Регулює параметри при бурінні нафтових або газових свердловин
Основним завданням системи автоматизації при бурінні свердловин є автоматичне регулювання незалежних параметрів, до яких відносяться частота обертання долота, оптимальне осьове навантаження і необхідна витрата бурового розчину. Від співвідношення цих параметрів залежить швидкість проходження свердловини з урахуванням механічних властивостей бурих порід і фактичної глибини буріння.
При роторному бурінні частоту обертання бурового інструменту можна змінювати плавно за рахунок застосування асинхронного двигуна з частотним регулюванням швидкості обертання його якоря. Аналогічно можна змінювати величину подачі в свердловину бурового розчину. Найбільш складним є процес регулювання оптимального осьового навантаження на бурове долото та частоти його обертання при турбінному бурінні, тому що в цьому випадку частота залежить від осьового навантаження.
При ручному керуванні процесом буріння свердловини буровий майстер за показаннями приладів за допомогою гальма бурової лебідки встановлює розрахункову для даної глибини буріння величину гальмівного моменту. При цьому на долото має впливати така частина ваги бурової колони, яка не перевищує гранично допустимого зусилля на долото. В процесі буріння свердловини відбувається перерозподіл ваги бурової колони, в результаті чого зростає навантаження на талеву систему підвіски бурової колони і скорочується її осьовий вплив на бурове долото. Якщо осьовий вплив на долото досягне нижнього граничного рівня, ефективність буріння різко знизиться, тому буровий майстер змушений аналогічним способом знову встановлювати розрахункове навантаження на це долото.
При автоматичному керуванні процесом буріння свердловини система управління повинна постійно підтримувати розрахункове навантаження на долото по всьому інтервалірейсового буріння Автоматична система управління процесом буріння має двоконтурну структуру (рис. 78).
Одним із контурів управління в цій системі є контур управління навантаженням на долото. Цей контур має пріоритет перед іншим – контуром регулювання швидкості подачі.
Регулюванняшвидкості подачі долота та величини осьового навантаження здійснюється через гальмівну систему бурової лебідки. При цьому вихідний сигнал порівняння елемента 1 збільшує гальмівний момент цієї лебідки, а сигнал елемента порівняння 2 його зменшує. У випадку, якщо навантаження на долото не перевищуватиме заданого значення, контур управління швидкістю буріння підтримуватиме цю швидкість на встановленому рівні, який є максимально можливим для даної рейсової ділянки свердловини. Якщо ж на цій ділянці буріння свердловини навантаження на долото при встановленій швидкості буріння виявиться вище за задане значення, то контур управління цим навантаженням зменшить її до встановленого рівня, незважаючи на те, що швидкість буріння при цьому менше заданого значення.
 |
Мал. 78. Структура системи управління навантаженням на долото під час буріння
Як основні датчики системи управління процесом буріння свердловини використовують: тахогенератор як датчик вимірювання швидкості буріння і індикатор ваги типу ГИВ-6 як датчик виміру зусилля на долоті. Тахогенератор з'єднаний з валом двигуна бурової лебідки, а індикатор ГІВ-6 підвішується на холостому (мертвому) кінці талевого каната.
Датчик ГІВ-6 (рис. 79) складається із системи трьох роликів (блоків), які огинає талевий канат1. Блоки2жорстко кріпляться до рами датчика, а блок3закріплений на штоку гідроциліндра4, тому може вільнопереміщатися в осьовому напрямку.
Мал. 79. Схема індикатора ваги бурової колони (датчик ГІВ-6)
При згинанні каната на роликах (блоках) цього датчика відбувається розкладання зусилля в канаті на кілька складових, одна з якихKвпливає на шток поршня гідроциліндра4. Причому це зусилля суворо пропорційне натягу канату. Внаслідок цього впливу в гідроциліндрі виникає тиск робочої рідини, який реєструється датчиком тиску5. Таким чином, зусилля в канаті (вага бурової колони) реєструється в цьому датчику через показання датчика тиску.
Подана на рис. 78 структура автоматичної системи управління процесом буріння нафтових та газових свердловин реалізована в аналогових регуляторах, один з варіантів яких показано на рис. 80.
Мал. 80. Принципова схема регулятора подачі бурового долота
Датчиком тиску в цій системі є електроконтактний манометр (ЕКМ), вбудований у конструкцію індикатора ваги ГІВ-6. Задає контакт цього манометра встановлюється буровим майстром у положення, що відповідає вазі бурової колони на даній ділянці буріння свердловини з урахуванням розвантаження на гаку талевої підвіски осьовим тиском, яке вона чинить бурове долото, тобто. він фіксує задане значення припустимого навантаження на долото.
Залежно від положення контактів цього манометра на бази транзисторівТ1 абоТ2 через опірRподається відкриваючий потенціал.
Задане значення швидкості буріння встановлюється потенціометром – задатчиком швидкості, двигун якого підключений до одного з входів поляризованого релеР1, інший вхід цього реле приєднаний до тахогенератора (ТГ), пов'язаного звалом бурової лебідки.
Електромагніти ЕМ1 та ЕМ2 керують гідроклапанами приводу гальма бурової лебідки, відповідно збільшують або зменшують на ній гальмівний момент.
Принцип дії цього регулятора є наступним. Якщо навантаження на долото не перевищує встановленого значення, то електроконтактний манометр встановлює свої контакти в положення 1. Якщо при цьому сигнал тахогенератора буде менше значення сигналу, що задає (швидкість буріння менше заданої), то поляризоване релеР1 переключить свої контакти теж у положення 1, у результаті відкриває потенціал надійде на базу транзистораТ1. При відкритті цього транзистора запитується котушка реле Р2 контакти якого включають електромагніт ЕМ1, в результаті чого лебідка розгальмовується, збільшуючи осьове навантаження на долото і відповідно збільшуючи швидкість буріння. Цей процес триває, поки швидкість буріння менша за задане значення або навантаження на долото не перевищує граничного значення.
У разі перевантаження по осьовому зусиллю на долото електроконтактний манометр встановлює свої контакти в положення 2, в результаті цього потенціал, що відкриває, надійде на базу транзистораТ2. При цьому запитується котушка релеР3 контакти якого включають електромагніт ЕМ2, в результаті цього лебідка загальмовується, скорочуючи навантаження на долото. Те саме відбувається у разі перевищення заданої швидкості буріння при допустимому навантаженні на долото. Сигнал тахогенератора буде більше значення сигналу, що задає, тому поляризоване релеР1 переключить свої контакти в положення 2. При цьому відкриваючий потенціал знову надійде на базу транзистораТ2, що викличе гальмування лебідки і зменшення швидкість буріння.
Аналоговірегулятори, подібно до описаного, виконують лише функцію регулювання швидкості буріння відповідно до навантаження на долото. Спроби розширити функціональні можливості аналогових регуляторів виявилися малоефективними. Успішне вирішення цієї проблеми стало можливим лише на основі застосування мікропроцесорних пристроїв.