оптимального режима необходимости повторения поиска эффективной нагрузки на долото, полном износе долота по вооружению или опоре, требующем его замены. К таким устройствам относится СКУ-3, позволяющее находить, Рэф для VHex=raax по наибольшему значению dP/dt, постепенно уменьшаявозможноеРща*

К такому же типу относится автомат-оптимизатор АОГЩ, отличающийся от предыдущего устройства-советчика тем, что он самостоятельно, с помощью электромеханического регулятора подачи, автоматически отыскивает режим, соответствующий заданному критерию и его поддерживает

Указанные устройства разработаны в основном для турбинного способа бурения и действия по критерию vMex=max, эффективному только для бурения неглубоких скважин.

Для скважин различной глубины, включая сверхглубокие, создана компьютизи- рованная станция контроля и автоматической оптимизации процесса бурения (САОБ) роторным и турбинным способами. Она позволяет автоматически контролирован) процесс бурения, выбирать его оптимальный режим, диагностировать технологические осложне­ния, давать геологическую оценку вскрываемых пластов и регистрировать необходимую информацию. САОБ включает вычислительный комплекс, принимающий до 32 входных сигналов от датчиков буровой установки н выдающий 156 выходных сигналов в режиме автоматически контролируемых параметров. Весь комплекс состоит из рабочего и бытового модулей. Размер каждого модуля 6×8 м, масса не превышает 5 т.

Для станков геологоразведочного бурения со свободной подачей разработаны и применя-ются устройства подачи пассивного действия, использующие тормозную систему лебедки. Согласно функциональной блок-схеме частотно-импульсной системе ааторегулнрования с электрогидравлическим клапаном, рис. 51, от датчика на элемент сравнения сигнала поступает текущая информация о величине осевой нагрузки.

Рис.51. Функциональная блок-схема частотно-импульсной системы автоматического регулирования осевой нагрузки с электро-гидравлическим клапаном

1-датчик; 2 — элемент сравнения; 3-буровая лебёдка; 4-

гидроцилиндр; 5-электромагнит; 6- электромагнитный

регулятор; 7-маслонасос, Р, ял, Дтек и Р„,р — осевая нагрузка — заданная, текущая и максимальная ограничивающая

Сигнал рассогласования &Р=Р, гя — РПк передается на вход частотно-

импульсного модулятора (ЧИМ), где преобразуется в последовательность импульсов, период следования которых меняется с изменением величины сигнала рассогласования. Каждый импульс этой последовательности является управляющим и поступает на катушку электромагнитного регулятора в нагнетательной магистрали пнтаиия гвдроцнлиидра тормоза лебедки. При отсутствии управляющего импульса масло, нагнетаемое маслонасосом, поступает через сливное отверстие электромагнитного регулятора обратно в масляный бак, а тормоз буровой лебедки замыкается пружиной, расположенной в гидроцилиндре. С поступлением управляющего импульса слив масла прекращается и оно подается под поршень гидроцилиндра — лебедка растормаживается и снаряд начинает перемещаться. Практика показала, что подачу удобнее регулировать изменением частоты импульсов при их минимальной длительности.

Подача инструмента осуществляется до момента, когда сигнал рассогласования достигнет порога нечувствительности. При этом частота следования импульсов уменьшается с уменьшением величины сигнала, чем достигается обратно

пропорциональная связь подачи с осевой нагрузкой. При отсутствии сигнала на входе ЧИМ все масло идет на слив и лебедка остаётся заторможенной.

Аварийная защита системы АЗ представляет собой нуль-орган. При достижении осевой нагрузкой величины, при которой Руек= Р0гр аварийная защита срабатывает, закорачивая катушку электромагнита. Канал слнва открывается и лебедка затормаживается.

Кроме импульсной системы подачи разработана система авторегулирования осевой нагрузки с непрерывной подачей, в которой в качестве исполнительного двигателя применен шаговый. Он по импульсным сигналам управляет подачей масла в гидроцилнндр.

При бурении со свободной подачей станками ЗИФ — 1200МР применяется автоматический регулятор подачи АРП, предназначенный для плавного регулирования осевой нагрузки на забой в зависимости от физических свойств буримых горных пород Авторегулирование основано на алгоритме

Ръш^Р» + kv

где /’„.д-заданное значение осевой нагрузки, соответствующее нулевой скорости подачи; /’„-действующая осевая нагрузка; к — коэффициент пропорциональности; V — скоростъ подачи бурового инструмента.

Рис. 52. Блок-схема регулятора БР-1

АРП также позволяет, визуально контролировать н регистрировать на суточной диаграмме осевую нагрузку, нагрузку на крюке при СПО и контролировать скорость подачи бурового инстр>ме(па. Принцип действия регулятора АРП заключается в следующем. Сигналы от датчиков осевой нагрузки и скорости бурения подаются одновременно на вход измернтельно-задающего блока, где суммируются согласно приведённой

Рис.53. Рабочие характеристики регулятора БР-1

зависимости и сравниваются с ЯЭ(1Л. Разность сигналов управляет работой двигателя исполнительного механизма, растормаживающего иди затормаживающего барабан лебедки станка, изменяя осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент. Аналогично действует и буровой регулятор БР-1, рнс.52, устанавливаемый на

шпиндельные станки с гидравлической подачей. Для настройки регулятора подбирается определённое значение к, равное тангенсу угла одной из экспериментальных прямых, рис.53, соответствующих данному типу горных пород в заданном интервале бурения. Каналом передачи сигнала от регулятора к исполнительному механизму является

гидравлическая система подачи шпинделя бурового станка.

Комментарии запрещены.