книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

По принципу действия схема автоматизации процесса бурения (рис. 102) представляет собой астатический регулятор непрерывного действия, созданный на базе аппаратуры ИРБ и исполнительного механизма бурового регулятора БР-1.

В состав схемы входят: датчики Д Д , ДМ, ДС, ДР, показыва­ ющие приборы типа ПКР; задатчики, электронные усилители, ис­ полнительные механизмы.

С изменением физико-механических свойств разбуриваемой по­ роды на шпинделе станка меняется крутящий момент.

Измерение крутящего момента производится датчиком 9 и Изме­ рительным прибором 13.

При взвешивании бурового снаряда одновременно определяется

и«запоминается» составляющая крутящего момента холостого хода.

Вдальнейшем, при измерении осевой нагрузки, измеряют составля­ ющую крутящего момента, возникающую при разрушении породы. С дублирующего потенциометра прибора ПКР11 сигнал, про­ порциональный значению крутящего момента, поступает на уси­

Величина сигнала задатчика устанавливается бурильщиком с уче­ том физико-механических свойств разбуриваемых пород и заданного числа оборотов. Исполнительный механизм 22 регулирования осевой нагрузки изменяет подачу масла в гидроцилиндры до тех пор, пока величины сигналов задатчика и дублирующего потенциометра не сравняются.

Система регулирования расхода промывочной жидкости работает аналогично. Сигнал с электромагнитного датчика 10 расхода про­ мывочной жидкости типа ДР поступает на показывающий прибор, ПКР11. С дублирующего потенциометра этого прибора сигнал, пропорциональный расходу промывочной жидкости, поступает на вход усилителя 19. Сюда же поступают сигналы от задатчика расхода промывочной жидкости и дублирующего потенциометра прибора для измерения осевой нагрузки ПКР21. Усиленное результирующее напряжение этих сигналов воздействует на исполнительный меха­ низм управления расходом промывочной жидкости. Этот механизм работает до тех пор, пока в скважину не станет поступать количество промывочной жидкости в соответствии с положением задатчика, а также с учетом осевой нагрузки и крутящего момента.

Как уже отмечалось, в приведенной схеме предусмотрены противоаварийные связи между системами. Так, в случае прихвата бурового снаряда шламом, когда крутящий момент растет и снижение осевой нагрузки этого роста не останавливает, происходит увеличение по­ дачи промывочной жидкости.

При достижении крутящим моментом критического значения срабатывает контакт уставки на ПКР11, воздействующий на реле отключения, и электродвигатель обесточивается.

189

Недостатком указанной системы автоматического регулирования являются ее ограниченные возможности. Так, ею не учитывается мгновенная механическая скорость, являющаяся функцией многих переменных; отсутствует автоматическое изменение числа оборотов в зависимости от крутящего момента и т. д.

Для автоматизации процесса бурения более целесообразной следует считать самонастраивающуюся систему регулирования, обеспечивающую отыскание и поддержание наиболее выгодной про­ граммы. Одним из видов самонастраивающейся системы является система с экстремальным регулятором.

Впервые экстремальный регулятор был применен на станке ВИТР-1200. Благодаря этому регулятору осуществлялись поиск и поддержание оптимального режима бурения, обеспечивающего максимальную скорость проходки.

Рис. 103. Структурная схема экстре­ мального регулятора:

С изменением условий бурения (смена пород, затупление резцов коронок и т. д.) регулятор отыскивал и затем поддерживал новые параметры режима бурения.

В сочетании с экстремальным регулятором в станке ВИТР-1200 был применен комплексный турботрансформатор, позволяющий осуществлять бесступенчатое регулирование числа оборотов в зави­ симости от крутящего момента.

Структурная схема экстремального регулятора процесса бурения показана на рис. 103. Датчик скорости проходки ДС преобразует скорость перемещения направляющего штока (шпинделя) в электри­ ческие импульсы. Частота импульсов пропорциональна скорости движения штока и скорости бурения. Импульсы от датчика поступают в измерительное устройство ИУ, в котором они измеряются, «запоми­ наются» и сравниваются с предыдущими. Результат сравнения им­ пульсов (скоростей бурения) подается в логический элемент ЛЭ, который в зависимости от увеличения или уменьшения скорости бу­ рения дает соответствующую команду в выходное устройство ВУ.

Врезультате происходят изменения осевой нагрузки, числа оборотов

икрутящего момента. Система также имеет устройство, предупре­

ждающее повышение осевой нагрузки до таких значений, при кото­ рых возможна поломка бурильных труб.

Последовательную работу элементов системы в цикле и повторе­ ние циклов обеспечивает устройство ЦУ.

191

Г л а в а И

ОСНОВНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

ВРОТОРНОМ БУРЕНИИ

§1. АВТОМАТИЗАЦИЯ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Из всех работ, связанных с бурением скважины, наиболее трудо­ емкими являются спуск и подъем бурильных труб. В зависимости от глубины скважины и крепости буримых пород на выполнение этих работ может расходоваться от 25 до 50% производительного времени.

При спуске и подъеме бурового снаряда многократно выпол­ няются однотипные операции (захват, освобождение, свинчивание, развинчивание, спуск, подъем), требующие большого физического напряжения.

Следовательно, из-за большого количества однотипных операций (при глубоких скважинах достигающих нескольких десятков ты­ сяч), спуско-подъемные операции в первую очередь представляется целесообразным и возможным комплексно механизировать и авто­ матизировать.

Для этого институтом Гипронефтемаш были разработаны ком­ плексы АСП, предназначаемые для комплексной механизации спу­ ско-подъемных операций на глубоком бурении. Для буровых уста­ новок БУ-125 выпущен комплекс АСП-Ш, а для установок БУ-300 — комплекс АСП-V. Существенных отличий в принципе действия этих комплексов нет. Комплекс АСП-Ш позволяет вести работу со све­ чами 24 м на глубину до 4000 м, а комплект АСП-V соответственно

36 и 8000 м.

Наличие комплексов АСП в составе буровых установок позво­ ляет:

совмещать во времени спуск и подъем свечей бурильных труб и ненагруженного элеватора с установкой свечи на подсвечник и ее

вынос; механизировать свинчивание и развинчивание свечей;

механизировать установку свечей на подсвечник и вынос их к центру скважины;

механизировать наращивание бурильных труб; автоматизировать захват и освобождение бурильных труб эле­

ватором; механизировать смазку резьб замковых соединений.

Комплексная установка АСП-Ш

Механизмы, входящие в состав АСП-Ш, размещаются на раме кронблока, металлоконструкциях вышки и на основании (рис. 104).

Около шестого пояса вышки на специальном балконе укреплены направляющие швеллера, но которым параллельно передней панели

192

9 8

12 13 /4 15

Рис. 104. Основные узлы и механизмы установки АСП-1П:

О

со

перемещается тележка. Ее ход вправо и влево от оси скважины со­ ставляет 2,2 м.

На тележке размещены ее привод и выдвижная стрела с приводом. В передней части стрелы крепится механизм захвата свечи, способ­ ный помимо перемещений в горизонтальной плоскости подниматься или опускаться на высоту до 0,8 м. Выполняется это посредством каната, пропущенного через вспомогательный ролик кронблока. Один конец каната крепится к свечезахватному механизму, а вто­ рой — к штоку пневмоцилиндра подъема свечи. Благодаря такому устройству, во время выноса или постановки свечи на подсвечник ее вес на стрелу не действует. В исходном положении стрела за­ двинута в тележку, а механизм захвата находится на оси скважины.

В процессе захвата свечи стрела выдвигается до тех пор, пока свечезахватный механизм не будет прижат к свече с определенным усилием. Захват и освобождение свечи производятся автоматически клиньями свечезахватного механизма при натяжении или ослабле­ нии каната пневмоцилиндром. Во время свинчивания или развин­ чивания свеча удерживается в вертикальном положении центрато­ ром 8.

При постановке свечи из подсвечника на устье скважины ее верх­ ний конец заводится в центратор, а при обратном движении осво­ бождается через боковой вырез, снабженный запорными кулач­ ками 13. Кулачки открываются внутрь свечой, а наружу — конус­ ным наголовником 6, находящимся в верхней части механизма захвата свечи. Корпус центратора по сторонам снабжен кронштей­ нами с вмонтированными в них роликами, с помощью которых он может подниматься или опускаться по направляющим канатам. Благодаря такому устройству, при подъеме свечи из скважины, цен­ тратор вначале поднимается талевым блоком, а затем, когда свеча отвинчивается, а талевый блок с элеватором движутся вниз, он несколько опускается и верхний конец свечи оказывается внутри центратора.

Захват и освобождение свечей при спуско-подъемных операциях выполняется автоматическим элеватором 11. Он представлен двумя группами деталей: силовой — воспринимающей нагрузки от веса бурильной колонны и рычажной — осуществляющей автоматиче­ ский захват и освобождение замков бурильных труб.

Элеватор крепится к талевому блоку, состоящему из двух секций и соединительной рамы. В первой секции блока находятся два ро­ лика, а во второй — три. Секции блока расположены по обе стороны от центральной вертикальной оси. Зазор между секциями таких раз­ меров, что блок может свободно подниматься или опускаться, про­ пуская сквозь себя бурильные трубы.

Схема работы механизмов АСП-Ш при спуске и подъеме буриль­ ных труб показана на рис. 105. Колонна бурильных труб за верхний конец захватывается автоматическим элеватором 5 и поднимается на длину одной свечи. Верх следующей свечи закрепляется в роторе пневматическим клиновым захватом 6. Верхняя свеча отвинчивается

194

ключом 8. Одновременно с этим ненагруженный талевый блок 7 с автоматическим элеватором опускается вниз, пропуская сквозь себя отвинчиваемую свечу, поддерживаемую центратором 1 в вер­ тикальном положении. Когда элеватор и талевый блок достигнут крайнего нижнего положения, отвинчивание свечи закончится; с помощью механизмов захвата, подъема и переноса 3 ж4 свеча от центра скважины переносится на подсвечник. Одновременно с этой операцией верхний конец колонны, выступающий над ротором, захватывается автоматическим элеватором, освобождаются клинья и производится подъем. Аналогичные операции при подъеме совер­ шаются с остальными свечами.

При спуске труб в скважину работы с АСП-Ш выполняются в та­ кой последовательности:

механизмом захвата, подъема и переноса свеча берется из под­ свечника и выводится к центру скважины. Верхний конец свечи заводится в центратор, а на нижний, когда свеча находится еще на весу, одевается элеватор;

в тот момент, когда элеватор и талевый блок движутся по колонне вверх, свеча освобождается механизмом захвата и ключом АКБ-ЗМ свечи соединяются;

при своем движении вверх талевый блок поднимает центратор, а элеватор захватывает за замок свечи. Колонна несколько припод­ нимается, освобождаются клинья, после чего следует спуск.

Управление АСП-Ш ведется с трех дистанционных постов: бурильщик управляет работой лебедки и при помощи ножной

педали пневматическим клиновым захватом; помощник бурильщика ключом АКБ-ЗМ;

рабочий включает механизмы захвата, подъема и переноса свечей. Внедрение комплексов АСП в производство позволило ускорить процесс спуско-подъемных операций на 30%, а в отдельных слу­ чаях до 50%. Однако более значительное ускорение спуско-подъем­ ных операций возможно только при более полной механизации

и автоматизации этих работ.

Автоматизированная буровая установка БА-25- «Л» -Э

На основании работ, проведенных Всесоюзным институтом тех­ ники разведки (ВИТР), была создана комплексно автоматизирован­ ная буровая установка БА-25-«Л»-Эх, позволившая автоматизировать спуско-подъем, наращивание бурильных труб и операции с ведущей трубой.

1 БА-25-«Л»-Э — буровой автомат, грузоподъемностью 25 тс, «Ленингра­ дец», электрифицированный.

196

Кинематическая схема БА-25-«Л»-Э представлена на рис. 106. От электродвигателя 1 вращение передается на четырехскорост­ ную коробку передач 2 и далее карданным валом 7 на раздаточный редуктор 4 с зубчатыми муфтами 5 и 8, благодаря которым к сило­ вому приводу подключается блок лебедки или блок ротора 22.

Всостав блока лебедки входит планетарный механизм 16 с тормозом подъема 15 и однобарабанная лебедка 17 с двумя тормозами спуска 18.

Впроцессе бурения к лебедочному блоку через редуктор 9 подклю­ чается автомат подачи 12. Контроль за скоростью вращения барабана лебедки осуществляется тахогенератором 19. Вращение на блок ро­

тора передается через угловой редуктор 21. В составе блока ротора находятся: собственно ротор 24, самозатягивающийся планетарного типа ключ 25 и штангодержатель 29, 30, 31. Для страгивания резьбы при развинчивании бурильных труб используется силовой гидравли­ ческий цилиндр с зубчатой рейкой 23; в дальнейшем привод осуще­ ствляется от гидродвигателя *.

На вышке монтируются направляющие 39, по которым переме­ щается талевый блок 41 с автоматическим элеватором 44. Плашки элеватора сводятся и разводятся гидроцилиндром, питание которого осуществляется от гидропневмоаккумулятора 42. Подача рабочей жидкости в гидропневмоаккумулятор происходит от многоплун­ жерного насоса 43, приводимого в действие от одного из роликов талевого блока. Для точных малых перемещений талевого блока используется натяжное устройство, подключенное к неподвижному концу каната талевой системы. Оно состоит из группы подвижных роликов 53 и неподвижных 54, расстояние между которыми изме­ няется действием гидроцилиндра 55.

1 На схеме не показан.

197

Рис. 106. Кинематическая схема установки БА-25-«Л»-Э:

1, 13 — электродвигатели, 2 — коробка передач; з — фрикционные гидро­

10кВт

а