Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Известно, что понятие алгоритма представляет собой конечный набор правил, позволяющих чисто механически решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач. В случае бурения, в частности, разведочного, такой задачей является получение наибольшей эффективности путем достижения критерия наибольшей механической скорости, наименьшей стоимости 1м. бурения и т. д. Эффективность вращательного бурения зависит от определенного соотношения частоты вращение коронки, осевой нагрузки и расхода промывочной жидкости. Следовательно, основой автоматического управления процессом разведочного бурения являются алгоритмы, отражающие зависимости управляющих параметров между собой и критерием оптимальности процесса.

На основании экспериментальных и практических результатов исследований процесс! бурения разработаны простейшие алгоритмы, содержащие эмпирические зависимости механической скорости бурения от осевой нагрузки, механической скорости бурения от частоты вращения, частоты вращения от осевой нагрузки иа забой при различной скорости бурения и др. Эти алгоритмы послужили основой для создания самонастраивающихся систем автоматического управления процессами бурения; выбирающих оптимальное сочетание параметров для достижения заданного результата бурения.

В системах автоматического управления процессом бурения регулирование параметров технологического режима с целью достижения необходимого значевия критерия оптимума часто используется зависимость

Pn-cV

где Р — осевая нагрузка; п — частоте вращения породоразрушающего инструмента; V — скорость бурения; с — коэффициент пропорциональности.

Принципиальная схема установки вращательного бурения с электронвой управляющей системой, рис. 43, включает талевый блок и кронблок с тросои. Бурильная колонна с породоразрушающим инструментом вращается ротором, который одновременно приводит в действие датчик скорости — тахометр. Усилие натяжения я неподвижном конце талевой системы воспринимается анкером с датчиком давления Подача инструмента при углубке скважины происходит за счет поворачивания барабана лебедки при его растормаживании исполнительным управляющим цилиндром!

электрическим клапаном, шток которого через тягу связан с тормозной рукояткой лебедки. Цилиндр работает при открытом элекгроклапане от источника пневматического или гидравлического давления.

Управление подачей инструмента осуществляется электронным управляющим блоком, в котором в соответствии с вышеуказанной зависимостью, перемножаются электрические значения сигналов тахометра и гидравлического датчика давления. Если напряжение, соответствующее произведению электрических сигналов, меньше заданной величины сигнала оптимальной скорости бурения, возникает разность сигналов, которая усиливается и подается в виде управляющего сигнала для открытия электроклапана. и растормаживания лебедки. Управляющий блок питается от преобразователя электроэнергии сети. Регулирование согласно схеме производится стабилизацией значения Рп / d, .соответствующего в данных условиях бурения оптимальной проходке на коронку (d — диамезр коронки).

В более общем случае система автоматического управления (САУ) процессом бурения может быть представлена блок-схемой, рис. 44, где объектом управления является сложная динамическая система буровой станок — буровой инструмент. Сна имеет три основных входных регулируемых параметра: частоту вращения инструмента п, осевую нагрузку иа забой Р и количество промывочной жидкости Q. .Кроме входных параметров; состояние объекта определяется выходными переменными параметрами; механической скоростью бурения V, потребляемой мощностью N и крутящим моментом М.

объекта определяется выходными переменными параметрами: механической скоростью бурения V, потребляемой мощностью N и крутящим моментом М

Они зависят от физико-механических свойств породы, состояния и типа породо­разрушающего инструмента, входных параметров регулирования и т. д. К возмущающим воздействиям /(t) относятся свойства породы, состояние породоразрушающего инструмента, условия бурения и т. д. Управляющая система при помощи датчиков получает информацию о значениях выходных переменных, описывающих состояние управляемого объекта в определенные моменты времени, после чего преобразует эту информацию и вырабатывает управляющие сигналы Уп, Ур , Ус. Эффективность достижения управляемым объектом цели управления характеризует показатель эффективности Е, который может достигать экстремального значения, например, максимума механической скорости или других критериев.

Встречаются случаи, когда V шах по ряду причин, обычно технических, не можег бьпь достигнута Тогда используются способы поиска и поддержания максимума скорости бурения путем преобразования неэкстремальной характеристики в экстремальную, рис.45.

Максимум механической скорости может находиться в функции одной или нескольких переменных. При одной регулируемой переменной самонастройка системы на максимум скорости бурения производится регулированием только, например, частоты вращения бурового инструмента при стабилизации других параметров. Регулирование по двум параметрам может осуществляться двумя самостоятельными оптимизаторами, регулирующими Р и п.

ФП — функциональный преобразователь; РП — регулируемый привод; ГО — гидравлический механизм подачи, ИМ — исполнительный механизм; ОР — объект регулирования; ЭР — экстремальный регулятор; ДСБ — датчик скорости бурения* v U, М, и F — сигналы связи между блоками

2) скорость бурения увеличивается с ростом осевой нагрузки и частоты вращения коронки тем интенсивнее, чем меньше прочность породы;

3) максимум механической скорости для более твердых пород достигается при (больших значениях Р и меньших значениях п, из чего следует, что частоту вращения твердосплавной коронки целесообразно регулировать обратно пропорционально, а осевуто нагрузку прямо пропорционально крепости породы.

Таким обрезом, Р можно определять как величину, пропорциональную крепости породы по максимуму механической скорости — Ушах. Для определения п используется зависимость Рп — const. Оптимальное значение Р, очевидно, можно иайти с помощью экстремального регулятора, а п — в функции V и Р по приведённой зависимости.

Поиск максимума скорости бурения по схеме регулирования происходит следующим образом. Исполнительный механизм экстремального регулятора увеличивает осевую нагрузку Р — пусть при этом увеличивается V. Сигналы от датчиков осевой нагрузки и скорости бурения ДСБ подаются на функциональный преобразователь, повышающий частоту вращения регулируемого привода. Если дальнейшее увеличение Р ие приводит к росту V, а следовательно и п (последняя увеличивается или убывает соответственно с ростом или уменьшением V ), то с некоторого значения Р, ФП снижает н, что приводит к интенсивному снижению V. Экстремальный регулятор

иа основе знака разности Д V = Утек — Vmax выдает команду исполнительному механизму (ИМ) на реверс и Р уменьшается. Таким образом, для породы определенной категории найдено максимальное значение V из условия оптимальности процесса. Такая САУ процессом вращательного бурения может быть использована ие только для твердосплавного бурения, но и. для других способов.

Комментарии запрещены.